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Mobile Maschinen 4/2016

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LANDTECHNIK I SPECIAL

LANDTECHNIK I SPECIAL Invasion der „MARS-Roboter“ Mobile Agricultural Robot Swarms – Forschung im Bereich Feldrobotik Benno Pichlmaier, Thiemo Buchner Feldrobotik motiviert bei landwirtschaftlichen Prozessen zu neuem Denken und bietet die Chance aktuellen Herausforderungen bei der Nahrungsmittelproduktion zu begegnen. AGCO/Fendt forscht im Projekt MARS beispielhaft an einer Lösung zur Aussaat mit Schwärmen kleiner, autonomer Roboter. Die agronomischen Vorteile und betriebswirtschaftlichen Potenziale sind bestechend. Dr.-Ing. Benno Pichlmaier, Head of Research & Advanced Engineering Dipl.-Ing. Thiemo Buchner, Project Lead Robotics AGCO/Fendt Der Markt für landwirtschaftliche Robotik wurde für das Jahr 2014 auf etwa 750 Mio EUR geschätzt, bis 2020 wird ein Wachstum von bis zu 15 Mrd EUR vorhergesagt [1]. In diesen Zahlen sind Systeme zur Verarbeitung von Feldfrüchten und etablierte Konzepte bei der Tierhaltung inbegriffen. Verschiedene Treiber, die sowohl aus der Erfolgsgeschichte der Robotik in der Industrieproduktion, als auch im Siegeszug der automatischen Lenksysteme in der Landwirtschaft bekannt und bestätigt sind, befeuern diese Entwicklung: Zum einen ist es die höhere Produktivität durch Einsatz rund um die Uhr bei konstanter Arbeitsqualität. Zum anderen sind es die Potenziale für Ertragssteigerung, Kostenreduktion und Umweltschonung durch präzise Aussaat und individuelle Versorgung jeder einzelnen Pflanze mit Nährstoffen und Pflanzenschutz. In Verbindung mit angepassten Pflanzenbausystemen werden neue Konzepte der Landbewirtschaftung darstellbar, die eine weitere Steigerung der Nahrungsmittelproduktion auf nachhaltigere Art und Weise erlauben. Forschungsprojekt MARS AGCO/Fendt erforscht derzeit verschiedene Konzepte für einen praktikablen Einsatz von Robotik in der Außenwirtschaft. Im Projekt MARS (Mobile Agricultural Robot Swarms) wird in Kooperation mit der Hochschule Ulm exemplarisch der Ansatz einer Roboterplattform für die Aussaat von Mais dargestellt [2]. Das Forschungsprojekt wird durch die Europäische Union im Rahmen des FP7 Programms gefördert und ist Teil von Echord++. Das Gesamtsystem besteht aus folgenden Kernkomponenten: n Roboter: Jeder Roboter verfügt über eine eigene Saateinheit und wird batterieelektrisch angetrieben. Die Kommunikation mit der Logistic-Unit erfolgt via Cloud. Die einzelnen Roboter sind klein (etwa 50 x 50 cm) und wiegen unter 50 kg. n Logistic-Unit: Die Logistic-Unit transportiert die Roboter zum Einsatzort, dient als Saatgut-Reservoir, hält Energie zum Nachladen der Roboter bereit und unterstützt die hochpräzise Navigation und Kommunikation der Roboter. n Satelliten: Die satellitengestützte Navigation ermöglicht eine autonome Operation sowie exakte Dokumentation bzw. Auswertung der Saatdaten jeder Einzelpflanze. n Cloud: Der speziell entwickelte OptiVisor- Algorithmus läuft in einer Computercloud. Er optimiert (Optimizer), und überwacht (Supervisor) kontinuierlich den Prozess. n Tablet: Planung der Aussaat, Live-Monitoring sowie Saatdaten-Verwaltung sind mit einem Smart Device (Tablet) von überall aus möglich. Die Aufgabe des Landwirts beschränkt sich, auf die Saatplanung sowie das Aus- und Einbringen der Roboter mit der Logistic- Unit. Unterstützt wird er dabei durch die MARS-App. In Bild 2 ist exemplarische eine Seite des Bediensystems dargestellt, die den laufenden Arbeitsauftrag visualisiert. Effizienz, Nachhaltigkeit und Produktivität Das MARS-Konzept berücksichtigt eine ganze Reihe wirtschaftlicher, technischer und ökologischer Gesichtspunkte. Durch agronomisch angepasste Saatmuster, z. B. Gleichstandssaat, Rechteck Verband und Phyllotaxis, in Kombination mit einer exakten Dokumentation jeder einzelnen Pflanzenposition können Saatgut, Pflanzenschutz- und Düngemittel präzise, punktuell und somit sparsam ausgebracht werden. Dabei brauchen die Roboter für die Fortbewegung auf dem Feld dank Elektroantrieben, wie auch aufgrund des geringen Gewichtes bzw. Rollwiderstandes und der neu entwickelten Saateinheit wenig Energie. Durch das a priori Wissen um die exakte Position jeder Pflanze können Düngemittel gezielt und je nach Bedarf abgelegt werden. Unkraut muss bei der selektiven Behandlung nicht mehr ausschließlich durch komplexe Algorithmen der Blatterkennung von der Nutzpflanze unterschieden werden und kann direkt gezielt unterdrückt werden. Der erforderliche Ressourceneinsatz wird dadurch systematisch minimiert und auch die Kosten für Betriebsmittel sinken. Zudem verrichten die leichten und dennoch robusten Roboter ihre Arbeit annähernd geräuschlos. Ein Betrieb rund um die Uhr ist dadurch auch nahe Wohngebieten möglich und erhöht gerade im Frühjahr die Schlagkraft: Während schwere Maschinen noch auf die Befahrbarkeit der Felder warten müssen, können die kleinen Roboter bereits günstige Wetterbedingungen zu einer frühen Aussaat nutzen und dadurch Wachstumsvorsprung und letztlich Ertragssteigerungen realisieren. Da die Roboter auf komplexe Sensorik zur Umfeldwahrnehmung verzichten können und als Gruppe redundanter Einheiten auftreten, ist eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet. Tritt bei einem Roboter ein Fehler auf, kann ein anderer einspringen. Die Sicherheit ist systemimmanent durch das geringe Gewicht und die kleinen notwendigen Antriebsleis- 40 Mobile Maschinen 4/2016

