ASQKI: Roboter schält Obst intelligent
Weniger Abfall, mehr Wertschöpfung
Jedes Jahr landen Millionen Tonnen Obst im Müll, oft weil beim Schälen zu viel Fruchtfleisch verloren geht. In der SAPbased Smart Factory der OTH Amberg-Weiden zeigen wir gemeinsam mit KMUs wie ein smarter Roboter Obst, wie Äpfel oder Birnen, automatisch und fast ohne Abfall schält. Die Ansätze stammen aus dem im ZIM-Projekt ASQKI (Automatisierte Schältechnologie und Qualitätskontrolle durch KI-gestützte Bildverarbeitung). Weniger Verschnitt, mehr Wertschöpfung – nachhaltig und regional!
Der Obstmarkt unter Druck – unsere Lösung
Der Obstmarkt steht unter Druck: Steigende Kosten für Löhne, Transport und Energie machen die Verarbeitung von Obst immer teurer. Viele Äpfel und Birnen werden nur als Tafelobst verkauft, der Rest landet im Abfall. Bis zu 35 Prozent der Lebensmittelabfälle kommen dadurch aus Obst und Gemüse zustande. Ein weiteres Problem ist das manuelle Schälen. Es ist zeitaufwendig und ungenau, die Maschinen auf dem Markt sind teuer, starr und nur für einzelne Fruchtsorten geeignet.
Hier setzt ASQKI an: Gemeinsam mit den Wirtschaftspartnern entwickeln wir ein flexibles, mobiles Schälsystem, unterstützt durch KI, Bildverarbeitung und Sensorik. Es passt sich jeder Frucht an – unabhängig von Größe, Form oder Qualität. Der Mehrwert: Weniger Abfall, höhere Ausbeute und eine neue Chance vor allem für kleine Betriebe, Überschüsse direkt vor Ort zu Trockenfrüchten zu verarbeiten.
Wie KI jede Frucht analysiert
Kameras und Sensoren erfassen die Frucht zuerst. Sie messen Form, Größe und Oberfläche, erkennen Schadstellen und bewerten die Qualität. Ein KI-Modell identifiziert die Frucht und unsere Software berechnet das Parametermodell mit den perfekten Schälparametern: Wie tief schneiden? Wie schnell? Welcher Winkel?
Das macht den Unterschied: Die multimodale Erstellung des Parametermodells vereint Bild- und Sensordaten für kontinuierliche Verbesserung. Während alte Maschinen feste Einstellungen haben, passt sich unser System jeder einzelnen Frucht an. In der SAPbased Smart Factory testet das OTH-Team Computer-Vision-Systeme, ROS2-basierte Robotersteuerungen und Simulationsumgebungen, um höchste Präzision und minimalen Verschnitt zu erreichen.
Der Roboter übernimmt das Schälen
Ein kollaboratives Robotersystem nutzt das multimodale Parametermodell (Bild und Sensordaten kombiniert) und führt das Schälmesser präzise entlang der Fruchtkontur. Er steuert Kraft, Tiefe und Geschwindigkeit individuell. Flexibel für alle Sorten und Güteklassen, ohne ständige Umrüstung und ressourcenschonend mit weniger Fruchtfleischverlust als bei herkömmlichen Maschinen.
Für menschliche Kollegen ist der sichere Umgang mit dem Roboter ohne Schutzraum garantiert. Das System ist mobil und lässt sich mit einer Trocknungsanlage kombinieren, die bis zu 5 Tonnen Obst pro Tag verarbeiten kann. Regionale Landwirte können so Überschüsse direkt vor Ort weiterverarbeiten, ohne teure Transporte zu nutzen. Ein echter Boost für die regionale Wirtschaft.
Mehrwert für Region und Umwelt
ASQKI schafft einen echten Mehrwert. Statt teurer Spezialmaschinen ab 100.000 Euro entsteht ein flexibles System für Äpfel, Birnen und mehr. Lernalgorithmen erweitern es kontinuierlich aus jedem Prozess.
Besonders nachhaltig verarbeitet das mobile Schälsystem in Kombination mit Trocknungsanlagen Obstüberschüsse vor Ort zu wertvollen Trockenfrüchten. Das schafft Jobs, stärkt kleine und mittelständische Unternehmen und trägt zur gesamtheitlichen Kreislaufwirtschaft bei. Der gesellschaftliche Mehrwert ist klar: Weniger Müll und mehr regionale Produkte auf dem Teller.
Forschungsergebnisse und Ausblick
Das Projekt ASQKI wurde inzwischen abgeschlossen. Während seiner Laufzeit konnten wichtige Grundlagen für die automatisierte Obstverarbeitung geschaffen werden. Wissenschaftliche Mitarbeitende und Studierende der Fakultät WIG entwickelten und programmierten unter anderem eine Vorrichtung zur 3D-Erfassung von Früchten. Darüber hinaus entstand eine ROS2-basierte Simulation des Schälprozesses, welche in einem Video veranschaulicht, wie der Roboter die Frucht analysiert und entlang ihrer Kontur arbeitet. Diese Ergebnisse bilden eine wertvolle Basis für zukünftige Forschungs- und Industrieprojekte, in denen der Ansatz weiterentwickelt werden kann.
Mitmachen lohnt sich
Vor allem Studierende, besonders aus den Studiengängen der Fakultät WIG, profitieren von der Forschung in der SAPbased Smart Factory der OTH AW und der Arbeit des Technologietransferzentrum NEW. Sie können reale Forschungsprojekte aus den Bereichen Machine Learning, Computer Vision und kollaborative Robotik live erleben und praktisch in Form von studentischen Projekten mitgestalten.
Auf öffentlichen Veranstaltungen und Führungen, wie dem Studieninfotag, zeigen wir, wie angewandte Forschung an der OTH AW aussieht – vom ersten Datensatz bis zum selbstständig schälenden Roboter. So verbindet die OTH Amberg-Weiden Lehre, Forschung und Praxis für innovative Lösungen, die direkt helfen.