Robot agricola
Un robot agrícola es un robot desplegado para fines agrícolas. La principal área de aplicación de los robots en la agricultura actual está en la etapa de cosecha. Las aplicaciones emergentes de robots o drones en la agricultura incluyen el control de malezas, la siembra de nubes, la siembra de semillas, la cosecha, el monitoreo ambiental y el análisis del suelo.
General
Los robots recolectores de fruta, los tractores / pulverizadores sin conductor y los robots de esquila de ovejas están diseñados para reemplazar el trabajo humano. En la mayoría de los casos, se deben considerar muchos factores (por ejemplo, el tamaño y el color de la fruta que se va a recoger) antes de comenzar una tarea. Los robots se pueden utilizar para otras tareas hortícolas, como podas, escardas, pulverización y monitoreo. Los robots también se pueden utilizar en aplicaciones ganaderas (robótica del ganado) como el ordeño automático, el lavado y la castración. Robots como estos tienen muchos beneficios para la industria agrícola, que incluyen una mayor calidad de productos frescos, menores costos de producción y una menor necesidad de mano de obra. También se pueden utilizar para automatizar tareas manuales, como la pulverización de malezas o helechos, donde el uso de tractores y otros vehículos tripulados es demasiado peligroso para los operadores.
Diseños
El diseño mecánico consiste en un efector final, un manipulador y una pinza. Se deben considerar varios factores en el diseño del manipulador, incluida la tarea, la eficiencia económica y los movimientos necesarios. El efector final influye en el valor de mercado de la fruta y el diseño de la pinza se basa en el cultivo que se está cosechando.
Efectores finales
Un efector final en un robot agrícola es el dispositivo que se encuentra al final del brazo robótico, utilizado para varias operaciones agrícolas. Se han desarrollado varios tipos diferentes de efectores finales. En una operación agrícola que involucra uvas en Japón, los efectores finales se utilizan para la cosecha, el adelgazamiento de bayas, la pulverización y el embolsado. Cada uno fue diseñado de acuerdo con la naturaleza de la tarea y la forma y tamaño de la fruta objetivo. Por ejemplo, los efectores finales utilizados para la cosecha fueron diseñados para agarrar, cortar y empujar los racimos de uvas.
El adelgazamiento de la baya es otra operación realizada en las uvas, y se utiliza para aumentar el valor de mercado de las uvas, aumentar el tamaño de las uvas y facilitar el proceso de agrupamiento. Para el adelgazamiento de la baya, un efector final consiste en una parte superior, media e inferior. La parte superior tiene dos placas y una goma que puede abrirse y cerrarse. Los dos platos comprimen las uvas para cortar las ramas del raquis y extraer el racimo de uvas. La parte central contiene una placa de agujas, un resorte de compresión y otra placa que tiene orificios en su superficie. Cuando las dos placas se comprimen, las agujas hacen agujeros en las uvas. A continuación, la parte inferior tiene un dispositivo de corte que puede cortar el racimo para estandarizar su longitud.
Para la pulverización, el efector final consiste en una boquilla de pulverización que está unida a un manipulador. En la práctica, los productores quieren asegurarse de que el líquido químico se distribuya uniformemente en todo el grupo. Por lo tanto, el diseño permite una distribución uniforme del producto químico al hacer que la boquilla se mueva a una velocidad constante mientras mantiene la distancia del objetivo.
El último paso en la producción de uva es el proceso de ensacado. El efector del extremo de ensacado está diseñado con un alimentador de bolsas y dos dedos mecánicos. En el proceso de embolsado, el alimentador de bolsas se compone de ranuras que continuamente suministran bolsas a los dedos en un movimiento hacia arriba y hacia abajo. Mientras se alimenta la bolsa con los dedos, dos resortes de hojas que se encuentran en el extremo superior de la bolsa mantienen la bolsa abierta. Las bolsas se producen para contener las uvas en racimos. Una vez que se completa el proceso de embolsado, los dedos se abren y sueltan la bolsa. Esto cierra los resortes de hojas, que sellan la bolsa y evitan que se abra de nuevo.
Abrazadera
El fórceps es un dispositivo de agarre que se utiliza para cosechar el cultivo objetivo. El diseño de la abrazadera se basa en la simplicidad, bajo costo y eficiencia. Por lo tanto, el diseño generalmente consiste en dos dedos mecánicos que son capaces de movimientos sincronizados al realizar su tarea. Las características técnicas dependen de la tarea asignada. Por ejemplo, cuando el procedimiento es cortar partes de la planta para la cosecha, el dispositivo de agarre está equipado con una cuchilla de corte.
