Erdbeerfelder sind einer großen und ständigen Bedrohung durch Insekten ausgesetzt, insbesondere durch die Lyguswanze, die sich vom Saft der Erdbeerpflanzen ernährt. Ohne geeignete Eindämmung schädigen Lyguswanzen die Früchte, indem sie einzelne Samenkörner anstechen, sodass die Entwicklung der Beere rund um die Fraßstelle unterbunden wird. Der spanische Hersteller Agrobot, einer der führenden Anbieter im schnell wachsenden Markt der Agrarroboter und intelligenten Feldmaschinen, hat eine einzigartige Lösung zur Schädlingsbekämpfung entwickelt. Mithilfe eingebauter elektromechanischer Aktuatoren von Thomson, kann sie die Wanzen absaugen, ohne die Erdbeeren zu beschädigen.
Einschränkungen herkömmlicher Absaugsysteme
Mehr als die Hälfte aller kalifornischen Erdbeerbauern bekämpfen den Lygusbefall mit an Traktoren montierten Absaugvorrichtungen. Der Fahrer lenkt den Traktor durch die Feldreihen und bedient gleichzeitig leistungsstarke Sauggebläse, um die Wanzen von den Pflanzen abzusaugen. Je näher er die Saugleiste an die Pflanzen heranbewegt – ohne sie jedoch zu berühren – umso stärker ist die Saugwirkung für eine effektive Schädlingsbekämpfung. Da die Pflanzen unterschiedlich hoch wachsen, muss der Fahrer die Höhe der Saugleiste immer wieder nach Augenmaß korrigieren, indem er sie anhebt oder absenkt.
„Der Einsatz herkömmlicher, traktormontierter Absaugsysteme ist eine lärm-, wind- und staubintensive Angelegenheit. Nachdem wir mit einem Landwirt an der Automatisierung seiner Erdbeerernte gearbeitet hatten, beauftragte er uns, die Wanzenbekämpfung ebenfalls zu automatisieren“, erinnert sich Agrobots CEO, Juan Bravo.
Ein mobiler Wanzensauger
Also entwickelten Bravo und sein Team den Bug Vacuum („Wanzensauger“), einen leistungsstarken Sauglüfter, montiert an einem selbstfahrenden Roboter. Die Saugeinheit ähnelt denen an herkömmlichen Traktor-Anbaugeräten. Sie ist jedoch mit LiDAR-Sensoren (Laser Light Detection and Ranging) ausgestattet, die einem integrierten Aktuator Befehlssignale senden, um die Saugeinheit entsprechend den Konturen der Beete anzuheben oder abzusenken. Die Abstände sind voreingestellt, können aber auch bei Bedarf konfiguriert werden.
„Um die Leistung der manuell- und robotergesteuerten Systeme miteinander zu vergleichen, haben wir beide mit Netzen abgedeckt, um die Anzahl der jeweils gesammelten Wanzen festzustellen. Im Netz des Roboters fanden wir deutlich mehr Wanzen als im Netz des manuell gesteuerte Fahrzeugs“, berichtet Bravo weiter.
Um den Roboter mit dem Bug Vacuum in Bewegung zu setzen, bringt der Landwirt ihn zum Startpunkt und wählt den Automatikmodus. Anschließend nutzen die LiDAR-Sensoren des Roboters die erkannten Beetfurchen zur Orientierung innerhalb der einzelnen Reihen. Am Ende jeder Furche entscheidet die Navigationssteuerung über die Folgeaktivität: Weiterfahrt zur anschließenden Reihe, Wenden zum Befahren einer benachbarten Furche oder Beenden des Vorgangs.
Die Ur-Version des Bug Vacuum verwendet ein System mit zwei Unterdruckgebläsen, die einen gleichmäßigen Ansaugstrom über die gesamte Beetbreite erzeugen. Während das Fahrzeug durch die Furchen fährt, erzeugen die Gebläse einen Luftstrom von bis zu 64 km/h (17,9 m/s) für den erforderlichen Unterdruck, der die Käfer nach oben absaugt.
