Samstag, 18. November 2017
Schriftgröße

Intelligenter Erntehelfer am Weinhang

  •  

Interview mit Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Herlitzius, Professur für Agrar­systemtechnik, Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden

12.11.2017

Mit ELWOBOT haben Forscher der TU Dresden einen Roboter entwickelt, der autonom auf Obst- und Weinplantagen agieren kann. Welche Aufgaben der smarte Erntehelfer bereits meistert und wo er noch an seine Grenzen stößt, erläutert Agrartechnik-Experte Professor Thomas Herlitzius im Gespräch mit DIE MESSE.

 - Ackert selbstständig durch Plantagen und Baumreihen: ELWOBOT hat erste Testläufe bereits erfolgreich gemeistert, muss aber noch robuster werden.
© TU Dresden
Ackert selbstständig durch Plantagen und Baumreihen: ELWOBOT hat erste Testläufe bereits erfolgreich gemeistert, muss aber noch robuster werden.

Herr Prof. Herlitzius, warum ist Automatisierung für die Landwirtschaft der Zukunft wichtig?
Die Automatisierung von Maschinen und Verfahren in der Landwirtschaft ist aktuell der wichtigste Entwicklungstrend, da Produktivitätssteigerungen nicht alleine über das Wachstum von Leistung, Arbeitsbreite oder Arbeitsgeschwindigkeit erzielt wird, sondern vielmehr durch intelligente Prozessführung die installierte technische Leistung auch effektiv ausgelastet werden kann. Zusätzlich eröffnen Technologien der Digitalisierung völlig neue Perspektiven in der maschinenübergreifenden Automatisierung der Verfahren. Wir sprechen dann von Smart Farming, Farming 4.0 oder Precision Agriculture.
Anwendungsfelder für die informationsgeleitete Pflanzenproduktion finden sich in allen wesentlichen Arbeitsschritten des ackerbaulichen Produktionsprozesses und unterstützen die vereinfachte, umfassende und räumlich wie zeitlich differenzierte Planung, Steuerung und Dokumentation der durchgeführten Maßnahmen. Informationskreisläufe werden geschlossen, inselartige Anwendungen werden künftig durch vernetzte Systeme ersetzt.

 - Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Herlitzius, Professur für Agrar­systemtechnik, Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden
© TU Dresden
Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Herlitzius, Professur für Agrar­systemtechnik, Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden

Mit ELWOBOT entwickeln Sie an der TU Dresden einen Plantagenroboter, der autonom durch Obst- und Weinplantagen fahren kann. Welche Aufgaben meistert das System bereits?
Es soll zunächst in der Lage sein, selbstständig in der Plantage und zwischen den Baumreihen zu navigieren, Pflanzenschutzmaßnahmen durchzuführen und innerhalb der Fahrgasse zu mulchen. Spätere Aufgaben beinhalten die Aufnahme und den Transport von Ernteboxen aus den Baumreihengassen zur Sammelstelle, Baumbestands- und Ertragskontrolle sowie das Detektieren und Protokollierung des Fallobstaufkommens.
Dazu ist das System ähnlich einem Geräteträger modular aufgebaut, so dass die elektrifizierte Trägerplattform mit entsprechenden prozessspezifischen Applikationen und Sensorpaketen konfiguriert werden kann. Arbeitsaufgabe und Wege sind vorgeplant und mittels der implementierten Sensorik zur Erkennung der Obstbäume, Weinreben und eventueller Hindernisse wird entsprechend der aktuellen Situation navigiert. In der ersten demonstrierten Anwendung wurde im Herbst 2016 laubwandspezifisch Spritzmittel mit sechs Einzelgebläsen differenziert verteilt. Als Entwicklungspartner waren hier die Hochschule Osnabrück für die Sensorik und die Hochschule Geisenheim mit der neuen segmentgesteuerten Spritze beteiligt. Die Trägerplattform wurde von der Firma Raussendorf gefertigt und die Elektrifizierung erfolgte mit Komponenten der Firma KEB.

