Pfadplanungs-Algorithmen für automatisierte landwirtschaftliche Maschinen im Ackerbau mit sequenziell-abhängigen Aufgaben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Timo Oksanen
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528103308

Dieses Projekt befasst sich mit der Entwicklung von Algorithmen für die rechnergestützte Pfadplanung für automatisierte landwirtschaftliche Maschinen, einschließlich autonomer Traktoren. Das Hauptziel des Projekts ist die Untersuchung neuartiger Algorithmen für das zugrundeliegende Problem, sequentielle Arbeitsvorgänge mit unterschiedlichen Prozessparametern automatisiert auf derselben landwirtschaftlichen Fläche durchzuführen. Im Zusammenhang wird die sequentielle Abhängigkeit um eine vorgegebene Reihenfolge erweitert, sodass eine Operation vor der anderen abgeschlossen sein muss. Dieses Problem tritt vor allem im Ackerbau auf, wo während des Anbau-, Pflege- und Ernteprozesses mehrere Arbeitsgänge auf dem Feld nacheinander durchgeführt werden müssen. Stand der Technik im Ackerbau ist bislang die Durchführung eines einzelnen Arbeitsgangs auf dem gesamten Feld. Entsprechend finden sich mehrere Studien zu dem Problem, einen einzelnen Arbeitsgang wie beispielsweise die Aussaat auf mehrere Maschinen aufzuteilen. Eine typische Lösung besteht darin, jeder Maschine ihren eigenen Arbeitsbereich zuzuweisen, so dass unabhängig voneinander gearbeitet werden kann, ohne dass es zu Konflikten oder Kollisionen kommt. Wenn die Maschinen jedoch in der Lage sind, verschiedene Arbeitsgänge parallel auszuführen, kann durch die Nutzung der Flotte die Dauer und Logistik für die Fertigstellung mehrerer Arbeitsgänge verkürzt und somit die Arbeitseffizienz verbessert werden. Ziel dieses Projekts ist es, mehrere Maschinen in die Lage zu versetzen, gleichzeitig verschiedene Arbeiten auf demselben Gelände auszuführen, sodass keine Kollisionen oder unnötige Wartezeiten entstehen. Das bedeutet, dass die triviale Lösung, jeder Maschine ihren eigenen, statischen Arbeitsbereich zuzuweisen, nicht mehr ausreichend ist. Ein wesentlicher Teil der Herausforderung besteht weiter darin, dass die Maschinen mit unterschiedlichen Anbaugeräten heterogen sind und oft unterschiedliche Arbeitsbreiten haben. Zusammenfassend zielt das Projekt darauf, eine formale Definition des sequentiell abhängigen Pfadplanungsproblems abzuleiten, eine algorithmische Lösung dafür zu finden und schließlich die Machbarkeit des Algorithmus in der Praxis mit realen Landmaschinen zu verifizieren und zu demonstrieren. Um die praktische Anwendbarkeit der Ergebnisse zu prüfen, umfasst das Projekt im letzten Schritt empirische Tests mit realen landwirtschaftlichen Geräten, einschließlich Traktoren und Anbaugeräten für Ackerbaubetriebe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen