Die digitale Gurkentruppe

09.07.2019 Forschung & Technik

Roboterarme für die Gemüseernte

Handarbeitskräfte für anstrengende landwirtschaftliche Erntetätigkeiten sind immer schwerer zu finden, das haben mehrere Obst- und Gemüsebranchen bereits leidvoll erfahren müssen. Aus diesem Grund forschen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in einem Verbundprojekt an der automatisierten Gurkenernte. Mit einem Dual-Arm-Roboter soll die körperlich schwere Arbeit auf dem Gurkenflieger ersetzt und der Gurkenanbau in Deutschland rentabel gehalten werden.

Heutzutage werden Einlegegurken – zum Beispiel im Spreewald – von Hand geerntet, meist mit sogenannten Gurkenfliegern. Auf diesen Fahrzeugen mit angebauten Tragflächen liegen die Erntehelfer auf dem Bauch und pflücken die Gurken. Die Arbeit ist anstrengend, und seit Einführung des Mindestlohns steigen die Kosten pro Frucht: Vielen deutschen Anbauregionen droht deshalb das Aus. Schon jetzt verlagert sich der Gurkenanbau nach Osteuropa und Indien. Automatisierte Erntetechnologien sollen helfen, den Anbau in Deutschland rentabel zu halten.

Hohe technische Anforderungen

Wissenschaftler aus Spanien und Deutschland untersuchen deshalb im EU-Projekt CATCH – das steht für „Cucumber Gathering – Green Field Experiments“ – das Automatisierungspotenzial der Gurkenernte. Partner in dem Projekt sind neben dem IPK in Berlin das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) in Potsdam und das spanische CSIC-UPM Centre for Automation and Robotics. Sie wollen ein aus Leichtmodulen aufgebautes, kostengünstiges Dual-Arm-Robotersystem entwickeln, das sich für die Gurkenernte, aber auch für andere landwirtschaftliche Anwendungen nutzen lässt. Dieser Ernteroboter soll kostengünstig, leistungsstark und zuverlässig sein, auch unter widrigen Witterungsbedingungen erntereife Gurken erkennen und mit seinen beiden Greifarmen schonend pflücken und ablegen. Dazu braucht der Roboter moderne Steuerungsverfahren für das nötige taktile Feingefühl und die Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen. Außerdem soll die Maschine mindestens so schnell sein wie der Mensch. Und hier liegt die Latte hoch: Ein geübter Pflücker schafft 13 Gurken pro Minute.

Auch das Erkennen erntereifer Gurken – grüne Früchte in grüner Umgebung – ist hochkompliziert für eine Maschine, noch dazu unter wechselnden Lichtverhältnissen. Multispektralkameras und intelligente Bildverarbeitung sollen bei der Lösung dieses Problems helfen. Es ist Aufgabe der Kollegen im spanischen CSIC-UPM, diese Nuss zu knacken.

Erste Tests waren vielversprechend

Die IPK-Experten haben die Aufgabe, drei verschiedene Greifer-Prototypen zu entwickeln: einen Greifer auf Basis von Vakuum-Technik, einen bionischen Greifbacken (FinRay) und eine auf Basis der OpenBionics Robot Hand modifizierte „Gurken-Hand“. Vorprogrammierte Verhaltensmuster ermöglichen den Ernterobotern das Suchen der Gurken nach menschlichem Vorbild, sodass sie zum Beispiel Blätter zur Seite schieben können.

Ein erster Feldtest des Robotersystems fand 2017 auf dem Versuchsfeld des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie mit verschiedenen Gurkensorten statt. Seitdem verfeinern die Projektpartner ihre Entwicklungen mit dem Ziel, die Effizienz und Robustheit gegenüber Störungen zu verbessern. Nach Abschluss der Tests soll der Roboter zum praktischen Einsatz kommen – dringend erwartet von Gurkenanbauern, Unternehmen und Landwirtschaftsverbänden.

Quelle: Fraunhofer