DE202021100025U1

DE202021100025U1 - Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen

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Publication number: DE202021100025U1
Application number: DE202021100025.2U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-02-01
Anticipated expiration: 2031-01-06

Abstract

Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen auf einer Nutzfläche (10), enthaltend zumindest vier Stützen (2), welche jeweils ein oberes Ende (21) und ein unteres Ende (22) aufweisen,
wobei die Stützen (2) mit dem unteren Ende (22) auf der Nutzfläche (10) befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
an zwei Stützen (2a, 2b) zumindest eine erste Führungsschiene (41) befestigt ist und
an zwei weiteren Stützen (2c, 2d) zumindest eine zweite Führungsschiene (42) befestigt ist, so dass die ersten und zweiten Führungsschienen (41, 42) parallel zueinander verlaufen, wobei
auf den ersten und zweiten Führungsschienen (41, 42) ein Laufgerüst (45) verfahrbar gelagert ist und
auf dem Laufgerüst (45) eine Laufkatze (55) verfahrbar gelagert ist, wobei
auf der Laufkatze (55) zumindest ein Roboter (5) befestigt ist, welcher dazu eingerichtet ist, die Nutzfläche (10) zu bearbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen auf einer Nutzfläche.
Aus der Praxis ist bekannt, eine landwirtschaftliche Nutzfläche, beispielsweise einen Acker mit vergleichsweise großer Flächenausdehnung von beispielsweise mehr als 1 ha, mit einer vorgebbaren Pflanzensorte zu bepflanzen. Dieses Vorgehen weist den Vorteil auf, dass der großflächige Acker leicht maschinell bearbeitet werden kann. Der zeitliche Einsatz in der Produktion sinkt. Nachteilig sind jedoch die dadurch entstehenden großen Monokulturen, welche den umfangreichen Einsatz von Schädlingsbekämpfungs- und Düngemitteln erforderlich machen und zur Verringerung der Artenvielfalt führen.
Zur Lösung dieses Problems ist bekannt, die Ackerfläche in kleinere Teilflächen zu unterteilen, welche beispielsweise weniger als 50 m² oder auch weniger als 1 m² betragen können. Auf diese Weise kann auf jede Teilfläche eine unterschiedliche Pflanzensorte angebaut werden. Allerdings ist dann eine maschinelle Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche in bekannter Weise ausgeschlossen und die umfangreich notwendige Handarbeit führt zur drastischen Erhöhung der Produktionskosten.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen anzugeben, welche in der Lage ist, auch kleinteilig organisierte Nutzflächen zu bearbeiten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen auf einer Nutzfläche vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann transportabel ausgestaltet sein, so dass diese nur während der Vegetationsperiode auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche verbleibt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrichtung ortsfest auf der Nutzfläche verbleiben. Schließlich kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Teil der Vorrichtung dauerhaft auf der Nutzfläche verbleiben, wohingegen andere Komponenten zu Beginn der Vegetationsperiode montiert und zum Ende der Vegetationsperiode wieder demontiert und geschützt eingelagert werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung enthält zumindest vier Stützen, welche jeweils ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweisen. Die Stützen können beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung, einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, oder aus einem nachwachsenden Rohstoff hergestellt sein. Ein nachwachsender Rohstoff kann beispielsweise ausgewählt sein aus Holz oder Bambus. Die Stützen können geradlinig verlaufen oder gekrümmt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können benachbarte Stützen miteinander über zumindest eine horizontal oder gekrümmt oder diagonal verlaufende Strebe verbunden sein.
