Robot agricolo

Un robot agricolo è un robot schierato per scopi agricoli. La principale area di applicazione dei robot in agricoltura oggi è in fase di raccolta. Le applicazioni emergenti di robot o droni in agricoltura includono il controllo delle infestanti, la semina delle nuvole, la semina, la raccolta, il monitoraggio ambientale e l’analisi del suolo.

Generale
I robot per la raccolta della frutta, i trattori / irroratrici senza conducente e i robot per taglio a pecora sono progettati per sostituire il lavoro umano. Nella maggior parte dei casi, molti fattori devono essere considerati (ad esempio, la dimensione e il colore del frutto da raccogliere) prima dell’inizio di un compito. I robot possono essere utilizzati per altre attività orticole come potatura, diserbo, irrorazione e monitoraggio. I robot possono essere utilizzati anche nelle applicazioni zootecniche (robotica del bestiame) come la mungitura automatica, il lavaggio e la castrazione. Robot come questi hanno molti vantaggi per l’industria agricola, tra cui una maggiore qualità dei prodotti freschi, minori costi di produzione e una ridotta necessità di manodopera manuale. Possono anche essere utilizzati per automatizzare le attività manuali, come l’irrorazione di alghe o felci, dove l’uso di trattori e altri veicoli con equipaggio è troppo pericoloso per gli operatori.

disegni
Il design meccanico consiste in un effettore finale, un manipolatore e una pinza. Diversi fattori devono essere considerati nella progettazione del manipolatore, inclusi il compito, l’efficienza economica e le richieste di movimento. L’effettore finale influenza il valore di mercato del frutto e il disegno della pinza si basa sul raccolto che viene raccolto.

Effetto finale
Un effettore finale in un robot agricolo è il dispositivo trovato all’estremità del braccio robotico, utilizzato per varie operazioni agricole. Sono stati sviluppati diversi tipi di effetti finali. In una operazione agricola che riguarda l’uva in Giappone, gli endorsors sono utilizzati per la raccolta, la diradamento delle bacche, la spruzzatura e l’insaccamento. Ciascuno è stato progettato in base alla natura dell’attività e alla forma e dimensione del frutto bersaglio. Ad esempio, gli endorsors utilizzati per la raccolta sono stati progettati per afferrare, tagliare e spingere i grappoli d’uva.

Il diradamento delle bacche è un’altra operazione eseguita sulle uve e viene utilizzato per migliorare il valore di mercato delle uve, aumentare le dimensioni delle uve e facilitare il processo di accatastamento. Per diradamento delle bacche, un effettore finale consiste in una parte superiore, media e inferiore. La parte superiore ha due piastre e una gomma che può aprire e chiudere. Le due piastre comprimono le uve per tagliare i rami di rachide ed estrarre il grappolo d’uva. La parte centrale contiene un piatto di aghi, una molla di compressione e un’altra piastra che ha dei fori sparsi sulla sua superficie. Quando le due piastre si comprimono, gli aghi perforano l’uva. Successivamente, la parte inferiore ha un dispositivo di taglio che può tagliare il mazzo per standardizzarne la lunghezza.

Per la spruzzatura, l’effettore finale è costituito da un ugello di spruzzatura collegato a un manipolatore. In pratica, i produttori vogliono assicurarsi che il liquido chimico sia distribuito uniformemente all’interno del gruppo. Pertanto, il design consente una distribuzione uniforme della sostanza chimica facendo muovere l’ugello a velocità costante mantenendo la distanza dal bersaglio.

Il passo finale nella produzione dell’uva è il processo di insaccamento. L’effettore dell’effetto di insacco è progettato con un alimentatore per sacchetti e due dita meccaniche. Nel processo di insaccamento, l’alimentatore del sacchetto è composto da fenditure che forniscono continuamente sacchetti alle dita in un movimento su e giù. Mentre la borsa viene alimentata alle dita, due molle a balestra che si trovano sull’estremità superiore della borsa tengono la borsa aperta. Le borse sono prodotte per contenere le uve a grappolo. Una volta completato il processo di insacco, le dita si aprono e rilasciano la busta. Questo chiude le molle a balestra, che sigilla il sacco e ne impedisce l’apertura.

morsetto
La pinza è un dispositivo di presa che viene utilizzato per la raccolta del raccolto desiderato. Il design del morsetto si basa sulla semplicità, sul basso costo e sull’efficienza. Pertanto, il design di solito consiste in due dita meccaniche che sono in grado di sincronizzare i movimenti durante l’esecuzione del loro compito. Le caratteristiche tecniche dipendono dall’attività assegnata. Ad esempio, quando la procedura è di tagliare parti di piante per la raccolta, il dispositivo di presa è dotato di una lama da taglio.

