Roboter mit Kamera macht grünen Spargel günstiger

Automatisierung

Roboter mit Kamera macht grünen Spargel günstiger

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Spargel ist teuer, weil er in mühevoller Arbeit einzeln gestochen werden muss. Ändern könnte das ein Roboter mit speziellen Erntewerkzeugen, die sich auf Präzisionsschienen des britischen Unternehmens Hepcomotion bewegen.

Alle Jahre wieder erobert der Spargel die deutschen Küchen. Für den Landwirt ist die Frühlingszeit allerdings ziemlich stressig, denn er muss in kurzer Zeit Unmengen von dem Gemüse ernten. 2016 waren es laut statistischem Bundesamt mehr als 119 000 t. Und die Arbeit auf dem Feld ist mühsam, denn die Erntehelfer müssen jede Stange einzeln stechen und das treibt den Preis nach oben. Eine automatisierte Lösung, die es bei der Kultivierung des Spargels längst gibt, soll Abhilfe schaffen.

Es gab schon viele Ansätze, doch keine Maschine konnte bei der Spargelernte dem Menschen bislang das Wasser reichen. Mit dem Projekt „Green Asparagus Harvesting Robotic System“, kurz Garotics, soll das Problem nun gelöst werden. Mit an Bord sind das Bremer Centrum für Mechatronik (BCM), der Verpackungsmaschinenhersteller Strauss aus Buxtehude und der britische Landwirtschaftsbetrieb C. Wright & Son. Mit vereinten Kräften soll nun ein Ernteroboter für grünen Spargel entwickelt werden.

Die Basis des Ernteroboters ist ein Fahrgestell mit vier Rädern und Vorderradantrieb. In der Mitte zwischen den beiden Vorderrädern ist ein Kamerasystem installiert, das die grünen Spargelstangen während der Vorbeifahrt aufnimmt. Im Gegensatz zum weißen Spargel wächst der grüne Spargel über der Erde. Eine Bildverarbeitungssoftware erkennt die erntereifen Stangen und kann sie klar von denen abgrenzen, die noch zum Wachsen im Boden bleiben müssen. „Eine Art Rasenmäher, der alles abmäht, macht keinen Sinn, denn die Stangen wachsen unterschiedlich schnell“, erklärt Sebastian Allers, Konstrukteur beim Maschinenbauer Strauss. „Wir mussten deswegen eine Vision-Lösung implementieren, die zwischen verschiedenen Wachstumsstadien unterscheiden kann.“ Die Software leitet die Koordinaten der reifen Exemplare an den Werkzeugkopf weiter, der unter einer gehärteten und präzise geschliffenen Linearführungsschiene aus Edelstahl des britischen Herstellers Hepcomotion montiert ist. Auf einem Laufwagen, der über einen Zahnriemen betrieben wird, kann der Werkzeugkopf über die volle Fahrzeugbreite von Seite zu Seite fahren – ähnlich wie die Patronen in einem Drucker. Den Antrieb übernimmt ein Wechselstrom-Getriebemotor mit Schneckengetriebe, der an der Seite der Linearführungsschiene sitzt und eine Leistung von 1,1 kW entwickelt. Mit einer maximalen Antriebskraft von 1225 N sind Geschwindigkeiten bis zu 2 m/s möglich. Mit speziellen Motoren lassen sich sogar 5 m/s erreichen. Der Ernteroboter arbeitet mit zwei Werkzeugköpfen gleichzeitig, die sich auf zwei hintereinander positionierten Schienen unabhängig voneinander bewegen können. Dadurch wird der Durchsatz erhöht.

Sobald der Werkzeugkopf positioniert ist, schwenkt er einen Greifarm nach unten. Für diese Bewegung wurde mit dem PRT2 ein weiteres System der Briten eingesetzt, das aus einem Spektrum an Ringen und Ringsegmenten aus Edelstahl besteht. Diese lassen sich mit geraden Führungsschienen zu Schienenstrecken zusammensetzen. Der Greifarm ist auf einen Laufwagen mit sogenannten Zapfenlagern geschraubt, die zentrisch und exzentrisch angeordnet sind. „Das Besondere an der Technik ist, dass wir mit dem Schienensystem eine lineare Bewegung und eine Rotation des Greifarms mit nur einem Antrieb realisieren konnten“, sagt Lasse Langstädtler, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Bremer Instituts für Strukturmechanik und Produktionsanlagen im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. „Außerdem lässt sich der Greifarm mit seiner Rollenführung relativ schnell senken, sodass auch ein kleiner Abstand zwischen zwei Spargelstangen keine Probleme macht.“ Wäre der Greifer nicht so schnell unterwegs, müsste er logischerweise früher starten und die Gefahr wäre groß, dass eine vorangehende Stange, die noch zum Reifen im Boden bleiben soll, beschädigt wird. Ist der Greifarm schließlich abgesenkt, wird der Spargel gleichzeitig abgeschnitten und gegriffen, während sich der Roboter kontinuierlich mit 0,5 m/s vorwärtsbewegt. Schließlich fährt der komplette Werkzeugkopf an die Seite und legt den Spargel auf einem Förderband ab.

Das Klima auf den Spargelfeldern ist in der Regel ungemütlich. An manchen Tagen ist es kalt und nass, dann wieder brennt die Sonne und es wird heiß und staubig. Die Führungssysteme halten allerdings den rauen Umgebungsbedingungen stand. „Das sogenannte V-Führungs-Prinzip ist quasi selbstreinigend“, versichert Mark Völkers, Gebietsleiter Außendienst Norddeutschland bei Hepcomotion. „Während der Fahrt des Laufwagens drücken die Lager den Schmutz von der Schiene.“ Im Gegensatz zu Kugelumlaufsystemen entfällt bei diesem Modell die Schmierung und alle Komponenten sind korrosionsbeständig. Der Spargel kann deswegen nie mit Rost in Berührung kommen. Das ist im Lebensmittelbereich natürlich eine Grundvoraussetzung.

Bislang gibt es einen Prototyp der Spargelerntemaschine, der im Moment unter realen Bedingungen getestet wird. In diesen Feldversuchen wollen die Ingenieure unter anderem herausfinden, wie lange die Akkus die Maschine mit Energie versorgen können. Ein weiterer Knackpunkt ist die Geschwindigkeit der Erntewerkzeuge, die bislang nicht schneller sind als menschliche Erntehelfer. Aber sie können natürlich später bei ausreichender Energiezufuhr ohne Probleme rund um die Uhr auf dem Feld im Einsatz sein. Das könnte die Ernte in Zukunft wirtschaftlicher und den Spargel günstiger machen.

An einer alten Tradition soll übrigens auch der Ernteroboter nicht rütteln: Am 24. Juni, dem Johannistag, endet das Spargelstechen, denn irgendwann muss sich der Boden auch mal erholen. (ub)



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