Roboter in den Bergen

Trotz immer besserer Hilfsmittel brauchen Bergbauern nach wie vor viel menschliche Kraft und andere Ressourcen, um die anfallenden Arbeiten erledigen zu können. So lag die Lösung dabei nahe: Ein Roboter soll es richten. Doch ein elektrisch betriebener Roboter, der autonom in Hanglagen Böden bewirtschaften kann, ist eine technische Herausforderung. Dieser stellte sich die OST.

Daniel Last 14.03.2022

Die Firma altatek GmbH als Auftraggeberin des Projektes kennt sich mit den Bedingungen, denen sich Bergbauern stellen müssen, bestens aus, hat die Firma ihren Sitz doch im alles andere als ebenen Safiental. Und bei der OST rannte man fast schon offene Türen mit der Idee eines Mähroboters ein. «Mähmaschinen gehörten zu den ersten Maschinen auf Bauernhöfen. Hier liegt enorm viel Potenzial in Bezug auf Aufwands- und Kostenersparnisse – das macht sie auch für Innovationen interessant», erklärt Romano Hauser, Projektleiter und wissenschaftlicher Mitarbeiter am EMS, dem Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme der OST am Campus Buchs. 

Auf einer Wiese in den Schweizer Alpen steht ein Mähroboter, er soll den Bergbauern die Arbeit erleichtern.
Dieser Mähroboter erleichtert den Bergbauern die Arbeit erheblich.

Doch von heute auf morgen war das Projekt bei aller Euphorie nicht zu realisieren. Erste Probleme stellten sich dabei bei einer Technik, die für viele so selbstverständlich wie vermeintlich punktgenau ist: GPS. Doch damit sich der Roboter autonom bewegen kann, muss er extrem präzise geortet werden können. In steilem Gelände reicht GPS dafür nicht aus. So musste eine neue Kombination aus Sensoren entwickelt werden: Laser-scanner und Neigungssensoren liefern die Daten, mithilfe eines Algorithmus berechnet der Roboter anschliessend die Route im vordefinierten Feld. Doch auch hier ist es nicht so einfach, wie es klingt: Anders als im Flachland kann der Bearbeitungspfad der Fläche nämlich nicht frei gewählt werden. Die Neigung muss beachtet werden, denn Hanglagen werden in Schichtlinien und immer von unten nach oben befahren.

Fehler bei der Handhabung können zu schweren Unfällen führen

In der Softwareentwicklung hatte die Sicherheitssensorik oberste Priorität: Wenn ein Hindernis wie ein Stein oder im schlimmsten Fall ein Rehkitz in der Wiese liegt, darf der Roboter nicht weitermähen. «Ausweichen ist ein komplexes, aber lösbares Manöver. Alle Spezialfälle kann aber auch der beste Roboter nicht abdecken, der Mensch muss eingreifen können – das ist auch eine rechtspolitische Anforderung», sagt Romano Hauser. Eine weitere Herausforderung ist der Schwerpunkt des Roboters: Auch wenn dieser sehr tief liegt, reicht es für den Halt in extremen Steillagen nicht aus. Bei bestehenden Maschinen musste bei einem solchen bislang der Mensch eingreifen und mit viel Aufwand die Maschine stabilisieren. Fehler bei der Handhabung oder rutschende Böden können jedoch zu schweren Unfällen führen. «Deshalb wurde ein Aufbau mit aktiver Achsverschiebung gewählt. Die Radachse ist nun weit verschiebbar – so können wir den Schwerpunkt der Hanglage ohne menschlichen Einfluss anpassen.»

Ein weiteres Problem bringt Mutter Natur mit sich, unabhängig von der Steilheit des Hanges. Der Roboter ist Wind und Wetter ausgesetzt und muss von daher mit starken Verschmutzungen klarkommen. Zudem müssen die gewählten Lösungen für grosse Stückzahlen tauglich sein. «Der Industriepartner liefert uns seine praktischen Erfahrungen aus der täglichen Arbeit, wir steuern die technischen Konzepte bei und setzen diese dann zu einem Produkt um», erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter Ueli Scherrer.

Zum funktionsfähigen Prototyp gehörten die Konstruktion und deren Festigkeitsberechnung, sämtliche Komponenten und Recherchen, die Elektrifizierung, die Antriebsmechanik und die Software: «Am Campus Buchs können wir von der Ingenieurinformatik und Mechanik bis zur Elektronik sämtliche Schritte abdecken», fügt Einar Nielsen, Professor für Robotik, an.

Vielfältige Einsatzgebiete sind angedacht

Der Roboter wird momentan als Mähroboter entwickelt, doch angedacht sind noch viele weitere Aufgaben, die er erledigen kann und die den Berglandwirten somit zusätzlich zeit- und kraftintensive Arbeiten ersparen. Dazu gehören unter anderem autonomes Heuschieben, Mulchen, Düngen, Strassenreinigen oder Schneeräumen.

Das Innosuisse-Projekt dauert noch bis Oktober 2022. Dass die altatek GmbH, Auftraggeber des Projekts, auf die OST zukam, ist für Peter Modalek, Projektleiter bei der altatek GmbH, alles andere als ein Zufall: «Wir als Start-up-Unternehmen suchten eine Fachhochschule mit Erfahrung in Robotik, Elektromobilität und Sensorik – mit der OST fanden wir die richtige Partnerin.» Und dass das Projekt mittlerweile auf einem sehr guten Weg ist, dürfte nicht nur die beteiligten Partner, sondern insbesondere auch die Bergbauern freuen.
 

Romano Hauser betreut das Projekt als wissenschaftlicher Mitarbeiter am EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme von Prof. Dr. Jürgen Prenzler. Die Dozenten Prof. Einar Nielsen und Prof. Dr. Urs Graf sowie die wissenschaftlichen Mitarbeiter Ueli Scherrer und Moritz Lammerich unterstützen die rechtswissenschaftliche Fakultät der Universität Zürich berät bei Rechtsfragen und Behördenabklärungen.

Kontakt

Romano Hauser
EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme, Wissenschaftlicher Mitarbeiter
+41 58 257 31 54
romano.hauser@ost.ch

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EMS Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme