Ein Mähroboter für grosse Aufgaben

Ein Mähroboter für grosse Aufgaben
Wie der Fussball-Rasen der Zukunft seinen perfekten Look erhält, erforscht das «Mobile & Smart Systems Research Team» des Departements Informatik.

Passend zur Fussball-WM gibt Ramón Christen Einblick in das Forschungsprojekt NaviMow, welches den ersten intelligenten Rasenmähroboter für Fussballfelder entwickelt.

Fussballfelder – meist eine riesige Rasenfläche, die gut gewartet, erheblichen Aufwand für die Pflege erfordert. Mehrfach pro Woche werden sie gemäht und gepflegt, um für die impressionsreiche Zeit bereit zu sein. Gleichmässig, exakt und mit einem interessanten Muster soll sich der Rasen präsentieren. Genauso, wie man ihn aus England kennt – dem Mutterland des Fussballs.

«Ein gewöhnlicher Mähroboter ist den Anforderungen für den grossen Einsatz auf dem Fussballfeld nicht gewachsen.»

Ramón Christen

Wie beim feinen Rasen zu Hause könnte auch der Fussballrasen mit einem Roboter hergerichtet werden. Ein gewöhnlicher Mähroboter ist jedoch den Anforderungen für den grossen Einsatz auf dem Fussballfeld nicht gewachsen. Denn das Feld soll ja nicht nur effizient gemäht, sondern zugleich mit einem gewünschten Muster versehen werden. Während ersteres mit relativ einfachen Mitteln umgesetzt werden kann, zeichnet sich letztere Anforderung als weitaus schwieriger.

Denn für ein Muster, das genauso präzise wie die Rasenhöhe geschnitten werden soll, muss der Mäher geometrische Formen exakt abfahren können. Ein einfache Antriebssteuerung mit einem vordefinierten Mähbereich reichen dafür nicht aus. Der Roboter muss zwingend stets über seine eigene Position in Kenntnis sein. Die Abweichungen zur realen Position dürfen dabei nur wenige Zentimeter betragen, um letztlich Formen wie Kurven oder Linien in den Rasen zeichnen zu können, die als exakt rund respektive gerade wahrgenommen werden.

«Mittels akkurat positionierten und vermessenen Beacons soll der Roboter sich selbst lokalisieren können.»

Ramón Christen

Wie ist das zu schaffen? Mittels akkurat positionierter und vermessener Beacons (Bluetooth-Sender in der Grösse einer Zigarettenschachtel) soll der Roboter sich selbst lokalisieren können. Bei Weiten von bis zu hundert Metern wird dies zu einer Herausforderung. Das gewünschtes Muster lässt sich dann über eine Software konfigurieren. Damit der Mähroboter weiss, welche Flächen wie gemäht, befahren oder umgangen werden müssen, wird ein exaktes, virtuelles Modell der Umgebung mit dem Muster überlagert.

Kennt der Roboter den Weg und seine Position, scheint es für ihn ein Leichtes zu sein, das Feld geordnet zu mähen. Doch genau darin steckt die zusätzliche Würze, die zu einem perfekten Rasen führt. Denn weder die Position noch die Bewegungen selbst sind von Ungenauigkeiten bewahrt. Daher gilt es zum einen, die Messwerte der Positionskenndaten so in die Bewegungssteuerung einfliessen zu lassen, dass der Roboter zwar einen ruhigen Bewegungsablauf aufweist, aber nicht an Agilität verliert. Zum anderen aber auch, die äusseren Einflüsse auf das System in einer Weise abzufangen, dass der Roboter nicht vom Kurs gerät.

In der Praxis erübrigt sich mit diesem autonomen Feldspieler das monotone und oft mühsame Entlangfahren von Linien – und das, ganz ohne auf die stilvollen Muster verzichten zu müssen. Auf Knopfdruck fährt der Roboter los und hinterlässt einen perfekten Rasen für die wahren Stars, die jeder sehen will.

Wie wird die Mähroute berechnet?

Für die Berechnung der effektiven Mähtrajektorie (Bewegung des Roboters über das Spielfeld vom Start- zum Zielpunkt) ist zusätzliches a priori-Wissen über die Eigenschaften des Roboters notwendig. Basierend auf den physikalischen Einschränkungen, wie etwa dem minimalen Wenderadius oder der maximalen Beschleunigung, sowie der Umgebung und des Musters, lässt sich eine Trajektorie berechnen. Optimiert auf die Distanz oder die Bearbeitungsdauer beschreibt sie die präzise Mähroute, welcher der Roboter letztendlich folgen soll – und das mit möglichst hoher Genauigkeit!

Forscherinnen und Forscher gestalten die Zukunft!

Der neue König auf dem Fussballplatz – Artikel auf News & Stories
Das Projekt NaviMow ist auf Kurs und befindet sich in der Optimierungsphase.
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