Farmbot歷程
Farmbot
(本頁面在舊版網站發布，會有不少顯示問題)
什麼是Farmbot?
一個機器人開放式系統，可通過土地種植，澆水，土壤測試和除草為所有需要耕種小土地跟想種糧食的人提供幫助
使用Raspberry Pi(樹莓派)，Arduino以及其他優良組件
1.碳足跡
製造
目前看重環保議題,Farmbot使用最普遍的材料:
| 材料 | 用途 | 重量(kg) | kg CO2/物料 kg | CO2(kg) |
|---|---|---|---|---|
| 鋁 | 擠壓板 | 9.5 | 8.24 | 78.3 |
| 不鏽鋼 | 硬件，軸承，驅動軸，絲槓 | 1.4 | 6.15 | 8.6 |
| 塑料 | 拖鏈，3D列印[CAD]，輪子，電子設備，管材，電路板 | 2.8 | 2.53 | 7.1 |
| 銅 | 電，佈線，電動機繞組 | 0.3 | 2.60 | 0.8 |
| 橡膠 | 皮帶，電線，墊片 | 0.2 | 3.18 | 0.6 |
| 合計 | 95.4 |
每生產Farmbot排放的理論量約 95.4 kg，但實際上較接近 150 kg
使用
在使用Farmbot時，最明顯的CO2排放源應為用電量，在此使用美國平均每千瓦時所排放的二氧化碳量 (0.554kg/kWh)
| 零件 | 功率(W) | 佔空比(%) | 使用時間(h/d) | kWh/day | kWh/year | kg CO2/day | kg CO2/year |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 樹莓派2 | 3.0 | 100% | 24.00 | 0.072 | 26.3 | 0.040 | 14.56 |
| 樹莓派相機 | 1.5 | 100% | 24.00 | 0.036 | 13.1 | 0.020 | 7.28 |
| Arduino Mega 2560 | 1.0 | 100% | 24.00 | 0.024 | 8.8 | 0.013 | 4.85 |
| NEMA 17步進馬達*3 | 30.0 | 5% | 1.20 | 0.036 | 13.1 | 0.020 | 7.28 |
| 12V工具 | 132.0 | 2% | 0.48 | 0.063 | 23.1 | 0.035 | 12.81 |
| 電磁閥 | 30.0 | 2% | 0.48 | 0.014 | 5.3 | 0.008 | 2.91 |
| 真空泵 | 186.0 | 0.5% | 0.012 | 0.022 | 8.1 | 0.012 | 4.51 |
| Web App服務器/用戶 | 20.0 | 1% | 0.24 | 0.005 | 1.8 | 0.003 | 0.97 |
| 設備(筆電) | 60.0 | 1% | 0.24 | 0.014 | 5.3 | 0.008 | 2.91 |
| 合計 | 0.287 | 104.9 | 0.159 | 58.09 |
*佔空比:組件使用時間的估計平均百分比
使用這些估計，經營Farmbot會發出約60kg CO2/year，相當於汽車燃燒6.5加侖汽油，依美國平均每度電費成本(0.15$/kWh)，運行一年成本約16$
現在使用Farmbot種植蔬菜，比較商店購買相同數量的蔬菜，假設有充分利用並每天種植80cal熱量的蔬菜，表示一年產生29200卡路里的蔬菜，而CO2成本60g，意味著Farmbot種植蔬菜碳強度為 2.05g CO2/卡路里
下圖為經濟研究中心的數據
Farmbot種植的蔬菜比商店購買的少25-30%
2.客製化
隨時隨地操作
可在手機/平板電腦上操作，使能隨時隨地管理
拖放編程
使用類似於遊戲的介面管理農田，設計程式
100%開源
開放免費使用所有CAD模型，原理圖，物料清單並加以改進，複製，編輯
3.耐用組件
鋁擠
Farmbot主要結構元件，耐腐蝕，經陽極氧化處理提供優質觀感
塑膠零件
用堅固的抗紫外線ABS注塑成型
電子產品
Farm + Arduino = Farmduino ，使用24V DC供電，作為處理器，而樹莓派3可當作大腦跟網路連接
4.工具 3D模型可參閱 這個
種子注入器 [CAD] :
由24V真空泵提供動力，將種子精確定位在地面上，精度為毫米
噴水嘴 [CAD] :
結合電磁閥，用溫和的淋浴器為植物精確澆水，允許使用3D列印下半部來定制噴霧樣式
除草機 [CAD] :
使用自定義的除草工具將雜草連根拔除，避免它們成為問題
土壤傳感器 [CAD] :
透過測量土壤濕度來更有效地為農作物澆水，同時可測量土壤溫度幫助檢測發芽失敗的風險
