Project

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Hanging manipulator for gardening applications

Applicant Faraji Salman
Number 190725
Funding scheme Spark
Research institution Laboratoire de biorobotique EPFL - STI - IBI - BIOROB
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Mechanical Engineering
Start/End 01.02.2020 - 31.01.2021
Approved amount 99'800.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Mechanical Engineering
Agricultural Engineering
Electrical Engineering
Other disciplines of Engineering Sciences

Keywords (7)

Mechanics; Control; Hanging Robot; Manipulator; Autonomous Gardening; Solar Power; Smart Farming

Lay Summary (German)

Lead
Die Schweiz hat ein großes Potenzial für die Lebensmittelproduktion, obwohl viele Betriebe oft zu klein und hügelig sind, um wirtschaftlich rentabel zu sein. Der Einsatz von landwirtschaftlichen Großmaschinen ist technisch schwierig, und die Abmessungen sind noch zu groß, um Infrastrukturen wie in Gewächshäusern zu installieren. Roboter-Manipulatoren mit Rädern sind in diesen Maßstäben vielversprechend, in steilen Gärten jedoch nicht praktisch. Dieses Projekt zielt auf einen kabelgetriebenen Roboter ab, der Bäume von oben erreicht, während ein darunter montierter Manipulator Garten- und Landwirtschaftswerkzeuge trägt. Dieser solarbetriebene Roboter löst das Fortbewegungsproblem und unterstützt die Gärtner mit künstlicher Intelligenz.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts


Im ersten Jahr konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Entwicklung eines funktionierenden Prototyps mit realer mechanischer Komplexität. Die Hauptentwicklungen werden ein leichtes Kabelantriebssystem, ein Energiesparmechanismus, ein leichter Manipulator mit Erntewerkzeugen und Bildverarbeitungsalgorithmen für den autonomen Betrieb sein. Wir hoffen, am Ende des ersten Jahres eine autonome Gartendemonstration durchführen zu können.


Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungspro-jekts


Unsere wesentlichen wissenschaftlichen Herausforderungen sind das Design eines leichten Geräts und die Behandlung von Stabilitätsproblemen dieses schwimmenden Systems. Ersteres minimiert den Energieverbrauch und die erforderliche Infrastruktur, und letzteres gewährleistet Präzision und Agilität beim Erreichen von Anlagenteilen. Wir werden die Mechanik und Steuerungsalgorithmen unseres Roboters optimal mitgestalten und Standardroboterprotokolle verwenden, um die Anbindung an handelsübliche Gartengeräte und -methoden zu erleichtern. Dies maximiert zukünftige Erweiterungen und deckt mehr Gartenarbeiten ab.


Direct link to Lay Summary Last update: 14.02.2020

Lay Summary (English)

Lead
Switzerland has great potential for food production, though many farms are often too small and hilly to be economically viable. The application of large-scale agricultural machinery is technically difficult, and the dimensions are yet too large to install infrastructures like those in greenhouses. Wheeled robotic manipulators are promising in these scales, but not practical in steep gardens. This project aims at a cable-driven design that reaches plants from the top, while a manipulator mounted underneath carries gardening and farming tools. Being solar-powered, this robot solves the locomotion problem and assists the gardeners with artificial intelligence.
Lay summary

Aims of the research project 


In the first year, we mainly focus on developing a working prototype with real-scale mechanical complexities. The main developments will be a lightweight cable-driving system, an energy-saving mechanism, a lightweight manipulator with harvesting tools, and vision algorithms for autonomous operation. At the end of the first year, we hope to deliver an autonomous gardening demonstration. 


Scientific and societal context of the research project


Our essential scientific challenges are the design of a lightweight device and handling stability issues of this floating system. The former will minimize energy consumption and the necessary infrastructure, and the latter will ensure precision and agility when reaching plant parts. We will co-design the mechanics and control algorithms of our robot optimally and use standard robotic protocols to facilitate interfacing with off-the-shelf gardening tools and methods. This maximizes future expansions and covers more gardening services.


Direct link to Lay Summary Last update: 14.02.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
New media (web, blogs, podcasts, news feeds etc.) Floating Robotics Website International 2020

Use-inspired outputs


Start-ups

Name Year

Abstract

Switzerland is the land of Alps, with mild weather and considerable precipitation. There is great potential for food production, but sustainable farming seems hard to achieve. Many farms are too small to be economically viable. This factor together with the hilly type of terrain in some parts makes the application of large-scale agricultural machinery economically and technically difficult, and the dimensions are yet too large to install infrastructures like those in greenhouses. Robotic manipulators mounted on wheeled bases are yet promising solutions in these scales, though not practical in steep gardens. This project aims at proposing a different robotic solution for midsize and hilly gardens in Switzerland. We consider reaching plants from the top by using a cable-driven robot. An upside manipulator mounted on this robot carries gardening and farming tools. Being solar-powered, this platform solves the locomotion problem and assists the gardeners with artificial intelligence.
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