Unkrautroboter auf einem Feld im Einsatz

Das Agritech-Startup Small Robot Company hat ein Verfahren zur chemikalienfreien Unkrautbekämpfung auf Getreidefeldern durch robotergestütztes Jäten entwickelt. - Bild: Small Robot Company

Die Nachfrage für Robotik- und Automationstechnologien steht im Zeichen starker Nachholeffekte, denn Robotik und Automation erweisen sich zunehmend als Schlüsseltechnologien. So auch in Anwendungsgebieten, die man nicht unbedingt mit dem Einsatz von Robotern verbindet, wie die Vernichtung von Unkraut in der Landwirtschaft.

So haben die Small Robot Company und ihre Partner Igus und Rootwave den ersten selbstfahrenden Roboter entwickelt, der Unkraut erkennen und mit einem speziellen 'Zapper' durch Stromschläge vernichten kann. Es handelt sich um einen chemikalienfreien Unkrautbekämpfungsroboter, der die Unkräuter individuell bekämpft. Eine spannende und schonende Technologie für die Landwirtschaft, in der der Flächeneinsatz von Herbiziden teuer und umweltschädlich ist.

Zumal die Verschlechterung der Bodenqualität durch Herbizide und Verdichtung die Erträge deutlich mindert. 'Dick', der Unkrautbekämpfungsroboter auf Rädern, ist mit Delta-Robotern von Igus ausgestattet und kann mithilfe künstlicher Intelligenz und Videotechnik erfolgreich einzelne Unkrautpflanzen erkennen und eliminieren. Der Endeffektor stammt von Rootwave.

Roboter entfernt Unkraut durch Stromschläge
So sieht robotergestütztes Jäten aus: Das Verfahren zur chemikalienfreien Unkrautbekämpfung auf Getreidefeldern identifiziert und eliminiert Unkräuter auf Getreidefeldern. Der Endeffektor, der sogenannte 'Zapper' arbeitet mit Stromschlägen. - Bild: Small Robot Company

Low-Cost-Automation in der Landwirtschaft

Die drei eingesetzten Delta-Roboter stammen von Igus. Die Low-Cost-Automation-Lösung wird normalerweise im industriellen Bereich für Pick-and-Place-Vorgänge eingesetzt. Bei Dick ist er für die Positionierung des Zappers zuständig. Das geschieht mit einem integrierten Motor und Encoder in Verbindung mit der Hauptsteuereinheit des Roboters.

Die drei Delta-Arme können dabei gleichzeitig arbeiten und Unkräuter vernichten. Die Lösung wurde unter anderen wegen seiner günstigen Kosten ausgewählt. Ähnliche Produkte von Mitbewerbern kosten oftmals bis zu 20.000 Euro, der verwendete Delta-Roboter dagegen nur etwa 5.000 Euro.

Mehrere Personen stehen auf einem Feld bei dem Roboter für Unkrautbekämpfung
SRC und Igus planen weitere Aktionen, bei denen der Roboter beispielsweise für punktuelle Sprüheinsätze, punktgenaue Düngung oder Schneckenbekämpfung eingesetzt werden könnte. - Bild: Small Robot Company

Mithilfe von künstlicher Intelligenz Unkräuter entdecken

Neben Dick kommt der Überwachungsroboter 'Tom' zum Einsatz, der mit seiner proprietären künstlichen Intelligenz (KI) namens 'Wilma' den Acker auf Unkrautbesatz absucht und daraus dann eine Route für Dick berechnet. Dick wird dann auf seine 'Mission' geschickt, auf der er nun bestimmte Unkräuter identifizieren und eliminieren kann. Mit dieser Zwei-Roboter-Methode demonstriert SRC sein 'Ende-zu-Ende-Servicemodell'. Mehrere Roboter setzen die KI ein, scannen das Feld gemeinsam bis auf Einzelpflanzenebene und treffen dann die entsprechenden Maßnahmen.

Einfachheit und geringe Kosten entscheidend

Bei dieser Art der Unkrautbekämpfung kommt es vor allem auf Einfachheit und geringe Kosten an, deshalb spielen die Komponenten und die Steuerung des Delta-Roboters eine so entscheidende Rolle. Denn die Delta-Einheiten sind aus Drylin Standardkomponenten gefertigt, was die Montage erleichtert und die Kosten senkt. Sie wurden gründlich im Außeneinsatz getestet und bewältigen auch feuchten Schlamm und Spritzwasser.

Die Steuerungen sind mit Schrittmotoren verbunden, die den Delta-Roboter direkt über den Unkrautpflanzen positionieren. Die Motoren besitzen Encoder, mit denen der Roboter seine Position ermitteln kann. Über Industriestandard-Protokolle sind diese leicht zu programmieren. Die Hauptsteuerung und KI des SRC-Roboters Dick kommuniziert mit der Igus-Motorsteuerung und synchronisiert die Roboterposition mit dem Delta-Arm. So entsteht eine geschlossene Überwachungsschleife.

So eliminiert ein Roboter Unkräuter

'Tom' und 'Dick' beim vollständigen Unkrautbekämpfungsvorgang

Schmiermittelfreie Bauteile für eine umweltfreundliche Arbeit

„Der Roboter Dick fährt an eine Seite, eine Kamera macht eine Aufnahme des Unkrauts, die KI identifiziert es als Unkraut und entscheidet dann, wo der Stromschlag erfolgt“, erläutert Angelos Bitivelias, Entwickler für Low Cost Automation bei Igus UK. „Mit seiner Kinematik eignet sich der Delta-Roboter sehr gut für den Endeffektor, und durch den Riemenantrieb wird der Zapper immer parallel zum Boden gehalten.“

Die Igus Komponenten sind schmiermittelfrei und das ist hierfür von entscheidender Bedeutung. Geschmierte bewegliche Teile wie der Riemenantrieb und die Lager könnten auf einem schlammigen Acker mit Schmutz und Wasser verunreinigt und blockiert werden. Alle Komponenten bestehen aus Tribopolymeren, die für den Trockenlauf konzipiert sind und keine externen Schmiermittel benötigen.

Roboter vernichtet Unkraut auf einem Feld
Die drei igus Delta-Arme können gleichzeitig arbeiten und Unkräuter vernichten. - Bild: Small Robot Company

Punktuelle Unkrautentfernung dank höchster Präzision

Auch die Präzision spielt eine wichtige Rolle. „Dass wir jetzt die einzelne Pflanze anvisieren können, ist ein Meilenstein“, erklärt Andy Hall, Head of Prototyping bei der Small Robot Company. „Mithilfe künstlicher Intelligenz können die Roboter die Unkräuter in der Aufnahme der Kamera erkennen und den Roboterarm auf diese Pflanzen ausrichten. An diesem Punkt können wir dann nach Belieben weitermachen. An unsere Robotikplattform mit dem integrierten Igus-Arm könnte man viele verschiedene Technologien anflanschen. Da liegt uns sozusagen die Welt zu Füßen.“

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