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Das Siegerteam aus Braunschweig (v.l.): Thomas Göres (Betreuer und Mitarbeiter am Institut), Michael Meinecke, Jan Schattenberg, Markus Robert, Georg Happich (Mitarbeiter am Institut), Robert Meyer, Jörg Schlott, Jörn Knaup. Feldroboter: 46 | on <strong>track</strong> | 1.2008 Viel mehr als nur Modellbau Wie von Geisterhand gesteuert bewegt sich das kleine Fahrzeug sicher zwischen zwei Maisreihen. Am Ende der Reihe angekommen, wendet es geschickt und fährt in der nächsten Reihe zurück. Plötzlich bleibt es stehen und sprüht Wasser auf einen gelben Golfball, der wie zufällig in einer Lücke zwischen zwei Maispflanzen liegt. „Der Golfball simuliert Löwenzahn, den der Roboter mit Hilfe einer Kamera entdeckt“, erklärt Thomas Göres, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik der TU Braunschweig und Betreuer der Arbeitsgruppe „FREDT“. Das kleine technische Wunderwerk namens Helios ist ein so genannter „Feldroboter“, den sechs Studenten der TU Braunschweig in Eigenregie konstruiert und gebaut haben. Und nicht nur das: Sie haben im letzten Jahr mit Helios den internationalen „Field Robot Event“, die „Feldroboter-Weltmeisterschaft“, im niederländischen Wageningen gewonnen! Gruppe arbeitet seit 2005 zusammen Konstruieren, Tüfteln und in die Praxis umsetzen: Beim Field Robot Event üben die Maschinenbau-Studenten schon einmal, was ihnen im Großen später in der Entwicklungsabteilung von Herstellern bevorsteht. Und das bringt unter Umständen mehr als so manche trockene Vorlesung. Die Gruppe „FREDT“ gibt es seit 2005 an der Uni in Braunschweig. „Wir hatten eine Einladung zur Feldroboter-Weltmeisterschaft im Jahr 2006 erhalten und spontan beschlossen, daran teilzunehmen“, blickt Göres zurück. Den Wettbewerb selbst gibt es seit dem Jahr 2002. Er ist von der Universität Wageningen ins Leben gerufen worden mit dem Ziel, jungen, technikbegeisterten Studenten ein konkretes Projekt zu liefern, das sie in die Tat umsetzen können. „Am Anfang wussten wir gar nicht, was auf uns zukommt und wie man da am besten herangeht. Wir haben einfach ein Plakat ausgehängt, um zu sehen, wer überhaupt Interesse hat, einen autonomen Feldroboter zu konstruieren“, schildert Göres die Anfänge. Einen zusätzlichen Anreiz bot die Universität damit, dass die Studenten gleichzeitig die Möglichkeit hatten, das Projekt mit einer Diplom- oder Studienarbeiten zu verbinden und so nicht nur in ihrer Freizeit an dem Roboter arbeiten mussten. Von 15 Interessenten ist nach einigen Wochen ein harter Kern von sechs Studenten übrig blieben, die sich der Sache intensiv angenommen haben. „Ihnen blieben nur fünf Monate bis zum Wettbewerb. Das war nicht viel Zeit“, sagt Göres. Ausgestattet mit einem kleinen Budget von 1000 Euro und einem eigenen Raum mit Computern legten die sechs Tüftler kurz nach Weihnachten los. „Bei dem ersten Treffen hatten die Leute schon Ideen, wo man Fahrzeuge kaufen und Teile besorgen könnte und so hat sich dann sehr schnell eine gesunde Eigendynamik entwickelt“, erinnert sich der FREDT- Betreuer. Start mit einem Modellfahrzeug Um schneller voran zu kommen, haben die Studenten für den Event 2006 zunächst ein Modellbaufahrzeug gekauft. Sie testeten mit ihm verschiedene Sensortypen, um zu schauen, wie sie sich verhalten und wofür man sie nutzen könnte. Denn für den Wettbewerb hatten sie bestimmte Aufgaben zu bewältigen. So sollte das Fahrzeug selbstständig durch geschwungene Maisreihen fahren