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Forschungs- und Innovationsprojekt
Spaltenreinigungsroboter zum Reinigen und Einstreuen von Liegeboxen

Gerät

"MultiRob" bei der Arbeit

Weiterentwicklung eines Steuerungsmoduls zur autonomen Führung von Entmistungs-, Liegeboxenreinigungs- und Einstreugeräten (MultiRob)

Das Entmistungsverfahren in der Rinderhaltung hat großen Einfluss auf die Sauberkeit der Laufflächen und damit auf die Stallhygiene. Saubere und trockene Laufflächen fördern die Klauengesundheit, das Tierverhalten und führen dazu, dass nur wenig Ammoniak gebildet und freigesetzt wird. Kurze Zeitintervalle in der Entmistung sind daher anzustreben.
Autonom arbeitende mobile Entmistungsgeräte für die Laufflächen werden seit Jahren erfolgreich am Markt angeboten. Für die automatisierte Reinigung der Liegeboxen fehlt bisher jedoch eine geeignete Technik, überdies werden nur verschiedene stationäre Techniken für das automatisierte Einstreuen der Liegeflächen angeboten. Sofern lediglich Teilschritte der Liegeboxenpflege durch die verfügbare Technik automatisiert werden, muss immer noch ein bedeutender Anteil der täglichen Arbeitszeit in den Betrieben aufgebracht werden.

Aktueller Versuch

Zielsetzung

Tisch mit GerätenZoombild vorhanden

Modell des "MultiRob" bei der Reinigung
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines autonom arbeitenden mobilen Entmistungsgerätes, das neben der Entmistung von Laufflächen auch die Pflege, das Reinigen und das Einstreuen von Hochboxen übernimmt.
Die konstruktive Entwicklung des MultiRob basiert auf dem bisherigen Spaltenroboter Pribot 100 der Fa. Prinzing. Hinsichtlich der Steuerung orientiert sich der MultiRob mithilfe einer Kombination aus Odometrie, inertialen Messeinheit und zwei 2D-Laserscannern. Der Spaltenroboter wurde um ein Reinigungsmodul (ausschwenkbarer, rotierender Rundbesen) und um ein Einstreumodul (Behälter für Einstreu, Förderband) erweitert.

Erste Untersuchungen

Im ersten Schritt wurden die Projektpartner der Technischen Universität Braunschweig in dem Bereich der Arbeitsplanung unterstützt.
Die Bahnplanung wird auf Basis der Fahrzeuggeometrie und –kinematik, der Start- und Zielposition sowie der Fahr- und Liegeboxenbereiche entworfen.
Für die freie Bahnplanung ist eine digitale, zweidimensionale Stallkarte erforderlich, in der Fahrwege und Liegeboxen verzeichnet sind.
Für die freie Bahnplanung werden Routen angelegt, die der Roboter abarbeiten soll. Es wird darauf geachtet, dass der Roboter diese ohne Mängel und Ausfälle bewältigt. Zusätzlich können Fahrbereiche und Liegeboxen mit Attributen versehen werden. Weiterhin ist ein wichtiger Bestandteil der Arbeitsplanung die Hinderniserkennung. Es sollen v. a. die Kühe in den Liegeboxen und auf den Laufgängen erkannt werden. Dies wurde zu Beginn im Versuchsstall in Braunschweig über Attrappen in der Liegebox und im Stall simuliert. Ein weiterer Bereich ist die Kollisionsvermeidung. Wird ein Hindernis erkannt, muss der Roboter eine Ausweichstrategie fahren. Hier wurden mehrere Strategien getestet.
Zudem soll der Roboter in unterschiedlichen Situationen verschiedene Ausweichmöglichkeiten haben, z. B. Abbruch der Arbeitsroute und Beginn der nächsten Route.
Alle Parameter der Arbeitsplanung wurden sowohl im Versuchsstall in Braunschweig als auch in einem separaten Bereich des Trockensteherstalls, ohne Tierverkehr, in Grub mehrmals getestet.

Ergebnisse

Die zu untersuchenden Themen sind sehr komplex und aufwändig. Die Aufzeichnung der Stallkarte und die damit verbundene Bahnplanung sind abgeschlossen. Die begleiteten Versuche in Braunschweig zur Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung waren erfolgreich. Der Roboter erkennt Hindernisse in der Liegebox, z. B. eine liegende oder stehende Kuh. Ebenso werden Hindernisse auf dem Laufgang erkannt und eine passende Strategie ausgeführt.

