Videreutvikling av den autonome landbruksroboten Thorvald : vibrasjonsdemping og mulige designforbedringer for økt funksjonalitet og ytelse

Abstract

Dagens landbruk er preget av store og tunge jordbruksmaskiner som i kombinasjon med større mengder regn har ført til flere utfordringer. Et sentralt problem er komprimering av jorda, jordpakking, som blant annet fører til avlingstap og materielle ødeleggelser. Videre medfører det stadig våtere klimaet et kortere innhøstingsvindu, og det er derfor viktig at en får utnyttet innhøstingsvinduet så effektivt som mulig. En mulig løsning på problemet er derfor å satse på autonome lettvektsroboter som er i stand til å samhandle og utføre noen av de samme oppgavene som en traktor ute på jordet. Hovedmålet for oppgaven er at den eksisterende klippekonfigurasjonen av den autonome landbruksroboten Thorvald skal videreutvikles for å sikre en forbedret ytelse og funksjonalitet. Prosjektet begynte innledningsvis med en kartlegging av dagens innhøstingsmetoder og tilknyttet problematikk, samt den eksisterende løsningen. Det ble også utført en kort gjennomgang av relevant gressteori for videre produktspesifisering og design- avgjørelser. Videre er oppgaven delt i to deler: Den første delen tar for seg en generell litteraturstudie av vibrasjon, med fokus på demping og isolering i praksis på roboten Thorvald. Den andre delen kartlegger mulige designendringer for å redusere overkjøring og opphopning av gress, samt forbedring av knivbjelkens kutteevne i ulendt terreng. DEL I Diverse former for vibrasjon ble kartlagt og definert, med tilhørende generelle eksempler. Vibrasjonsforplantning i mekaniske systemer ble også gjennomgått. Det ble deretter presentert metoder for demping og isolering, før det ble foretatt vibrasjons-målinger på Thorvald. Hensikten er å benytte målingene i videre arbeid til å kunne dokumentere effekten av eventuelle demping, -og isoleringsstiltak. Slike tiltak blir avslutningsvis presentert. DEL II Designendringer på Thorvald for å redusere overkjøring og opphopning av gress, samt forbedre dagens klippeevne i ulendt terreng har blitt kartlagt, 3D-modellert og presentert. Designforslagene er utformet på en måte som tilrettelegger for enkel implementering i dagens design.

Today’s agriculture is characterized by heavy machines and equipment, which in combination with increasing amounts of rain has led to several challenges. A major issue is soil compaction, which leads to crop losses and material damages, among other things. Furthermore, a wetter climate has resulted in a shorter harvest window, making it paramount to utilize it as efficiently as possible. A potential solution to the problem is the implementation of autonomous lightweight robots that can interact and perform some of the same tasks as the traditional tractor. The main objective of this report is to further develop the existing cutting configuration of the autonomous agricultural robot Thorvald to ensure improved performance and functionality. The project initially began with a survey of today’s harvesting methods and associated problems, as well as the existing solution. A brief documentation of relevant grass theory for future product specification and design decisions has also been carried out. The remaining report is divided into two parts: The first part deals with a basic theoretical study of vibration, focusing on damping and isolating vibration that propagates throughout the structure of the robot. The second part examines possible design changes to reduce grass accumulation, as well as to improve the cutter bars ability to cut evenly in uneven terrain.

Part I Various types of vibration are mapped and defined, with associated general examples, before focusing on vibration propagation in mechanical systems. Possible ways of damping and isolating vibration are then reviewed before two vibration measurements are performed on Thorvald. The intention is to use the measurements in further work to document the effect of any dampening measures. This part concludes with such measures being presented.

Part II Design changes to reduce grass accumulation on Thorvald, as well as to improve its cutting ability in uneven terrain are discussed, 3D-modeled and presented. The proposals are designed in a way that facilitates easy implementation in today’s design.