SPECIAL I LANDTECHNIK tungen gegeben. Auch entstehen durch die batteriebetriebenen, ölfreien Schwärme auf dem Feld keine Emissionen oder Verunreinigungen. Aus welcher Energiequelle die Roboter über die Logistic- Unit mit Strom betankt werden entscheidet der Landwirt. Das Konzept ist flexibel skalierbar und erlaubt den Einsatz sowohl auf kleinen Parzellen wie auch großen Flächen. Wie geht es weiter? “It’s an exciting time to have a startup in #robotics!” twitterte die European Robotics Association am 20. Mai 2016 und nahm Bezug auf einen neuen Rekord von Venture Capital Funding im Bereich Robotik von rund 825 Mio EUR in 2015 [3]. Tatsächlich verbinden sich derzeit einige technische, kommerzielle, politische und soziale Trends zu einem günstigen Ökosystem für die Entwicklung von Robotik. Die Kosten mobiler Rechenleistung sinken, Kommunikationssysteme per Funk werden weltweit flächendeckend verfügbar, neue Datennetze wie 5G stehen in den Startlöchern und werden durch technologische Schwergewichte, wie die Automobilindustrie angeschoben [4]. Datenanalyse und künstliche Intelligenz für autonome Systeme haben in den letzten Jahren überraschend rasant Fortschritte gemacht [5]. Hochpräzise Navigations- bzw. Positionierungssysteme werden kontinuierlich kostengünstiger und durch neue Sattelitensysteme robuster verfügbar. Die Qualität und Nachverfolgbarkeit von Nahrungsmitteln vom Saatgut bis zum Supermarkt steht ebenso im Fokus der Verbraucher, wie auch die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft insgesamt. Aspekte der Umweltverträglichkeit werden bei Politik und Gesetzgeber diskutiert. Themen sind z. B. Düngeverordnungen und Bodenschutzrichtlinien. Robotik in der Landwirtschaft wird nicht alle Aufgaben lösen, kann aber einen substanziellen Beitrag leisten. Manche technische Herausforderung ist noch zu bearbeiten und für die Kommerzialisierung sind passende Geschäftsmodellen zu definieren. Viele der bestechenden Vorteile autonomer Kleinmaschinen in der Landwirtschaft haben sich allerdings in Feldversuchen bereits bestätigt und werden die Entwicklung vorantreiben. Die ersten Prototypen der MARS-Roboter werden bis Jahresende bis Jahresende, zu Projektabschluss, ihre Fähigkeiten im landwirtschaftlichen Umfeld beweisen. ihre Fähigkeiten im praktischen, landwirtschaftlichen Umfeld beweisen. 01 Die Komponenten des MARS-Konzepts 02 Beispielhafte Planungsoberfläche der MARS-App Literaturverzeichnis: [1] Eustis, Susan: Agricultural Robots – Market Shares, Strategies, and Forecasts, Worldwide 2014 to 2020. Research and Markets Report. Dublin, 2014 [2] Fendt FutureFarm, Forschung im Bereich Agrarrobotik. www.fendt.com/mars [3] Building a startup ecosystem for robotics in Europe. Pressemitteilung. http://sparc-robotics.eu, 20. Mai 2016 [4] Vieweg, Christof: Ohne Echtzeitdaten geht es nicht. www.zeit.de, 3. Mai 2016 [5] Stöcker, Christian: Software-Sieg im Brettspiel: Es geht um weit mehr als Go. www.spiegel.de, 13. März 2016 www.fendt.com/mars Hybridgetriebe - SAE Eingang bis zu SAE 0-18 - bis zu 620 kW intern kombinierter Motor - bis zu 150 kW elektrische Maschine - Öl und Luft befülltee Trockenkupplung - voll elektronische Steuerung Lastschaltgetriebe - 3, 2oder 1Gang Lastschaltgetriebe - 10” Schwungrad Drehmomentwandler oder Flüssigkeitskuppung - maximales Kippdrehmoment Übersetzung >3 - SAE 3oder SAE 4Eingang –SAE oder DIN Ausgang - elektronisches Getriebe Kontrollsystem (TCS) - Verfügbar mit PTO, Allrad, Bremse - Leistung bis 95KW –3000 U/min. TRANSFLUID GERMANY GMBH - 48529 Nordhorn - Ph. +49 5921-7288808 Fax +49 5921-7288809 -tfgermany@transfluid.it -www.transfluid.eu

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