O+P Fluidtechnik 5/2023

AUTONOME MASCHINEN 02 04

AUTONOME MASCHINEN 02 04 03 MOBILE MASCHINEN 02 + 03 Der Multiturn-Drehgeber WV5800M erfasst den Lenkwinkel, damit das Fahrzeug seinen definierten Pfad sicher umsetzen kann 04 Die Position der Kistenaufnehmer, der sogenannten Flipper, wird über den robusten Miniaturdrehgeber AH25S ermittelt Aktuell befindet sich das Projekt im letzten Planungsdrittel, nachdem der zweite Meilenstein erreicht wurde: Der Roboter kann bereits weitgehend autonom in der Plantage agieren. Gearbeitet wird noch an der Kollisionsvermeidung und der Erkennung des Untergrunds, zum Beispiel bei matschigem Boden, um zu vermeiden, dass die Räder durchdrehen und sich das Fahrzeug festfährt oder in einen Graben abdriftet. Meilenstein Nummer drei wird dann die tatsächliche Kistenaufnahme samt Transport sein. Ein solches Entwicklungsprojekt birgt stets besondere Herausforderungen, angefangen bei der Koordinierung der Interessen zwischen diversen Obstbaubetrieben, die oft sehr unterschiedliche Ernteprozesse haben, über infrastrukturelle Probleme wie einen stabilen Mobilfunkstandard, damit der Roboter GPS-Daten empfangen und auch mit dem Bediener kommunizieren kann, bis hin zu praktischen Schwierigkeiten im täglichen Outdoor-Betrieb (Witterung, Schnee, Regen, Sonneneinstrahlung, Untergrundbeschaffenheit). EXPERTISE IST GEFRAGT Für ein autonom agierendes Fahrzeug sind Sensoren nötig, die verschiedene Messaufgaben am Fahrzeug übernehmen. Für die Lenkwinkelerfassung sowie die Positionserfassung der Kistenaufnehmer wurde Mess- und Sensorspezialist Siko angefragt. Mit langjähriger Erfahrung bei mobilen Maschinen und in der Landmaschinentechnik konnte die Firma Siko ihre Expertise in die Planungsphase einbringen und schließlich zwei passende Drehgebertypen beisteuern, die diese wichtigen Funktionen unterstützen. Alexander Kammann, wissenschaftlicher Mitarbeiter der hochschule 21: „Wir waren positiv überrascht, mit welcher Bereitschaft Siko zukunftsfähige Projekte fördert und wie viel Beratungsengagement ihrerseits hineinfließt. Anfangs wussten wir noch gar nicht genau, welche Anforderungen wir tatschlich an die Sensoren hatten. Das wurde gemeinsam erarbeitet und definiert.“ ROBUSTE DREHGEBER FÜR RAUE UMGEBUNGSBEDINGUNGEN In erster Linie mussten mögliche Sensoren sehr robust und unempfindlich gegenüber den rauen Outdoor-Bedingungen sein (Matsch, Staub, Regen, starke Sonneneinstrahlung, Bodenunebenheiten). Komponenten aus dem Pure Mobile-Sensorbaukasten von Siko sind besonders für den Einsatz in mobilen Maschinen unter widrigen Umgebungsbedingungen geeignet. Am hinteren Teil des Gefährts ist ein Doppelrad verbaut, das sich drehen kann und so die Lenkung erzeugt. Der Lenkwinkel wird durch den magnetischen Drehgeber WV5800M aufgenommen, verarbeitet und an die Steuerung gesendet. Es handelt sich um einen Multiturn-Drehgeber, mit dem auch mehrere Umdrehungen absolut erfasst werden können. Sollte die Spannung einmal unterbrochen werden, beispielsweise weil die Akkus leer sind, ist der zuvor eingestellte Lenkwinkel immer noch vorhanden. Ohne Absolutwertgeber würde dieser beim erneuten Hochfahren des DER ERNTEHELFER „AURORA“ IST AUTONOM UND INTELLIGENT Fahrzeugs fälschlicherweise als Null-Grad-Winkel definiert werden. Das magnetische Messprinzip kommt den Anforderungen an Robustheit und Unempfindlichkeit entgegen. Überzeugt hat das Projektteam auch die hohe Präzision und Zuverlässigkeit des Drehgebers, damit das Fahrzeug stets den Lenkwinkel so anpasst, dass es seinen definierten Pfad umsetzen kann – ohne Ausfallerscheinungen und zu große Toleranzen. Um hier die Sicherheit, auch in der Interaktion mit in der Plantage arbeitenden Personen, noch zu erhöhen, soll für künftige Fahrzeuge die Safety-Variante des Drehgebers, WV58MR, mit redundanter Positionserfassung zum Einsatz kommen, um Ausfälle sicher zu verhindern. In der Entwicklungsphase war zunächst die technische Machbarkeit im Fokus, sodass der Drehgeber ohne Safety- Standard ausreichend war. Der Pluspunkt bei den Siko-Modellen: Die beiden Drehgeber sind baugleich, sodass keine mechanischen Anpassungen der Applikation bei einem Austausch vorgenommen werden müssen. Gewünscht war für die Lenkwinkelerfas- 38 O+P Fluidtechnik 2023/05 www.oup-fluidtechnik.de

