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Eifrige Roboter beackern neue Anwendungsfelder

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Eifrige Roboter beackern neue Anwendungsfelder
19.01.15 13:06
LANDTECHNIK
Eifrige Roboter beackern neue
Anwendungsfelder
Von Hans-Arthur Marsiske | 16. Januar 2015 | Ausgabe 03
Aus der Industrieproduktion sind Roboter nicht mehr wegzudenken. Auch die
Unterhaltungselektronik entdeckt die Automaten für sich, wie die Messe CES in Las Vegas
gerade wieder zeigte. Vor besonderen Herausforderungen stehen Feldroboter, die Funktionen
des autonomen Fahrens mit Fähigkeiten aus der Industrieproduktion vereinen.
Foto: Amazone
Raue Arbeitsbedingungen: Roboter, wie der BoniRob, stellen sich den besonderen
Herausforderungen der Arbeit im Freien.
„Die dümmsten Bauern ernten die größten Kartoffeln“, das behauptet zumindest eine alte
Redensart. Dabei geht es heute gar nicht mehr darum, möglichst große Früchte zu
produzieren oder insgesamt die Erntemenge zu erhöhen. Ziel sei es vielmehr, „den Anteil der
vermarktungsfähigen Ware zu erhöhen“, sagt Johannes Sonnen von der Grimme
Landmaschinenfabrik aus Damme. Den Markt wiederum bestimmen Großabnehmer wie
McCain Foods oder Agrarfrost, die für die Weiterverarbeitung zu Pommes Frites Kartoffeln mit
einem Durchmesser zwischen 40 mm und 65 mm bevorzugen.
Roboter in der Landwirtschaft
Foto: Lely
Hilfe beim Melken: Die meisten Landwirtschaftsroboter arbeiten derzeit im Stall und
nicht auf dem Feld.
Die International Federation of Robotics (IFR) in Frankfurt schätzt, dass zwischen 2014 und
2017 etwa 34 000 landwirtschaftliche Roboter verkauft werden. Vorwiegend seien dabei
Melkroboter (28 200) gefragt.
Zum Vergleich: Im gleichen Zeitraum wird mit dem Verkauf von fast 54 000 Robotern in der
Verteidigungstechnik und 7100 Robotern in der Medizintechnik gerechnet.
http://www.vdi-nachrichten.com/Technik-Wirtschaft/Eifrige-Roboter-beackern-neue-Anwendungsfelder
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Eifrige Roboter beackern neue Anwendungsfelder
19.01.15 13:06
Um diese Wünsche zu erfüllen, greifen Landwirte mehr und mehr auf
Automatisierungstechnik und Robotik zurück. Intelligente Landmaschinen können etwa das
unterschiedliche Nährstoffangebot im Acker berücksichtigen, so Sonnen. Neben Fahrgassen,
wo sich durch den Druck der Räder Nährstoffe konzentrieren, würden die Früchte dann
entsprechend enger gepflanzt und an nährstoffarmen Stellen werde stärker gedüngt.
Ein weiteres Ziel ist es, das Potenzial der landwirtschaftlichen Geräte auszuschöpfen. Da sich
die Arbeit mit den immer aufwendigeren Landmaschinen im Wesentlichen auf die Monate Juni
bis November beschränkt, geht den Fahrern in der Zwischenzeit die Routine verloren. Zu
Beginn der Saison müssen sie sich wieder einarbeiten, während zum Ende der Saison die
Konzentration nachlässt. Assistenzsysteme sollen daher verstärkt Routineaufgaben
übernehmen, sodass die Fahrer sich auf die Überwachung des Gesamtprozesses
konzentrieren können.
Der Kartoffelanbau ist nur ein Beispiel für die wachsende Bedeutung von Robotern auf dem
Acker und im Stall. So identifiziert die aktuelle Marktübersicht „World Robotics“ der
International Federation of Robotics (IFR), Frankfurt, die Landwirtschaft als das zweitwichtigste
Marktsegment der Servicerobotik nach Sicherheit/Militär.
Eine vom US-Journalisten Frank Tobe kürzlich erstellte globale Übersicht von Firmen, die sich
in diesem Bereich engagieren, zeigt, dass viele Hersteller gerade neue Produkte anbieten
oder es für die nahe Zukunft vorhaben. Und auch der mit mehr als 50 Teilnehmern rege
Zuspruch, den ein entsprechendes Technologieseminar des Fraunhofer-Instituts für
Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart Ende 2014 erfahren hat,
unterstreicht die gegenwärtige Dynamik der technischen Entwicklung.