Wo kommt der Roboter noch an seine Grenzen?
Maschinenkonzept und Funktion wurden in der ersten Anwendung erfolgreich umgesetzt und sind von den beiden Testbetrieben, Obstland Sachsen und Weingut Proschwitz, akzeptiert worden. Besonders die Robustheit der Automatisierungslösungen lässt aber noch zu wünschen übrig, was für diese frühe Phase der Erprobung kein unnormaler Zustand ist. Durch weitere Praxisversuche müssen noch viele Kinderkrankheiten behoben werden.
Weiterhin sind die im Funktionsmuster verbauten Komponenten zu teuer, so dass in Richtung Serienprodukt eine Überarbeitung erfolgen wird. Schließlich ist die funktionale Sicherheit im autonomen Einsatz und in Kooperation mit dem Bediener nachzuweisen.

ELWOBOT soll sich durch gute Manövrierfähigkeit auszeichnen. Wie gelingt dies?
Die Maschine ist in drei verschiedenen Größenklassen konzipiert und wiegt jetzt in der mittleren Ausbaustufe 1,5 Tonnen und ist 1,4 Meter breit. Das Fahrwerk basiert auf einem modular aufgebauten elektrischen System mit vier elektrischen Einzelradantrieben und einer Allradlenkung, die durch die Portalbauweise sehr große Lenkwinkel realisieren kann. Das Fahrzeug kann damit sogar auf der Stelle drehen und ist durch die Ansteuerung von Lenkwinkel und Raddrehzahl jedes einzelnen Rades in jeder Geländebedingung und Beladung gut kontrollierbar.

Den Menschen „aus Plantagen und Feldern herauszuautomatisieren“, ist nicht Ihr Ziel. Wie sieht das Mensch-Maschine-Zusammenspiel in der „Landwirtschaft 4.0“ künftig aus?
An vielen Stellen im Bereich der Landwirtschaft ist eine Vollautomatisierung noch nicht absehbar. Gründe hierfür sind unter anderem die technologische Komplexität und entsprechend hohe Kosten, fehlende Sensorik für die Datenerfassung, fehlende theoretische Modelle zur Prozessbeschreibung sowie entsprechende Algorithmen, Sicherheitsaspekte beim Einsatz automatisierter Abläufe und autonom arbeitender Maschinen sowie ethische und moralische Aspekte, die im Kontext der Automatisierung zu betrachten sind. Die Entwicklungen im Bereich der Agrartechnik führen zu einem Wandel des Anforderungsprofils an Arbeitnehmer in der Landwirtschaft. Diese Entwicklung von Landmaschine zum cyber-physischen Agrarsystem erfordert folgerichtig eine neue Form der Mensch-Maschine-Kooperation. Deshalb hinterfragen wir die vorherrschenden technikzentrierten Ansätze und wollen eine menschzentrierte Perspektive zur Gestaltung von Automatisierungslösungen, die die Fähigkeiten, Variabilität und besonders die Lernfähigkeit des Menschen von Anfang an in die Automatisierungskonzepte einbeziehen.

Ein Ausblick: Welche Ideen haben Sie für die Weiterentwicklung des Robotersystems in der Schublade?
Es gibt eine ganze Reihe von weiterführenden Ideen, die über den überschaubaren Markt des Obst- und Weinbaus hinaus auf die Breite der Agrarproduktion zielen. Auch eine Synergie zu den Baumaschinen liegt auf der Hand. Dabei versuchen wir immer die Lösung vom Prozess her zu denken und bestehende Maschinenkonzepte nicht als selbstverständlich anzusehen.
Mit dem vom BMBF geförderten Regionalen Wachstumskern Feldschwarm konnten wir im Juli dieses Jahres ein Projekt starten, das in einem Konsortium von Firmen, der TU Dresden und zwei Fraunhofer-Instituten vernetzte und autonom agierende Maschinenschwärme in der Bodenbearbeitung entwickelt. Diese sollen mit elektrischen Antrieben ausgestattet sein und aus leichtbaugefertigten Einheiten bestehen, die mit unterschiedlichen Werkzeugmodulen je nach Arbeitsaufgabe konfiguriert werden können. Im Schwarmverband fährt ein von einem Menschen geführtes Gespann. Der Fahrer überwacht von dort aus die autonom folgenden Einheiten, die sich dem Bediener gegenüber wie ein großes Gerät präsentieren aber teilflächenspezifisch und selbständig den Arbeitsprozess durchführen.