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Das niederländische Start-up AvL Motion hat eine Maschine zur vollautonomen, selektiven Ernte von weißem Spargel auf den Markt gebracht. Auf der Suche nach einem Ultraschallsensor zur Höhenregulierung stieß das Unternehmen auf den IO-Link-fähigen RU40U von Turck.
Frühlingszeit ist Spargelzeit. Doch bevor das Gemüse auf den Teller kommt, muss es in oft mühsamer Handarbeit aus der Erde geholt werden. Die vergangenen Jahre haben jedoch gezeigt, dass es den Betrieben immer schwerer fällt, Saisonarbeiter zu finden. Dies hat das niederländische Ingenieurbüro AvL Motion zum Anlass genommen, in die Entwicklung einer maschinellen Lösung zur Ernte von weißem Spargel einzusteigen. Entstanden ist ein Hightech-Prototyp mit fein abgestimmter Sensor- und Steuerungstechnik.
Gesucht: Selektive Erntemaschine.
Firmengründer Arno van Lankveld ist auf einem Spargelhof aufgewachsen und weiß daher um die großen Herausforderungen bei der Ernte. „Eine Spargelpflanze bildet mehrere Sprossen aus, die in verschiedene Richtungen wachsen können. Das erschwert den Prozess“, erklärt er. Üblicherweise werden nämlich nur Stangen abgeschnitten und gezogen, deren Köpfe die Erde durchbrochen haben – die übrigen Sprossen bleiben vorerst in den Dämmen, um unter der schwarz-weißen Wendefolie zu reifen.
Für die richtige Auswahl einer marktfertigen Spargelstange war bisher noch immer das menschliche Auge nötig. Erntemaschinen konnten entweder nur gleichzeitig alle Sprossen auf derselben Höhe abschneiden, oder waren schlichtweg zu langsam. Dem begegnet AvL Motion jetzt mit einem Roboter, der bei konstanter Fahrt mit bis zu 3,6 km/h selbstständig Spargelköpfe erkennt, die Stangen gekürzt aus der Erde zieht und sie über ein Förderband abtransportiert. Lediglich eine Arbeitskraft erfordere der Vorgang; diese müsse das Gemüse auf einer Ladefläche in Kisten sortieren, die Maschine am Ende einer Reihe per Fernsteuerung wenden und die Folienabdeckung in den Abwickler der Maschine einlegen. „Bauern können ihren Mitarbeiterbedarf damit um 83 Prozent reduzieren“, schätzt van Lankveld.
Höhenregelung über Ultraschallsensor mit IO-Link.
Um einen solch komplexen Vorgang zu automatisieren, war neben dem Pioniergeist der sieben Mitarbeiter vor allem passende Technik gefragt. Als ein Ultraschallsensor in der Praxis Probleme verursachte, fand Elektroingenieur und Software-Entwickler Jordi Hutjens eine Alternativlösung über den RU40U von Turck. AvL Motion verwendet nun zwei der Ultraschallsensoren mit IO-Link, um die Distanz zwischen Beet und dem pneumatisch regulierbaren Innenrahmen der Maschine zu messen. Trotz teilweise staubigen oder regennassen Untergrund ermöglicht der Sensor eine stabile Bestimmung der Höhe, die Anwender auf einem HMI vorgeben können.
Der Ernteprozess des AvL Compact S1560 läuft hochdynamisch. Ist die Maschine einmal positioniert und in Bewegung versetzt, beginnt zunächst das Absuchen der Erdoberfläche. Wo genau ein Spargelkopf herausragt, erfährt die Hauptsteuerung von Lasersensoren, ergänzt durch ein weiteres optisches Verfahren. Einzelheiten bleiben wohlgehütetes Geheimnis der Erfinder; einzige Voraussetzung sei ein unkrautfreier Boden.
Feinabstimmung zwischen Target und Erntemodul.
Zur Feinabstimmung des Erntevorgangs benötigt die Steuerung nicht nur die Koordinaten der anvisierten Spargelstangen, sondern auch permanent Informationen über Position sowie Bewegung der Module. Dies beginnt mit der Abfrage, wie viele Kassetten sich momentan im Puffer befinden, dort also in Parkposition stehen und bei Detektion einer Spargelsprosse in den Rundlauf geschickt werden können. AvL nutzt dafür die winzigen induktiven Sensoren BI3-M08K. Die genaue Identifikation der Erntemodule erfolgt über RFID – mit Hilfe des HF-Schreib-Lese-Kopfs TN-Q14, der jeweils den individuellen Code einer Kassette ausliest.
Hinzu kommt eine Positionsbestimmung durch Drehgeber. „Der Encoder dreht im Pufferbereich mit. Darüber können wir sehen, dass sich eine Kassette zum Beispiel an Millimeter 20 oder 30 befindet“, erklärt AvL-Entwickler Hutjens. Und wird dann der Rundlauf eines Erntemoduls gestartet, passiert dieses einen uprox-Näherungsschalter vom Typ NI10U-M12, der in der SPS den Timer für einen Ernteprozess in Gang setzt. Eine solch vielschichtige Vorbereitung ist nötig, um bei voller Fahrt der Maschine die Bewegung der Kassetten zu synchronisieren.
Da Spargelstangen nicht in Reih und Glied wachsen, können sich die Erntemodule zusätzlich zum Rundlauf auch nach links und rechts bewegen. Dies geschieht über Druckluft, und daher stets wenige Zehntelsekunden verzögert. Damit sich die Kassetten dennoch präzise ausrichten, erhält die SPS Informationen über den Abstand zwischen Ausgangs- und Zielposition der Module, gemessen mit LE550-Lasersensoren von Turcks Optoelektronik-Partner Banner Engineering.
Wendemanöver per Joystick.
Einfluss auf Geschwindigkeit und die hydrostatische Lenkung der Erntemaschine haben Bediener über ein externes Steuermodul. Zwei Turck-Encoder messen die Radumdrehungen; das Erfassen der Radpositionen löst AvL dagegen über eine induktive Linearwegmessung. Der Positionsgeber des Sensors LI500-Q25 ist dafür mit dem Kolben des Lenkzylinders gekoppelt. So berechnet die Hauptsteuerung über nur einen Wert die Winkel beider Räder – und Bediener können die Maschine komfortabel per Joystick wenden. Anders als manches Modell von Mitbewerbern müssen Landwirte den AvL Compact S1560 dazu nicht an einen Traktor hängen.
Sowohl bei den LE550-Lasersensoren als auch den RU40U-Ultraschallsensoren haben sich die AvL-Ingenieure für IO-Link-Kommunikation entschieden. Die Schnittstelle liefert im Datenaustausch zusätzliche Informationen und vereinfacht zudem das Parametrieren der Sensoren. Über Turcks kompaktes I/O-Modul TBEN-S2-4IOL werden die IO-Link-Signale im Schaltkasten schnell an die SPS weitergeleitet. Die Kommunikation zur Steuerung läuft über Profinet.