Üblicherweise würden solche branchenspezifischen Seminare alle zwei bis drei Jahre
veranstaltet, sagt IPA-Mitarbeiter Winfried Baum. Eine Folgeveranstaltung zur „Robotik in der
Landwirtschaft“ könnte es dagegen bereits nächstes Jahr geben. Baum: „Die Technik
entwickelt sich so schnell, dass dann schon wieder genug Neues zu berichten sein dürfte.“
Der Technologietransfer aus der Fabrik auf den Bauernhof stellt vor allem die Sensorik vor
Herausforderungen. Im Wechsel der Tages- und Jahreszeiten verändern sich Lichtverhältnisse
und Temperaturen, die Sensoren müssen zudem vor Regen und Staub geschützt werden. Das
wird vor allem bei 3-D-Kameras zum Problem. „Eine Schutzscheibe würde störend
wahrgenommen werden“, sagt Baum.
Generell sind Stereokameras auf texturierte Oberflächen angewiesen, um räumliche
Informationen zu extrahieren, und versagen bei glatten Flächen. 3-D-Kameras die nach dem
Laufzeitverfahren (Time-of-Flight) arbeiten, reagieren dagegen empfindlich auf Sonne und
helles Licht. Weil das ausgesandte Infrarotsignal, aus dessen Laufzeit die Entfernung
abgeleitet wird, überstrahlt werden kann, lassen sich auf dem Feld Störungen schwerer
vermeiden als in Fabrikhallen.
Bei der Feldarbeit profitiert die Automatisierung der Landwirtschaft daher eher von den
Entwicklungen im Fahrzeugbereich. Das liegt nahe, denn die meisten Landmaschinen sind
auch Fahrzeuge. „Sensoren allein für Landfahrzeuge zu entwickeln, würde sich nicht lohnen“,
so Baum.
Für die Erfassung des Zustandes von Pflanzen setzt Joachim Hertzberg vom Deutschen
Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Osnabrück auf Multispektralkameras,
die Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen ausstrahlen. Die Reflexionen enthalten
Informationen über die Beschaffenheit, etwa einer Zuckerrübe, und zeigen mögliche
Verletzungen. Je nach Frucht sind unterschiedliche Kombinationen von Wellenlängen
erforderlich. Ein Universalsensor ist nach Experteneinschätzung ebenso wenig in Sicht wie der
Universalmanipulator. Stattdessen wird Wert auf eine modulare Bauweise gelegt, die den
raschen Austausch von Sensoren, Greifern und anderen Komponenten erlaubt.
Die von den Amazone-Werken aus Hasbergen zusammen mit der Robert Bosch GmbH und
der Hochschule Osnabrück entwickelte Plattform BoniRob weise in die richtige Richtung, so
Hertzberg. Der vierrädrige Feldroboter soll mit einer mechanischen und elektrischen
Schnittstelle für die Aufnahme unterschiedlicher Geräte ausgestattet werden, sodass er wie
ein Smartphone für verschiedene Apps genutzt werden kann: Je nachdem ob Gurken geerntet,
Unkraut entfernt oder Nährstoffe gezielt verteilt werden sollen, werden entsprechende
Sensoren und Manipulatoren montiert.
Es geht bei der Agrar-Robotik aber nicht nur um Pflanzen. Den größten Anteil stellen derzeit
immer noch die Melkroboter. Hier will das EU-Projekt RotaBot die Effizienz erhöhen durch
Entwicklung eines Manipulators, der statt einer gleich vier Zitzen am Euter der Kuh erfasst.
„Das erfordert sehr genaue 3-D-Wahrnehmung, aber auch präzise Positionierung der
einzelnen Melkbecher im Millimeterbereich“, sagt Winfried Baum. Ein sehr komplexes
Manipulationsproblem, dessen Lösung beim Einsatz auf einem Melkkarussell mit 100 und
mehr Tieren aber eine deutliche Erhöhung der Taktzeiten verspricht. Als Ziel hat sich das
Projekt 15 s pro Kuh gesetzt. Noch sei allerdings nicht absehbar, wie realistisch das ist, räumt
Baum ein.
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