Eldriven plantleverans i skogen – markgående terrängrobot med potential

Mer om AutoPlant och RobAnt

Under projektet Autoplant (steg 3) har Skogforsk tillsammans med Mapro Systems AB och SLU anpassat och testat Mapro systems eldrivna plattform RobAnt för att leverera plantkartonger – från bilväg till hygge. 

Figur 1. RobAnt lastad med en pall med plantkartonger. Foto: Anders Nilsson

Enligt skogsvårdentreprenören Magnus Thor AB går 20–30 % av plantörernas tid åt till att hämta plantor eftersom plantornas lagringsplats kan ligga flera hundra meter bort. I vissa fall sker plantleveransen ut på hygget med fyrhjuling, men på grund av olycksrisken med fyrhjulingar (Fyrhjulingssäkerhet | Externwebben OBS NY LÄNK BEHÖVS!), samt logistiken som tillkommer för att få en fyrhjuling på plats, bärs plantorna ofta ut av plantörerna. 

RobAnt – fyrhjulsdrift och anpassningsbara moduler

RobAnt är en batteridriven el-hydraulisk plattform med konstant fyrhjulsdrift vilket ger goda terrängegenskaper. RobAnts konstruktion är modulär och har totalt 6 motorer, två elmotorer kopplade till varsin hydraulpump som i sin tur är kopplade till två hydraulmotorer var. Elmotorerna drivs av ett utbytbart batteripack från Briggs & Stratton. Spårvidden och frigångshöjden går att ändra genom att lossa på några skruvar. Konfigurationen som testades hade en frigångshöjd på 45 cm och en spårvidd på 130 cm. RobAnt går att styra över 4G-nätet eller lokalt över wifi med styrsystemet RC Controller utvecklat av RISE och SLU. Styrningen under detta test har skett med en playstationkontroll kopplad till en laptop. Anslutningen till maskinen har skett över wifi och 4G. Maskinen är utrustad med en RTK-GNSS och styrsystemet har funktion för automatisk Waypoint-navigering. 

Specifikt för detta test utrustades RobAnt med ett tippbart lastrede med rullar samt en elektrisk domkraft som går att fjärrstyra för att kunna lasta av på distans. Med Mapro Systems logistiksystem bestående av en RobAnt och en tillhörande specialdesignad släpvagn skulle det gå att ha maskinen lastad på ett släp tillsammans med flera pallar plantkartonger. Systemet används idag till att leverera ved och annat material i storsäck.

Figur 2. Vedleverans med Mapro Systems logistiksystem, här med en kran för storsäckar. Foto: Mats Andersson

Figur 3. Batteripaket från Briggs & Stratton (grå med svart handtag), knapp för nödstopp (röd) samt en 4G- och GNSS-antenn (svarta, till vänster ovan nödstoppsknappen). Foto: Anders Nilsson

Figur 4. Fjärrstyrd avlastning av pall. Den elektriska saxdomkraften syns under lastredet. Foto: Anders Nilsson

Figur 5. Stereokameror med regnskydd, monterade på en planka. En dator som skickar video till operatören ligger i den öppnade plantkartongen. Foto: Anders Nilsson

Fjärrstyrning och fälttest av RobAnt

Fälttesterna utfördes vid Skogforsks Troëdsson Forestry Teleoperations Lab utanför Uppsala. En provisorisk rigg med en stereokamera monterades på plantkartongerna och Voysys Odensystem för VR användes[ST1] . Det fungerade bra att köra med fjärrstyrningen och precisionen var god eftersom hjulen var synliga i VR-headsetet. 

Figur 6. Skogforsks fjärrstyrningsstation på Jälla. Tobias Semberg kör RobAnt med VR-headset. Foto: Anders Nilsson

Ett uthållighetsprov utfördes genom att maskinen lastades med tre 45-kilosvikter, totalt 135 kg, och kördes i en bana på en grusplan. Med ett batteri på 1,5 kWh gick det att köra maskinen ca 2 km. 1,5 kWh motsvarar ca 1,66 dl bensin vilket ger ca 0,83 l/mil i jämförelse. 

