Unbemannte Landfahrzeuge (engl. Unmanned Ground Vehicle UGV) werden in der Zukunft vermehrt eingesetzt, um Prozesse zu automatisieren, die zurzeit noch manuell oder teilmaschinell ausgeführt werden. Diese Fahrzeuge können mit Sensoren ausgerüstet werden, um eine hohe Autonomie zu erreichen und die Produktivität sowie Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. Dieser Artikel beschreibt ein UGV, das von Grund auf an der ZHAW entwickelt wurde, im speziellen für den Einsatz im landwirtschaftlichen Umfeld.

Das UGV als Sensorträger wurde für den landwirtschaftlichen Einsatz entwickelt. Dieses Einsatzgebiet stellt besondere Anforderungen. Daher weist es eine Bodenfreiheit von 450 mm auf und die Spurbreite ist variabel zwischen 800 und 1200 mm einstellbar. Der elektrische, differenzielle Antrieb (alle Räder separat ansteuerbar) erfolgt über einen Kettenantrieb. Die Hinterachse ist lenkbar, sodass ein enger Wenderadius gefahren werden kann. Mit der aktuell verbauten Übersetzung weist das UGV eine maximale Geschwindigkeit von ca. 30 km/h auf. Das vorwiegend aus Aluminium hergestellte UGV wiegt 65 kg und erlaubt eine Nutzlast von bis zu 50 kg.

In das UGV wurde eine Echtzeitsteuerung (TwinCAT 3.1) der Firma Beckhoff AG integriert. Eine hohe Robustheit sowie Zuverlässigkeit für Steuerung und Sensoren kann so garantiert werden. Der Einsatz von standardisierten, in der Industrie bewährten Hardwarekomponenten soll die Integration von Sensoren, als auch die Erweiterung des Systems, vereinfachen. Für die Interaktion mit dem UGV wurde eine graphische Benutzeroberfläche erstellt, welche auf portablen Geräten betrieben werden kann. Die Kommunikation erfolgt über eine WLAN-Verbindung. Die Softwarekomponenten wurden modular, skalierbar und wieder verwendbar implementiert, sodass diese auf andere Beckhoff-Plattformen portiert werden können. Mittels eines drahtlosen „Dead-Man-Switch“ kann das UGV jederzeit gestoppt werden. Damit ist die Sicherheit gewährleistet.

Die Steuerung des UGV hat bei ersten Feldversuchen ein gutes und ruhiges Fahrverhalten gezeigt. Dies ist unter anderem auf die Konstruktion mit den Stossdämpfern sowie den grossen Raddurchmessern (29 Zoll) zurückzuführen. Das ist für eine vernünftige Datenakquisition unabdingbar (wenig Rauschen, scharfe Bilder). In dieser Arbeit wird im Weiteren das UGV mit Sensoren (IMU, Kameras, (3D) LiDAR) ausgerüstet sowie eine wegpunktbasierte Navigation implementiert. Dadurch soll ermöglicht werden, dass das UGV definierte Wegpunkte (z.B. GPS-Koordinaten) autonom abfährt, Sensordaten akquiriert und lokal abspeichert. Mittels dieser Sensorkonfiguration kann die Umgebung modelliert, die Navigation erweitert und resultierend die Autonomie erhöht werden.