Setzlingsroboter

Problemstellung

Von steigenden Lohnkosten und immer schlechterer Verfügbarkeit von Arbeitskraft ist auch der Obstanbau in Mecklenburg-Vorpommern betroffen. Um effizienter zu wirtschaften und die Verfahrenskosten zu senken, sollen die größtenteils händischen Prozesse im Anbau von Frigo Erdbeerpflanzen durch automatisierte Prozesse ersetzt werden. Als Projektpartner steht Karls Erdbeerhof aus dem Landkreis Rostock zur Verfügung. So kann Wissenstransfer entstehen und die Infrastruktur des Obstbauunternehmens für mögliche Erprobungen verwendet werden. Durch die Tatsache, dass Erdbeerpflanzen aus organischem Material bestehen und das gewachsene Blattwerk stark variieren kann, ist das Handling der Pflanzensetzlinge nicht einfach. Außerdem werden die Frigo Setzlinge tiefgefroren in Holzkisten angeliefert. Je nach Zeitpunkt und dem sich dadurch ergebenen Auftauzustand, liegen verschiedene Zustände des Erdballens vor. Dies erschwert das Einpflanzen der Setzlinge ebenso. Für einen optimalen Pflanzprozess muss der Setzling mit passendem Abstand zur nächsten Pflanze und Höhe zur Substratoberfläche eingepflanzt werden.  Durch Einhalten dieser Pflanzparameter kann die Wahrscheinlichkeit einen Setzling zu erhalten, welcher von Schädlingen oder Krankheiten befallen ist, minimiert werden.

Zielstellung und Lösungsweg

Da eine automatisierte oder teilautomatisierte Lösung zum Einpflanzen von Frigo Erdbeersetzlingen Ziel des Projektes ist, muss der vorherrschende Prozess dokumentiert und analysiert werden. Für einen Substratbehälter mit 8 Setzlingen braucht eine Arbeitskraft bis zu einer Minute. Ziel ist es, diese Prozesszeit zu minimieren und die Pflanzqualität zu erhöhen. Der konventionelle Prozess besteht aus drei Teilaufgaben. Eine definierte Menge Substrat ausheben, den Setzling einpflanzen und dem Nachverdichten des Substrats. Angelehnt an diese Prozesse wurde eine dreistufige Automation konzeptioniert. Für den Prozess des Lochherstellens kommen rotierende Erdbohrer zum Einsatz. Diese sind durch ihre geometrischen Eigenschaften genau auf den Setzling abgestimmt und können in Anzahl und Abstand verändert werden. Um die Setzlinge zu bewegen und in das Bohrloch einzusetzen, kommt ein kartesisches Portal zum Einsatz. Daran befindet sich ein extra für diese Anwendung entwickelter Greifer. Das Nachverdichten des Substrates soll über eine definierte Kontur ausgeführt werden. Die Substratbehälter werden per Gurtförderer von Station zu Station befördert. So soll die Anlage die Prozesse vollautomatisiert abarbeiten.

Während des Konstruktionsprozesses und in Absprache mit dem Projektpartner Karls Erdbeerhof, wurde sich dazu entschieden, das erste Teilsystem als Prototypen aufzubauen. Beim Anbau von Erdbeerpflanzen handelt es sich um einen saisonalen Prozess. Somit sind auch die tiefgefrorenen Pflanzensetzlinge nur in einem kurzen Zeitraum während der Pflanzkampange verfügbar. Daher war es wichtig, das erste Teilsystem des Bohrloch-Herstellens möglichst zeitnah zu erproben. Der aufgebaute Prototyp konnte während der Pflanzkampange im Frühling 2023 bei Karls Erdbeerhof erprobt werden. Als halbautomatischer Aufbau konnte er ohne Fördereinrichtigung die Funktion des Erdbohrers erproben.

Nutzen

Die Automatisierung von individuellen Obst- und Gartenbauprozessen hat das Potential, immer knapper werdende Ressourcen effizienter einzusetzen. So ist der Präzisionsgartenbau schon heute ein nicht mehr wegzudenkender Teil der gegenwärtigen Landwirtschaft. Im Fall des Setzroboters wurde während der Pflanzkampange ein kompletter Folientunnel (8 Reihen, 120m lang) mit Hilfe des Prototypenaufbaus bepflanzt. Trotz der Anpassung von logistischen Prozessen und dem Einsetzen der Pflanzen per Hand, wurde eine Arbeitszeitersparnis von 50 % erzielt. Ebenso wurde eine gleichmäßig hohe Pflanzqualität erreicht. Dies konnte schon nach 2-3 Monaten an den gewachsenen Pflanzen erkannt werden. Durch den Erprobungsprozess wurde festgestellt, dass kein nachverdichten des Substrates nach dem Einsetzen der Pflanzensetzlinge notwendig ist.