Braccio manipolatore
Il braccio del manipolatore è un dispositivo meccanico che consente alla pinza e all’effettore di navigare nel proprio ambiente. È costituito da barre parallele con quattro barre che mantengono la posizione e l’altezza dell’impugnatura. Il manipolatore può anche utilizzare uno, due o tre attuatori pneumatici. I pneumatici degli attuatori sono motori che producono un movimento lineare o rotante che trasforma l’aria compressa in energia. L’attuatore pneumatico è il più efficiente per i robot agricoli grazie al suo elevato rapporto potenza-peso. Per il braccio del manipolatore, la progettazione più efficiente in termini di costi è la configurazione a singolo attuatore, sebbene questa opzione sia la meno flessibile.

gripper
La pinza è un dispositivo di presa che viene utilizzato per la raccolta del raccolto desiderato. Il design della pinza si basa sulla semplicità, sul basso costo e sull’efficacia. Pertanto, il design di solito consiste in due dita meccaniche che sono in grado di muoversi in sincronia quando svolgono il loro compito. Specifiche del design dipendono dal compito che viene eseguito. Ad esempio, in una procedura che richiedeva di tagliare le piante per la raccolta, la pinza era dotata di una lama affilata.

Manipolatore
Il manipolatore consente alla pinza e all’effettore finale di navigare nel loro ambiente. Il manipolatore è costituito da collegamenti paralleli a quattro barre che mantengono la posizione e l’altezza della pinza. Il manipolatore può anche utilizzare uno, due o tre attuatori pneumatici. Gli attuatori pneumatici sono motori che producono movimento lineare e rotatorio convertendo l’aria compressa in energia. L’attuatore pneumatico è l’attuatore più efficace per i robot agricoli grazie al suo elevato rapporto peso-potenza. Il design più economico per il manipolatore è la configurazione a singolo attuatore, tuttavia questa è l’opzione meno flessibile.

Sviluppo
Il primo sviluppo della robotica in agricoltura può essere datato già negli anni ’20, con la ricerca di incorporare la guida automatica dei veicoli nell’agricoltura che inizia a prendere forma. Questa ricerca ha portato ai progressi tra gli anni ’50 e ’60 dei veicoli agricoli autonomi. Il concetto non era perfetto tuttavia, con i veicoli che ancora necessitano di un sistema di cavi per guidare il loro percorso. I robot in agricoltura hanno continuato a svilupparsi mentre le tecnologie in altri settori hanno iniziato a svilupparsi. Fu solo negli anni ’80, in seguito allo sviluppo del computer, che la guida alla visione artificiale divenne possibile.

Altri sviluppi nel corso degli anni includevano la raccolta di arance usando un robot sia in Francia che negli Stati Uniti.

Mentre i robot sono stati incorporati per decenni in ambienti industriali al chiuso, i robot all’aperto per l’uso dell’agricoltura sono considerati più complessi e difficili da sviluppare. Ciò è dovuto alle preoccupazioni per la sicurezza, ma anche alla complessità della raccolta delle colture soggette a diversi fattori ambientali e all’imprevedibilità.

Domanda nel mercato
Vi sono preoccupazioni sulla quantità di lavoro di cui il settore agricolo ha bisogno. Con l’invecchiamento della popolazione, il Giappone non è in grado di soddisfare le richieste del mercato del lavoro agricolo. Allo stesso modo, gli Stati Uniti attualmente dipendono da un gran numero di lavoratori immigrati, ma tra la diminuzione dei lavoratori agricoli stagionali e gli aumentati sforzi per fermare l’immigrazione da parte del governo, anch’essi non sono in grado di soddisfare la domanda. Le imprese sono spesso costrette a lasciar marcire i raccolti a causa dell’incapacità di raccoglierli tutti entro la fine della stagione. Inoltre, ci sono preoccupazioni per la crescente popolazione che dovrà essere nutrita nei prossimi anni. Per questo motivo, vi è un grande desiderio di migliorare i macchinari agricoli per renderlo più efficiente in termini di costi e praticabile per l’uso continuo.

Applicazioni e tendenze attuali
Gran parte della ricerca attuale continua a lavorare su veicoli agricoli autonomi. Questa ricerca si basa sui progressi fatti nei sistemi di assistenza alla guida e nelle auto a guida autonoma.

