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Optimierte Servomotoren sorgen für mehr Präzision und Produktivität bei Agrarrobotern

Steigende Boden-, Saatgut- und Düngemittelpreise und sinkende Erträge führen zu sinkenden Gewinnmargen in der Agrarindustrie. Gleichzeitig führt der Mangel an Arbeitskräften in der Landwirtschaft zu höheren Personalkosten. Viele Stellen in landwirtschaftlichen Betrieben bleiben daher unbesetzt. Im Interesse des Umwelt- und Klimaschutzes müssen die landwirtschaftlichen Betriebe zudem den schwierigen Spagat schaffen, einerseits die Ernährung einer wachsenden Bevölkerung zu sichern und andererseits den Einsatz von Düngemitteln, Pestiziden und den Wasserverbrauch zu minimieren.

Vor diesem Hintergrund steigt die Nachfrage nach Robotern, die Aufgaben übernehmen können, die traditionell von Menschen oder von Menschen gesteuerten Maschinen ausgeführt werden: Säen, Jäten, Düngen, Mähen, Ernten und vieles mehr. Die Landwirte erhoffen sich davon eine Senkung der Betriebskosten bei gleichzeitiger Steigerung der Produktivität und Minimierung der Umweltbelastung.

Für die moderne Präzisionslandwirtschaft werden Sensoren benötigt, die die Bodenatmung, die photosynthetische Aktivität, Blattflächenindizes und andere biologische Faktoren überwachen. Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz datengestützter Produktionstechnologien zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann. Anwendungsbeispiele für solche Technologien sind die Ertrags- und Bodenkartierung, die automatische Maschinensteuerung und Technologien zur variablen Ausbringung von Saatgut, Dünge- und Pflanzenschutzmitteln sowie zur individuellen Bewässerung.

Diese Anwendungen erfordern ein hohes Maß an Flexibilität und Geschicklichkeit bei der Ausführung von Roboterbewegungen. Früchte lassen sich leicht zerdrücken, Blattgemüse reißt schnell. Schäden an hochwertigen Gewächshauskulturen wie Kräutern, Pilzen, Tomaten und anderen empfindlichen Pflanzen können zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Selbst wenn man die Einsparungen bei den Arbeitskosten berücksichtigt, wird ein Roboter, der diese Aufgaben nicht mit der gleichen Sorgfalt und Aufmerksamkeit ausführen kann wie ein Mensch, kaum Kosteneinsparungen und Effizienzsteigerungen in einem Umfang ermöglichen, der die Investition in Robotersysteme rechtfertigt.

Für die Entwickler von Agrarrobotern stellen diese Probleme eine Herausforderung, aber auch eine Chance dar. Eine Herausforderung, denn der Roboter muss sich durch intelligente Funktionen und präzise gesteuerte Bewegungen deutlich von bereits auf dem Markt befindlichen Modellen dieser Klasse sowie von neuen Roboterlösungen der Mitbewerber abheben. Die Chance liegt offensichtlich darin, einen kostengünstigen, leistungsfähigen Agrarroboter zu entwickeln, der sich als marktführende Lösung durchsetzen kann.

Der Antrieb spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Worauf kommt es bei Antrieben in der Landwirtschaft an?

Agrarroboter können autonom, kooperativ (sicheres Arbeiten in unmittelbarer Nähe des Menschen) oder in beiden Varianten betrieben werden. Sie können auf großen Feldern eingesetzt werden, z.B. bei der Apfelernte oder zur Unkrautbekämpfung. Alternativ können sie aber auch in einer kontrollierten Gewächshausumgebung hochpräzise Aufgaben übernehmen, wie z. B. die Erkennung und gezielte Behandlung von Krankheiten oder das vorsichtige Anheben von Pflanzen zur Kontrolle der Wurzeln in Hydrokultursystemen.

Unabhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet geht der Trend in der Branche zu Antriebssystemen, die rund um die Uhr hocheffizient arbeiten und sich durch vergleichsweise geringes Gewicht bei hoher Präzision und hervorragender Manövrierfähigkeit durch kompakte Bauweise auszeichnen, um Bodenverdichtungen und Pflanzenschäden bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten zu vermeiden. Angesichts der zunehmenden Verbreitung des Anbaus unter kontrollierten Bedingungen, z. B. in Gewächshäusern, die eine ganzjährige landwirtschaftliche Produktion ermöglichen und die Qualität, die Gleichmäßigkeit und den Ertrag der Erzeugnisse verbessern, gewinnen diese Antriebsqualitäten noch mehr an Bedeutung. Ein weiterer Faktor ist die Notwendigkeit, die Nachhaltigkeit und die Umweltbilanz des Sektors zu verbessern.

Von der schnellen und präzisen Positionierung der Roboterarme über die Endeffektoren, die filigrane Arbeiten ausführen, bis hin zu den Systemen, die die Räder antreiben und die Roboter in die richtige Position bringen. Um z.B. Erdbeeren oder Pilze im optimalen Winkel zu ernten, sind teilweise sehr spezielle Bewegungen erforderlich - z.B. unkonventionelle Koordinatenanordnungen wie X-Y mit umgekehrtem Delta. Für diese Bewegungen ist eine präzise Koordination mit Hilfe von Sensoren erforderlich, für die wiederum eigene Antriebsanforderungen gelten.

