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RadialFarmingBot

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Konzept: Der RadialFarmingBot (RFB) ist ein Open-Source-Ansatz zur Automatisierung kleinteiliger Landwirtschaft. Im Gegensatz zu industriellen Portalsystemen, die hochpräzise CNC-Technik auf den Außenbereich übertragen, setzt der RFD auf mechanische Vereinfachung und die Nutzung von Sekundärrohstoffen (Recycling).

Barrieren bisheriger Garten-Automation: Die meisten bestehenden Systeme skalieren im privaten oder kleinbäuerlichen Bereich nicht, da sie folgende Probleme aufweisen:

Überpräzision: Die für das Pflanzenwachstum unnötige Millimeter-Genauigkeit verteuert die Hardware massiv.

Komplexität der Parallelführung: Gantry-Systeme benötigen zwei perfekt fluchtende Schienen. Bodenunebenheiten und Witterung führen hier zwangsläufig zu mechanischen Spannungen und Ausfällen.

Materialverfügbarkeit: Die Abhängigkeit von spezialisierten CNC-Komponenten und auch die Kosten, erschweren den Aufbau und die Reparatur in Regionen ohne entsprechende Infrastruktur.

Technische Differenzierung des RFB

1. Geometrie: Zentralachse (Pivot) statt Parallelführung Der RFB nutzt einen zentralen Fixpunkt. Der gestützte Auslegerarm rotiert um diesen Pivot und deckt eine Kreisfläche ab.

Vorteil: Es wird nur ein stabiler Mittelpunkt und eine einfache kreisförmige Laufbahn benötigt. Dies reduziert den baulichen Aufwand und die Anforderungen für Schienen- oder Fahrwege.

2. Positionierung: Visuell & Endlagen statt Schrittmotoren Anstatt auf die theoretische Position von "blinden" Schrittmotoren zu vertrauen, nutzt der RFB ein visuelles Feedback-System.

Antrieb: Günstige Gleichstrommotoren (z. B. PKW-Scheibenwischermotoren) mit hohem Drehmoment, Einfache Mechaniken aus lokal verfügbaren Materialien.

Sicherheit: Physische Endschalter (Limit Switches), und Fail-Safe durch Zwangstrennung verhindern mechanische Kollisionen.

Navigation: Eine Kamera erfasst optische Marker und Grenzen (ArUco) im Beet. Die Software steuert anhand der Marker und fährt nur wenn diese sichtbar und somit eine Positionsbestimmung möglich ist.

3. Energie: Von Grund auf auf Autarkie ausgelegt, dient Votovoltaik und die Verfügbarkeit der Sonne als Energielieferant. Die Heisswasserproduktion erfolgt wärend der mittaglichen Energiespitzen, und macht diese somit ökologisch nutzbar.

4. Manipulation: Verzicht auf die Z-Achse Der RFD verzichtet auf einen komplexen, vertikalen Aktuatorarm. Die Interaktion mit der Pflanze erfolgt berührungslos über Flüssigkeiten:

Kaltwasser: Präzise Bewässerung und Nährstoffzufuhr direkt von oben.

Heißwasser: Thermische Unkrautkontrolle. Durch gezielten Heißwasserauslass werden unerwünschte Beikräuter in ihrem Wachstum gehemmt.

Effekt: Massive Reduktion beweglicher Teile, Sensoren und Aktoren.

Vorteile des RFB-Systems

Low Cost: Herstellungskosten liegen bei einem Bruchteil herkömmlicher Systeme durch konsequenten Einsatz von Recycling-Komponenten (Wischermotoren, Fahrradteile, alte Netzteile).

Resilienz: Mechanische Defekte sind mit lokal verfügbaren Standardwerkzeugen und Ersatzteilen (Schrottplatz/Fahrradladen) behebbar.

Wartungsarmut: Weniger Achsen und der Verzicht auf mechanische Bodeninteraktion reduzieren den Verschleiß drastisch.

Modularität: Das System ist einfach, speziefische Teile und Lösungen für Sensorik und Mechanik kann mittels regionalen Materialvorkommen angepasst werden.

Software-Fokus: Die Präzision wandert von der Hardware (teure Schienen) in die Software (Open-Source Bildverarbeitung).

Nachteile des RFB-Systems

Flächengeometrie: Im Vergleich zu fahrbaren Schienensystemen ist der RFB auf "kleinere" Beete begrenzt; die Integration in klassische langgestreckte Ackerstrukturen wäre nur durch eine Fahrkran Konstruktion möglich.

Keine mechanischen Eingriffe: Ohne Z-Achse und stabilen Greifer sind Aufgaben wie mechanisches Pflanzen, Ernten, oder die Entfehrnung von Schädlingen durch Kontaktmaßnahmen nicht möglich.

Initialaufwand Software: Die Einrichtung der visuellen Navigation erfordert grundlegende IT-Kenntnisse (Laptop/Raspberry Pi Setup), hier kann aber aus der fherne geholfen werden.

Abhängigkeit von Bildqualität: Extreme Lichtverhältnisse oder Verschmutzung der Kamera/Marker können die Navigation beeinträchtigen und somit zum sicherheitsbedingten Stop des Systemes führen.