Steinesammler-Roboter

Studentische Projektleitung:

• Janik Feldmann (Maschinenbau, B.Sc.)
• Sebastian Dickebohm (Elektrotechnik, B.Sc.)
• Fabian Tepe (Technische Informatik, B.Sc.)

Projektmitglieder:

• Leo van den Berg (Maschinenbau, B.Sc.)
• Matthes Bosse (Maschinenbau, B.Sc.)
• Tom Höfting (Maschinenbau, B.Sc.)
• Nils Hoppe (Maschinenbau, B.Sc.)
• Christian Daron (Maschinenbau, B.Sc.)
• Immo Idel (Maschinenbau, B.Sc.)
• Louis Garwels (Elektrotechnik, B.Sc.)
• Oliver Kuntze (Elektrotechnik, B.Sc.)
• Lars Wessels (Elektrotechnik, B.Sc.)
• Enrico Engraf (Technische Informatik, B.Sc.)
• Roman Wasenmiller (Technische Informatik, B.Sc.)
• Malte Bieder (Technische Informatik, B.Sc.)
• Athena Postberg (Technische Informatik, B.Sc.)

Betreuer:

• Prof. Dr. Stefan Stiene
• Prof. Dr.-Ing. Jens Schäfer
• Daniel Barrelmeyer
• Luca Jannis Joachimmeyer
• Jannik Jose

Der Bedarf an autonomen Landwirtschaftsmaschinen ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Extreme Wetterbedingungen und Naturkatastrophen durch den Klimawandel oder politische Konflikte sorgen für Engpässe vieler landwirtschaftlicher Erzeugnisse. Zudem gibt es das Problem, dass viele Landwirtschaftsmaschinen schwere Schäden durch Steine und kleinere Hindernisse auf dem Feld erleiden können.

Deshalb wird als interdisziplinäres Projekt von Studierenden der Elektrotechnik, der Informatik und des Maschinenbaus ein Prototyp für einen Steinesammler-Roboter entwickelt. Dieser soll autonom über ein Feld fahren können und über einen speziell gefertigten Anhänger Steine aufsammeln.

Die Elektrotechnik-Studierenden haben ein Energiekonzept für den Roboter entwickelt. Neben einem eigenen Netzwerk sind an dem Roboter GPS-Antennen und Sensoren für die Navigation angebracht. Des Weiteren gibt es eine Messachse und Motoren für den Anhänger. Diese Komponenten mussten auf engem Raum an dem Roboter angebracht und mit Strom versorgt werden. Die Batterie des Roboters bietet nur endliche Leistung und die Anzahl der Anschlüsse ist begrenzt. Für die Komponenten wie die Motoren hat das Teilteam die richtigen Werte gewählt, um einen optimalen und leistungsstarken Betrieb zu ermöglichen.

Damit der Roboter autonom über Felder navigieren kann, haben die Informatik-Studierenden eine Software entwickelt, die die Informationen der Sensoren auswertet und den Roboter und die Gerätschaften steuert. Dafür wurde das Betriebssystem ROS2 (Roboter Operating System) genutzt, um den Roboter, die Sensoren und die Aktorik in einem System zusammenzuführen. Um eine optimale Fahrt über das Feld zu berechnen, wird die Bibliothek Fields2Cover benutzt, die mit der Prozesssteuerung von ROS2 kompatibel ist. Außerdem gibt es für das Konfigurieren der Sensoren und dem Testen der Software eine Simulation.


Der Anhänger wurde von den Maschinenbau-Studierenden designt, gefertigt und zusammengebaut. Dabei galt es, mehrere Problempunkte zu beachten. Entscheidend war, die richtige Kupplung zu wählen, damit der Hänger optimal hinter dem Roboter gezogen werden kann. Der Anhänger ist groß und robust genug, um viele Steine zu fassen und dem Aufsammeln standzuhalten. Gleichzeitig durfte er nicht zu schwer sein. Außerdem durften die Zinken des Hängers nicht zu tief in den Boden fassen, da der Hänger sonst stecken bleiben könnte. Weitere Komponenten wie die Bürstenrolle, der Motor und die Messachse mussten and dem Hänger angebracht werden.

Schließlich war das Zusammenführen dieser Teilprojekte und Testen der Funktionalität des Robotes ein großer Aspekt dieses interdisziplinären Projekts.