AUTONOME MASCHINEN sung außerdem eine CANopen-Schnittstelle, um möglichst viele standardisierte Elektronikkomponenten verwenden zu können, die schnell austauschbar und in das Bus-System integrierbar sind. POSITIONSSENSOREN FÜR DIE „FLIPPER“ Der zweite Siko-Drehgeber AH25S ist noch einmal kleiner und kompakter, aber nicht weniger robust. Er ist ein Singleturn-Drehgeber, der die Position der Kistenaufnehmer, der sogenannten Flipper, überwacht. Die befüllte Obstkiste wird an vier Punkten über jeweils einen Flipper aufgenommen. Wenn der Roboter über die Kiste hinwegfährt und diese die federbelasteten Aufnehmer touchiert, schwenken die Flipper zur Seite, klappen im Anschluss automatisch wieder aus und befinden sich dann unterhalb der vier Kistenecken zur Aufnahme. Um die Kisten sicher transportieren zu können, muss die jeweilige Position der Flipper bekannt sein: Ist er wirklich zurückgeschwenkt oder hat er sich vielleicht verklemmt? Befinden sich alle vier Flipper unterhalb der Kiste, um die Aufnahme zu gewährleisten? Der Bauraum ist hier sehr begrenzt, sodass ein Drehgeber in Miniaturausführung gefragt war, der direkt vor Ort ohne spezielle Halterung eingesetzt werden konnte. Hier ist ein Analoggeber ausreichend, da die Dateninformationen weniger kritisch sind als die des Lenkwinkelsensors. ERNTEHELFER MIT ECHTEM MEHRWERT Viele kleine Rädchen müssen bei einem solchen Entwicklungsprojekt ineinandergreifen, um aus einer vagen Idee ein technisch einwandfreies Produkt zu gestalten, das perspektivisch auch in einer ausgewogenen Kosten-Nutzen-Relation Einsatz auf zahlreichen Obstplantagen finden kann. Um Betrieben einen echten Mehrwert bieten zu können, ist angedacht, „AurOrA“ auch für weitere Pflegearbeiten wie Mulchen und Mähen oder als Unterstützung bei der Neuanpflanzung von Bäumen zu nutzen. So ist ein effektiver Einsatz fast über das ganze Jahr hinweg möglich und dieser nicht nur auf die Erntezeit beschränkt. Bilder: hochschule 21, Siko GmbH www.siko-global.com 05 Die im Artikel beschriebenen Encoder AH25S, WV5800M und WV58MR Die ERSTE POWER-IMU für Mobile POWER-Maschinen Jetzt neue Produktvarianten POWER IMU GEMAC Motus ® BLACKLINE GEMAC Motus ® GREENLINE gemac-chemnitz.com