種子容器 [CAD(種子分類盤)] [CAD(種子槽)] [CAD(容器] :
可容納大量一種種子，托盤則適合種植許多不同的農作物或嚴格控制每個孔的種子數
相機 :
防水相機為植物和土壤拍照，跟蹤植物生長，檢測雜草，蟲害和疾病跟果實成熟度
樹莓派簡介 :
5.探索領域
教育:
小學: 透過課程與實際操作解決問題，激發學生從事與此相關的職業，增加創造力
中學: 提供學習工廠科學，編碼，CNC設備操作
高中: 激勵學生從事此領域的繼續教育，例如電子，機械工程，機器人技術，土壤科學
大學: 可以多代，基於研究的方式使用，有強大的序列編輯器，集成的攝像頭和農具插件系統用於設計各種實驗
家庭:
能夠種植具挑戰性的植物，解決氣候變化，塑料包裝，行進路程，農藥使用等問題，從而能夠養家糊口
研究:
NASA: 在太空種植植物，幫助人類有天能在火星及月球上生活
AlphaGarden: 探索人工智能，讓機器人進行訓練
輔助:
Thrive Upstate組織為殘障人士和特殊需求的人們提供服務，使用Farmbot作為園藝療法的輔助功能，增強原本無法自己種植植物的人的能力
6.使用
Web應用程序:
可直接在網頁上控制和配置Farmbot，能夠實時手動控制跟記錄，用於創建自定義例程的序列生成器及拖放式農場設計器，因此可圖形化設計自己的田地
作業系統:
在樹莓派上運行名為FarmBot OS的自定義操作系統，能與Web同步來進行實時控制及上傳日誌跟傳感器數據
透過USB傳輸或序列連接發送指令，在第一次使用時，可透過configurator應用程式連接家中Wifi及Web應用程序
Arduino:
負責物理操作Farmbot，接收指令，和傳回數據
7.投資報酬率
Farmbot分成三種尺寸(Express, Express XL, Express MAX)，由於MAX太大太貴沒什麼人會用，所以下架
尺寸 寬 長 面積 最大植物高度 Express 1.2m 3m 3.6m^2 0.5m Express XL 2.4m 6m 14.4m^2 0.5m Express MAX 2.4m 18m 43.2m^2 0.5m
在此使用Express尺寸來計算成本
直接成本
設每天每1m^2 產1杯(250ml)蔬菜，因Express佔地3.6m^2，表示每月生產108杯，下表為Farmbot種植與在商店購買的比較費用:
Farmbot Express 商店購買 項目 成本 每月產量 小計 每月產量 小計 蔬菜 $0.05/杯 108 $0.00 108 $54.00 種子 $2.00/包 3 $6.00 - $0.00 水 $0.015/加侖 150 $2.25 - $0.00 電 $0.12/kWh 8.6 $1.03 - $0.00 每月總費用 $9.28 $54.00 每年總費用 $111.36 $648.00
由此可知每年可節省540美元，若Farmbot Express費用2000美元(套件+運費+稅金+基礎設施+土地)，則投資回收期<4年
但如果把像是去商店的車油費之類的間接成本算進去…
間接成本
把時間考慮進去，以中產階級平均年薪50000美元($25/h)來計算，為了跟上面公平競爭，所以要調整蔬菜成本，增加30%的有機加價，以說明自然增長，並使用25MPG(每加侖幾英里)的車輛往返商店
Farmbot Express 商店購買 項目 成本 每月產量 小計 每月產量 小計 蔬菜 $0.05/杯 108 $0.00 108 $54.00 有機加價 $0.15/杯 108 $0.00 108 $16.20 種子 $2.00/包 3 $6.00 - $0.00 水 $0.015/加侖 150 $2.25 - $0.00 電 $0.12/kWh 8.6 $1.03 - $0.00 25MPG車輛運輸6.8英里(成本$0.59/英里) $4.01/趟 - $0.00 4 $16.04 車輛排放的二氧化碳 $0.22/kg - $0.00 9.7 $2.13 蔬菜生產中排放的二氧化碳 $0.22/kg 5 $1.10 6.8 $1.50 購買蔬菜的時間(1小時) $25.00/程 - $0.00 4 $100.00 每天收集蔬菜的時間(5分鐘) $2.08 30 $62.40 - $0.00 維護Farmbot的時間(30分鐘) $12.50 1 $12.50 - $0.00 每月總費用 $85.28 $189.87 每年總費用 $1023.38 $2278.44
根據數據，一人每年可節省1250美元，若Farmbot Express費用2000美元+建造時間(4小時)100美元，總投資額為2100美元，投資回報期則不到2年
投資回報期不到兩年