Såmaskin til NMBUs autonome landbruksrobot; utforming og styrkeberegninger

Abstract

Denne oppgaven tar for seg design med dimensjonerende styrkeberegninger for en såmaskin til en landbruksrobot utviklet ved NMBU i 2014. For å forsøke å effektivisere arealbruken i jordbruket ble det bestemt at denne skulle så frøene i et bestemt mønster på jordet. Det finnes ingen utbredte konsepter som sår på denne måten i dag. Gjennom en funksjonsanalyse ble hovedoppgavene til maskinen kartlagt til oppbevaring av frø, matemekanisme, frøplassering, tildekking og heisemekanisme. Deretter ble ulike løsninger for disse funksjonene, både eksisterende og nye, drøftet. Hele konseptutviklingsfasen ble gjort i samarbeid med Kristian Hoås og Dagfinn Klem Hafnor. Maskinens energiforbruk ble vurdert som særlig viktig, da roboten er elektrisk, og har begrenset med batterikraft. Det ble derfor satt i gang et forsøk for å teste trekkraften som trengtes for å dra de ulike alternativene for frøplassering gjennom jorda. Resultatet ble brukt videre i utvelgelsesfasen for konseptet. Alle alternativene for de ulike funksjonene ble gjennomgått systematisk i utvelgelsesdelen. Det endte med skråstilte tannhjul for frøplassering, et enkelt følgehjul for tildekking, en tønnemater for å plukke ut enkeltfrø og en svingarm drevet av et snekkegir som heisemekanisme. Utplukker og frøplassering ble testet ut med en ny prototype med lovende resultater. Videre ble alle disse konseptene gjennomgått og optimalisert, særlig med tanke på plassbesparelse. Det ble også bestemt å lage et modulbasert oppheng for frøplassererne. Dimensjonering og materialvalg for de ulike maskindelene ble gjennomført på bakgrunn av styrke og vekt. Det ble også valgt ut en del komponenter som må kjøpes inn eksternt. Den endelige maskinen vil veie omtrent 170 kg. Hele såmaskinen ble 3D-modelert, og en presentasjon av det endelige resultatet satt opp. Noen forbedringspotensialer er til slutt drøftet gjennom en prosessevaluering. Konseptet har vist stort potensiale, og en fullskala prototype er nå i produksjon for uttesting på et faktisk jorde.

ABSTRACT:

This thesis addresses the mechanical design, including stress calculations, for a seed drill compatible with the NMBU agricultural robot developed in 2014. To improve the utilization of arable land, it was decided that the seeder should be able to place the seeds in a specifi c pattern on the fi eld. It does not exist any well-known concepts to do this today. An analysis of the essential functions was completed, and resulted in the need for a seed container, a feeding mechanism, seed placement, cover up of the seed hole and a lift mechanism. From this di fferent concepts was discussed. The entire concept development phase was done in cooperation with Kristian Ho as and Dag nn Klem Hafnor. The energy consumption of the seed drill was seen as particularly important, as the robot is electric and has limited capacity. On this basis an experiment was set up to test the force needed to pull the di fferent alternatives for seed placement through the soil. The result was used in the following choice of solution. All the alternatives for the di fferent functions was systematically gone through during the selection. The selected solutions was tilted gears, a simple press wheel, a cell wheel for feeding single seeds, and a rotating arm driven by a worm gear as a lift mechanism. The feeding mechanism and the seed placement was tested as a new prototype, with promising results. All of the concepts was then reviewed and optimized, especially with space saving in mind. It was also decided to make the seed placement units module based. Dimensioning and material selection for the di fferent parts was based on strength and minimizing weight. Important components that will have to be bought was also chosen. The fi nal machine will weigh about 170 kg. The seed drill was designed in its entirety in a 3D-modeling software, and the final result was presented. Some areas of improvement was finally discussed through an evaluation of the development process. The concept has shown great potential, and a full size prototype is now in production for testing on an actual field.