{"id":9358,"date":"2022-05-25T14:37:36","date_gmt":"2022-05-25T12:37:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/?p=9358"},"modified":"2024-02-19T11:44:24","modified_gmt":"2024-02-19T10:44:24","slug":"beikrautregulierung-mit-feldroboter-curt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/beikrautregulierung-mit-feldroboter-curt\/","title":{"rendered":"Feldroboter CURT: Ein innovativer Manipulator zur Beikrautregulierung"},"content":{"rendered":"
Der mobile Agrarroboter \u00bbCURT\u00ab (Crops Under Regular Treatment) des Fraunhofer IPA<\/a> hat zum Ziel, die Landwirtschaft der Zukunft durch die Autonomisierung von Pflanzenschutzma\u00dfnahmen im arbeitsintensiven, biologischen und pestizidfreien, konventionellen Anbau durch seine kognitiven F\u00e4higkeiten mitzugestalten. Der Applikationsfokus der Entwicklungen liegt zun\u00e4chst in der chemiefreien und nachhaltigen Beikrautregulierung durch mechanische Verfahren in Dammkulturen, wie beispielsweise Kartoffeln. \u2013 Durch seine kognitiven F\u00e4higkeiten navigiert CURT einerseits autonom durch die Pflanzenkulturen, indem er seine Umgebung durch unterschiedliche Sensoren wahrnimmt und bek\u00e4mpft andererseits selektiv Beikr\u00e4uter, indem diese erkannt und von Nutzpflanzen unterschieden werden, um diese anschlie\u00dfend durch neuentwickelte Kinematiken und Werkzeuge zu beseitigen.<\/div>\n
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Im Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbCognitive Agriculture\u00ab<\/b> (kurz: \u00bbCOGNAC\u00ab) for\u00adschen neben dem Fraunhofer IESE sieben weitere Fraunhofer-Institute gemein\u00adsam an Grundlagen, die Landwirt*innen in einer digitalisierten Welt eine hohe Produkti\u00advit\u00e4t im Einklang mit weiteren Zielen wie Nachhaltigkeit oder Produktqualit\u00e4t er\u00adm\u00f6glichen. Unsere Gastautoren vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionssysteme IPA<\/a> koordinieren die Arbeiten rund um die Feldrobotik und berichten \u00fcber neue Forschungsergebnisse.<\/em><\/p>\n

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\"KevinGastautor
\nKevin Bregler<\/strong>
\nFraunhofer IPA \u2013 Roboter- und Assistenzsysteme<\/strong>
\nTelefon: +49 711 970 1371<\/strong>
\nE-Mail senden<\/a><\/strong><\/p>\n

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\"SimonGastautor
\nSimon Kalmbach<\/strong>
\nFraunhofer IPA \u2013 Roboter- und Assistenzsysteme<\/strong>
\nTelefon: +49 711 970 1678<\/strong>
\nE-Mail senden<\/a><\/strong><\/p>\n

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Landwirtschaftliche Prozesse rund um den Pflanzenschutz sind noch immer mit hohen Kosten und vor allem im \u00f6kologischen Landbau mit hohen manuellen Aufw\u00e4nden verbunden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Beseitigung von Beikr\u00e4utern, die mit den Nutzpflanzen um N\u00e4hrstoffe, Wasser und Sonnenlicht konkurrieren. Um diese Aufw\u00e4nde zu minimieren dr\u00e4ngen seit einigen Jahren disruptive Technologien in den Markt der Landwirtschaft. Neue Ans\u00e4tze aus den Bereichen der k\u00fcnstlichen Intelligenz, neuen Sensor- und Robotertechnologien werden von zahlreichen Start-Ups aus dem Agriculture Technology (AgTech) Bereich an den Markt gebracht. Trotz der aufstrebenden Start-Up Landschaft in der AgTech Branche, sowie etablierten Herstellern, die diesem Trend folgen, ist die Robotik in der Landwirtschaft eine bisher ungel\u00f6ste Herausforderung die weiterhin signifikanten Aufwand in Forschung und Entwicklung ben\u00f6tigt.<\/p>\n

