Der Feldrobotiktag auf dem Lehr- und Versuchsgut Köllitsch gab einen Überblick über den Stand der Technik und über die noch zu lösenden Herausforderungen für Forschung und Entwicklung.
Mit rund 270 Teilnehmern aus Wissenschaft, Industrie und Praxis war der Feldrobotiktag auf dem Lehr- und Versuchsgut Köllitsch Mitte September gut besucht. In den Vorträgen am Vormittag stellten zunächst Vertreter aus Industrie und Handel ihre Sicht zum Einsatz von Feldrobotern dar. In weiteren Vorträgen ging es um rechtliche Grundlagen sowie die Sicherheit beim Betrieb von autonomen Maschinen. Insbesondere wenn diese im Schwarm arbeiten sollen, gilt es hier einiges zu bedenken, damit die einzelnen Maschinen nicht kollidieren.
Zonen für die Sicherheit
Als Lösungsidee stellte Dr. Holger Fichtl vom Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) ein Zonenkonzept vor. Darin begrenzt ein virtueller Zaun die Automatisierungszone. Eine Unterteilung des Schlags in Bearbeitungszonen gibt vor, wo welcher im Schwarm arbeitende Roboter autonom fahren darf. Wartungs-, Kontroll- und Betriebsschutzzonen sollen die Sicherheit für Mensch und Maschine gewährleisten. Das Anlegen der Zonen sowie deren Interaktion mit den Agrarrobotern soll mit einer Planungs- und Steuerungssoftware realisiert werden und nur wenige Eingaben und Interaktionen der Anwender erfordern.
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Mit rund 270 Teilnehmern aus Wissenschaft, Industrie und Praxis war der Feldrobotiktag auf dem Lehr- und Versuchsgut Köllitsch Mitte September gut besucht. In den Vorträgen am Vormittag stellten zunächst Vertreter aus Industrie und Handel ihre Sicht zum Einsatz von Feldrobotern dar. In weiteren Vorträgen ging es um rechtliche Grundlagen sowie die Sicherheit beim Betrieb von autonomen Maschinen. Insbesondere wenn diese im Schwarm arbeiten sollen, gilt es hier einiges zu bedenken, damit die einzelnen Maschinen nicht kollidieren.
Zonen für die Sicherheit
Als Lösungsidee stellte Dr. Holger Fichtl vom Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) ein Zonenkonzept vor. Darin begrenzt ein virtueller Zaun die Automatisierungszone. Eine Unterteilung des Schlags in Bearbeitungszonen gibt vor, wo welcher im Schwarm arbeitende Roboter autonom fahren darf. Wartungs-, Kontroll- und Betriebsschutzzonen sollen die Sicherheit für Mensch und Maschine gewährleisten. Das Anlegen der Zonen sowie deren Interaktion mit den Agrarrobotern soll mit einer Planungs- und Steuerungssoftware realisiert werden und nur wenige Eingaben und Interaktionen der Anwender erfordern.
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Für den Transport von großen, schweren, fahrerlos arbeitenden Maschinen will das Fraunhofer IVI eine elektronische Transportdeichsel entwickeln.
(Bildquelle: Fraunhofer IVI)
Durch klar definierte Zonen und Kontrollpunkte lassen sich Kollisionen vermeiden.
(Bildquelle: Fraunhofer IVI)
Des Weiteren beschäftigt sich das Fraunhofer IVI im Rahmen des Projekts „Feldschwarm Ökosystem“ mit der Frage, wie Agrarroboter ohne allzu großen logistischen Aufwand zu ihrem Einsatzort gelangen könnten — vor allem wenn sie zu groß und schwer für den Transport auf einem Pkw-Anhänger sind. Die Idee ist, eine intelligente, elektromechanische Deichsel zu entwickeln. Mit einer solchen Deichsel soll dann zukünftig ein leistungsschwaches Fahrzeug die autonomen Maschinen im Transport führen können, während der Roboter seinen eigenen Fahrantrieb nutzt.
Faszinierende Größe
Bei sonnigem Wetter am Nachmittag konnten die Teilnehmer schließlich einige der ausgestellten Feldroboter im Einsatz sehen. Vor allem die „Verfahrenstechnische Einheit“ VTE von Lemken und Krone war Publikumsmagnet. Sie beeindruckt allein schon durch ihre Größe mit vier 38-Zoll-Rädern, 5,50 m Länge, 2,70 m Breite und 2,60 m Höhe. Krone zeigte den Einsatz eines Frontmähwerks, und Lemken hängte für die Vorführung einen Grubber an. Auch der AgBot mit Raupenfahrwerk und angebautem Grubber von Väderstad drehte vollständig autonom auf den vorgeplanten Pfaden seine Runden.