Brazo manipulador
El brazo manipulador es un dispositivo mecánico que permite a la pinza y al efector navegar por su entorno. Se compone de varillas paralelas con cuatro barras que mantienen la posición y la altura de agarre. El manipulador también puede usar uno, dos o tres actuadores neumáticos. Los neumáticos de los actuadores son motores que producen un movimiento lineal o rotativo que convierte el aire comprimido en energía. El actuador neumático es el más eficiente para los robots agrícolas debido a su alta relación potencia-peso. Para el brazo manipulador, el diseño más eficiente en términos de costo es la configuración del actuador único, aunque esta opción es la menos flexible.
Pinza
La pinza es un dispositivo de agarre que se utiliza para cosechar el cultivo objetivo. El diseño de la pinza se basa en la simplicidad, bajo costo y efectividad. Por lo tanto, el diseño generalmente consiste en dos dedos mecánicos que pueden moverse en sincronía cuando realizan su tarea. Los detalles específicos del diseño dependen de la tarea que se está realizando. Por ejemplo, en un procedimiento que requería cortar las plantas para la cosecha, la pinza estaba equipada con una cuchilla afilada.
Manipulador
El manipulador permite que la pinza y el efector final naveguen a través de su entorno. El manipulador consiste en enlaces paralelos de cuatro barras que mantienen la posición y la altura de la pinza. El manipulador también puede utilizar uno, dos o tres actuadores neumáticos. Los actuadores neumáticos son motores que producen movimiento lineal y rotativo al convertir el aire comprimido en energía. El actuador neumático es el actuador más efectivo para robots agrícolas debido a su alta relación potencia-peso. El diseño más rentable para el manipulador es la configuración del actuador único, aunque esta es la opción menos flexible.
Desarrollo
El primer desarrollo de la robótica en la agricultura se puede fechar a partir de la década de 1920, y la investigación para incorporar la orientación automática de vehículos en la agricultura está empezando a tomar forma. Esta investigación condujo a los avances entre los años 50 y 60 de los vehículos agrícolas autónomos. Sin embargo, el concepto no era perfecto, ya que los vehículos aún necesitaban un sistema de cable para guiar su camino. Los robots en la agricultura continuaron desarrollándose a medida que las tecnologías en otros sectores comenzaron a desarrollarse también. No fue hasta la década de 1980, tras el desarrollo de la computadora, que la guía de visión artificial se hizo posible.
Otros desarrollos a lo largo de los años incluyeron la recolección de naranjas utilizando un robot tanto en Francia como en los Estados Unidos.
Si bien los robots se han incorporado en entornos industriales de interiores durante décadas, los robots de uso exterior para la agricultura se consideran más complejos y difíciles de desarrollar. Esto se debe a la preocupación por la seguridad, pero también por la complejidad de recoger cultivos sujetos a diferentes factores ambientales e imprevisibilidad.
La demanda en el mercado
Hay preocupaciones sobre la cantidad de mano de obra que necesita el sector agrícola. Con una población que envejece, Japón no puede satisfacer las demandas del mercado laboral agrícola. De manera similar, los Estados Unidos actualmente dependen de un gran número de trabajadores inmigrantes, pero entre la disminución de los trabajadores agrícolas de temporada y el aumento de los esfuerzos para detener la inmigración por parte del gobierno, tampoco pueden satisfacer la demanda. Las empresas a menudo se ven obligadas a dejar que los cultivos se pudran debido a la incapacidad de recogerlos al final de la temporada. Además, existen preocupaciones sobre el crecimiento de la población que deberá ser alimentada en los próximos años. Debido a esto, existe un gran deseo de mejorar la maquinaria agrícola para que sea más rentable y viable para su uso continuo.
Aplicaciones actuales y tendencias
Gran parte de la investigación actual continúa trabajando hacia vehículos agrícolas autónomos. Esta investigación se basa en los avances realizados en los sistemas de asistencia al conductor y en los autos que conducen por sí mismos.