Die Stützen sind erfindungsgemäß mit dem unteren Ende auf der Nutzfläche befestigt. Hierzu kann auf der Nutzfläche ein Fundament und/oder eine Einschlagbodenhülse und/oder eine Einschraubbodenhülse vorhanden sein.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass an zumindest zwei Stützen zumindest eine erste Führungsschiene befestigt ist und an zumindest zwei weiteren Stützen zumindest eine zweite Führungsschiene befestigt ist, so dass die ersten und zweiten Führungsschienen parallel zueinander verlaufen. Bevorzugt, aber nicht zwingend, verlaufen die Führungsschienen auch parallel zur Nutzfläche. Die Führungsschienen können ein rundes oder polygonales Querschnittsprofil aufweisen. Die Führungsschienen können aus mehreren, miteinander verbundenen Profilen zusammengesetzt sein. Auch die Führungsschienen können aus einem Metall oder einer Legierung oder einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Die Führungsschienen können eine korrosionshemmende Beschichtung und/oder zumindest auf der Lauffläche eine verschleißmindernde Beschichtung und/oder eine reibungsmindernde Beschichtung aufweisen.
Auf den ersten und zweiten Führungsschienen ist zumindest ein Laufgerüst verfahrbar gelagert. Auch das Laufgerüst kann zumindest ein Profil mit rundem oder polygonalem Querschnitt enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Laufgerüst aus mehreren stabförmigen Elementen zusammengesetzt werden und beispielsweise die Form einer Dreigurtschiene annehmen. Das Laufgerüst kann an den den Führungsschienen zugewandten Enden mit jeweils zumindest einem Rad versehen sein, so dass das Laufgerüst entlang der Führungsschienen verschieblich ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Antriebsmittel vorhanden sein, mit welchen das Laufgerüst auf den Führungsschienen verfahrbar ist. Die Antriebsmittel können beispielsweise einen auf dem Laufgerüst montierten Elektromotor oder zumindest einen entlang einer Führungsschiene verlegten und motorisch angetriebenen Seilzug umfassen. Darüber hinaus können erste Positionserfassungsmittel vorhanden sein, mit welcher die Lage des Laufgerüstes auf der Führungsschiene erfasst werden kann, um diese einer Steuer- oder Regeleinrichtung zuzuführen.
Auf dem Laufgerüst ist erfindungsgemäß zumindest eine Laufkatze verfahrbar gelagert. Auch die Laufkatze kann entweder über einen Elektromotor oder einen entlang des Laufgerüstes verlaufenden Seilzug verfahren werden. Hierzu kann die Laufkatze mittels Rollen auf dem Laufgerüst gelagert sein. Auch die Position der Laufkatze kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung mit zweiten Positionserfassungsmitteln bestimmt und einer Steuer- oder Regeleinrichtung zugeführt werden.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass auf der Laufkatze zumindest ein Roboter befestigt ist, welcher dazu eingerichtet ist, die Nutzfläche zu bearbeiten. Eine Bearbeitung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ausgewählt sein aus einem Erntevorgang, einer Bewässerung, einer Pflanzung, einer Aussaat, dem Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln, dem mechanischen, thermischen und/oder chemischen Jäten. Der erfindungsgemäße Roboter kann über die Montage an Führungsschienen, Laufgerüst und Laufkatze jeden vom Verstellweg abgedeckten Punkt auf der Nutzfläche erreichen. Hierdurch können auch kleinteilige Kulturen oder Sonderkulturen maschinell bearbeitet werden, welche den üblicherweise verwendeten, großflächigen, von Ackerschleppern geführten Werkzeugen nicht zugänglich sind. Hierdurch kann Arbeitszeit für die manuelle Pflege oder Ernte der Kulturen eingespart werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Erfindung zumindest eine Verstelleinrichtung enthalten, welche dazu eingerichtet ist, die Höhe der ersten und/oder zweiten Führungsschiene