Mentre i robot sono già stati incorporati in molte aree del lavoro agricolo, sono ancora in gran parte mancanti nel raccolto di varie colture. Questo ha iniziato a cambiare quando le aziende iniziano a sviluppare robot che completano attività più specifiche nella farm. La principale preoccupazione per i robot che raccolgono le colture proviene dalla raccolta di colture dolci come le fragole che possono essere facilmente danneggiate o perse del tutto. Nonostante queste preoccupazioni, sono stati fatti progressi in questo settore. Secondo Gary Wishnatzki, il co-fondatore di Harvest Croo Robotics, uno dei raccoglitori di fragole attualmente in fase di test in Florida può “scegliere un campo di 25 acri in soli tre giorni e sostituire un equipaggio di circa 30 lavoratori agricoli”. Progressi analoghi sono stati compiuti nella raccolta di mele, uva e altre colture.

Un altro obiettivo fissato dalle aziende agricole riguarda la raccolta di dati. Vi sono crescenti preoccupazioni per la crescente popolazione e la diminuzione della manodopera disponibile per nutrirli. La raccolta dei dati viene sviluppata come un modo per aumentare la produttività nelle aziende agricole. AgriData sta attualmente sviluppando nuove tecnologie per fare proprio questo e aiutare gli agricoltori a determinare meglio il momento migliore per raccogliere le loro colture scansionando alberi da frutto.

applicazioni
I robot hanno molti campi di applicazione in agricoltura. Alcuni esempi e prototipi di robot includono Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation, Orange Harvester, lattuce bot e weeder. Un caso di uso su larga scala di robot in agricoltura è il robot del latte. È diffuso tra i caseifici britannici a causa della sua efficienza e del suo mancato adeguamento. Secondo David Gardner (amministratore delegato della Royal Agricultural Society of England), un robot può completare un compito complicato se è ripetitivo e il robot può sedersi in un unico posto. Inoltre, i robot che lavorano su compiti ripetitivi (ad esempio la mungitura) adempiono il loro ruolo a uno standard coerente e particolare.

Un caso di utilizzo su larga scala di robot agricoli è quello dei robot di mungitura. Questi sono molto comuni nelle aziende casearie del Regno Unito per la loro efficacia e l’assenza di requisiti di viaggio. Secondo David Gardner (Managing Director della Royal Agricultural Society of England), un robot può svolgere un compito complicato se è ripetitivo e il robot può rimanere immobile. Inoltre, i robot che lavorano su compiti ripetitivi (come la mungitura) adempiono al loro ruolo con grande regolarità e adattamento specifico del compito.

Un’altra area di applicazione è l’orticoltura. Un’applicazione orticola è la RV 100, sviluppata da Harvest Automation Inc. Questo robot è progettato per il trasporto di piante in vaso in serra o in operazioni di giardinaggio all’aperto. Le funzioni dell’RV 100 nella movimentazione e nell’organizzazione delle piante in vaso includono anche capacità di spaziatura, raccolta e consolidamento. I vantaggi dell’utilizzo di RV 100 per questo compito includono l’accuratezza del posizionamento dei vasi, l’autonomia di funzionamento all’esterno e all’interno e la riduzione dei costi di produzione.

Un altro campo di applicazione è l’orticoltura. Un’applicazione orticola è lo sviluppo di RV100 di Harvest Automation Inc. RV 100 è progettato per trasportare piante in vaso in serra o all’aperto. Le funzioni di RV100 nella gestione e nell’organizzazione di piante in vaso includono funzionalità di spaziatura, raccolta e consolidamento. I vantaggi dell’utilizzo di RV100 per questo compito includono elevata precisione di posizionamento, funzione autonoma esterna e interna e costi di produzione ridotti.

Esempi
Vinobot e Vinoculer
AgBot di LSU
Harvest Automation è un’azienda fondata da ex dipendenti di iRobot per sviluppare robot per serre
Robot per la raccolta delle fragole di Robotic Harvesting e Agrobot.
Falciatrice pendolare di nuova generazione Casmobot
Fieldrobot Event è una competizione nella robotica agricola mobile
HortiBot – Un robot infermieristico per piante,
Lattuga Bot – Eliminazione di erbe organiche e diradamento della lattuga
Robot per piantare riso sviluppato dal Centro nazionale di ricerca agricola giapponese
Robot per la spruzzatura autonoma delle infestanti IBEX per terreni estremi, in fase di sviluppo
FarmBot, agricoltura CNC open source
VAE, in fase di sviluppo da parte di una startup argentinean ag-tech, mira a diventare una piattaforma universale per molteplici applicazioni agricole, dalla spruzzatura di precisione alla movimentazione del bestiame.
ACFR RIPPA: per spruzzatura spot
ACFR SwagBot; per il monitoraggio del bestiame
ACFR Digital Farmhand: per irrorazione, diserbo e semina