Hingegen war der Methangas-betriebene Geräteträger TK 100 von Eidam noch nicht bedienerlos unterwegs. Er ist noch im frühen Entwicklungsstadium, weshalb eine Person nebenher lief und die 7 t schwere, fahrerlose, multifunktionale Maschine per Fernbedienung kontrollierte. Im Zwischenachsanbau arbeitete währenddessen eine Messerwalze.
Ebenfalls ein Geräteträger mit Triebkopf ist der Caesar, den die Firma Innotrac 2020 für den Obstbau entwickelt hat. Die Maschine hat drei Anbauräume, wird von einem Hatz-Dieselmotor mit 55 kW/75 PS angetrieben und soll laut Hersteller ab 2025 in die Praxis überführt werden.
Das Mähen absolvierte die VTE von Krone und Lemken fehlerfrei. Nach dem Wenden brauchte die Einheit etwas, bis sie die passende Arbeitshöhe gefunden hatte.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Noch fährt der TK 100 nur per Fernbedienung. Die Software für das autonome Arbeiten ist in der Entwicklung.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Der Caesar von Innotrac kann autonom in Obstplantagen mulchen. Er ist mit einem Dieselmotor ausgestattet.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Beim elWObot II mit vollelektrischem Antrieb sind alle vier Räder lenkbar, so dass er auf der Stelle wenden kann.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Der AgBot mit Raupenfahrwerk und dieselelektrischem Antrieb folgt hier beim Grubbern dem vorgeplanten Pfad.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Orio heißt der Geräteträger von Naio. Er wiegt 1,5 t und bezieht seine Antriebsenergie aus vier Batterien mit insgesamt 21,5 kWh Kapazität.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Auf dem Transportanhänger ist ein Unterbodenladesystem installiert. Dort kann der Roboter Ceres andocken und seine Akkus nachladen.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Der elWObot II hingegen ist lediglich ein Versuchsmuster. Die Technische Universität (TU) Dresden hat ihn gemeinsam mit dem Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) entwickelt. Der Obstbauroboter ist vollelektrisch angetrieben. Ein Lithium-Ionen-Akku mit 66 kWh Kapazität liefert die Energie. Über die Einzelradlenkung ist eine Tellerdrehung möglich. Am Dreipunkt-Hubwerk im Heck können Kat. I-Geräte angebaut werden, und auf der Trägerplattform lässt sich außerdem ein Sprühgerät mitführen.
Auch der akkubetriebene Ceres vom Fraunhofer IVI ist einzig und allein eine Technologieplattform für Forschungsaufgaben. Der Feldroboter arbeitet vollelektrisch seine Missionen ab. Geht die Akkuladung zur Neige, kann er selbstständig auf einen Anhänger fahren und dort über ein Unterbodenladesystem Strom nachladen. Das Fraunhofer IVI hat dieses Ladesystem entwickelt und bereits im Lkw-Bereich mit 2 MW Ladeleistung erprobt.
Unkrautroboter ohne Einsatz
Ein Feldeinsatz der Hackroboter Orion und Oz von Naio, des Farming GT von Farming Revolution und des Feldfreund von Zauberzeug war an dem Tag in Köllitsch leider nicht möglich. Die Maispflanzen auf der vorgesehenen Vorführparzelle waren noch nicht vollständig aufgelaufen. Und zudem war der Boden für das Hacken zu nass. Ebenfalls nur auf dem Hofgelände präsentierte die Agravis das mit Kamera und KI ausgestattete Spotspray-Gerät Ara von Ecorobotix.
Der 2 t schwere Hackroboter Farming GT von Farming Revolution lässt sich auf einem Pkw-Anhänger transportieren.
(Bildquelle: Böhrnsen)
Der Feldfreund von Zauberzeug ist klein und relativ leicht. Die Kamera findet Unkräuter. Das rotierende Werkzeug soll es auch nahe der Kulturpflanze aushacken können.