Fazit

Es sind weiterhin noch kleinere Korrekturen nötig. Insbesondere im Hinblick auf den Einsatz im Milchviehstall mit tatsächlichem Kuhverkehr. Weiterhin soll überprüft werden, wie solide die Programme am Roboter ablaufen oder ob bei einem längeren Einsatz Probleme auftreten.

Folgeversuche

Die Menge an ausgeworfenem Einstreumaterial sowie dessen Auswurfweite richten sich nach der Materialbeschaffenheit, der Drehzahl der Scheibe im Einstreubehälter sowie der Fördergeschwindigkeit des Auswurfbandes. Um eine an das Material angepasste Dosierung zu ermöglichen, müssen zahlreiche Erfahrungen mit entsprechenden Materialien und Parametern in einer Reihe von Versuchen gesammelt werden.

Zielsetzung

Optimierung des Austragssystems für Streugut
Das Ziel war, dass der Roboter eine mehlförmige Einstreu (Kalk und Strohmehl) auf den Liegeboxen ausbringt. Dabei soll es ein hohes Maß an Tierwohl sowie ein hohes Wasserbindevermögen erreichen.

Methode

Ende 2018 war ein Einstreubehälter mit einer Schneckenförderung verbaut. Diese förderte das Material auf ein Förderband, mit dessen Hilfe es auf die Liegeboxen ausgetragen wurde.

Versuchsablauf

  • Kalk, Strohmehl und Kalk-Strohmischungen
  • Partikelgröße der Strohmehle 0,1 bis 2 cm
  • Entstaubte / nicht entstaubte Varianten
  • Angefeuchtete / trockene Varianten
  • Fahrgeschwindigkeit Versuchsträger 0,1 m/s
  • Drehzahl Förderband 1400 U/min

Versuchsort

  • 5 Hochboxen in Grub (BaySG)
  • 4 Hochboxen in Braunschweig

Versuchsparameter

  • Einstreumenge und -weite
  • Verteilung des Materials in der Liegebox
eingestreute Liegeboxen und gereinigter Laufgang im Versuchsstall der BaySG in Grub

Versuchsstall der BaySG in Grub

Bild in Originalgröße

Drei Liegeboxen im Versuchsstall der TU Braunschweig

Versuchsstall der TU Braunschweig

Bild in Originalgröße

Vorläufige Ergebnisse

Die Ausbringungstechnik im ersten Versuch an der Technischen Universität Braunschweig wurde mehrfach verändert, da sich das Strohmehl im Einstreubehälter zu sehr verdichtete. Außerdem wurde es schlecht bis zeitweise gar nicht durch die Förderschnecke nach oben auf das Förderband transportiert. Die Ausbringungsmenge, -weite und die gleichmäßige Verteilung auf den Liegeflächen war somit nicht gegeben.
Folglich wurde der Einstreubehälter überarbeitet und ein neues System eingebaut. Dieses war für Kalk, Strohmehle aller Partikelgrößen und deren Mischungen geeignet. Die gleichmäßige Ausbringung war damit gegeben. Lediglich die Einstreumenge und -weite muss durch Veränderungen der Lochgröße und Bandgeschwindigkeit noch angepasst werden.

Fazit

Die aktuelle Ausbringungstechnik scheint solide und wenig störanfällig zu sein. Es sind noch weitere Versuche nötig, um ein abschließendes Fazit ziehen zu können.

Aktuelle Arbeiten

Aktuell liegt der Fokus der Arbeit auf der Überprüfung der Technik im Praxiseinsatz im Milchviehstall der BaySG in Grub.

  • Weiterführende Tests der Ausbringungstechnik
  • Routengenauigkeit
  • Stromverbrauch
  • Arbeitsqualität und –hygiene
  • Arbeitswirtschaft
  • Technik-Tier-Interaktion

Auszeichnung

Dem „MultiRob“ wurde auf der EuroTier 2018 der Innovation Award in Silber verliehen.

Weiterführende Informationen

Projektinformation
Projektleitung: Dr. Bernhard Haidn
Projektbearbeitung: Sophia Sauter
Laufzeit: 2015 - 2020
Finanzierung: Landwirtschaftliche Rentenbank, BLE
Projektpartner: TU Braunschweig, Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge,
Peter Prinzing GmbH
Förderkennzeichen: 28154T1710