über der Nutzfläche zu verändern. Dieses Merkmal erlaubt es, beispielsweise am Anfang und am Ende der Wachstumsperiode durch Absenken der Führungsschienen dem Roboter unmittelbaren Zugriff auf den Boden zur Bodenvorbereitung zu ermöglichen. Mit zunehmendem Pflanzenwachstum können die Führungsschienen und das Laufgerüst in eine höhere Stellung gebracht werden, um ungestörtes Pflanzenwachstum zu ermöglichen. In diesem Stadium der Vegetationsperiode kann der Roboter sodann zur Ernte und zum Pflanzenschutz eingesetzt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Roboter einen Bearbeitungskopf aufweisen, welcher zumindest ein Werkzeug und/oder zumindest einen Sensor trägt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Bearbeitungskopf drehbar sein. Dies ermöglicht eine universelle Verwendung des Roboters, da durch Drehen des Bearbeitungskopfes unterschiedliche Werkzeuge oder Sensoren eingesetzt werden können, ohne dass ein manueller Benutzereingriff bzw. eine Wartung des Roboters notwendig ist. Werden beispielsweise Kulturen mit unterschiedlicher Wachstumsdauer bis zur Erntereife eingesetzt, kann der Roboter eine Teilfläche der Nutzfläche abernten und unmittelbar darauf in einer anderen Teilfläche eine Bodenvorbereitung vornehmen, ohne dass ein manueller Werkzeugwechsel erforderlich ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Roboter zumindest einen Sensor enthalten, welcher ausgewählt ist aus einem Pyranometer und/oder einem Pyrheliometer und/oder einem Albedometer und/oder einem Bodenhygrometer und/oder einem Bodentemperatursensor und/oder einem Lufthygrometer und/oder zumindest einer Bilderfassungseinrichtung und/oder einem Niederschlagsmessgerät und/oder einem Lufttemperatursensor und/oder einem Anemometer. Erfindungsgemäß kann der Roboter dazu eingerichtet sein, einen oder mehrere Messwerte zumindest einmal während einer Wachstumsperiode oder auch fortlaufend während der Wachstumsperiode zu erfassen. Der zumindest eine Messwert kann einer optionalen Steuer- oder Regeleinrichtung zugeführt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Vorrichtung weiterhin eine Steuer- oder Regeleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Messwert zu erfassen und in Abhängigkeit des zumindest einen Messwertes den Roboter so anzusteuern, dass dieser die Nutzfläche bepflanzt und/oder sät und/oder jätet und/oder düngt und/oder Pflanzenschutzmittel ausbringt und/oder bewässert und/oder erntet und/oder eine Bodenvorbereitung durchführt. Der zumindest eine Messwert kann die direkte Beleuchtungsstärke und/oder die indirekte Beleuchtungsstärke und/oder die Bodenfeuchtigkeit und/oder die Bodentemperatur und/oder die Luftfeuchte und/oder die Lufttemperatur und/oder das Pflanzenwachstum und/oder den Reifegrad und/oder den Niederschlag und/oder die Windrichtung und/oder die Windstärke und/oder die Bodenbeschaffenheit repräsentieren. Auf diese Weise lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Nutzfläche vollständig automatisieren, von der Bodenvorbereitung über die Aussaat, den Pflanzenschutz bis zur Ernte.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet sein, für zumindest eine vorgebbare Teilfläche der Nutzfläche die zur Verfügung stehende Lichtmenge und/oder Lichtverteilung und/oder Feuchtigkeit und/oder Temperatur für eine vorgebbare Zeitspanne zu ermitteln und die so ermittelten Daten der Lichtmenge und/oder Lichtverteilung mit einer Datenbank abzugleichen und der Teilfläche zumindest eine Pflanzensorte aus der Datenbank zuzuordnen. Schließlich kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, die zugeordnete Pflanzensorte auszusäen oder zu pflanzen. Auf diese Weise können die angebauten Kulturen an die örtlichen Wachstumsbedingungen angepasst werden, so dass beispielsweise im Schatten unter Bäumen andere Nutzpflanzen angebaut werden als an sonnigen Standorten. An sonnigen Standorten kann wiederum eine größere Menge an Gießwasser ausgebracht werden oder eine Beschattungseinrichtung angesteuert werden, um in diesen Teilflächen der landwirtschaftlichen Nutzfläche den Ertrag zu optimieren.