Si bien los robots ya se han incorporado en muchas áreas del trabajo agrícola agrícola, todavía faltan en gran parte en la cosecha de varios cultivos. Esto ha comenzado a cambiar a medida que las empresas comienzan a desarrollar robots que realizan tareas más específicas en la granja. La mayor preocupación sobre los robots que cosechan cultivos proviene de cosechar cultivos blandos, como las fresas, que pueden dañarse fácilmente o perderse por completo. A pesar de estas preocupaciones, se está avanzando en esta área. Según Gary Wishnatzki, cofundador de Harvest Croo Robotics, uno de sus recolectores de fresas que actualmente se están probando en Florida puede «elegir un campo de 25 acres en solo tres días y reemplazar a un equipo de unos 30 trabajadores agrícolas». Se están haciendo progresos similares en la cosecha de manzanas, uvas y otros cultivos.
Otro objetivo establecido por las empresas agrícolas es la recopilación de datos. Hay una creciente preocupación por la creciente población y la disminución de la mano de obra disponible para alimentarlos. La recopilación de datos se está desarrollando como una forma de aumentar la productividad en las granjas. AgriData actualmente está desarrollando una nueva tecnología para hacer precisamente esto y ayudar a los agricultores a determinar mejor el mejor momento para cosechar sus cultivos al escanear árboles frutales.
Aplicaciones
Los robots tienen muchos campos de aplicación en la agricultura. Algunos ejemplos y prototipos de robots incluyen el Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation, Orange Harvester, Lettuce Bot y Weeder. Un caso de uso a gran escala de robots en la agricultura es el bot de leche. Está muy extendido entre las granjas lecheras británicas debido a su eficiencia y la no necesidad de mudarse. Según David Gardner (director ejecutivo de la Royal Agricultural Society of England), un robot puede completar una tarea complicada si es repetitivo y se le permite al robot sentarse en un solo lugar. Además, los robots que trabajan en tareas repetitivas (por ejemplo, ordeño) cumplen su función con un estándar consistente y particular.
Un caso de uso a gran escala de robots agrícolas es el de robots de ordeño. Estos son muy comunes en las granjas lecheras del Reino Unido debido a su efectividad y la ausencia de requisitos de viaje. Según David Gardner (Director Ejecutivo de la Royal Agricultural Society of England), un robot puede realizar una tarea complicada si es repetitivo y el robot puede permanecer inmóvil. Además, los robots que trabajan en tareas repetitivas (como el ordeño) cumplen su función con gran regularidad y adaptación específica a la tarea.
Otra área de aplicación es la horticultura. Una aplicación hortícola es el RV 100, desarrollado por Harvest Automation Inc. Este robot está diseñado para transportar plantas en macetas en un invernadero o en una operación hortícola al aire libre. Las funciones del RV 100 en el manejo y organización de plantas en macetas también incluyen capacidades de espaciado, recolección y consolidación. Las ventajas de usar el RV 100 para esta tarea incluyen la precisión de la colocación de las ollas, la autonomía de operación dentro y fuera y la reducción de los costos de producción.
Otro campo de aplicación es la horticultura. Una aplicación hortícola es el desarrollo de RV100 por Harvest Automation Inc. RV 100 está diseñado para transportar plantas en macetas en un invernadero o en exteriores. Las funciones de RV100 en el manejo y organización de plantas en macetas incluyen capacidades de espaciado, recolección y consolidación. Los beneficios de usar RV100 para esta tarea incluyen alta precisión de colocación, función autónoma para interiores y exteriores, y costos de producción reducidos.
Ejemplos
Vinobot y Vinoculer
AgBot de LSU
Harvest Automation es una empresa fundada por ex empleados de iRobot para desarrollar robots para invernaderos.
Robot recolector de fresas de Robotic Harvesting y Agrobot.
Casmobot segadora de nueva generación de pendientes
Fieldrobot Event es un concurso de robótica agrícola móvil.
HortiBot – Un robot de enfermería de plantas,
Bot de lechuga – Eliminación de malezas orgánicas y adelgazamiento de lechuga
Robot de siembra de arroz desarrollado por el Centro Nacional de Investigación Agrícola de Japón
El robot autónomo de aspersión de malezas IBEX para terrenos extremos, en desarrollo.
FarmBot, CNC de Código Abierto.
VAE, en desarrollo por una empresa argentina de tecnología agrícola, apunta a convertirse en una plataforma universal para múltiples aplicaciones agrícolas, desde la pulverización de precisión hasta el manejo del ganado.
ACFR RIPPA: para pulverización puntual
ACFR SwagBot; para monitoreo de ganado
ACFR Digital Farmhand: para pulverizar, desyerbar y sembrar