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Mobile Maschinen 5/2017

Mobile Maschinen 5/2017

AGRITECHNICA I SPECIAL

AGRITECHNICA I SPECIAL Fliegende Agrarhelfer Robuster Mehrlagenscanner im Drohneneinsatz Halle 15/Stand K38 Ursprünglich für den Bereich der Automobilindustrie entwickelt, wurde der Lidar eines Sensor- Herstellers für den industriellen Markt aufgerüstet, speziell für den Einsatz an Drohnen. Dies ermöglicht neue spannende Einsatzfälle, auch für Precision Farming. Der Mehrlagen-Lidar – eine Abkürzung für engl. Light detection and ranging, im Prinzip ein Laserscanner – von Sick wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt. Aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegen Schnee, Regen und Staub ist er aber auch besonders für raue Outdoor- Anwendungen im mobilen Betrieb geeignet. So wurde er irgendwann in mehreren Forschungsarbeiten an Drohnen beispielhaft getestet. Und als der Markt für UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) anfing, sich zu entwickeln, wurde der Lidar auch erfolgreich in ersten Projekten eingesetzt. Das Aufgabengebiet reicht dabei von der Kartierung und Vermessung über die Objekterkennung bis zur Inspektion. Autorin: Sandra Wienbeck, Produktmanagerin Identification & Measuring, SICK AG, Hamburg Precision Farming mittels Drohneneinsatz Je dunkler das Objekt, desto schwieriger wird seine Erfassung mit zunehmender Entfernung. So ist für Landwirte und Forscher die Kombination von Laserscanner und Flugrobotik eine höchst willkommene neue Technologie. Mit ihr lässt sich u. a. eine Herde schwarz-weiß gefleckter Kühe auf der Weide problemlos überwachen. Zudem lassen sich Erkenntnisse über Bestandsmängel, Pflanzenwachstum und Bodenbeschaffenheit besser aus der Luft erschließen. Aber auch Wildschäden können einfacher registriert werden. An eine Drohne gekoppelte weist der Lasermessscanner LD-MRS trotz seiner leichten Bauform einen sehr großen Arbeitsbereich von 300 m auf. Sogar bei schwarzen Objekten (10 % Remission) beträgt die Reichweite noch 50 m. Im Fall der Weideüberwachung bedeutet dass, auch wenn die Kühne der Drohne ihren dunklen Rücken zukehren, können sie vom Scanner registriert werden. Der 3D-Lidar- Sensor erfasst seine Umgebung lückenlos und verringert dank des integrierten Objekt- Trackings z. B. die Zähldauer der Tiere auf der großen Weide. Doch nicht nur der Landwirt ist an den vielfältigen Applikationsmöglichkeiten sehr interessiert. Die meisten der Mess- und Überwachungsaufgaben, die bisher den teuren Einsatz von Hubschraubern verlangten, kann die kostengünstigere UAV-Technik problemlos übernehmen. Der LD-MRS ist mit Objekt-Tracking oder Feldauswertung verfügbar. Pipelines, Stromtrassen, aber auch Windkraftparks, die im Zuge der Energiewende entstehen, lassen sich damit erfolgreich überwachen und warten. In der Forstwirtschaft kann beispielsweise die Überprüfung des Baumbestandes in Bezug auf Höhe, Abstände, Anzahl und Diversifikation durch die große Reichweite und hohe Auflösung der Messtechnik mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Präzises 3D-Mapping zur Inventur von Schüttgut auf Kohle-, Erz- und Müllhalden wird genauso vereinfacht wie die Vermessung und Kartierung von Flüssen, Kanälen und Küstenabschnitten. In Kombination mit einer Multispek tralkamera sammeln die intelligenten Mess sensoren an Bord von UAVs alle notwendigen Daten, um etwa auf Bananenplantagen die Biomasse und den Düngerbedarf zu ermitteln. Herausforderung Gewichtsreduktion Aufgrund der steigenden Nachfrage aus dem Markt für Drohneneinsätze startete Sick die Weiterentwicklung zunächst mit dem Blick auf die Software: In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI) der Universität Osnabrück wurde ein ROS- Treiber für LD-MRS entwickelt, der eine einfache Integration des Scanners in Robotik-Applikationen ermöglicht, darunter auch UAV-Applikationen. Während die Performance zuverlässig war und vom Anwender sehr gut angenommen und geschätzt wurde, war es anschließend eine neue Anforderung, die Hardware des Gerätes zu optimieren. 42 Mobile Maschinen 5/2017

Programmieren kann so einfach sein... 01 In Kombination mit einer Multispektralkamera sammeln die intelligenten Messsensoren an Bord von UAVs alle notwendigen Daten „Bei unbemannten Luftfahrzeugen zählt jedes Gramm. Die Flugdauer hängt direkt mit dem Gewicht zusammen. Außerdem galt es, die Nutzlast für UAV-Applikationen zu erhöhen. Damit sollten die Kapazitäten 02 Der an die Drohne gekoppelte Lasermessscanner LD-MRS von Sick weist trotz seiner leichten Bauform einen sehr großen Arbeitsbereich von 300 m auf für weitere Sensorik, wie eine Multispektralkamera, geschaffen werden. Deshalb wurde die Hardware des Gerätes unter Evaluierung geeigneter Materialen weiter optimiert, wobei die Robustheit eines Industrieproduktes beibehalten werden konnte. „Mit einem Gewicht von aktuell 770 g und der IP-Klasse 69K ist der LD-MRS zum einen der leichteste Scanner mit der höchsten Reichweite auf dem Markt und zum anderen ist er so robust, dass er auch nach dem Sturz in einen Sumpf seine Funktionstüchtigkeit beibehält“, wie Sandra Wienbeck, Produktmanagerin Identification and Measuring bei der SICK AG am Standort in Hamburg erläutert. Im Flugbetrieb erzeugt eine Drohne erhebliche Vibrationen, die zu signifikanten Messstörungen an einem integrierten Scanner führen können. „Es gelang uns, die riskanten Resonanzen mit Hilfe von Simulationen und Daten aus verschiedensten Applikationen auszuschließen. Obwohl es sich um ein Industrieprodukt handelt, waren uns bei der Entwicklung auch Design und Anmutung wichtig. Angelehnt an die Prinzipien der Aerodynamik haben wir durch zahlreiche Anpassungen eine Punktlandung auf der Grenze zwischen Stabilität und Leichtigkeit erzielt“, berichtet Wienbeck. www.sick.de ... mit HAWE eDesign. Mit der grafischen Programmieroberfläche von eDesign können Programme für Hydrauliksysteme auch ohne Programmierkenntnisse entworfen und direkt auf die Elektroniksteuerung aufgespielt werden. www.hawe.com/edesign