Un robot agricole est un robot déployé à des fins agricoles. Le principal domaine d’application des robots dans l’agriculture est aujourd’hui au stade de la récolte. Parmi les nouvelles applications de robots ou de drones en agriculture, citons la lutte contre les mauvaises herbes, l’ensemencement dans les nuages, la plantation de semences, la récolte, la surveillance de l’environnement et l’analyse des sols.

Général
Les robots de cueillette de fruits, les tracteurs / pulvérisateurs sans conducteur et les robots de tonte des moutons sont conçus pour remplacer le travail humain. Dans la plupart des cas, de nombreux facteurs doivent être pris en compte (par exemple, la taille et la couleur du fruit à cueillir) avant le début d’une tâche. Les robots peuvent être utilisés pour d’autres tâches horticoles telles que la taille, le désherbage, la pulvérisation et la surveillance. Les robots peuvent également être utilisés dans des applications d’élevage (robotique d’élevage) telles que la traite automatique, le lavage et la castration. Des robots comme ceux-ci présentent de nombreux avantages pour le secteur agricole, notamment une meilleure qualité de produits frais, des coûts de production plus bas et une diminution du besoin de main-d’œuvre. Ils peuvent également être utilisés pour automatiser des tâches manuelles, telles que la pulvérisation de mauvaises herbes ou de fougères, lorsque l’utilisation de tracteurs et d’autres véhicules surveillés est trop dangereuse pour les opérateurs.

Dessins
La conception mécanique comprend un effecteur final, un manipulateur et un préhenseur. Plusieurs facteurs doivent être pris en compte dans la conception du manipulateur, notamment la tâche, l’efficacité économique et les mouvements requis. L’effecteur final influe sur la valeur marchande du fruit et la conception du préhenseur est basée sur la culture en cours de récolte.

Effecteur final
Un effecteur terminal dans un robot agricole est le dispositif situé au bout du bras robotique, utilisé pour diverses opérations agricoles. Plusieurs types d’effecteur final ont été développés. Au Japon, dans une exploitation agricole de raisins, les effecteurs sont utilisés pour la récolte, l’éclaircissage des baies, la pulvérisation et l’ensachage. Chacun a été conçu en fonction de la nature de la tâche, de la forme et de la taille du fruit visé. Par exemple, les effecteurs utilisés pour la récolte étaient conçus pour saisir, couper et pousser les grappes de raisin.

L’éclaircissage des baies est une autre opération pratiquée sur les raisins. Il est utilisé pour améliorer la valeur marchande des raisins, augmenter la taille des raisins et faciliter le processus de groupage. Pour l’amincissement des baies, un effecteur terminal comprend une partie supérieure, une partie centrale et une partie inférieure. La partie supérieure a deux plaques et un caoutchouc qui peut s’ouvrir et se fermer. Les deux plaques compriment le raisin pour couper les branches de rachis et extraire la grappe de raisin. La partie médiane contient une plaque d’aiguilles, un ressort de compression et une autre plaque percée de trous répartis sur toute sa surface. Lorsque les deux plaques sont comprimées, les aiguilles perforent les raisins. Ensuite, la partie inférieure comporte un dispositif de coupe capable de couper le paquet pour en normaliser la longueur.

Pour la pulvérisation, l’effecteur terminal consiste en une buse de pulvérisation fixée à un manipulateur. En pratique, les producteurs veulent s’assurer que le liquide chimique est réparti uniformément dans le bouquet. Ainsi, la conception permet une distribution uniforme du produit chimique en faisant en sorte que la buse se déplace à une vitesse constante tout en restant à distance de la cible.

La dernière étape de la production de raisin est le processus d’ensachage. L’effecteur terminal d’ensachage est conçu avec un chargeur de sacs et deux doigts mécaniques. Dans le processus d’ensachage, l’alimentateur de sacs est composé de fentes qui alimentent en permanence les sacs aux doigts dans un mouvement de haut en bas. Pendant que le sac est alimenté aux doigts, deux ressorts à lame situés à l’extrémité supérieure du sac maintiennent le sac ouvert. Les sacs sont fabriqués pour contenir les raisins en grappes. Une fois le processus d’ensachage terminé, les doigts s’ouvrent et libèrent le sac. Cela ferme les ressorts à lames, ce qui scelle le sac et l’empêche de s’ouvrir à nouveau.

Serrer
La pince est un dispositif de saisie utilisé pour récolter la culture cible. La conception de la pince est basée sur la simplicité, le faible coût et l’efficacité. Ainsi, la conception consiste généralement en deux doigts mécaniques capables d’effectuer des mouvements synchronisés lors de l’exécution de leur tâche. Les caractéristiques techniques dépendent de la tâche assignée. Par exemple, lorsque la procédure consiste à couper des parties de la plante pour la récolte, le dispositif de préhension est équipé d’une lame de coupe.