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuer- oder Regeleinrichtung weiterhin dazu eingerichtet sein, dass Wachstum der zugeordneten Pflanzensorte zu überwachen und das Wachstum repräsentierende Daten in die Datenbank zu schreiben. Auf diese Weise kann die Auswahl der auf einer vorgebbaren Teilfläche anzupflanzenden Pflanzensorte für zukünftige Wachstumsperioden optimiert sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die oberen Enden von zumindest zwei Stützen mit zumindest einer Solarmodulanordnung verbunden sein. Dies erlaubt zusätzlich zur Nahrungsmittel- oder Futtermittelproduktion auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche eine solare Energiegewinnung. Die Solarmodulanordnung kann insoweit eine photovoltaische Zelle und/oder einen solarthermischen Kollektor enthalten oder daraus bestehen. Sofern die Solarmodulanordnung einen Schattenwurf auf der Nutzfläche bewirkt, kann dieser Schattenwurf im Jahresverlauf vom Roboter erfasst und die auf den abgeschatteten Teilflächen angebauten Pflanzensorten an die durch die Solarmodulanordnung geänderten Standortbedingungen angepasst werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Solarmodulanordnung mittels elektrischer Antriebsmittel drehbar sein. Dies erlaubt die Optimierung des Energieertrages, wenn die Neigung der Solarmodulanordnung an den Sonnenstand angepasst wird. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Solarmodulanordnung auch zur Beschattung der Nutzfläche und/oder als Schutz vor Hagel oder Regen verwendet werden und auf diese Weise den landwirtschaftlichen Ertrag der Nutzfläche vergrößern. Die Steuer- oder Regeleinrichtung kann hierzu ein selbstlernendes System oder eine künstliche Intelligenz enthalten, um die freien Parameter so zu optimieren, dass der landwirtschaftliche Ertrag und der Energieertrag in Summe optimiert sind.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Stützen eine Länge von etwa 2 m bis etwa 4 m oder von etwa 6 m bis etwa 12 m oder von etwa 5,5 m bis etwa 8 m über der Nutzfläche aufweisen. Dieser Abstand erlaubt einerseits die bequeme Begehbarkeit der Nutzfläche und optional auch die Befahrbarkeit mit üblichen Ackergeräten, beispielsweise zum Pflügen oder Eggen. Ebenso wird die angebaute landwirtschaftliche Kultur vom Roboter und/oder der Solarmodulanordnung nicht im Wachstum behindert, auch bei hochwachsenden Kulturpflanzen, wie beispielsweise Mais.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können benachbarte Stützen einen Abstand von etwa 2 m bis etwa 4 m oder von etwa 4 m bis etwa 6 m oder von etwa 6 m bis etwa 12 m zueinander aufweisen. Bei diesem Abstand kann einerseits eine hinreichende Stabilität der Vorrichtung sichergestellt und andererseits eine unnötig große Anzahl von Stützen mit jeweils zugeordneten Fundamenten auf der Nutzfläche verhindert werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt die erste Ausführungsform im Schnitt.
3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Steuer- oder Regeleinrichtung.
4 zeigt die Aufteilung der Nutzfläche in Teilflächen.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Anhand der 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Die Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen auf einer Nutzfläche 10 enthält zumindest vier Stützen 2. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die dargestellte Vorrichtung mehrfach vorhanden sein oder sich zyklisch in der Länge und/oder Breite fortsetzen, so dass auch mehr als vier Stützen vorhanden sein können.
