Robot agricoltura taglio interfilare - uno studio di fattibilitá

[valkuz]

Salve a tutti,

siamo un agricoltore e un programmatore di Verona e siamo qui per sottoporre a giudizio un idea che ci sta girando per la testa da qualche giorno. Siamo solamente nella fase progettazione ma, prima di spingerci oltre e iniziare a spendere soldi, vorremmo dei consigli da esperti come voi sulla fattibilitá (considerando il nostro background non proprio elettronico/meccanico) e qualche dritta sulla realizzazione in caso positivo.

L'idea generale é un robot su ruote che passa attraverso il vigneto tagliando l'erba attorno ai fusti delle vigne.

Il problema dell'erba interfilare é al momento risolto utilizzando diserbanti o macchinari come questo http://www.claudiovignoli.it/wp-cont...F800-3P_03.jpg. In ambo i casi il lavoro é lungo E, vista l'altezza del trattore+operatore e il periodo in cui si utilizza questo trattamento, l'uva ne risente.

Abbiamo trovato un progetto di un robot molto simile (se non identico) alla nostra idea qui: http://www.unibots.com/ACW.htm. Loro utilizzano un trattorino con motore a scoppio ma la nostra idea é di averlo interamente elettrico. Abbiamo iniziato a trasferire su carta e monitor le idee ma abbiamo subito incontrato dubbi e domande:


- motore totalmente elettrico o meglio ibrido elettrico/meccanico?
considerando un peso "a spanne" del modello senza batterie di 100/120 kg, e che nei consumi c'é da considerare l'utilizzo costante del motore rasaerba (si pensava di sostituire il tradizionale disco con motore ad olio (ingombrante) con un piú piccolo e (si spera) efficace motore brushless a cui é collegato un disco di acciaio di 30cm di diametro).
Il percorso completo per tutti i filari é di 15 km lineari. Capisco che i dati possono essere troppo pochi ma, quanta autonomia puó avere un robot del genere senza eccedere in batterie/peso?

-sospensioni
si pensava di utilizzare 4 ruote 30x8cm. La velocitá massima che puó raggiungere deve essere bassa (3 km/h?) e il terreno su cui opera é terra battuta (http://www.xtremeshack.com/photos/212a8193.jpg). é opportuno/necessario aggiungere delle sospensioni alla struttura? La dimensione di quello schizzo in scala 1:1 é id 110x60 cm e c'é da considerare che il braccetto rasaerba deve stare il piú possibile ad un altezza fissa da terra.

-motori
prendendo spunto dal rover che c'é qui tra i progetti, 2 di quei P205 possono muovere la struttura in tranquillitá o é meglio avere un 4 ruote motrici?

- sterzo
per lo sterzo abbiam pensato di utilizzare due forcelloni collegati direttamente al telaio e, attreverso una catena ed un motore passo passo, muovere le due ruote simultaneamente (con lo stesso meccanismo che usano le cnc, nello schizzo potete farvi un idea). Idea buona o c'é di meglio?

- gps
Quanto un sistema di navigazione gps é preciso (integrandolo con accelerometro e bussola?) Capite che la precisione di questo macchinario é abbastanza importante, deve seguire la traiettoria indicata stando a 0.5/1m dalla fila di vigne da tagliare senza accidentalmente andandoci a sbattere (100kg di massa che impatta su un fusto creerebbe sicuramente danni :P). é sufficente aggiungere dei sensori di prossimitá O per funzionare serve assolutamente un sistema piú complesso? (sognando: un kinect, opengl e riconoscimento dell'ambiente circostante)

- legge
visto che, se a buon fine, sará a tutti gli effetti un macchinario utilizzato in un azienda agricola, c'é anche da tener conto di cosa pensa papá governo di tutto ció. Se il consorzio/forze dell'ordine venissero a farci visita nel mentre questo macchinario é in funzione in giro per il vigneto (comunque proprietá privata), siamo a rischio sanzione? Se si, come fare per "legalizzare" tale macchinario?

Molte altre domande ci ronzano ma stiamo cercando di colmare le nostre lacune gironzolando sul forum o con madre google.

Siamo fortemente intenzionati a portare a compimento questo robot e abbiamo un discreto budget a disposizione. Scusateci se vi sembriamo come dei nubbi che vogliono conquistare la luna con un accendino e degli stuzzicadenti ma credo che con la buona volontá e un po di aiuto si possa arrivare dovunque. Grazie mille per ogni aiuto che potete darci.

