LandÜber: Robotisches Gärtnern von oben

Abstract

Das Projekt „LandÜber - Robotisches Gärtnern von oben“ zielt auf die Entwicklung eines stationären Landwirtschaftsroboters, der mithilfe eines Seilsystems im biointensiven Gemüsebau eingesetzt wird. Die Anlage soll Werkzeuge für Bodenbearbeitung, Pflanzenpflege und Ernte nutzen, ohne empfindliche Böden zu verdichten. Damit erprobt das Projekt eine automatisierte, platzsparende und bodenschonende Technologie, die den Arbeitsaufwand im Gemüsebau reduziert. Das Vorhaben ist in mehrere Arbeitspakete gegliedert: von der Konzeption und Simulation über die Entwicklung der Kinematik bis hin zum Bau eines Demonstrators, der Werkzeugentwicklung, der Anwenderbefragung und der Implementierung eines Human-Machine-Interfaces (HMI). Der im Labor errichtete Vor-Demonstrator zeigt jedoch, dass eine Skalierung ins Freiland im Projektzeitraum nicht umsetzbar ist. Daher richtet das Team einen Endeffektor-Versuchsstand ein, der die Weiterentwicklung von Werkzeugen und Interaktionskonzepten ermöglicht. Der Vor-Demonstrator nutzt einen Low-Cost- und Open-Source-Ansatz mit BLDC-Motoren, Raspberry Pi, ROS 2 und eigens gefertigten mechanischen Komponenten. Dieser Ansatz erlaubt hohe Flexibilität, verursacht aber erheblichen Debugging-Aufwand. Der Verzicht auf Kraftsensorik und die rein softwarebasierte Kraftkompensation erweisen sich als unzureichend; für künftige Systeme sind Sensoren oder vereinfachte Seilkonfigurationen erforderlich. Der modulare Endeffektor-Versuchsstand wird erfolgreich aufgebaut und erlaubt die Entwicklung sowie den Test von Werkzeugen. Prototypen für Aussaat und Bewässerung werden konstruiert, gefertigt und in realitätsnahen Tests erprobt. Ein weiterer Prototyp für Unkrautbekämpfung entsteht in Grundzügen. Nutzerbefragungen bei regionalen Gärtnereien bestätigen das Interesse, zeigen aber auch Bedenken bezüglich Mastaufstellung und Integration in bestehende Anbausysteme. Die Interaktionsanalyse dokumentiert typische Nutzungsszenarien, legt Autonomiegrade fest und definiert Anforderungen an Sicherheit, Datenflüsse und ergonomische Gestaltung. Darauf aufbauend entsteht ein HMI-Prototyp mit Touchscreen-Steuerung, LED-Statusanzeigen und multimodalen Rückmeldungen, der im Versuchsstand erfolgreich eingesetzt wird. Trotz der Entscheidung, den Freiland-Demonstrator nicht umzusetzen, liefert das Projekt verwertbare Ergebnisse. Der Endeffektor-Versuchsstand schafft eine robuste Basis für die Weiterentwicklung von seilbasierten Robotersystemen und modularen Werkzeugen. Langfristig bildet LandÜber eine methodische und technologische Grundlage für Forschung, Ausbildung und die Automatisierung im biointensiven Gemüsebau.