Jede der Stützen 2a, 2b, 2c und 2d weist ein unteres Ende 22 auf, mit welchem die Stütze 2 auf der Nutzfläche 10 befestigt ist. Dies kann beispielsweise durch Einschlagbodenhülsen oder Fundamente erfolgen. Weiterhin weist jede Stütze 2 ein gegenüberliegendes oberes Ende 21 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die oberen Enden 21 benachbarter Stützen 2a und 2c bzw. 2d und 2b mit jeweils einer Solarmodulanordnung 3 verbunden. Die Solarmodulanordnung 3 kann in an sich bekannter Weise photovoltaische Zellen enthalten, welche eintreffendes Sonnenlicht in elektrische Energie wandeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Solarmodulanordnung 3 auch dazu eingerichtet sein, Nutzwärme aus Sonnenlicht zu erzeugen und bereitzustellen, beispielsweise zur Beheizung der Nutzfläche 10 oder eines Gewächshauses. Die Solarmodulanordnung 3 ist jedoch optional und kann in anderen Ausführungsformen auch entfallen.
Die Solarmodulanordnung 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Achse 35 drehbar. Hierzu können nicht dargestellte elektrische Antriebsmittel vorhanden sein, um die Solarmodulanordnung 3 an einen wechselnden Sonnenstand anzupassen und/oder den Schattenbereich 31 der Solarmodulanordnung 3 auf der Nutzfläche 10 zu vergrößern oder zu verkleinern, beispielsweise um Nutzpflanzen auf der Nutzfläche 10 vor Regen oder Hagelschlag oder Sonneneinstrahlung zu schützen.
An zwei Stützen 2a, 2b befindet sich zumindest eine erste Führungsschiene 41. Weiterhin befindet an zwei weiteren Stützen 2d und 2c zumindest eine zweite Führungsschiene 42. Die erste und zweite Führungsschiene 41 und 42 sind so an den Stützen 2 befestigt, dass diese in etwa parallel zueinander verlaufen. Auf den ersten und zweiten Führungsschienen ist ein Laufgerüst 45 verfahrbar gelagert, so dass dieses entlang der ersten und zweiten Führungsschienen 41, 42 verschoben werden kann. Hierzu können elektrische Antriebsmittel vorhanden sein, welche entweder ein Laufrad des Laufgerüstes 45 antreiben, welches mit zumindest einer Führungsschiene in Kontakt steht oder aber einen Seilzug betätigen, welcher das Laufgerüst 45 auf den Führungsschienen 41 und 42 verschiebt.
Führungsschienen 41, 42 und Laufgerüst 45 können aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sein und optional mit einer korrosionshemmenden, verschleißhemmenden und/oder reibungsvermindernden Beschichtung versehen sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Laufgerüst 45 und die Führungsschienen 41, 42 auch aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Hierdurch kann die Vorrichtung ein geringeres Gewicht aufweisen, so dass diese schneller bewegt werden kann und/oder der Auf- und Abbau zu Beginn und am Ende der Vegetationsperiode vereinfacht ist.
Auf dem Laufgerüst 45, welches in 2 als Dreigurtschiene dargestellt ist, ist zumindest eine Laufkatze 55 verfahrbar gelagert. Auch die Laufkatze 45 kann über elektrische Antriebsmittel bewegt werden, so dass einer Steuer- oder Regeleinrichtung die jeweilige Position der Laufkatze relativ zur Nutzfläche 10 bekannt ist.
Auf der Laufkatze 55 befindet sich zumindest ein Roboter 5, welcher dazu eingerichtet ist, die Nutzfläche 10 zu bearbeiten. Die Bearbeitung der Nutzfläche 10 kann beispielsweise eine Bodenvorbereitung, einen Säh- oder Pflanzvorgang oder Maßnahmen zur Pflanzenpflege oder zur Ernte umfassen.
In 2 ist weiterhin eine optionale Verstelleinrichtung 48 dargestellt, welche dazu eingerichtet ist, die Höhe der ersten und/oder zweiten Führungsschiene 41, 42 über der Nutzfläche 10 zu verändern. Dadurch kann die Arbeitshöhe des Roboters 5 an die auf der Nutzfläche 10 kultivierte Pflanzensorte angepasst werden.
Die Verstelleinrichtung 48 kann beispielsweise einen Spindelantrieb oder einen Seilzugantrieb enthalten oder daraus bestehen.