[devil2003]

Salve ragazzi, adesso sto facendo l'ultimo tuffo per poi rientrare a casa, appena rientro diro' la mia su questo progetto, io sono un amante dei rover 4wd dai 10kg in su. A piu' tardi

[marnic]

intanto prova a farti due calcoli qui
A occhio direi che farlo elettrico è arduo
il GPS normale ha errori dai 3 ai 12 metri, di certo non scendi sotto al metro a meno, visto che il campo è quello, di non prendere un sistema sofisticato con antenna fissa

P.S.
non ho capito i motori a olio? non credo di conoscerli

[valkuz]

Grazie mille per il link, ho giocherellato un po con i valori ma una cosa mi lascia perplesso. Impostandolo con i dati descritti e dandogli un autonomia di 1 ora a velocita costante di 0.2 m/s, sotto battery pack mi da qualcosa come 13850 Ah... Spulciando tra le batterie online ho trovato, esempio, http://www.ebay.it/itm/Batterie-Vart...item232cc10d5c, che ha 135Ah come valore... mi sembra assurda come cosa..

riguardo ai motori ad olio, scusa, nel gergo contadino il chiamamo ad olio ma credo che il nome giusto sia motori idraulici :P L'attuale macchinario utilizzato per il taglio (il primo link nella descrizione del progetto) ha un serbatoio da 60 litri di olio e il movimento rotante dell'apparecchio viene dato pompando olio all'interno di un motore che usa la pressione per ruotare.

Riguardo il gps cosa intendi? Di abbandonare completamente l'idea del gps come sistema di navigazione o c'e un modo di poterlo integrare ad altri sistemi?

Abbiamo pensato a varie soluzioni ma quella del gps ci sembrava la piu interessante. Applicare delle "guide" fisiche che il drone poi deve seguire é infattibile, oltre all'interfilare ci sono molti altri lavori da effettuare nelle vigne, per non parlare del momento del raccolto, oltre al fattore economico che comporta stendere 15 km di qualsiasi tipo di materiale.
Utilizzare il gps solo per dei semplici "waypoints" e basarsi interamente sui sensori per capire l'esatta posizione?
su UniBots c'e un video di un trattore autopilotato con un sistema gps che segue molto bene (a parte una sbandata) le linee tracciate nella mappa.

[marnic]

Orginalmente inviato da valkuz

Grazie mille per il link, ho giocherellato un po con i valori ma una cosa mi lascia perplesso. Impostandolo con i dati descritti e dandogli un autonomia di 1 ora a velocita costante di 0.2 m/s, sotto battery pack mi da qualcosa come 13850 Ah... Spulciando tra le batterie online ho trovato, esempio, http://www.ebay.it/itm/Batterie-Vart...item232cc10d5c, che ha 135Ah come valore... mi sembra assurda come cosa..

controlla le unità di misura, a me sembra dare dati sensati, con 0.2m/s che poi sono 0.72Km/h (quindi per fare 15Km ci metti 21 ore)
viene circa 9Ah con 12V

Riguardo il gps cosa intendi? Di abbandonare completamente l'idea del gps come sistema di navigazione o c'e un modo di poterlo integrare ad altri sistemi?

Intendo solo che il gps, quello commerciale da poche decine di euro per intenderci ha un errore che varia dai 3 ai 12 m, da solo non soddisfa le tue esigenze, certo si può integrare con sistemi inerziali IMU che trovi sui droni ad esempio ma hai comunque degli errori che si accumulano e i waypoint o sono fatti in modo da ricalibrare la tua posizione oppure dopo 15km se hai accumulato un errore di 0.01 grado falci le viti

Esistono gps per rilevamenti da geometri o geologi che si basano su una antenna fissa più una a bordo dell'unità mobile che garantiscono i centimetri e non i metri di precisione ma credo costino qualche migliaio di euro

[valkuz]

GPS:
ho appena finito di farmi una scorpacciata di informazioni riguardo segnali gps e sistemi di navigazione. Grazie alla tua dritta mi sono imbattuto nei real time kinematic gps systems e in questo: http://store.swiftnav.com/s.nl/it.A/id.4216/.f sembrerebbe esattamente quello che serve ma costa quasi di un millino...
Immagino il costo sia ben giustificato e non sia fattibile "replicare" il sistema usando due arduini con due shield gps. (anche se ne ho capito il principio che sta alla base credo ci sia piú di un semplice: "il rover guarda dov'é in base ai satelliti, confronta la sua posizione aggiungendo un offset calcolato in base alla stazione fissa, ricava una posizione centimetrica")

Motori:
sto leggendo tra i link del forum per capire come effettuare i vari calcoli le mie conclusioni al momento sono le seguenti:

da calcolatore ho inserito: 120kg di massa, 2 motori, 30 cm di raggio, 0,2 m/s di velocitá, 24V e un inclinazione massima del 10%

dal risultato e con la tabella del p205 alla mano http://www.micromotorssrl.com/planet...otor_p205.html vedo che il tipo con ratio 1:100 é quello che mi puó servire e che, sempre tramite il calcolatore, ho un assorbimento di 2.7 Ah all'ora per poter muovere il rover ad una velocitá costante di poco meno di 1km/h.