Neben regulatorischen Herausforderungen f\u00fcr autonome Systeme in der Landwirtschaft bestehen auch Herausforderungen, die in der Robotik und in den Applikationen begr\u00fcndet liegen. Es bestehen unterschiedlichste Konzepte hinsichtlich der Ausgestaltung der Roboterhardware, Autonomie und Applikation. Um den Erfolg von Robotern in der Landwirtschaft langfristig garantieren zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen sie sich ihrer nicht- oder teilautomatisierten Konkurrenz \u2013 den konventionellen Landmaschinen \u2013 vor allem in dem Bereich der Leistungsf\u00e4higkeit stellen. Der wirtschaftliche Erfolg von Agrarrobotern h\u00e4ngt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie beispielsweise einer Aufrechterhaltung oder gar Steigerung der Produktivit\u00e4t des Anbaus selbst, aber auch einer Reduktion des \u00f6kologischen Fu\u00dfabdrucks des aktuellen Anbausystems. Eine weitere Herausforderung stellt die Autonomie auf dem Feld dar, die es einem Roboter erm\u00f6glicht, sich auf einem Feld zu lokalisieren, in den Reihen zu navigieren, Aufgaben auszuf\u00fchren und auf dortige Gegebenheiten reagieren zu k\u00f6nnen, ohne dass ein Eingreifen des Anwenders innerhalb eines Arbeitsprozesses notwendig ist.<\/p>\n

L\u00f6sungsans\u00e4tze in COGNAC zur Beikrautregulierung<\/strong><\/h3>\n

Um sich diesen Herausforderungen zu stellen, werden im Fraunhofer Leitprojekt COGNAC aktuell unterschiedliche Roboter entwickelt. Einer dieser Roboter, der am Fraunhofer IPA in Stuttgart entwickelt wird, tr\u00e4gt den Namen CURT <\/strong>(C<\/strong>rops U<\/strong>nder R<\/strong>egular T<\/strong>reatment). Durch die Kombination unterschiedlicher Sensordaten kann sich CURT<\/strong> auf den Feldern lokalisieren und selbst kurzzeitige Ausf\u00e4lle des RTK-GPS Signals kompensieren. Dazu extrahiert CURT<\/strong> Informationen aus der Umgebung mittels Kamera, Daten und 3D LIDAR-Sensoren und kombiniert diese. Zur Navigation werden semantische Informationen genutzt, um den Roboter entlang der Reihen zu f\u00fchren und deren Enden und die Feldgrenzen zu erkennen. F\u00fcr die lokale Planung der Fahrtwege werden semantische Informationen in Karten hinterlegt. Diese Informationen, k\u00f6nnen unter anderem zur Absch\u00e4tzung der Befahrbarkeit der Untergr\u00fcnde genutzt werden um darauf basierend Pfade zu generieren. Die relevanten Informationen werden nicht nur lokal auf CURT<\/strong> gespeichert und verarbeitet, sondern auch im Agricultural Data Space (ADS<\/strong>) ausgetauscht und verwendet.<\/p>\n

\"Feldroboter
Abbildung 1 MVP mit selektivem Manipulator<\/figcaption><\/figure>\n

Durch seinen Radstand und seine schmalen R\u00e4der ist CURT <\/strong>in der Lage Dammkulturen, wie beispielsweise Kartoffeln, Zwiebeln oder M\u00f6hren zu befahren. Unterschiedliche Kamerasysteme die mit spezifischen Beleuchtungseinrichtungen ausgestattet sind, k\u00f6nnen Nahinfrarot-, RGB und Tiefendaten sammeln. Dadurch kann CURT<\/strong> Nutzpflanzen von Beikr\u00e4utern unterscheiden, diese klassifizieren und auf dem Feld \u00a0lokalisieren und als semantische Informationen in Karten hinterlegen. F\u00fcr die Anwendung innerhalb der Applikation Beikrautregulierung werden f\u00fcr CURT <\/strong>unterschiedliche Manipulatorenkonzepte zur selektiven, mechanischen Beikrautregulierung entwickelt und befinden sich aktuell in Erprobung.<\/p>\n

