Forschungs- und Innovationsprojekt
Autonome Steuerung von Robotern für die Innenwirtschaft
Entmistungs-, Liegeboxenreinigungs- und Einstreugerät
Zielsetzung
Ziel des Vorhabens ist es, ein universell einsetzbares Steuerungsmodul zur autonomen Geräteführung in der Innenwirtschaft zu entwickeln und dieses auf dafür entwickelten Plattformen für die Entmistung von Laufflächen, die Reinigung von Liegeboxen, das Einstreuen von Liegeboxen und für die Vorlage von Grund-/Kraftfuttermischungen über Futtermischwagen exemplarisch einzusetzen und zu erproben.Methode
Zu Beginn des Projekts wurden für beide Plattformen Anforderungsprofile und Einsatzkonzepte erarbeitet. Im Hinblick auf das Entmistungs-, Liegeboxenreinigungs- und Einstreugerät, wurden folgende Anforderungen festgelegt:
- Abschieben der Laufflächen nach vorgegebenem Stundenplan
- Reinigen der freien Liegeboxen (min. 1 x / Tag)
- Selbstständiges Auffüllen des Einstreubehälters
- Häufigere Reinigung der stärker verschmutzten Flächen
- Keine Reinigung des Fressbereichs während der Fütterungszeiten
- Einsatz verschiedener Einstreumaterialien
Selbstfahrer-Futtermischwagen
Der Selbstfahrer-Futtermischwagen soll die bereits im Behälter befindliche Futtermischung mehrmals täglich, nach vorgegebenem Stundenplan, am Futtertisch austeilen. Er startet dabei aus einem Ruhezustand von der Parkposition und beendet seine Fahrt dort auch wieder. Im Milchviehbetrieb ist dabei folgendes Fütterungskonzept vorgesehen:
- Personengebundenes Befüllen des Mischwagens
- Personengebundene Fütterung der Tiergruppen Kälber, Jungvieh, Trockensteher, etc.
- Autonome Fütterung der laktierenden / hochleistenden Kühe mehrmals täglich
Dieses Konzept bedingt jedoch die Zwischenlagerung der Futtermischung vom Zeitpunkt des Befüllens bis zum letzten Austeilen der Mischung im Futtermischwagen. Je nach Fütterungsfrequenz kann die Mischung somit bis zu 24 Stunden im Futtermischwagen verbleiben. Aus diesem Grund wurden Untersuchungen hinsichtlich der Veränderungen des Futters während der Zwischenlagerung durchgeführt. Dabei wurde die herkömmliche einmal tägliche Futtervorlage mit der mehrmals täglichen Vorlage einer einmal täglich gemischten Ration verglichen. In mehreren Phasen wurde der Einfluss stabiler / instabiler Silagen, sowie unterschiedlicher Umgebungstemperaturen (Sommer / Winter) untersucht. Um die Auswirkungen der Zwischenlagerung auf das Futter festzustellen, wurde die Temperatur der Futtermischungen am Futtertisch und im Futtermischwagen im Tagesverlauf erfasst. Daneben wurden Futterproben von der gemischten Ration und vom Futterrest gezogen, um Hefegehalte und Gärparameter zu ermitteln.
Ergebnisse
Entmistungs-, Liegeboxenreinigungs- und Einstreugerät
Zoombild vorhanden
Abb. 1: Entmistungsgerät mit Reinigungs- und Einstreumodul
Die konstruktive Entwicklung, sowie die Entwicklung der Steuerung basiert auf dem bisherigen Spaltenroboter Pribot der Fa. Prinzing. Hinsichtlich der Steuerung soll sich das neue Gerät mithilfe einer Kombination aus Odometrie, Inertialmesseinheit und 3D-Kamera orientieren. Hinsichtlich der konstruktiven Entwicklung wurde der Spaltenroboter um ein Reinigungsmodul (ausfahrbarer, rotierender Rundbesen) und um ein Einstreumodul (Behälter für Einstreu, Schleuderrad) erweitert. Abbildung 1 zeigt eine Zeichnung des Entmistungsgerätes mit Reinigungs- und Einstreumodul.
Selbstfahrerfuttermischwagen
Zoombild vorhanden
Abb. 2: Auswerteoberfläche der Laserscannerdaten
Auch im Hinblick auf den Selbstfahrerfuttermischwagen wurde ein bereits am Markt verfügbares Gerät der Fa. Hirl um folgende Komponenten erweitert: Not-Aus-Schalter und -Reißleine, Laserscanner und Sicherheitslaserscanner.
