Zelflerende autonome tractor (video)

Een boer die urenlang op zijn tractor moet rondrijden om zijn veld te bewerken... binnenkort is dit misschien verleden tijd. Flanders' Mechatronics Technology Centre (FMTC) bouwde in samenwerking met de afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren (MeBioS) van de K.U.Leuven een tractor van New Holland om tot een autonoom rondrijdende veldrobot.

De tractor leert de bodemkarakteristieken aan en regelt op basis hiervan zijn snelheid en stuurhoek. Zo kan zonder tussenkomst van een bestuurder een gewenst traject zeer nauwkeurig afgelegd worden.

Kan een tractor zonder bestuurder een veld nauwkeurig bewerken? Dat was de vraag waarmee onderzoekers van FMTC en MeBioS eind 2009 geconfronteerd werden. Twee jaar later is een eerste prototype beschikbaar, dat op de 30ste Internationale Werktuigendagen op 24-25 september 2011 in Oudenaarde wordt gepresenteerd.

Erik Hostens, projectingenieur bij FMTC, was nauw betrokken bij de bouw en de sturing van de autonome tractor: "We hebben eerst lineaire aandrijvingen aangebracht om het gaspedaal in te drukken en te sturen. Daarnaast werd de tractor ook uitgerust met een computer en verschillende extra sensoren zoals een GPS-systeem.

"Na de ombouw van de tractor kon aan de belangrijkste uitdaging begonnen worden: het vinden van een gepaste sturing die de rol van de bestuurder overneemt. "Alleen ervaren tractorbestuurders zijn in staat een veld met de nodige precisie te bewerken. De taak van een bestuurder is immers behoorlijk complex: hij observeert de huidige tractorpositie, maakt een inschatting van de ondergrond en het te volgen traject, en bepaalt op basis hiervan de snelheid en oriëntatie van de tractor. Al deze acties moesten geïntegreerd worden in de autonome sturing. Deze sturing meet de werkelijke positieverandering met een GPS en vergelijkt deze met de verwachte positieverandering. Op basis hiervan regelt het systeem zichzelf vervolgens bij."

Bodemcondities leren cruciaal

Een specifieke moeilijkheid voor de ontwikkeling van een autonoom landbouwvoertuig zijn de veranderende bodemkarakteristieken van het veld. Gregory Pinte van FMTC verduidelijkt: "De tractor moet zowel op een harde als een natte ondergrond kunnen rondrijden. Met traditionele aanstuurtechnieken kan dit niet en ze dienen anders te worden ingesteld voor elk type ondergrond. Hiervoor is de tussenkomst van de operator noodzakelijk. In dit project is daarom een sturing ontwikkeld waarbij de tractor de bodemcondities aanleert en een inschatting maakt van het verwachte slipgedrag van de wielen. Op basis van een model van de tractor wordt vervolgens de optimale snelheid en stuurhoek berekend voor de huidige bodem. Door deze lerende sturing behaalt de ontwikkelde tractor een nauwkeurigheid van enkele centimeters."

Hogere precisie en lagere operatorkosten

Professor Wouter Saeys van de afdeling MeBioS legt uit wat het nut is van zo'n autonome tractor: "Het belang van precisie in de sturing van landbouwmachines is de laatste tijd sterk toegenomen, vooral door de opkomst van de biologische landbouw. Hier is een accurate positionering van het gereedschap onontbeerlijk." Een andere belangrijke tendens in de landbouw is automatisering. Vincent Theunynck van New Holland vult aan: "Door landbouwmachines autonoom te laten rondrijden, kunnen de steeds toenemende operatorkosten aanzienlijk worden gereduceerd. Daarbovenop wordt ook de afregeling van de sturing bij wijzigende bodemcondities overbodig door het zelflerende gedrag van de robot."

De veldrobot is een voorbeeld van de succesvolle samenwerking binnen het IWT-SBO project Lerende Controle voor Productiemachines (LeCoPro) tussen de betrokken kennisinstellingen en een Vlaamse industriële partner. Binnen dit project heeft FMTC samen met de Vlaamse universiteiten KU Leuven, VUB en UGent een kennisplatform opgericht rond lerende stuurstrategieën voor productiemachines. De door dit platform ontwikkelde technieken laten de Vlaamse industrie toe de lerende machines van de toekomst op de markt te brengen.