Unabhängig von der jeweiligen Konstruktion ist der Einsatz von Agrarrobotern nur dann erfolgreich, wenn sie hochpräzise Bewegungsabläufe ausführen können.

Optimale Bewegungsabläufe für die Agrarwirtschaft

Kollmorgen bietet eine große Auswahl an Motoren mit und ohne Gehäuse, die sich ideal für den Einsatz in Feldrobotern eignen und die Produktivität und Rentabilität in der Landwirtschaft steigern.

Die Servomotoren der Serien AKM und AKM2G bieten eine hervorragende Drehmomentdichte in kompakter Bauform für den Einsatz in Antriebsanwendungen. Die AKM2G-Niederspannungsservomotoren eignen sich besonders für batteriebetriebene Fördersysteme, bei denen ein sparsamer Energieverbrauch die Betriebszeit pro Ladung erheblich verlängert.

Alle Servomotoren der Serien KBM, TBM und RBE zeichnen sich durch Präzision und Effizienz des Direktantriebs sowie eine kompakte gehäuselose Bauweise aus. Sie sind in einer unübertroffenen Auswahl an Größen, Leistungsbereichen und Optionen erhältlich, um den Anforderungen aller Roboteranwendungen gerecht zu werden - von Lenksystemen bis hin zu Roboterarmen mit Knickgelenken und vielem mehr.

Die Servomotoren der Serie TBM2G wurden für die hochspezifischen Anforderungen der Gelenke von Roboterarmen entwickelt. Sie eignen sich hervorragend für sehr unterschiedliche Anwendungen, von Cobots für Industrieanwendungen über Chirurgieroboter bis hin zu Feldrobotern in der Landwirtschaft.

Die gehäuse- und bürstenlosen TBM2G-Motoren bieten eine hervorragende Drehmomentdichte bei kompakten Abmessungen. Durch die Anwendung der D2L-Regel ermöglichen sie eine sehr kompakte Gelenkkonstruktion in axialer Richtung, so dass mehrere Arme eng beieinander und sehr effizient zusammenarbeiten können, z. B. bei der Obsternte. Eine großzügig dimensionierte Durchgangsbohrung ermöglicht die problemlose Aufnahme von Versorgungs- und Rückführungskabeln sowie weiterer Komponenten, die zur Betätigung der Gelenke über die gesamte Armlänge sowie der Endeffektoren erforderlich sind.

Die TBM2G-Motoren lassen sich auch problemlos mit gängigen Spannungswellengetrieben (harmonischen Getrieben) kombinieren, so dass Robotikingenieure leicht und kostengünstig möglichst leichte und kompakte Armgelenke mit maximaler Belastbarkeit realisieren können.

Alle gehäuselosen Motoren von Kollmorgen sind zudem mit fortschrittlichen Materialien und Wicklungen ausgestattet, die eine konstante Leistung bei unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten unterstützen und so einen gleichmäßigen und präzisen Antrieb ermöglichen. Dadurch sind schnellere Bewegungen, höhere Effizienz und niedrigere Betriebstemperaturen möglich, wobei im Vergleich zu herkömmlichen Servomotoren die volle Leistung auch bei höheren Arbeitszyklen erhalten bleibt.

Für maximale Effizienz bietet Kollmorgen als einziger Anbieter die Möglichkeit, die Wicklungen der Motoren kostengünstig so zu modifizieren, dass sie exakt den Anforderungen an Drehzahl, Dauer- und Spitzendrehmoment der jeweiligen Anwendung entsprechen. Außerdem funktionieren die gehäuselosen Motoren von Kollmorgen auch unter anspruchsvollen und widrigen Bedingungen äußerst zuverlässig und erfordern keine Wartung.

Dank Kollmorgens kooperativem Engineering-Ansatz, dem breiten Angebot an Produktoptionen, den hervorragenden technischen Fähigkeiten und den lokalen Entwicklungsteams profitieren Sie von kürzeren Entwicklungszyklen und einer schnelleren Markteinführung von Agrarrobotern, die sich durch überlegene Mobilität und Produktivität auszeichnen. Mit unseren weltweiten Produktions- und Supporteinrichtungen, unserem Engagement für zuverlässige Qualität und unserer jahrzehntelangen Erfahrung in der Robotik sorgt Kollmorgen dafür, dass Ihre Roboter Saison für Saison ihre Leistung bringen.

Weitere Informationen

In unserer online verfügbaren Schulung Verbessern der Roboter-Effizienz durch Motordesign und -auswahl erfahren Sie, wie wir die schwierigsten Herausforderungen bei der Entwicklung von Motoren für Roboter lösen. Weitere Informationen zu den Vorteilen dieses Motors, der speziell für den Einsatz in Robotern entwickelt wurde, finden Sie in unserer Broschüre TBM2G Gehäuselose Motoren. Auf Anfrage vereinbaren wir sehr gerne einen Termin für ein Beratungsgespräch von Ingenieur zu Ingenieur zur Klärung Ihrer individuellen Projektanforderungen.

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