Entwicklung eines kollaborativen Transportroboters zur Unterstützung bei Erntearbeiten im Obst- und Gemüseanbau (VALERA)

Abstract

Obst- und Gemüsebau sind durch ein hohes Maß an manuellen Tätigkeiten gekennzeichnet; die hierfür benötigten saisonalen Arbeitskräfte nicht mehr in ausreichendem Maße verfügbar. Zur Unterstützung von Erntearbeiten wurde im Projekt der kollaborative Transportroboter VALERA weiterentwickelt. Das modular aufgebaute System soll autonom navigieren, seine Umgebung erfassen und Erntegut sicher zu Sammelstellen transportieren. Als kollaborativer Roboter arbeitet VALERA direkt mit Menschen zusammen und kann zudem als Zugroboter bestehende Anhänger bewegen. Im Projekt wurde das vorhandene System zu einer marktnahen, robusten Plattform weiterentwickelt. Dabei wurden Fortschritte v. a. in den Bereichen Mechanik, Elektronik, Sensorik und Software erzielt. In der Softwareentwicklung wurden Bildverarbeitung, Trajektorienplanung und Kollisionsvermeidung optimiert. Eine präzise, feldübergreifende Navigation wurde mittels Sensorfusion aus Stereo-Kamera, LiDAR und IMU-Daten realisiert. In umfangreichen Feldversuchen mit Pilotanwendern konnte die Leistungsfähigkeit, Robustheit und Praxistauglichkeit in verschiedenen Kulturen nachgewiesen werden. Die Projektergebnisse bestätigen die technische Umsetzbarkeit kollaborativer Feldrobotik in der landwirtschaftlichen Praxis. VALERA bietet den Betrieben eine erschwingliche robotische Lösung zur Effizienz- und Nachhaltigkeitssteigerung, mit der Marktumsetzung wird kurzfristig begonnen. Fruit and vegetable cultivation involves a high degree of manual labor. Seasonal workers required are no longer available in sufficient numbers. To support harvesting work, the collaborative transport robot VALERA was further developed within the project. The modular system is designed to navigate autonomously, detect its surroundings, and transport harvested produce safely to collection points. As a collaborative robot, VALERA works directly with humans and can also move existing trailers as a towing robot. In the project, the existing system was further developed into a market-ready, robust platform. Progress was made primarily in the areas of mechanics, electronics, sensor technology, and software. In software development, image processing, trajectory planning, and collision avoidance were optimized. Precise, cross-field navigation was achieved using sensor fusion from stereo camera, LiDAR, and IMU data. Extensive field trials with pilot users demonstrated the performance, robustness, and utility of the system in different cultures. The project results confirm the technical feasibility of collaborative field robotics in agricultural practice. VALERA offers farms an affordable robotic solution for increasing efficiency and sustainability, and market implementation will begin shortly.