Auswahl des geeigneten Aktuators
Da ein optimaler Abstand zwischen der Saugleiste und den Erdbeersträuchern entscheidend für eine bestmögliche Wirkung ist, entschied sich Bravo nach Bewertung verschiedener elektrischer Aktuatoren für ein Modell von Thomson Industries.
„Einer der getesteten Aktuatoren konnte das benötigte Stellmoment nicht liefern. Bei einem anderen fehlte eine Endbegrenzung, sodass er zu nah an die Pflanzen heranfuhr. Außerdem suchten wir einen Aktuator, der mit der warmen, feuchten Meeresluft zurechtkommt, in der Erdbeeren besonders gut gedeihen. Letztlich konnten nur die Thomson-Aktuatoren alle Voraussetzungen erfüllen, um unser System mit der erforderlichen Präzision auszustatten“, konstatiert Bravo.
In enger Zusammenarbeit mit den Thomson-Ingenieuren sowie dem Thomson-Vertriebspartner und Automatisierungsexperten BIBUS Spain, S.L. wählte Bravo die elektrischen Linearaktuatoren des Typs Electrak® HD zur Montage an das Gebläsegehäuse, um den Abstand zu den Pflanzen zu steuern. Der kompakte HD hebt Lasten von bis zu 1,6 Tonnen – mehr als genug für das Gewicht des Gebläses. Darüber hinaus deckt seine Schutzart IP69K (statisch) und IP66 (dynamisch) sämtliche umgebungsbedingte Widrigkeiten ab.
Die integrierte Elektronik und CAN-Bus-Kommunikation gemäß SAE J1939 erfüllen die Agrobot-Forderung nach einer präzisen Positionierung und ermöglichten eine stufenlose Bewegung innerhalb des vorgegebenen Verstellbereichs. Nachdem das Navigationssystem die Positionskoordinaten von den LiDAR-Sensoren erhalten hat, wandelt es diese Daten zu Verstellbefehlen an die Aktuatoren um. Die Aktuatoren reagieren in Echtzeit, indem sie ihre Kolbenstangen ein- und ausfahren, um die Gebläse kontinuierlich im optimalen Abstand zu den Pflanzen zu halten. Die Kommunikation zwischen den LiDAR-Sensoren, dem Navigationssteuergerät und den Aktuatoren erfolgt über das CAN-Bus-Netzwerk.
„Mit diesen Aktuatoren können wir die Höhe der Gebläse festlegen und anhand der Rückmeldung zur aktuellen Position nötigenfalls eine neue Position vorgeben. Weicht die Position nur um wenige Zentimeter nach oben oder unten ab, verringert sich die Wirkung oder die Pflanzen werden beschädigt“, erläutert Bravo.
Spread your Wings
Das ursprüngliche Modell des Bug Vacuum bearbeitet jeweils eine einzelne Pflanzreihe. Doch nun arbeiten in einer neu vorgestellten Ausführung sechs Gebläse, um die Bearbeitung auf drei Reihen auszudehnen, wobei die Breite an die Reihengröße angepasst wird. Diese Erweiterung konnte die Effizienz noch einmal deutlich steigern. Zum einfachen Transport der verbreiterten Version dienen zwei zusätzliche Electrak HD-Aktuatoren. Sie klappen die flügelähnlichen Verlängerungen ein und erleichtern so das Manövrieren durch Engstellen.
Dieselbe robuste Steuerung und Umgebungsfestigkeit, die Electrak HD-Aktuatoren zur perfekten Lösung für das Heben und Senken der Sauggebläse macht, bietet sich auch für das Einklappen der Flügel an.
Die Bekämpfung geht weiter
Agrobot arbeitet kontinuierlich an der Entwicklung weiterer Ausführungen des Bug Vacuum, die sogar noch mehr Fläche abdecken sollen. Für diese neuen Lösungen sind weitere Bewegungsachsen vorgesehen. Daher werden die Ingenieure von Thomson und BIBUS Spain, S.L. das Unternehmen auch weiterhin dabei unterstützen, zukünftige Herausforderungen an die Aktuatoren zu bewältigen. Und was die Lyguswanze betrifft: ihre Bekämpfung wird nicht enden, solange ihr Hunger sie auf die Erdbeerfelder treibt.
