Čtyři měsíce intenzivního vývoje a výsledkem je prototyp nosiče nářadí ForesThor na bateriový pohon s dojezdem okolo 120 km a dobou provozu až 20 hod na jedno nabití baterek.
Technická fakulta ČZU a ProLab
Technická fakulta při České zemědělské univerzitě v Praze a její interní pracoviště ProLab – laboratoře prototypů a pokročilých technologií se dlouhodobě specializují na vývoj autonomních a aplikačních dronů v oblastní zemědělství. Vlajkovou lodí ProLabu je víceúčelový pracovní dron s pracovním názvem AGRONAUT, který funguje jako nosič. Osazený mnoha senzory a čidly je pak použitelný nejen do zemědělství, ale i distribuci nákladu v krizových podmínkách. Po vzoru těchto špičkových dronů (UAV) zde vznikl ve spolupráci s Lesy ČR požadavek na smluvní vývoj pozemní robotické platformy (UGV) uplatnitelné v nastupujícím trendu moderního lesnictví, popř. zemědělství.
Průmysl 4.0 aplikovaný do lesnictví
Cílem bylo rychle vyvinout, vyrobit a hlavně ozkoušet zkušební prototyp pásového nosiče nářadí pro udržitelnou kultivaci vysazených lesních ploch po kácení napadených lesů. Nově vznikající robotická platforma tak byla uzpůsobena pro nasazení v náročném lesním porostu a terénu. Je využitelná i pro drobné činnosti zemědělství a pěstitelství. Spolu s ProLab jsme se podíleli na kompletním vývoji mechanické části nosiče nářadí. Počínaje koncepčním návrhem s CAD konstrukcí, ověření pomocí počítačových simulací a výrobou prvního prototypu. Paralelně se tak inženýři v laboratořích mohli věnovat i návrhu elektroniky s programováním autonomních a řídících systémů. Pohon nosiče je plně zajištěn pomocí baterií. Rychlý vývoj s oživením funkčního prototypů byl nezbytný, aby bylo možné následně elektronické systémy ladit a ověřovat již přímo při reálných jízdních zkouškách a pracovních činnostech s kultivačním nářadím. Ověřování autonomních funkcí je nutné dokončit při skutečném provozu a ne pouze na virtuálních modelech.
Pro urychlení vývoje v podstatě nového produktu a následné zakázkové výroby funkčního prototypu bylo nutné využít dostupné moderní technologie dostupné u obou subjektů. Z časových důvodů tak nebyl důvod se podrobně zabývat vývojem a konstrukcí pásových jednotek nosiče. U prototypu jsou použity produkční pásové jednotky od kanadské firmy Camso. V ProLab mají k dispozici přesný 3D skener a využili jsme ho při tvorbě CAD modelu dodaných pásových jednotek. Některé díly byly vyrobeny pomocí na 3D tisku.
Prvotní koncept pásového nosiče vycházel z definovaných požadavků a uzpůsobení pro práci hlavně v lesním prostředí. Tomu odpovídá podvozková platforma se zvýšenou světlou výškou 250 mm a vysokou průchodností náročným terénem. I díky bateriovému pohonu a jeho nenáročné prostorové zástavbě se nám povedlo těžiště nosiče udržet nízko a zvýšit tak příčnou stabilitu ve svahu. Po ověření virtuálního modelu pomocí simulací pevnosti a tuhosti jsme provedli jen malé úpravy vedoucí ke zjednodušení výroby prototypu. Nebylo nutné využívat další pokročilé optimalizace konstrukce pásového nosiče, možné snížení hmotnosti nebylo bráno jako výhoda a nemělo smysl výrazně zvyšovat pracnost a výrobní cenu prototypu. Během projektu se samozřejmě objevily i drobné komplikace s dodacími lhůtami některých komponent.
Prototyp nosiče nářadí ForesThor
Vznikl tak pásový robot, který je využitelný při výsadbě, tak i při následné péči o mladý les. Je plně na dálkové ovládání a lze jej řídit i pomocí virtuální reality s VR brýlemi. S osazenými čidly LiDAR a GPS je možný autonomní režim jízdy ve sponu výsadby a umožnuje částečně automatizovat kultivační práce v meziřadí. Nosič nářadí nebyl primárně navrhován pro typicky zemědělské činnosti s požadavkem velké tahové síly, ale díky plnohodnotnému přednímu a zadnímu tří-bodovému závěsu kat. 1 jsou i tyto aplikace omezeně možné. Lze využít přídavná závaží, ale lehce tak narůstají vnější rozměry a dochází k drobným omezením při manévrování na malém prostoru.
Díky geometrii pásové jednotky a průběhu tlaku pásu s podkladem je nosič méně agresivní vůči životnímu prostředí. Hlavně v situacích při změně směru jízdy a otáčení nosiče na místě, kde nedochází k rozrušení zeminy pod pásy v celé styčné délce. Výsledky z provedených reálných zkoušek naznačují, že nosič bude schopen dlouhé doby provozu na jedno nabití. Teoretický dojezd plně bateriového pohonu je přibližně 120 km odpovídající asi 20 hod provozu s nízkým zatížením. Pro vysoce energeticky náročné činnosti může být modulární platforma vybavena energetickým zdrojem pro prodlužení doby provozu.
Základní technické údaje
| hmotnost | 230 kg |
| nosnost | 300 kg |
| délka | 1500 mm |
| šířka | 1200 mm |
| výška | 750 mm |
| pohon | 6 kW – elektromotory |
| kroutící moment | 1250 Nm |
| max. rychlost | 8 km/h |
| doba provozu | 20 hod |
| doba nabíjení | 6-8 hod |