Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und KonstruktionstechnikAutomatisierte Lösungen für die Obst- und Gemüseproduktion: Ernteroboter mit Reifegraderkennung
Profitieren Sie von effizienter und zuverlässiger Erntetechnik. Investieren Sie in einen KI-gestützten Ernteroboter.
Ernteroboter: Automatisiert Obst- und Gemüse ernten
Automatisierte Erntetechnik mithilfe Künstlicher Intelligenz
Das Interesse an wirtschaftlichen, automatisierten Erntetechniken für Obst und Gemüse ist groß. Mit robotergestützten Greif- und Erntestrategien können unterschiedliche Sorten präzise geerntet werden – dank bildgesteuerter Verfahren zur flexiblen Greiferpositionierung und Bahnplanung.
Kombination von Bildverarbeitung und Robotik für die Handhabung und das Greifen von Obst und Gemüse
Das Fraunhofer IPK beschäftigt sich seit vielen Jahren und in mehreren Projekten mit der Entwicklung von flexiblen Greifern, Greifstrategien mit passiver Nachgiebigkeit und der Handhabung mit kontrollierter Kraftregelung. Das Greifen und Handhaben von Früchten, die dazu notwendige Flexibilität der Anlage zur Interaktion mit gewachsenen Pflanzen – all das sind schwierige Aufgaben, die bisher nicht gelöst wurden. Die Vielfalt der Formen und Größen erfordert eine hohe Flexibilität der Lösung. Unsere Kompetenzen liegen nicht nur im Erkennen der Früchte, sondern vor allem im robusten Anfahren der Positionen mit einem Roboter und dem sicheren Greifen.
Die innovative Lösung des Fraunhofer IPK bietet die Grundlage für eine automatisierte Ernte. Die Topologie von Pflanzen und Früchten weist eine hohe Variabilität in Form und Geometrie auf. Zudem sind Früchte an einer Pflanze verteilt angeordnet. Durch den Einsatz von KI-basierten Algorithmen können Früchte zuverlässig identifiziert, Ernteprozesse automatisiert und perspektivisch eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Insgesamt bietet eine innovative automatisierte Erntetechnik viele Vorteile für die Landwirtschaft und wird zukünftig dazu beitragen, die Ernteerträge bei optimaler Qualität zu steigern.
Ernterobotik
Obwohl Ernteroboter praktisch rund um die Uhr eingesetzt werden können, müssen sie dennoch menschenähnliche Taktzeiten bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit in der Erkennung und Ernte der Früchte aufweisen. Ein Ansatz in einem früheren Forschungsprojekt war der Einsatz eines zweiarmigen Roboters. Dieser war bereits in der Lage, bestimmte Gemüsesorten zwischen den Blättern zu erkennen und mit seinen beiden Greifarmen auch bei widrigen Witterungsbedingungen schonend zu pflücken und abzulegen. Drei verschiedene Greiferprototypen wurden entwickelt und bereits unter Einsatzbedingungen getestet:
- ein auf Vakuumtechnik basierender Greifer,
- eine bionische Greifbacke (Fin-Ray) sowie
- eine auf Basis der OpenBionics Roboterhand modifizierte »Gurkenhand«.
Videoanalysen der Bewegungsabläufe bei der manuellen Ernte liefern für die Entwicklung der Roboterprogrammierung wichtige Erkenntnisse zu einzelnen Bewegungselementen wie »beidhändiges Suchen« und »Greifen«. Neben der Berührungssensibilität und der Anpassungsfähigkeit an die Umgebungsbedingungen können heute auch menschliche Greifbewegungen imitiert werden. Vorprogrammierte Verhaltensmuster ermöglichen es dem Roboter, Obst und Gemüse nach menschlichem Vorbild zweihändig zu suchen. Die Früchte sollen flexibel »on-the-fly« geerntet werden. Nach dem Erkennen einer Frucht soll sich der Roboter entsprechend annähern, sicher greifen und die Frucht von der Pflanze trennen.
Die Vorteile automatisierter Erntelösungen für Obst und Gemüse sind vielfältig: Die Anschaffungskosten eines Roboters sind im Vergleich zum Jahresgehalt eines Arbeiters schnell amortisiert und bieten auch eine hohe Ausfallsicherheit. Die innovative Erntetechnik eröffnet der Landwirtschaft neue Möglichkeiten und steigert durch Zeit- und Kostenersparnis nachhaltig die Effizienz im Ernteprozess.
Automatisierungslösungen in der Agrarindustrie
Innovative Greifersysteme ermöglichen die effiziente Ernte verschiedener Obst- und Gemüsesorten.