Video-Empfehlung: Vision Landwirtschaft der Zukunft mit CURT<\/strong><\/a><\/p>\n

Bisherige und erwartete Ergebnisse <\/strong><\/h3>\n

Der bisherige Stand der Entwicklung l\u00e4sst sich in drei Kategorien unterteilen: Mechatronik, selektive Manipulation und kognitive F\u00e4higkeiten.<\/p>\n

Im Bereich der Mechatronik nutzt das Fraunhofer IPA aktuell eine eigens entwickelte MVP-Version (Minimal Viable Product) des finalen Entwicklungsziels um flexibel Algorithmen und neue Ans\u00e4tze zu testen. Entgegen des finalen Entwicklungsstandes von CURT<\/strong> ist dieser MVP kleiner und somit einfacher in der Handhabung innerhalb der Forschung und Entwicklung und verf\u00fcgt \u00fcber ein reduziertes Antriebssystem mit weniger Antriebsleistung. Im Sommer 2022 wird der finale Prototyp von CURT<\/strong> innerhalb des Leitprojekts COGNAC fertiggestellt sein und alle Teilkomponenten integriert, sowie die Schnittstelle zum ADS<\/strong> implementiert.<\/p>\n

Der zweite Bereich, die selektive Manipulation, wurde bereits prototypisch umgesetzt und wird aktuell in Testst\u00e4nden erprobt und evaluiert. Dabei kommen unterschiedliche Wirkprinzipien in der Beikrautregulierung zum Einsatz, sowie unterschiedliche Kinematiken zur Positionierung der Werkzeuge. Nach erfolgreichen Tests unter Laborbedingungen, werden die Manipulatoren in die mobile Roboterplattform f\u00fcr Tests unter Realbedingungen in Kartoffelkulturen integriert.<\/p>\n

Als wichtige Entwicklung innerhalb der kognitiven F\u00e4higkeiten von CURT <\/strong>wird die Outdoor-Navigation fokussiert. Diese ist bereits in der Lage Karten mit unterschiedlichen semantischen Informationen f\u00fcr Agrarroboter zu generieren und diese der Planungsebene zur Verf\u00fcgung zu stellen. CURT<\/strong> besitzt bereits die F\u00e4higkeit, sich auf Basis unterschiedlicher Sensordaten innerhalb des Feldes zu lokalisieren. Zum Ende des Leitprojektes COGNAC werden diese Komponenten um eine lokale und globale Planungsebene erweitert. Relevante Informationen k\u00f6nnen dann auch bidirektional zwischen dem ADS<\/strong> und CURT<\/strong> ausgetauscht und f\u00fcr weitere Anwendungen oder Prozesse verwendet werden.<\/p>\n

\"Feldroboter
Abbildung 2: MVP in Kartoffelkulturen zur Datenakquise<\/figcaption><\/figure>\n

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Sie wollen mehr zum Fraunhofer-Leitprojekt COGNAC erfahren? \u2013 Mehr Infos dazu finden Sie hier<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Der mobile Agrarroboter \u00bbCURT\u00ab (Crops Under Regular Treatment) des Fraunhofer IPA hat zum Ziel, die Landwirtschaft der Zukunft durch die Autonomisierung von Pflanzenschutzma\u00dfnahmen im arbeitsintensiven, biologischen und pestizidfreien, konventionellen Anbau durch seine kognitiven F\u00e4higkeiten mitzugestalten. 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