Bras manipulateur
Le bras manipulateur est un dispositif mécanique qui permet au préhenseur et à l’effecteur de naviguer dans leur environnement. Il se compose de tiges parallèles avec quatre barres qui maintiennent la position et la hauteur de prise. Le manipulateur peut également utiliser un, deux ou trois actionneurs pneumatiques. Les pneus des actionneurs sont des moteurs qui produisent un mouvement linéaire ou rotatif convertissant l’air comprimé en énergie. L’actionneur pneumatique est le plus efficace pour les robots agricoles en raison de son rapport poids / puissance élevé. Pour le bras manipulateur, la conception la plus efficace en termes de coût est la configuration à actionneur unique, bien que cette option soit la moins flexible.

Pince
La pince est un dispositif de saisie utilisé pour la récolte de la culture cible. La conception de la pince est basée sur la simplicité, le faible coût et l’efficacité. Ainsi, la conception se compose généralement de deux doigts mécaniques capables de se déplacer de manière synchronisée lorsqu’ils exécutent leur tâche. Les détails de la conception dépendent de la tâche en cours d’exécution. Par exemple, dans une procédure exigeant que les plantes soient coupées pour la récolte, le préhenseur était équipé d’une lame tranchante.

Manipulateur
Le manipulateur permet au préhenseur et à l’effecteur final de naviguer dans leur environnement. Le manipulateur est constitué de liaisons parallèles à quatre barres qui maintiennent la position et la hauteur du préhenseur. Le manipulateur peut également utiliser un, deux ou trois actionneurs pneumatiques. Les actionneurs pneumatiques sont des moteurs qui produisent un mouvement linéaire et rotatif en convertissant de l’air comprimé en énergie. L’actionneur pneumatique est l’actionneur le plus efficace pour les robots agricoles en raison de son rapport puissance-poids élevé. La conception la plus économique pour le manipulateur est la configuration à actionneur unique, mais il s’agit de l’option la moins flexible.

Développement
Le premier développement de la robotique dans l’agriculture peut être daté dès les années 1920, avec des recherches pour incorporer le guidage automatique des véhicules dans l’agriculture qui commence à prendre forme. Ces recherches ont abouti aux progrès des véhicules agricoles autonomes entre les années 50 et 60. Le concept n’était cependant pas parfait, les véhicules ayant toujours besoin d’un système de câble pour les guider. Les robots dans l’agriculture ont continué à se développer alors que les technologies dans d’autres secteurs ont également commencé à se développer. Ce n’est que dans les années 1980, après le développement de l’ordinateur, que le guidage par vision artificielle est devenu possible.

La récolte d’oranges à l’aide d’un robot, en France et aux États-Unis, a également évolué au fil des années.

Bien que les robots soient intégrés dans les environnements industriels intérieurs depuis des décennies, les robots extérieurs destinés à l’utilisation de l’agriculture sont considérés comme plus complexes et difficiles à développer. Cela est dû à des préoccupations concernant la sécurité, mais également à la complexité de la sélection des cultures soumises à différents facteurs environnementaux et à l’imprévisibilité.

Demande sur le marché
La quantité de main-d’œuvre dont le secteur agricole a besoin est préoccupante. Avec une population vieillissante, le Japon est incapable de répondre aux demandes du marché du travail agricole. De même, les États-Unis dépendent actuellement d’un grand nombre de travailleurs immigrants, mais entre la diminution du nombre de travailleurs agricoles saisonniers et les efforts accrus déployés par le gouvernement pour mettre un terme à l’immigration, ils sont également incapables de répondre à la demande. Les entreprises sont souvent obligées de laisser pourrir les cultures en raison de leur incapacité à toutes les récolter à la fin de la saison. En outre, la population croissante qui devra être nourrie au cours des prochaines années suscite des inquiétudes. Pour cette raison, il existe un grand désir d’améliorer les machines agricoles afin de les rendre plus rentables et viables pour une utilisation continue.

Applications actuelles et tendances
Une grande partie de la recherche actuelle continue de travailler vers des véhicules agricoles autonomes. Cette recherche est basée sur les progrès réalisés dans les systèmes d’aide à la conduite et les voitures autonomes.