Herausforderungen
Die Landwirtschaft versucht zunehmend Lösungen zu entwickeln, um einerseits dem Klimawandel entgegenzuwirken und andererseits unter den veränderten klimatischen Bedingungen weiterhin wirtschaftlich produzieren zu können. Der Gewächshausanbau und insbesondere das Vertical Farming bieten bereits heute die Möglichkeit, unabhängig von klimatischen Veränderungen verschiedenste Pflanzen unter konstanten Umweltbedingungen zu kultivieren. Die Bedingungen können gezielt eingestellt werden, um Pflanzeneigenschaften zu verändern und den Ertrag zu steigern. Zudem kann der Einsatz von Wasser, Nährstoffen und Licht ressourcenschonend optimiert werden. Die Automatisierung von Ernteprozessen bietet ebenfalls ein sehr großes Potenzial, die Landwirtschaft nachhaltig und zukunftsfähig zu gestalten.
Die Erkennung von Obst und Gemüse, das oft teilweise oder sogar vollständig von gleichfarbigen Blättern verdeckt ist, stellt eine echte Herausforderung dar. Die Produktion steht unter zunehmendem wirtschaftlichen Druck, insbesondere durch die arbeits- und damit kostenintensive Ernte. Nicht konstante Lichtverhältnisse auf dem Feld sowie eine unregelmäßige Anordnung der Pflanzen erschweren die Bedingungen für die Erkennung der zu erntenden Früchte und Gemüse.
Die Automatisierung der Ernteprozesse verspricht vor allem wirtschaftliche Vorteile. Bei einigen Gemüsearten sind beispielsweise bis zu 30 Erntezyklen pro Saison erforderlich. Ohne verbesserte Erntetechnik ist davon auszugehen, dass solche Erntezyklen in Deutschland bald nicht mehr wirtschaftlich sind. Zudem macht der Mangel an Erntehelferinnen und -helfern die Automatisierung notwendig, wenn wir auch in Zukunft Gemüse und Obst aus regionalem Anbau beziehen wollen.
Profil und Lösungen
Die Technologie des Fraunhofer IPK zur automatisierten Ernte basiert auf künstlicher Intelligenz, die Obst- und Gemüsesorten und deren Reifegrade erkennt.
Unser Profil
Durch unsere langjährige Erfahrung mit kleinen und großen Industriepartnern aus den Bereichen Automotive und Maschinenbau können wir fundierte Kompetenzen in den unterschiedlichsten industriellen Prozessen nachweisen. Die technischen Herausforderungen unserer Kunden, z. B. bei der automatisierten Kabelkonfektionierung, der flexiblen Verschraubungen an Fahrzeugen oder der mobilen Manipulation, z. B. beim Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen, sind vergleichbar mit den Problemstellungen im Bereich der Ernte von landwirtschaftlichen Produkten.
Darüber hinaus arbeitete das Fraunhofer IPK bereits in mehreren Projekten an der Entwicklung roboterbasierter Erntetechnik. Im Projekt »Catch« hat das Fraunhofer IPK beispielsweise ein zweiarmiges Robotersystem für den Einsatz in der Gurkenernte entwickelt und in einem Prototyp umgesetzt. Für die Planung, Programmierung und Steuerung des Roboterverhaltens wurde eine Steuerung mit effizienter aufgabenorientierter Programmierung für den Zweiarmroboter entwickelt.
Wir sind fest davon überzeugt, dass es sich lohnt, in automatisierte Erntetechnik zu investieren und sie mit unserer Hilfe weiterzuentwickeln. Entwickeln Sie gemeinsam mit uns eine moderne Automatisierungslösung und profitieren Sie von unserer Erfahrung im Bereich der Agrarrobotik.
So finden wir gemeinsam Lösungen
- Gemeinsam mit Ihnen identifizieren wir das Automatisierungspotenzial unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit und des weiter absehbaren Arbeitskräftemangels.
- Wir erarbeiten die Anforderungen an eine für Sie maßgeschneiderte und zukunftsfähige Lösung, mit dem Ziel mit hoher Präzision und Geschwindigkeit zu ernten.
- Wir entwickeln für Sie beispielhafte Anlagen (PoC), um die Machbarkeit der erarbeiteten Lösungen zu demonstrieren.
- Wir setzen auf starke Partner mit entsprechendem Know-how in allen Bereichen der Agrartechnik.
Lassen Sie uns gemeinsam Ihre Herausforderungen und Anbaumethoden angehen. Zusammen mit unserem Partner IME entwickeln wir das optimale System für Ihre Bedingungen.