Weiterhin enthält der Roboter 5 einen Bearbeitungskopf 51, welcher zumindest ein Werkzeug 52 und/oder zumindest einen Sensor 53 trägt, wie nachfolgend anhand der 3 genauer ausgeführt werden wird.
Anhand der 3 wird ein Ausführungsbeispiel einer Steuer- oder Regeleinrichtung 6 näher erläutert, welche dazu eingerichtet ist, den Roboter 5 anzusteuern. Die Steuer- oder Regeleinrichtung 6 enthält zumindest einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller sowie Speichereinrichtungen, in welchen Daten abgelegt werden können. Zumindest ein Teil dieser Daten kann ein Computerprogramm repräsentieren, welches den Roboter 5 dazu veranlasst, die notwendigen landwirtschaftlichen Arbeiten auf der Nutzfläche 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Mikroprozessor läuft.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung 6 ist über eine Datenleitung 65 mit zumindest einem Sensor bzw. einem Sensorarray 651, 652, 653, 654 und/oder 655 verbunden. Die Sensoren können entweder abgesetzt von der Vorrichtung, an zumindest einer Stütze 2 der Vorrichtung oder am Roboter 5 befestigt sein und so Global- bzw. Mittelwerte für die Nutzfläche 10 oder räumlich aufgelöste Messwerte für einzelne Teilflächen 11, 12 der Nutzfläche 10 erfassen.
Der zumindest eine Sensor 651, 652, 653, 654 und/oder 655 kann ausgewählt sein aus einem Pyranometer und/oder einem Pyrheliometer und/oder einem Albenometer und/oder einem Bodenhygrometer und/oder einem Bodentemperatursensor und/oder einem Lufthygrometer und/oder zumindest einer Bilderfassungseinrichtung und/oder einem Niederschlagsmessgerät und/oder einem Lufttemperatursensor und/oder einem Anemometer. Diese Sensoren können dazu eingerichtet sein, zumindest einen Messwert zu erfassen, welcher die direkte Beleuchtungsstärke und/oder die indirekte Beleuchtungsstärkte und/oder die Bodenfeuchtigkeit und/oder die Bodentemperatur und/oder die Luftfeuchte und/oder die Lufttemperatur und/oder das Pflanzenwachstum und/oder den Reifegrad und/oder den Niederschlag und/oder die Windrichtung und/oder die Windstärke repräsentiert.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Abhängigkeit des zumindest einen Messwertes den Roboter 5 so anzusteuern, dass zumindest eines der Werkzeuge 52a, 52b, 52c, 53a, 53b oder 53c mit der Pflanze und/oder zumindest einer Teilfläche 11, 12 der Nutzfläche 10 in Kontakt gebracht wird und eine gewünschte Tätigkeit ausführt, beispielsweise die Nutzfläche bepflanzt und/oder sät und/oder jätet und/oder düngt und/oder Pflanzenschutzmittel ausbringt und/oder bewässert und/oder erntet oder eine Bodenvorbereitung durchführt. Hierzu sind die genannten Werkzeuge auf einem Bearbeitungskopf 51 angeordnet, welcher über eine Datenleitung 61 von der Steuer- oder Regeleinrichtung 6 angesteuert werden kann.
3 zeigt weiterhin eine optionale Datenbank 62, in welcher mögliche Pflanzensorten und deren Kulturbedingung in Hinblick auf Feuchte und/oder Lichtangebot abgelegt sind. In Abhängigkeit der erfassten Messwerte für eine vorgebbare Teilfläche kann die Steuer- oder Regeleinrichtung 6 aus der Datenbank 62 eine geeignete Kulturpflanze auswählen und diese mittels des Roboters 5 auspflanzen bzw. säen. Sodann kann optional das Pflanzenwachstum mit der Bilderfassungseinrichtung überwacht und das Pflanzenwachstum repräsentierende Parameter in die Datenbank 62 zurückgeschrieben werden, um so in nachfolgenden Vegetationsperioden eine verbesserte Auswahl der Pflanzensorten zu ermöglichen.