Des robots ont déjà été incorporés dans de nombreux domaines du travail agricole, mais ils sont encore largement absents lors de la récolte de diverses cultures. Cela a commencé à changer lorsque les entreprises ont commencé à développer des robots qui effectuent des tâches plus spécifiques sur la ferme. La plus grande préoccupation concernant les robots qui récoltent les cultures provient de la récolte de cultures douces telles que les fraises qui peuvent facilement être endommagées ou complètement manquées. Malgré ces préoccupations, des progrès dans ce domaine sont en cours. Selon Gary Wishnatzki, cofondateur de Harvest Croo Robotics, l’un de leurs cueilleurs de fraises en cours de test en Floride peut « choisir un champ de 10 hectares en seulement trois jours et remplacer un équipage d’environ 30 ouvriers agricoles ». Des progrès similaires ont été accomplis dans la récolte des pommes, du raisin et d’autres cultures.

Un autre objectif défini par les entreprises agricoles concerne la collecte de données. La croissance démographique et la diminution de la main-d’œuvre disponible pour les nourrir suscitent de plus en plus d’inquiétudes. La collecte de données est en cours d’élaboration afin d’accroître la productivité des exploitations agricoles. AgriData développe actuellement une nouvelle technologie dans ce but précis et aide les agriculteurs à mieux déterminer le meilleur moment pour récolter leurs cultures en balayant les arbres fruitiers.

Applications
Les robots ont de nombreux domaines d’application en agriculture. Parmi les exemples et les prototypes de robots, citons les robots Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation, Orange Harvester, Laitue Bot et Weeder. Le lait bot est un exemple d’utilisation massive de robots en agriculture. Il est répandu parmi les fermes laitières britanniques en raison de son efficacité et de son absence de déménagement. Selon David Gardner (directeur général de la Société royale d’agriculture d’Angleterre), un robot peut accomplir une tâche compliquée s’il est répétitif et si le robot est autorisé à s’asseoir à un seul endroit. En outre, les robots travaillant sur des tâches répétitives (par exemple, la traite) remplissent leur rôle conformément à une norme cohérente et particulière.

Un cas d’utilisation à grande échelle de robots agricoles est celui des robots de traite. Celles-ci sont très courantes dans les fermes laitières du Royaume-Uni en raison de leur efficacité et de l’absence de conditions de voyage. Selon David Gardner (directeur général de la Société royale d’agriculture d’Angleterre), un robot peut accomplir une tâche compliquée s’il est répétitif et qu’il peut rester immobile. De plus, les robots travaillant sur des tâches répétitives (telles que la traite) remplissent leur rôle avec une grande régularité et une adaptation spécifique à la tâche.

L’horticulture est un autre domaine d’application. Une application horticole est le RV 100, développé par Harvest Automation Inc. Ce robot est conçu pour transporter des plantes en pot dans une serre ou dans une opération horticole en plein air. Les fonctions du RV 100 dans la manipulation et l’organisation des plantes en pot comprennent également des capacités d’espacement, de collecte et de consolidation. Les avantages de l’utilisation du RV 100 pour cette tâche incluent la précision du placement des pots, l’autonomie de fonctionnement à l’extérieur et à l’intérieur et la réduction des coûts de production.

L’horticulture est un autre domaine d’application. Une des applications horticoles est le développement du RV100 par Harvest Automation Inc. Le RV 100 est conçu pour transporter des plantes en pot dans une serre ou en plein air. Les fonctions du RV100 pour la manipulation et l’organisation des plantes en pot comprennent les capacités d’espacement, de collecte et de consolidation. Les avantages de l’utilisation du RV100 pour cette tâche incluent une précision de placement élevée, une fonction autonome en extérieur et en intérieur et des coûts de production réduits.

Exemples
Vinobot et Vinoculer
AgBot de LSU
Harvest Automation est une société créée par d’anciens employés d’iRobot dans le but de développer des robots pour les serres.
Robot de cueillette de fraises de Robotic Harvesting et Agrobot.
Faucheuse de pente Casmobot nouvelle génération
Fieldrobot Event est un concours de robotique agricole mobile
HortiBot – Un robot de soins aux plantes,
Laitue Bot – Élimination biologique des mauvaises herbes et éclaircissage de la laitue
Robot de plantation de riz développé par le Centre national de recherche agricole du Japon
Le robot de pulvérisation autonome de mauvaises herbes IBEX pour les terrains extrêmes, en cours de développement
FarmBot, Exploitation CNC Open Source
VAE, en cours de développement par une startup argentine du secteur agricole, vise à devenir une plate-forme universelle pour de multiples applications agricoles, de la pulvérisation de précision au traitement du bétail.
ACFR RIPPA: pour la pulvérisation par points
ACFR SwagBot; pour le suivi du bétail
ACFR Digital Farmhand: pour pulvériser, désherber et ensemencer