Aggiungendo un terzo motore per il rasaerba (il primo che mi é saltato all'occhio su ebay é questo http://www.ebay.it/itm/350W-Elettric...item27fbb7091d) che ipotizziamo vada alla sua potenza massima in modo costante posso evincere che il consumo di quest'ultimo sia (tramite la formula A=W/V) di 14.2 Ah ora.

Detto ció e senza considerare l'assorbimento del resto dell'elettronica, se utilizzassi due di queste batterie http://www.ebay.it/itm/Solarbatterie...item4197d9ee37 in serie avrei una tensione di 24 volt e un totale "utile" di 200 Ah da poter utilizzare.

E' corretto dedurre dai miei calcoli che avró, a utilizzo costante, un consumo di 16.9 Ah e Quindi un autonomia di 11.8 ore?

[marnic]

Orginalmente inviato da valkuz

GPS:
ho appena finito di farmi una scorpacciata di informazioni riguardo segnali gps e sistemi di navigazione. Grazie alla tua dritta mi sono imbattuto nei real time kinematic gps systems e in questo: http://store.swiftnav.com/s.nl/it.A/id.4216/.f sembrerebbe esattamente quello che serve ma costa quasi di un millino...
Immagino il costo sia ben giustificato e non sia fattibile "replicare" il sistema usando due arduini con due shield gps. (anche se ne ho capito il principio che sta alla base credo ci sia piú di un semplice: "il rover guarda dov'é in base ai satelliti, confronta la sua posizione aggiungendo un offset calcolato in base alla stazione fissa, ricava una posizione centimetrica")

E' una prova che ho fatto, molto semplicemente due gps uguali messi nello stesso punto che trasmettono i dati al pc, file log e dati poi passati ad excel, normalmente hai una differenza massima di 2 metri e il 90% dei dati rimane all'interno del metro, periodicamente però la differenza schizza anche a 12 metri, questo dura un paio di minuti e poi si rientra nei parametri soprascritti.
Questo dipende dal fatto che non è detto che i ricevitori aggancino gli stessi satelliti e quando cambiano tra un satellite che sorge mollando uno che tramonta non lo fanno nello stesso istante.
Per avere il risultato migliore dovresti interrogare le stringhe nmea di ogni ricevitore e valutare in base ai satelliti analizzati se il dato è o può essere affetta da differenze

Motori:
sto leggendo tra i link del forum per capire come effettuare i vari calcoli le mie conclusioni al momento sono le seguenti:...............
E' corretto dedurre dai miei calcoli che avró, a utilizzo costante, un consumo di 16.9 Ah e Quindi un autonomia di 11.8 ore?

il ragionamento è corretto ma da verificare nel senso che la capacità delle batterie non necessariamente rispettano poi questa divisione (capacità/consumo=autonomia) e il consumo più è elevato più rende vano questo calcolo, le curve di scarica, quando si trovano, sono più veritiere

[valkuz]

quindi riassumendo, o utilizzo un sistema gps costoso, o trovo altre soluzioni.

conoscendo il problema hai qualche soluzione da propormi?

Una possibile (ma parlo sempre da neofita in questo campo) soluzione potrebbe essere utilizzare quattro ricevitori radio ai quattro angoli dell'area verso cui il rover pinga, e in base alla risposta triangola il segnale e calcola la sua posizione in una mappa preimpostata? Credo un ping in un raggio di qualche chilometro, anche incontrando resistenze aeree, sia molto piú preciso di un ping ad un satellite.

Parlo senza cognizione di causa ma solo per deduzioni logiche, c'é anche da vedere se un sistema del genere vale la candela (costi, problema di alimentazione dei 4 ricevitori, utilizzo unico non facilmente trasportabile in altri campi)

[marnic]

Orginalmente inviato da valkuz

quindi riassumendo, o utilizzo un sistema gps costoso, o trovo altre soluzioni.

conoscendo il problema hai qualche soluzione da propormi?

così a caldo no, però ragionerei sul fatto che i filari hanno delle caratteristiche ripetitive, magari si possono sfruttare.

Una possibile (ma parlo sempre da neofita in questo campo) soluzione potrebbe essere utilizzare quattro ricevitori radio ai quattro angoli dell'area verso cui il rover pinga, e in base alla risposta triangola il segnale e calcola la sua posizione in una mappa preimpostata? Credo un ping in un raggio di qualche chilometro, anche incontrando resistenze aeree, sia molto piú preciso di un ping ad un satellite.

e cosa vorresti misurare? il tempo di volo? fai due calcoli
Potresti semmai misurare l'intensità del segnale, è il sistema usato nella telefonia mobile quando il gps non è attivo/disponibile ma è meno preciso del gps

[aldofad]

Marnic potrebbe indicare come posare un filo elettrico interrato trascorso da impulsi a gradino di qualche KHz per guidare con precisione il mezzo.

In questo ambito suggerisco senza dubbi di chiudere tale circuito con la terra tramite adeguati picchetti per risparmiare meta' cavo, migliorare il segnale e semplificare l'installazione.