Figur 7. RobAnt lastad med tre frontvikter á 45 kg som användes som barlast vid ett uthållighetsprov. Foto: Anders Nilsson

Maskinen som testades var inte specifikt designad för att framföras i tuff terräng med allt vad detta innebär, till exempel i form av ytstruktur och vegetation. Testerna visade på en god potential, framför allt då det gäller framkomlighet i terräng.  Under testerna nästlade några grenar in sig i känsliga delar på maskinen och drog ut några kablar. Problemet avhjälptes genom omflyttning av vissa komponenter och montage av extra skyddsplåtar. Batteriet är löstagbart och det går att ha ett laddat i reserv och byta vid behov. En stor fördel med batteridrift är den låga ljudnivån vid drift, samt att maskinen är helt tyst när den inte rör sig. 

Waypoint-navigeringen som finns i RC control fungerade inte tillsammans med RobAnt i dessa tester. Den behöver uppgraderas med bättre givare för styrningen samt mottagningen av NTRIP-korrigering (korrigeringsdata för GNSS för precisionspositionering). 

Användarnas upplevelser av RobAnt

Tolv föryngringsexperter, skogvårsentreprenören Magnus Thor AB, SCA, Sveaskog och Stora Enso fick testköra RobAnt:en under ett fälttest på ett hygge utanför Uppsala (Jälla). Under testerna utvärderades maskinens funktionalitet, manövrering, arbetsmiljö, och målgrupp. Deltagarnas reflektioner är sammanfattande nedan.

Funktionalitet

Deltagarna såg tydliga förbättringsområden för RobAnts funktionalitet i terräng. Flera uttryckte behov av större hjul för bättre framkomlighet över stenar och ojämn mark, samt en vinsch för att kunna dra loss maskinen vid fastkörning. Trots detta var många imponerade över framkomligheten, särskilt på hygget. För att anpassa sig till verklig användning behöver RobAnt också kunna lastas direkt med lösa plantlådor – det är ovanligt att hela pallar tas ut på hygget.Det måste vara enkelt och gå snabbt att lasta på lösa lådor. För att effektivisera hanteringen efterfrågades en lösning där lådorna inte behöver spännas fast.

Användarna tyckte att det är viktigt att RobAnt är vädersäker och har kort ställtid – särskilt om den ska delas mellan olika planteringslag. En större lastkapacitet efterfrågades för att minska antalet turer fram och tillbaka. En viktig brytpunkt för framtida implementering är att räkna på är hur stor tidsvinsten blir jämfört med manuell utbärning av plantor vid olika avstånd och hyggesstorlekar. Dessa siffror behövs för att kunna identifiera för vilka planteringslag RobAnt skulle vara lönsam.

Manövrering

Styrningen bedömdes av vissa som något svår, främst eftersom hjulen inte kan vridas när maskinen står stilla, vilket försvårar precision. Bakhjulsstyrningen upplevdes som trixig, men det antogs att det är en vanesak. Generellt var det enklare att manövrera RobAnt bakifrån än framifrån. Det fanns en viss fördröjning i styrningen, och flera deltagare menade att en mer direkt respons skulle göra det enklare att kontrollera maskinen. På sikt vore det idealiskt att kunna använda GNSS-styrda rutter, så att plantörerna slipper detaljstyra.

Arbetsmiljö och säkerhet

Flera arbetsmiljöaspekter lyftes. Det behövs någon form av beslutsstöd för att hjälpa plantörerna att avgöra var det är mest effektivt att placera ut plantor, särskilt om RobAnt ska köra längs en basväg. Säkerheten är också viktig – det var lätt att komma för nära RobAnt i rörelse, vilket kan utgöra en fara om maskinen välter. En tydligare säkerhetszon kan behöva definieras. Därtill krävs viss förmåga till överblick och planering för att förstå maskinens rörelser i terrängen, något som inte alla upplevde som intuitivt samt att många hinder behöver hanteras i realtid under körning.

Användningsområden

Det ansågs mest lämpligt att börja testa RobAnt på större hyggen, omkring 10 hektar eller mer, där avstånden för plantörerna är långa. Effektiviteten är avgörande, eftersom plantörer får betalt per satt planta – maskinen måste alltså vara minst lika snabb som manuell utbärning för att vara intressant att investera i. En lösning kan vara att en ansvarig person i laget lär sig köra RobAnt. Samtidigt behöver man klargöra vem som står för de extra kostnaderna – entreprenörerna eller uppdragsgivarna? RobAnt har potential både i sin nuvarande, manuellt styrda form, och i framtida autonom användning.