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Mit der rasanten Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft wird die Erfassung umfassender und hochpräziser Pflanzenwachstumsdaten zu einer zentralen Herausforderung. In diesem Video stellen wir ein bahnbrechendes Projekt des Agricultural Robotics Lab der University of Minnesota vor – einen speziell für anspruchsvolle landwirtschaftliche Umgebungen entwickelten landwirtschaftlichen Quadruped-Roboter.
Der Roboter wird von CubeMars AK70-10 Gelenkaktuatoren als zentralem Antriebssystem angetrieben. Er überwindet die physikalischen Grenzen herkömmlicher Drohnen und radbasierter Landmaschinen und kann tief in dichte Maisfelder eindringen, um unterhalb des Blätterdachs präzise Daten zu Krankheiten, Schädlingen und Nährstoffen zu erfassen. Damit schließt er eine entscheidende Lücke für dreidimensionale Feldinspektionen in der modernen Smart Agriculture.
Obwohl Agrardrohnen und autonome Traktoren heute weit verbreitet sind, stehen Forscher bei der Überwachung hochwachsender Nutzpflanzen wie Mais oder Sorghum weiterhin vor erheblichen Herausforderungen.
Der unerreichbare Bereich unter dem Blätterdach: Drohnen können lediglich oberhalb des Blätterdachs fliegen und frühe Anzeichen von Krankheiten oder Schädlingsbefall auf der Blattunterseite oder im unteren Stängelbereich nicht erkennen. Gleichzeitig sind große Landmaschinen zu sperrig, um in der mittleren und späten Wachstumsphase dichte Pflanzenbestände zu befahren.
Anspruchsvolles unstrukturiertes Gelände: Ackerflächen sind von Schlamm, Furchen, Unkraut und unebenem Boden geprägt. Herkömmliche Radroboter bleiben leicht stecken oder kippen um und eignen sich daher nur bedingt für derart komplexe unstrukturierte Umgebungen.
Das Gleichgewicht zwischen Nutzlast, Ausdauer und Mobilität: Der Quadruped-Roboter muss Multispektralkameras, LiDAR und weitere Sensoren tragen und sich gleichzeitig flexibel zwischen engen Pflanzenreihen bewegen. Dadurch werden extrem hohe Anforderungen an die Leistungsdichte (Drehmoment-Gewichts-Verhältnis) der Gelenkaktuatoren gestellt.
Damit sich der Quadruped-Roboter auch unter schwierigen Feldbedingungen sicher bewegen kann, entschied sich das Team der University of Minnesota für leistungsstarke CubeMars-Gelenkaktuatoren. Ihre wichtigsten Vorteile für landwirtschaftliche Robotik sind:
Extrem kompakt und leicht – ideal für enge Pflanzenreihen: Der verfügbare Bauraum in den Roboterbeinen ist begrenzt, und das Gesamtgewicht beeinflusst unmittelbar, wie tief der Roboter in weichen Boden einsinkt. Der CubeMars AK70-10 integriert einen bürstenlosen Motor, ein Präzisionsgetriebe und den Treiber in einer kompakten und leichten Einheit. Dieses Design mit hoher Leistungsdichte reduziert das Gesamtgewicht erheblich und ermöglicht eine sichere Navigation durch enge Pflanzenreihen, ohne die Pflanzen zu beschädigen.
Hohes Drehmoment für Schlamm und unwegsames Gelände: Beim Überqueren von Furchen oder beim Laufen durch schlammiges Gelände müssen die Beingelenke kurzfristig ein sehr hohes Drehmoment erzeugen, um den Roboterkörper zu stützen und die Füße aus dem weichen Boden herauszuziehen. CubeMars-Aktuatoren bieten ein hervorragendes Spitzendrehmoment und eine hohe Überlastfähigkeit. In Kombination mit fortschrittlichen FOC-Regelalgorithmen wird das Drehmoment jedes Beins in Echtzeit angepasst, wodurch selbst auf schwierigem Gelände eine stabile Haltung und hohe Traktion gewährleistet werden.
Industrielle Zuverlässigkeit für anspruchsvolle Außeneinsätze: Landwirtschaftliche Einsatzgebiete sind durch hohe Luftfeuchtigkeit, Staub, starke Vibrationen und große Temperaturschwankungen gekennzeichnet. CubeMars-Antriebsmodule verfügen über eine industrielle Abdichtung und verstärkte Konstruktion mit ausgezeichneter Staub-, Wasser- und Vibrationsbeständigkeit. Dadurch bleiben Stabilität und Lebensdauer auch bei langen Außeneinsätzen auf höchstem Niveau.
In diesem Video erleben Sie den mit CubeMars-Aktuatoren ausgestatteten landwirtschaftlichen Quadruped-Roboter der University of Minnesota im Praxiseinsatz:
Navigation unter dem Blätterdach: Beobachten Sie, wie sich der Roboter flexibel durch dichte Maisfelder bewegt und mit seinen Sensoren die Blattunterseiten sowie den unteren Stängelbereich präzise scannt.
Bewältigung schwierigen Geländes: Erleben Sie, wie der Roboter Furchen sicher überquert, Unkraut umfährt und seine hervorragende Geländeanpassungsfähigkeit unter Beweis stellt.
Einblicke in die Forschung: Das Team der University of Minnesota erläutert, wie Quadruped-Roboter die blinden Flecken von Drohnen ausgleichen und dadurch eine frühere Erkennung von Krankheiten und Schädlingen sowie präzisere Ertragsprognosen ermöglichen.
F1: Welche unersetzlichen Vorteile bieten Quadruped-Roboter gegenüber Agrardrohnen bei der Pflanzenüberwachung?
A: Der größte Vorteil liegt in der Ergänzung der Perspektive. Drohnen können lediglich Daten oberhalb des Blätterdachs erfassen, während Quadruped-Roboter in den Pflanzenbestand eindringen und hochauflösende Bilder sowie Umweltdaten unterhalb des Blätterdachs (below the canopy) aufnehmen können. Dadurch lassen sich Schädlinge auf Blattunterseiten, Krankheiten im unteren Stängelbereich sowie das Mikroklima an der Bodenoberfläche zuverlässig erfassen. Erst die Kombination beider Systeme ermöglicht eine echte dreidimensionale Präzisionslandwirtschaft.
F2: Welche besonderen Herausforderungen stellt die landwirtschaftliche Umgebung an Gelenkaktuatoren?
A: Landwirtschaftliche Einsatzbedingungen sind deutlich anspruchsvoller als Labore oder städtische Umgebungen. Die Aktuatoren müssen nicht nur Schlamm, Spritzwasser und Staub standhalten (hohe Schutzart erforderlich), sondern auch hochfrequente Stöße und starke Vibrationen beim Laufen verkraften (hohe mechanische Festigkeit und Vibrationsbeständigkeit erforderlich). Darüber hinaus verlangt weicher Boden ein besonders hohes Spitzendrehmoment, um ein Einsinken des Roboters zu verhindern. Die industriellen CubeMars-Antriebsmodule wurden speziell für diese anspruchsvollen Anforderungen entwickelt.
Ob landwirtschaftliche Inspektionsroboter auf vier Beinen, Obsternteroboter oder Spezialfahrwerke für Forstwirtschaft und Bergbau – CubeMars bietet kompakte Antriebslösungen mit hoher Leistungsdichte und industrieller Zuverlässigkeit für die Robotik der nächsten Generation.
[Erfahren Sie mehr über den CubeMars AK70-10 – einschließlich technischer Daten und Abmessungen.]
