Development of a mechanical intra-row weeder system for an autonomous electric vehicle

The mechanical control of weeds is nowadays the most promising technology for the enhancement of crop yielding. The chemical weeding is discovered not to be environmentally focused, dangerous for humans and animals’ health and cause of herbicide-resistant foods. The development of informatics and electronics technologies in the last decade allows the intra-row weed technology to be the best solution in weed management. In fact, the combination of a mechanical weeder, a camera vision system and a control board permit the removal of weeds not only between two rows (inter-row weeding) but also in the gap between one plant and the following along the seeds line (intra-row weeding). Moreover, since the hand labour is cause of many injuries for human body and it is expensive, an automatic weed control system arming an unmanned vehicle could be the best system for the task and economically feasible. A mechanical weeding actuator is designed for intra-row weeding purpose. It is thought to be applicable to almost every kind of vegetable crops. It is constituted by a three tines tool mounted on a rotating disc; the tool is dragged, perpendicularly respect the direction of travel, by a belt drive system mounted directly on the unmanned vehicle; the vehicle is electric, powered by four electric drive wheels. The simulations made indicate that, for a vehicle speed of 0.8 km/h, the reaction force of the soil during weed uprooting for one single tine is around 70 N, the power necessary to move the entire system 450 W, the current needed 10 A.

Il controllo meccanico delle infestanti è oggi la tecnologia più promettente per il miglioramento della resa delle coltivazioni. Il diserbo chimico è oggi ritenuto nocivo per l’ambiente, pericoloso per la salute dell'uomo e degli animali, e la causa della formazione di colture resistenti agli erbicidi. Anche il lavoro manuale non è considerabile la strategia migliore poiché è causa di logoramento per il corpo umano ed è costoso. Il progresso dell'informatica e dell'elettronica negli ultimi anni consente alla tecnologia per la rimozione di infestanti, in particolare quella intra-fila, di essere la migliore tra quelle utilizzate oggigiorno per tale obiettivo. Infatti, la combinazione di un sistema meccanico, di uno di visione e di una scheda di controllo consente la rimozione di erbacce non solo tra due righe (diserbo interfilare), ma anche nello spazio tra una pianta e la successiva lungo la linea della semina (diserbo intra-fila). Un veicolo senza pilota equipaggiato da un sistema automatico di controllo delle infestanti potrebbe essere il miglior sistema sia in termini di efficienza che per economicità. Un attuatore meccanico è stato progettato per il diserbo intra-fila tale da costituire uno dispositivo versatile, adatto a quasi tutti i tipi di colture orticole. È costituito da un utensile a tre lame montate su un disco rotante; l'utensile viene trascinato, perpendicolarmente rispetto alla direzione di marcia, da un sistema di trasmissione a cinghia che è montato direttamente sul veicolo; il veicolo è elettrico, alimentato da quattro ruote motrici elettriche. Le simulazioni effettuate indicano che, per una velocità del veicolo 0,8 km / h la forza di reazione del terreno per un singolo dente è di circa 70 N, la forza necessaria per spostare l'intero sistema 450 W, la corrente necessaria 10 A