AMEA – ein autonomer, elektrischer Mähroboter für die Berglandwirtschaft

Trotz immer besseren Hilfsmitteln brauchen Bergbauern noch immer viel menschliche Kraft und andere Ressourcen. So lag die Lösung für die Firma altatek GmbH nahe: Ein Roboter soll es richten. Doch ein elektrisch betriebener Roboter, der autonom in Hanglagen Böden bewirtschaften kann, ist eine technische Herausforderung.

«Mähmaschinen gehörten zu den ersten Maschinen auf Bauernhöfen. Hier liegt enorm viel Potenzial in Bezug auf Aufwands- und Kostenersparnissen – das macht sie auch für Innovationen interessant» meint Romano Hauser, Projektleiter und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am EMS, dem Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme am Campus Buchs. Damit sich der Roboter autonom bewegen kann, muss er präzise geortet werden können. In steilem Gelände reicht GPS dafür nicht, es musste eine neue Kombination aus Sensoren entwickelt werden: Laser-Scanner und Neigungssensoren liefern die Daten, mithilfe eines Algorithmus berechnet der Roboter die Route im vordefinierten Feld. Doch anders als im Flachland kann der Bearbeitungspfad der Fläche nicht frei gewählt werden. Die Neigung muss beachtet werden, denn Hanglagen werden in Schichtlinien und immer von unten nach oben befahren.

In der Softwareentwicklung hatte die Sicherheits-Sensorik oberste Priorität: Wenn ein Hindernis oder sogar 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, reichte es für den Halt in extremen Steillagen nicht aus. Bei bestehenden Maschinen muss hier der User eingreifen und mit viel Aufwand die Maschine stabilisieren. Fehler bei der Handhabung oder rutschende Böden können 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.»

Der Roboter ist Wind und Wetter ausgesetzt, er muss mit starken Verschmutzungen klarkommen und die gewählten Lösungen müssen 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 gehörte die Konstruktion und deren Festigkeitsberechnung, sämtliche Komponenten und Recherchen, die Elektrifizierung, die Antriebsmechanik bis hin zur Software: «Am Campus Buchs können wir von der Ingenieurinformatik und Mechanik bis zur Elektronik sämtliche Schritte abdecken», fügt Einar Nielsen, Professor für Robotik, an.

Der Roboter wird momentan als Mähroboter entwickelt, er soll zukünftig auch autonom Heu schieben, mulchen, düngen, Strassen reinigen oder Schnee räumen können. Das Innosuisse-Projekt dauert noch bis Oktober 2022. Für Peter Modalek, Projektleiter bei der altatek GmbH ist bereits jetzt klar: «Wir als Start-up-Unternehmen suchten eine Fachhochschule mit Erfahrung in Robotik, Elektromobilität und Sensorik – mit der OST fanden wir den richtigen Partner.»

 

Romano Hauser betreut das Projekt als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am 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.