und am Ende der Reihe in die nächste Reihe wenden usw. Den Weg mussten die Roboterfahrzeuge dabei selbst finden. Außerdem sollten die Roboter in den Maisreihen Löwenzahn aufspüren und zählen. Das Unkraut wurde durch gelbe Golfbälle simuliert. Im Juni 2006 belegten sie trotz der geringen Vorbereitungszeit an dem Wettbewerb bei der Uni Hohenheim immerhin den 6. Platz von insgesamt 12 Teilnehmern. Der Wettbewerb hatte den Ehrgeiz der jungen Truppe erst richtig angeheizt. „Wir wollten auf jeden Fall weiter machen und in der Platzierung höher kommen“, beschreibt Michael Meinecke. Nach der WM ist vor der WM Die weiteren Schritte wurden anhand einer Nachbesprechung festgelegt. Hier ging es um die Fragen: Wo waren die größten Pro-
leme, was war gut oder schlecht gelaufen? Die Studenten waren sich einig: Während die Gruppe und die Zusammenarbeit gut funktioniert hat, stellte sich das Fahrzeug selbst als größter Schwachpunkt heraus. Das Lenkspiel war zu groß und ließ keine exakte Steuerung zu. Auch waren die Achsen unterdimensioniert und verschlissen sehr früh, die Federbeine konnten das Gewicht nicht ausreichend abfedern und nicht zuletzt bot das Material wenig Möglichkeiten, nachträglich Sensoren schnell und flexibel anzubringen. Daraufhin erhielten die Studenten die Möglichkeit ein eigenes Fahrzeug zu konstruieren und dieses in der Institutswerkstatt fertigen zu lassen. Sie starteten in die neue „Saison“ mit einer Anforderungsliste für das neue Fahrzeug, in der sie beispielsweise die Größe des Wendekreises, die Geschwindigkeit, die Nutzlast usw. festlegten. „Uns war es wichtig, das ganze methodisch anzugehen, so wie man es auch im Studium lernt“, erzählt FREDT-Mitglied Jan Schattenberg. Diese Anforderungsliste gab ihnen eine straffe Vorgabe, wie das Fahrzeug hinterher auszusehen hatte. Ein Beispiel: Um direkt von einer in die nächste Reihe wenden zu können, wäre eine Lenkung der Vorderräder nicht ausreichend gewesen. „Um weniger rangieren zu müssen, haben wir auch eine Hinterachslenkung konstruiert.“ Ein Blick auf die Material- und Anforderungsliste machte schnell klar: So etwas kann man nicht einfach so kaufen. Die FREDT- Gruppe musste also selbst ran und etwas Eigenes konstruieren. Dafür war es hilfreich, dass die sechs Studenten verschiedene Interessensschwerpunkte hatten. Denn es ging nicht nur um Mechanik, sondern auch ums Programmieren. Auf diese Weise arbeiteten Maschinenbauer und Mechatroniker zusammen. 15 Stunden täglich gearbeitet Gegen Ende der Entwicklung haben die Studenten ca. 15 Stunden täglich gearbeitet. „Gerade in der letzten Woche vor dem Wettbewerb haben wir oft noch zu Hause vor dem PC gesessen und irgendetwas programmiert“, erinnert sich Schattenberg. Aber er ist sicher: Die Zeit, die man investiert, bekommt man wegen des enormen Lerneffekts auf jeden Fall wieder heraus. Insgesamt fließen im Semester rund 80 Stunden in der Woche in das Projekt, verteilt auf fünf bis sechs Leute. Das Ergebnis nach vielen Stunden Arbeit war ein kleines Wunderwerk an Technik. Nur wenige Komponenten wie z.B. die Federbeine stammen aus dem Modellbau- Handel. Das meiste haben die Studenten dagegen in der institutseigenen Werkstatt nach eigenen Entwürfen anfertigen lassen. Einige technische Features: Auf der Agritechnica 2007 zeigten die Roboter im „künstlichen“ Maisfeld ihr Können. • Ein günstiges Vier-Rad-Fahrwerk, das ausreichend geländegängig ist; • Robuste Starrachsen, die für mittlere Geschwindigkeiten geeignet