Chassis modular design and electrical layout for the NMBU agricultural robot project

Denne masteroppgaven består av to deler, hvorav del en består av design av ramme forden mobile plattformen, samt en beskyttende kasse for batteri, elektronikk og elektrisksystem. Del to består av design av det elektriske systemet, med tilhørende design ogoppsett av nødvendige elektroniske komponenter.Del énFormålet med del en av denne masteroppgaven er å designe en ramme til en robot somskal klargjøres for leveranse ut til markedet. Dette innebærer å øke skalaen for produktetsmodenhetsnivå til minimum åtte av ni mulige. Dette prosjektet er en videreutvikling avprototypen vår, Thorvald 1. Målet for oppgaven er å promotere vårt bidrag til FNsklimarapport som informerer om at kun små endringer skal til for å endre utslippene frajordbruket drastisk. Dette innebærer å lage lette robotiserte kjøretøy som unngår pakkingav jorden. Roboten bør være enkel å konfigurere i forhold til tilgjengelig verktøy ogbehov. Arbeidet mitt har hittil bestått i å studere ulike konstruksjonsmetoder, materialer,modulære konsepter og enkle produksjonsmetoder for å kunne lage en modulær rammebasert på krav som er oppgitt. Jeg endte opp med å lage en stiv dobbel ramme avaluminiumsrør med enkel rekonfigurering. Beholderen som inneholder elektronikken bledesignet av knekte aluminiumsplater, forseglet med en gummipakning.Del toDette er den elektriske og elektroniske delen av masteroppgaven. Ved å analysere ulikespesifikasjoner for forsegling av elektriske komponenter, datamaskiner, tilbehør,dataprotokoller, samt oppstartssekvenser og elektroniske komponenter, har jeg gjort enrekke nødvendige valg. Alt dette for å sørge for en trygg velfungerende robot. Valget avdatamaskin falt på en NVidia Jetson basert plattform som er utviklet for robotprosesseringog maskinsyn. For styring av oppstartssekvensen har jeg designet et elektroniskkretskortsom kan masseproduseres. Siden roboten enda ikke har blitt bygget, planlegges det atgjenstående sammenstilling av elektrisk system blir gjort i løpet av de neste ukene.Hvis mitt arbeid viser seg vellykket innen masterforsvaringen, har prosjektetsmodenhetsnivå blitt økt til nivå åtte. I tillegg har jeg da bidratt til en ny form forlavbudsjett design innen robotutvikling. Ved videre testing og forbedringer vil vi kunnenå siste ledd av modenhetsskalaen.

English. This master thesis is divided into two different parts. Part one consists of the design of achassis frame and an environmentally protected electronics compartment. Part twoconsists of the design and choice of the necessary components for the electrical powersystem and system configuration.Part OneThe purpose of part one of this master thesis is to design a frame that is ready for markedand at least a level eight out of nine in Technology Readiness Level. It is a furtherdevelopment of the Thorvald I prototype and the entire Thorvald robotic developmentprocess. The mission of this project is to promote our answer to the UN emissions gapreport in making small changes for the global agriculture and to massively reduce theglobal emissions. This means making a lightweight low cost robot vehicle that reducessoil packing. The robot should be easy to configure according to needs and tools. Mywork includes analyzing different construction methods, materials, modular concepts andmethods of manufacture to be able to create a modular frame, based on previously setrequirements. I ended up with a rigid double tube based frame with an easy changeableconfiguration. The electronic compartment was made out of press formed aluminum,environmentally sealed with a rubber gasket.Part TwoThis is the electrical and electronic part of the master thesis. By analyzing waterproofingtheory, computer systems, communications and accessories, power-up sequencingsystems for batteries and the electrical system, I have made suitable choices with theelectrical and electronic designs and suggestions to make a safe, well-functioning robot.The choice of computer fell on the NVidia Jetson based platform, especially designed forrobotics and machine vision. For controlling the startup procedure I have successfullydesigned and built an electronic printed circuit board that is suitable for mass production.Since the robot has not yet been built, remaining assembly and electrical harnessing willbe done during the next few weeks.If my work proves successful and reaches TRL9 within the Master thesis defense, I havecontributed in a low-cost modular robotic design that can be used freely by everyone whowishes to contribute in closing the gap towards the 2°C climate goal.

M-MPP