Basisansteuerung des modularen Plantagenroboters elWObot

Die Technologien im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen entwickeln sich rasant weiter. Heutzutage gibt es in diesem Bereich schon verschiedene Systeme, die die Bedienung solcher Maschinen angenehmer, sicherer und effizienter machen und dadurch den Maschinenführer entlasten. Und das ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Qualität der Arbeit, bei gleichzeitig vorherrschendem Zeitdruck auch bitter nötig. In der Landwirtschaft gibt es zum Beispiel Assistenzsysteme, die die Lenkung der Fahrzeuge, GPS gestützt, übernehmen und dadurch dem Fahrer die Möglichkeit geben, sich besser auf die Arbeit des Anbaugeräts zu konzentrieren. Der Bedarf nach ähnlichen Systemen ist auch im Obst- und Weinbau groß. Bestrebungen dieser Art werden unter dem Begriff „mobile Automation“ zusammengefasst. Ein langfristiges Ziel ist dabei die autonome Fahrt der Arbeitsmaschinen. In diesem Zusammenhang wird vom Lehrstuhl Agrarsystemtechnik der TU Dresden in Zusammenarbeit mit der Hochschule Osnabrück sowie der Hochschule Geisenheim nun der autonome Plantagen-Pflegeroboter elWObot mit elektrischen Antrieben für den Obst- und Weinbau entwickelt. Die Robot Makers GmbH ist in diesem Zusammenhang für die Basisansteuerung des Roboters zuständig.

Flexibilität durch vier einzeln angetriebene und lenkbare Räder

Alle vier Räder des Roboters können einzeln angetrieben und gelenkt werden, wodurch sich eine große Flexibilität ergibt. So kann sich der elWObot auf der Stelle drehen (Tellerwende), komplett seitlich versetzen oder auch seitwärts im Hundegang fahren (besonders bodenschonend). Der elWObot besitzt keine Fahrerkabine, dafür aber eine Vielzahl von Sensoren, welche das Umfeld erfassen und somit eine autonome Fortbewegung erlauben. Bei einer Länge von 3,20m und einer Breite von 1,3m kommt er auf ein Gewicht von etwa 1600kg und kann mit bis zu 2800kg zusätzlich beladen werden. So soll unter anderem eine Spritzapplikation mit 1500l Schädlingsbekämpfungsmittel auf dem Rücken des elWObot Platz finden. Ein Dieselgenerator erzeugt den notwendigen Strom für die Antriebsmotoren und eventuelle Anbaugeräte.

Der elWObot der Technischen Universität Dredsden (©TU Dresden)

Der elWObot der Technischen Universität Dresden (©TU Dresden)

Vielfältige Aufgaben im Wein- und Obstbau

Der elWObot soll in Zukunft selbstständig Pflegeaufgaben im Wein- und Obstbau übernehmen. Der Grundstein dafür wurde mit der autonomen Navigation gesetzt. Diese ermöglicht es dem Roboter sich zwischen den Baumreihen, je nach vordefiniertem Auftrag, zurechtzufinden. Im nächsten Schritt soll der Roboter darüber hinaus dazu befähigt werden, während der Fahrt, einige Arbeiten ausführen zu können. Dazu zählen aktuell das Ausbringen von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln sowie das Mulchen in der Fahrgasse. Zusätzliche Arbeiten, wie die Aufnahme und der Transport von Ernteboxen, die Baumbestands- und Ertragskontrolle, die Detektion und Protokollierung des Fallobstaufkommens, die Ertragsschätzung und die Bodenvorbereitung, werden langfristig folgen.

Schematische Darstellung der Steuerung des elWObot (©TU Dresden)

Schematische Darstellung der Steuerung des elWObot (©TU Dresden)

Die Robot Makers GmbH verwirklichte in diesem Projekt, als Unterauftragnehmer der TU Dresden, die Basisansteuerung des elWObot. Dazu kommt die Generic Control Box zum Einsatz, um die Vorgabedaten, die entweder vom Navigationsrechner des Roboters oder der Fernbedienung stammen, in Steuersignale für die Motorregler umzurechnen. So werden diese Vorgabedaten mit Hilfe der Fahrzeugkinematik in Drehzahl und Lenkwinkel für die vier einzelnen Räder umgewandelt und per CAN-Bus an die Steuerung der Motoren gesendet. Die Radgeschwindigkeiten sowie die Lenkwinkel müssen dabei immer sehr genau aufeinander abgestimmt sein, um saubere Fahrmanöver zu ermöglichen. Dies liegt daran, dass beim elWObot keinerlei mechanische Kopplung zwischen den einzelnen Rädern besteht, die normalerweise die Radstellungen zueinander koordiniert. So muss bei einer Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad immer schneller drehen und einen kleineren Lenkwinkel einnehmen als das kurveninnere Rad.

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