Der Roboter 5 kann optional dazu eingerichtet sein, zumindest Teile der Nutzfläche 10 zu bewässern und/oder Pflanzenschutzmittel auszubringen. Hierzu kann Gießwasser oder ein Pflanzenschutzmittel in einem Tank 66 vorhanden sein, welcher über ein Absperrventil 665 und eine Rohrleitung 661 mit einem auf dem Bearbeitungskopf 51 angeordneten Gieß- oder Sprühkopf verbunden ist. Über eine Datenleitung 662 kann die Steuer- oder Regeleinrichtung 6 das Absperrventil 665 kontrollieren und so die Flüssigkeit aus dem Tank 66 kontrolliert auf die gesamte Nutzfläche 10 oder auf eine vorgebbare Teilfläche ausbringen.
Anhand der 4 wird nochmals ein Vorteil der vorliegenden Erfindung erläutert. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus einer Nutzfläche 10. Üblicherweise wird auf dieser Nutzfläche vollständig mit einer bestimmten Pflanzensorte kultiviert, beispielsweise Mais oder Kartoffeln oder Getreide. Diese Monokulturen lassen sich in einfacher Weise mit großen landwirtschaftlichen Geräten kultivieren, so dass die Produktionskosten sinken. Dies führt jedoch zur Verringerung der Artenvielfalt und nicht immer zu optimalem Ertrag, da die Standortbedingungen über eine Nutzfläche variieren können.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Nutzfläche 10 in einzelne Teilflächen zu unterteilen. Beispielhaft dargestellt ist eine erste Teilfläche 11 und eine zweite Teilfläche 12. Selbstverständlich ist dies nur beispielhaft zu sehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Nutzfläche 10 in Abhängigkeit ihrer Größe in einige hundert oder einige tausend Teilflächen aufgeteilt werden.
Der Roboter 5 ist im Zusammenwirken mit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 6 dazu eingerichtet, für jede Teilfläche 11, 12 die Standortbedingungen, beispielsweise Lichtangebot und/oder Temperatur und/oder Feuchte zu erfassen und eine dem Standort entsprechende Pflanzensorte 8 auszuwählen. So kann beispielsweise eine Bohnenpflanze neben einem Salat oder einer Kartoffel angebaut und über den Roboter 5 vollautomatisch kultiviert und geerntet werden.
Anhand der 5 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erfindung, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede der Erfindung beschränkt. Dargestellt sind wiederum zwei Führungsschienen 41 und 42, welche an Stützen 2 auf der Nutzfläche 10 befestigt sind. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Stützen 2 sehr kurz gehalten, so dass diese nicht wesentlich über die Nutzfläche 10 hinausragen. Die Führungsschienen 41 und 42 befinden sich nahe dem Erdboden.
Das Laufgerüst 45 mit der Laufkatze 55 ist über erste und zweite Zwischenelemente 451 und 452 mit den ersten und zweiten Führungsschienen 41 und 42 verbunden, so dass das Laufgerüst 45 einen hinreichend großen Bodenabstand einnimmt, um ungestört das Pflanzenwachstum auf der Nutzfläche 10 zu ermöglichen. Auf die zusätzliche Anbringung einer Solarmodulanordnung 3 wird bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform verzichtet.
