Buitennavigatie voor landbouwmachines

Autonome en robuuste navigatie is essentieel voor mobiele robots of machines die autonoom, veilig en betrouwbaar moeten zijn.

De huidige eisen aan de landbouw zijn bijna tegenstrijdig. Aan de ene kant moet deze steeds winstgevender worden tegen de laagst mogelijke kosten. Aan de andere kant worden duurzaamheid en biodiversiteit steeds belangrijker. Er is regelgeving zoals het veelbesproken mogelijke verbod op het herbicide glyfosaat.

Voldoen aan deze eisen is een uitdaging. Autonome systemen of robots kunnen hierbij helpen. Drones worden al gebruikt om informatie te verzamelen over plantstress, zoals droogtes of tekorten aan voedingsstoffen. Ook worden ze ingezet om landbouwgebieden nauwkeurig te meten of om beoordelingen uit te voeren. Ook grondgebonden systemen gaan (in kleine aantallen) over akkers en ondersteunen de (vaak nog conventionele) onkruidbestrijding. Oogstrobots worden getest in onderzoek en de praktijk.

Autonoom

Wat alle autonome systemen gemeen hebben, is dat ze zich onafhankelijk in hun omgeving moeten kunnen bewegen. Dit is ongeacht de specifieke taak die ze uiteindelijk uitvoeren. Om een dergelijke autonome beweging mogelijk te maken en zo robots in staat te stellen hun eigenlijke taak uit te voeren, ontwikkelt het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart buitennavigatie. Het systeem herkent zijn omgeving volledig autonoom, zoals rijen planten of verschillende oppervlakken, en past de routeplanning daarop aan.

In binnenruimtes detecteren mobiele robots hun omgeving al met succes met behulp van sensorgegevens en passen hun routeplanning daar dynamisch op aan. Deze technologie kan geleidelijk worden overgedragen naar de complexe en dynamische buitenwereld. Denk hierbij aan de landbouw, maar ook aan andere toepassingen die er vanuit technologisch perspectief tussenin liggen. Een voorbeeld is de intralogistiek in buitenruimtes: hier kan de omgeving vergelijkbaar zijn gestructureerd als binnenruimtes. Stallen daarentegen zijn complexer en zijn net zo veeleisend voor autonome navigatie als buitenruimtes. Hetzelfde geldt voor processen stroomafwaarts van de oogst.

Ontwikkeling

De verdere ontwikkeling naar buitennavigatie is niet zo eenvoudig. In tegenstelling tot binnenruimtes hebben buitenruimtes meestal geen stationaire structuren. Binnen kunnen mobiele robots zich permanent oriënteren aan kolommen, muren of planken, zelfs gedurende weken. Maar buitenshuis kunnen mogelijke obstakels variëren of verplaatsen en moeten worden geïnterpreteerd. Hoog gras is flexibel en er kan overheen gereden worden. Maar een jong hertje mag in geen geval over het hoofd worden gezien, hoe dicht het ook tegen de grond aan ligt.

De oppervlakken zelf kunnen ook heel verschillend zijn en verschillende verkeersniveaus hebben. En afhankelijk van het weer is het zicht beperkt, wat kan resulteren in minder of in ieder geval minder goede sensordata.

Twee prototypes

De autonome buitennavigatie die bij Fraunhofer IPA is ontwikkeld, kan al deze uitdagingen aan. Het systeem maakt het mogelijk landbouwrobots in te zetten voor bijvoorbeeld mechanische onkruidbestrijding. Behalve de software bouwt de onderzoeksgroep ook prototype landbouwrobots, genaamd Curt.

CurtDiff (foto) kan autonoom rijen planten tussen kunstmatig verhoogde ruggen herkennen, zoals gebruikelijk is in de aardappel- of aspergeteelt, en daar volledig autonoom langs rijden. CurtMini, de kleinste vertegenwoordiger van de robots, wordt geïnstalleerd op een gebied met vloermodules met verschillende toegankelijkheidsniveaus. Hij rijdt bijvoorbeeld op gras, hout of grind. Afhankelijk van de gedetecteerde begaanbaarheid plant hij zijn pad dienovereenkomstig en vermijd obstakels zelfstandig en aangepast aan de situatie.

Deze robot is interactief dankzij verwisselbare vloermodules, zodat ad-hoc padplanning mogelijk is door vloermodules te wisselen. Mogelijke toepassingscontexten zijn de wijn- of appelteelt. Het ontwikkelingsteam richt zich vooral op fabrikanten en gebruikers van landbouwmachines. Maar de navigatiesoftware is ook interessant voor allerlei andere autonome machines binnen en buiten. De CurtMini is ook te koop als onderzoeksplatform.

Foto: Fraunhofer IPA