(Bildquelle: Böhrnsen)
(Bildquelle: Böhrnsen)
(Markt-)Übersicht Feldroboter
Nur wenige Feldroboter sind tatsächlich schon in der Praxis angekommen. Zu den wenigen, die bereits in größeren Stückzahlen im Einsatz sind, gehört der Sä- und Hackroboter Farmdroid. Rund 500 Stück weltweit und 200 Stück sollen in Deutschland hauptsächlich auf Biobetrieben laufen.
Viele andere Feldroboter befinden sich jedoch noch im Prototypenstadium oder sind lediglich Technologieplattformen für die Forschung und Entwicklung in Industrie und Wissenschaft.
Ein Vergleich der autonom arbeitenden Systeme ist schwierig bis unmöglich, weil sie sich allein schon von ihrer Größe her und aufgrund ihres Einsatzbereichs grundsätzlich unterscheiden. So wiegt beispielsweise der Feldfreund von Zauberzeug nur 110 kg. Bestückt mit Kamera, künstlicher Intelligenz und einem rotierenden Werkzeug im Zwischenachsanbau soll er Unkräuter in unmittelbarer Nähe von Gemüsekulturen finden und beseitigen können.
Die VTE von Lemken und Krone wiegt hingegen über 8 t. Ein Heck- oder Frontanbau von landwirtschaftlichen Geräten ist wie bei einem Standardtraktor möglich. Ähnlich ist das bei dem etwas leichteren AgBot von AgXeed.
Auch bei den Antriebskonzepten unterscheiden sich die Feldroboter wesentlich. Einige setzen auf einen dieselelektrischen Antrieb andere wiederum auf einen rein elektrischen Antrieb, der seine Energie aus einem Akku bezieht. Das Laden der Akkus während des Einsatzes auf dem Feld erfolgt entweder über ein Solarpanel wie beim Farmdroid oder auch über einen kleinen Verbrennungsmotor mit Generator, einem sogenannten Range Extender, wie beim Farming GT von Farming Revolution. Eidam hat seinen TK 100 für den Einsatz von komprimiertem Methangas (CNG) konzipiert und mit einem hydraulischen Fahrantrieb ausgestattet.
Um dennoch einen Überblick über den Stand der Technik zu geben und um eine gewisse Vergleichbarkeit zu ermöglichen, hat der Lehrstuhl Agrarsystemtechnik an der Technische Universität (TU) Dresden in Zusammenarbeit mit profi im Vorfeld des Feldrobotiktags technische Daten und weitere Leistungsindikatoren, in einem sogenannte Benchmark, erhoben.
Die Produktbeschreibungen sowie die Angaben der Hersteller zu den Kriterien Einsatzmöglichkeiten, Produktivität, Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit, Bedienkomfort und Sicherheit sowie Integrationsfähigkeit in bestehende Prozesse finden Sie im Internet unter landwirtschaft.sachsen.de. Dort am besten im Suchfenster „Feldrobotiktag“ eingeben.
Fazit
Der zunehmende Fachkräftemangel und Arbeitsspitzen treiben die Entwicklung von Feldrobotern voran. Erste Hackroboter sind im Bio-Feldgemüseanbau und in Zuckerrüben im Einsatz. Doch nicht immer laufen sie wie gewünscht 24/7 störungsfrei. Deswegen guckt Dominique Naumburger vom Ackerbau Nemt mindestens zweimal täglich nach den Farmdroid-Robotern. Nur so kann sie derzeit feststellen, ob Hackdrähte aufgrund von Verschleiß gewechselt oder Einstellungen geändert werden müssen oder ob die Werkzeuge Fremdkörper wie Steine mitschleifen.
Der Fahrer als Kontrolleur der Arbeitsqualität fehlt den autonom arbeitenden Maschinen. Sensoren und Kameras mit künstlicher Intelligenz müssen das übernehmen. Noch fehlt es hier an vollständig ausgereiften Systemen, bei denen eine KI z. B. den Werkzeugverschleiß oder den Gutfluss erkennt. Doch die Hersteller arbeiten daran, selbstlernende Geräteüberwachungen zu entwickeln.
Paul Bühnemann von der Agravis prognostiziert, dass die Zahl der eingesetzten Feldroboter weiter steigen wird und dass in fünf Jahren auch die ersten Ernteroboter z. B. Kartoffeln roden werden. Schon jetzt können Feldroboter Prozesse wie Bodenbearbeitung, Saatbettbereitung oder mechanische Unkrautbekämpfung übernehmen.