Auf der Laufkatze 55 befindet sich wiederum ein Roboter 5, wie vorstehend beschrieben. Dieser wird von einer Steuer- oder Regeleinrichtung 6 kontrolliert, um die vorstehend beschriebenen Funktionen auszuführen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Vorrichtung zur Kultivierung von Nutzpflanzen auf einer Nutzfläche (10), enthaltend zumindest vier Stützen (2), welche jeweils ein oberes Ende (21) und ein unteres Ende (22) aufweisen, wobei die Stützen (2) mit dem unteren Ende (22) auf der Nutzfläche (10) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei Stützen (2a, 2b) zumindest eine erste Führungsschiene (41) befestigt ist und an zwei weiteren Stützen (2c, 2d) zumindest eine zweite Führungsschiene (42) befestigt ist, so dass die ersten und zweiten Führungsschienen (41, 42) parallel zueinander verlaufen, wobei auf den ersten und zweiten Führungsschienen (41, 42) ein Laufgerüst (45) verfahrbar gelagert ist und auf dem Laufgerüst (45) eine Laufkatze (55) verfahrbar gelagert ist, wobei auf der Laufkatze (55) zumindest ein Roboter (5) befestigt ist, welcher dazu eingerichtet ist, die Nutzfläche (10) zu bearbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Verstelleinrichtung (48), welche dazu eingerichtet ist, die Höhe der ersten und/oder zweiten Führungsschiene (41, 42) über der Nutzfläche (10) zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (5) einen Bearbeitungskopf (51) aufweist, welcher zumindest ein Werkzeug (52) und/oder zumindest einen Sensor (53) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (51) drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (5) zumindest einen Sensor (651, 652, 653, 654, 655) enthält, welcher ausgewählt ist aus einem Pyranometer und/oder einem Pyrheliometer und/oder einem Albedometer und/oder einem Bodenhygrometer und/oder einem Bodentemperatursensor und/oder einem Lufthygrometer und/oder zumindest einer Bilderfassungseinrichtung und/oder einem Niederschlagsmessgerät und/oder einem Lufttemperatursensor und/oder einem Anemometer.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin enthaltend eine Steuer- oder Regeleinrichtung (6), welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Messwert zu erfassen, welcher die direkte Beleuchtungsstärke und/oder die indirekte Beleuchtungsstärke und/oder die Bodenfeuchtigkeit und/oder die Bodentemperatur und/oder die Luftfeuchte und/oder die Lufttemperatur und/oder das Pflanzenwachstum und/oder den Reifegrad und/oder den Niederschlag und/oder die Windrichtung und/oder die Windstärke repräsentiert und die Steuer- oder Regeleinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des zumindest einen Messwertes den Roboter (5) so anzusteuern, dass dieser die Nutzfläche (10) bepflanzt und/oder sät und/oder jätet und/oder düngt und/oder Pflanzenschutzmittel ausbringt und/oder bewässert und/oder erntet und/oder eine Bodenvorbereitung durchführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung () dazu eingerichtet ist, für zumindest eine vorgebbare Teilfläche (11, 12) der Nutzfläche (10) die zur Verfügung stehende Lichtmenge und /oder Lichtverteilung für eine vorgebbare Zeitspanne zu ermitteln; die so ermittelten Daten der Lichtmenge und/oder Lichtverteilung mit einer Datenbank (62) abzugleichen und der Teilfläche (11, 12) zumindest eine Pflanzensorte aus der Datenbank (62) zuzuordnen; die zugeordnete Pflanzensorte auszusäen oder zu pflanzen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (6) weiterhin dazu eingerichtet ist, das Wachstum der zugeordneten Pflanzensorte zu überwachen und das Wachstum repräsentierende Daten in die Datenbank (62) zu schreiben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Enden (21) von zumindest zwei Stützen (2a, 2c) mit zumindest einer Solarmodulanordnung (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Solarmodulanordnung (3) um zumindest eine Achse (35) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Solarmodulanordnung (3) mittels elektrischer Antriebsmittel drehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (2) eine Länge von etwa 2 m bis etwa 4 m oder von etwa 6 m bis etwa 12 m oder von etwa 5,5 m bis etwa 8 m über der Nutzfläche (10) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Stützen (2a, 2b) einen Abstand (a) von etwa 2 m bis etwa 4 m oder von etwa 4 m bis etwa 6 m oder von etwa 6 m bis etwa 12 m zueinander aufweisen.