The NMBU Phenotyping Robot; A Modified Version of Thorvald

Abstract

Soil compaction is a big problem in farming industry. This is why Pål Johan From in 2014, along with four master students, designed and built the agricultural robot Thorvald I. A light weighted robot that avoids soil compaction. Two years later, a new team of master students designed and built Thorvald II, where the goal was to make the robot module based. The modularity formed the basis of this thesis, where the goal was to design a modified version of Thorvald. The modified robot is ordered by Vollebekk research farm, and its task is phenotyping, which is the observation of grain health. The goal was to make the robot capable of driving in the research field without causing any damage on grains. The selections of designs and components are based on Pugh’s method. Where different designs and components are compared based on advantages and drawbacks, and the one with the highest score is selected. In addition to designs and components, different materials and assembly techniques have been discussed. A Tora module was built before this thesis started, and tested in March this year. The test showed promising results, and an analysis was therefore made to find out if a lighter module could be used. Some modifications had to be made to the Thorvald wheel module to satisfy the requirements set by Vollebekk research farm, but as the changes were small, the modularity requirement was still fulfilled. Covers were designed with Vollebekk research farm’s requirements in mind. The goals were to make sure that the cover could separate the grains without damaging them, and still retain Thorvald’s modularity. With these requirements in mind, the covers were designed for use on four-wheel drive, four-wheel steering as well as this robot with two- wheel drive and caster wheels with differential steering. Time was the biggest obstacle in this thesis, and a functioning robot is therefore not tested yet. With the modifications made in mind, the robot will work better than Thorvald did last year. If results from testing look promising, the robot is ready for the phenotyping field. If not, new modifications should be made with following tests. To obtain optimal functionality, the next version of the robot should implement the following changes; - Skid steering instead of differential steering - Use of smaller dimensions on the Tora module, 40 mm pipes

Jordkomprimering er et stort problem i landbruksindustrien. I 2014 startet derfor Pål Johan From, i samarbeid med fire mastergradsstudenter, et prosjekt hvor landbruksroboten Thorvald I ble utviklet og bygget. Thorvald I er en lett robot som hindrer jordkomprimering. To år senere utviklet en ny gruppe masterstudenter Thorvald II, hvor målet var å gjøre roboten modulbasert. Modulariteten dannet grunnlaget for denne oppgaven, hvor målet var å designe en modifisert versjon av Thorvald. Den modifiserte roboten er bestilt av Vollebekk forsøksgård, og dens bruksområde er fenotyping, som er definert som observasjonen av kornhelse. Målet var at roboten skulle kunne kjøre i forskningsfeltet uten å forårsake skader på kornet. Valgene av design og komponenter er basert på Pughs metode. Ulike design og komponenter sammenlignes basert på fordeler og ulemper, hvor komponenten/designet med høyest poengsum blir valgt. Forskjellige materialer og monteringsteknikker diskuteres også i oppgaven. I forkant av denne oppgaven ble en Tora-modul bygget av et Volvo veltebur. Modulen ble testet i mars 2017, og ga lovende resultater. På bakgrunn av resultatene inneholder oppgaven en analyse for å finne ut om en lettere versjon av modulen kan benyttes. Det har blitt gjort enkelte endringer på Thorvalds hjulmodul for å tilfredsstille kravene til Vollebekk forsøksgårdsgård. Imidlertid er endringene så små at modulkravet kan sies å være så godt som oppfylt. Dekslene har blitt designet i henhold til forsøksgårdens krav. Målet var å sørge for at dekselet kunne skille kornene uten å skade dem, og samtidig beholde modulariteten. Dekslene er derfor designet for bruk på Thorvald II med firehjulstrekk og firehjulsstyring, og fenotyperoboten med tohjulstrekk og handlevognshjul med differensialstyring. På grunn av oppgavens tidsbegrensning, gjenstår det fremdeles å teste en fungerende robot. Med endringene tatt i betraktning, vil roboten med sikkerhet fungere bedre enn Thorvald i fjor. Dersom testresultatene er lovende, vil roboten være klar for å benyttes i fenotypefeltet. Hvis ikke bør det foretas nye endringer etterfulgt av nye tester. For å oppnå optimal funksjonalitet, bør neste versjon av roboten implementere følgende endringer; - Glidestyring i stedet for differensialstyring - Bruk av mindre dimensjoner på Tora-modulen, 40 mm rør