Die Orientierung des Gerätes erfolgt über die Kombination von Odometrie, Inertialmesseinheit und Laserscannerdaten. Auf Basis der Sensordaten lässt sich mittels SLAM (Simultaneous Localizatino and Mapping) Algorithmen eine zweidimensionale Karte der Umgebung generieren. Dies geschieht innerhalb weniger Minuten durch einfaches manuelles Befahren des Hofes. Anschließend ist das System in der Lage, sich innerhalb dieser generierten Karte mit Hilfe eines Partikelfilters (Monte Carlo Localization) zu orientieren, in dem es die aktuell gemessenen Laserscannerdaten mit den Daten der Karte abgleicht und die wahrscheinlichste Aufenthaltsposition bestimmt und weiter verfolgt. Abbildung 2 zeigt die Auswerteoberfläche der Laserscannerdaten.
Die Orientierung des Gerätes erfolgt über die Kombination von Odometrie, Inertialmesseinheit und Laserscannerdaten. Auf Basis der Sensordaten lässt sich mittels SLAM (Simultaneous Localizatino and Mapping) Algorithmen eine zweidimensionale Karte der Umgebung generieren. Dies geschieht innerhalb weniger Minuten durch einfaches manuelles Befahren des Hofes. Anschließend ist das System in der Lage, sich innerhalb dieser generierten Karte mit Hilfe eines Partikelfilters (Monte Carlo Localization) zu orientieren, in dem es die aktuell gemessenen Laserscannerdaten mit den Daten der Karte abgleicht und die wahrscheinlichste Aufenthaltsposition bestimmt und weiter verfolgt. Abbildung 2 zeigt die Auswerteoberfläche der Laserscannerdaten.
Futterhygiene
Zoombild vorhanden
Abb. 3: Temperaturverlauf und Hefegehalte der Futtermischung bei Einsatz instabiler Silagen im Sommer
In der Abbildung links wird der Temperaturverlauf und die Hefegehalte der Futtermischung bei Einsatz instabiler Silagen in den Sommerversuchen dargestellt.
Insbesondere im Futtermischwagen erwärmte sich die Futtermischung in beiden Versuchsjahren um über 10 Kelvin. Die Hefegehalte stiegen unabhängig von der Fütterungsfrequenz von über 106 auf ca. 108 KbE/g FM an. Bei Einsatz von stabilen Silagen konnte auch im Sommer keine Erwärmung der Futtermischungen festgestellt werden. Die Hefegehalte stiegen zwar auch hier gegenüber dem Ausgangsniveau an, lagen aber im Futterrest immer noch auf einem Niveau von ca. 106 KbE/g FM. Im Winter bei niedrigen Umgebungstemperaturen konnte weder bei stabiler, noch bei instabiler Silage eine Erwärmung der Futtermischung und ein Anstieg der Hefegehalte beobachtet werden.
Insbesondere im Futtermischwagen erwärmte sich die Futtermischung in beiden Versuchsjahren um über 10 Kelvin. Die Hefegehalte stiegen unabhängig von der Fütterungsfrequenz von über 106 auf ca. 108 KbE/g FM an. Bei Einsatz von stabilen Silagen konnte auch im Sommer keine Erwärmung der Futtermischungen festgestellt werden. Die Hefegehalte stiegen zwar auch hier gegenüber dem Ausgangsniveau an, lagen aber im Futterrest immer noch auf einem Niveau von ca. 106 KbE/g FM. Im Winter bei niedrigen Umgebungstemperaturen konnte weder bei stabiler, noch bei instabiler Silage eine Erwärmung der Futtermischung und ein Anstieg der Hefegehalte beobachtet werden.
Das Fütterungskonzept bereitet somit bei stabilen Silagen (niedrige Ausgangshefegehalte, ausreichende Anteile an Milch-, Essig- und Propionsäure), sowie in den Wintermonaten keine Probleme. Für die kritische Phase im Sommer bei hohen Umgebungstemperaturen ist die Integration eines Temperatursensors in den Futtermischwagen als Warnsystem denkbar.
Projektinformation
Projektleitung: Dr. Bernhard Haidn
Projektbearbeitung: Stefanie Adeili
Laufzeit: 2012 - 2015
Finanzierung: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)
Projektpartner: TU Braunschweig, Hirl Misch- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG, Peter Prinzing GmbH
Förderkennzeichen: 28154T1510
Projektleitung: Dr. Bernhard Haidn
Projektbearbeitung: Stefanie Adeili
Laufzeit: 2012 - 2015
Finanzierung: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)
Projektpartner: TU Braunschweig, Hirl Misch- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG, Peter Prinzing GmbH
Förderkennzeichen: 28154T1510
Tierhaltung - Rinder
Der Bereich Rinderhaltung beinhaltet Informationen über Haltungssysteme und -verfahren für Kälberaufzucht, Rindermast, sowie Milch- und Mutterkuhhaltung. Wir stellen Ihnen Erkenntnisse aus aktuellen wissenschaftlichen Untersuchungen, Erfahrungen und Praxisempfehlungen vor. Mehr
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Übersicht: Rinder (Tierhaltung)
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