sind; • Allradlenkung mit allen Optionen: beide Achsen getrennt gelenkt , kleiner Wendekreis (unter einem Meter), auch Einzelachslenkung und Hundeganglenkung möglich; • kraftvoller Motor für Geschwindigkeiten bis 10 km/h bei einer Gesamtmasse von bis zu 20 kg kombiniert mit einem Allradantrieb; • flexible Anbaumöglichkeit für Sensoren. Mit dem Siegerpokal zurück Der Aufwand hat sich für die sechs gelohnt: Denn sie setzten sich in der Endausscheidung in Wageningen gegen neun Mitbewerber u.a. aus den Niederlanden, Finnland oder Japan durch. Die Braunschweiger verwiesen auch einen der deutschen Mitbewerber und Vorjahressieger, das Team der FH Osnabrück, auf Platz 2. Den dritten Platz erzielte das Team der niederländischen Universität Wageningen. „Es war in den Grunddisziplinen ein Kopf an Kopf Rennen zwischen der FH Osnabrück und uns“, erinnert sich Jörn Knaup. Die Entscheidung brachte am Ende der Freestyle Wettbewerb. Bei diesem konnte jedes Team eine selbst gewählte Spezialaufgabe darstellen. Das Team aus Braunschweig wählte das selbstständige Andocken i Nächster Event vom 12. bis 14. Juni in Osnabrück des Fahrzeugs an eine Basisstation. „Wir haben dazu ein System entwickelt, mit dem der Roboter seinen Weg zu Basisstation finden konnte um z. B. seine Batterien aufzuladen. Die ganze Elektrik und Programmierung haben wir dafür selbst entwickelt“, berichtet Markus Robert. Der Name „Helios“, den die Studenten dem Fahrzeug gegeben hatten, stellte sich damit im Nachgang als goldrichtig heraus: Der griechische Sonnengott Helios fährt in der Mythologie hinter dem Gott der Morgenröte mit seinem vierspännigen Wagen tagsüber von Osten nach Westen über den Himmel. In der Nacht kehrt er in einer goldenen Schale über den Okeanos zurück – also wie von Braunschweig Richtung Westen nach Holland und dann mit dem Siegerpokal zurück. Zudem ist Helios im Stammbaum der Enkel von Gaia. Und „Gaia“ hieß der erste Feldroboter, mit dem die Braunschweiger bei der WM 2006 teilnahmen. Fortsetzung Seite 48 Als Austragungsort des Field Robot Events 2008 veranstaltet die FH Osnabrück ein internationales Spektakel für Sportsfreunde, Bastler, High-Tech-Fans und Wissenschaftler, Erwachsene und Kinder zum mitmachen und erleben. Vom 12. – 14. Juni 2008 konkurrieren Landwirtschafts-Roboter aus aller Welt, so unter anderem aus Japan, Finnland, den Niederlanden und Malaysia. Dieses Jahr ist erstmals die Fachhochschule Osnabrück Gastgeber der Weltmeisterschaft und präsentiert sich gleichzeitig im Rahmen der Bundesinitiative „365 Orte im Land der Ideen“, so dass über das Wochenende mit Tausenden Zuschauern gerechnet werden kann. Ob alleine, in kleiner oder großer Gruppe – mit oder ohne Lehrer – am 12. Juni gilt es zunächst für den jungen Nachwuchs beim Junior Wettbewerb einen selbstentwickelten Roboter zu präsentieren, der autonom, also ohne Fernsteuerung, durch ein Maisfeld fahren und Aufgaben lösen kann. Am Freitag, den 13 Juni, heißt es dann Daumen drücken für das Hochschulteam der FH Osnabrück beim Wettbewerb für den offiziellen Field Robot Event 2008. Die Studierende des Master-Programms Mechatronic Systems Engineering unter der Leitung von Arno Ruckelshausen, Professor für Physik und Sensorik, hatten in den letzten Jahren stets einen Stammplatz auf einen der Siegertreppchen. Weitere Informationen: www.fieldrobotevent.de 1.2008 | on <strong>track</strong> | 47
Seite 1 und 2: on track 12008 Perspektiven in Land
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