Robô agrícola - Agricultural robot

Robô Agrícola Autônomo

Um robô agrícola é um robô implantado para fins agrícolas . A principal área de aplicação dos robôs na agricultura hoje está na fase de colheita . As aplicações emergentes de robôs ou drones na agricultura incluem controle de ervas daninhas , semeadura de nuvens , plantio de sementes, colheita, monitoramento ambiental e análise de solo. De acordo com a Pesquisa de Mercado Verificada , o mercado de robôs agrícolas deve atingir US $ 11,58 bilhões até 2025.

Em geral

Robôs colhedores de frutas , tratores / pulverizadores sem motorista e robôs tosquiadores de ovelhas são projetados para substituir o trabalho humano . Na maioria dos casos, muitos fatores devem ser considerados (por exemplo, o tamanho e a cor da fruta a ser colhida) antes do início de uma tarefa. Os robôs podem ser usados ​​para outras tarefas de horticultura , como poda , remoção de ervas daninhas , pulverização e monitoramento. Os robôs também podem ser usados ​​em aplicações pecuárias (robótica), como ordenha automática , lavagem e castração. Robôs como esses trazem muitos benefícios para a indústria agrícola, incluindo maior qualidade de produtos frescos, menores custos de produção e menor necessidade de trabalho manual. Eles também podem ser usados ​​para automatizar tarefas manuais, como pulverização de ervas daninhas ou samambaias, onde o uso de tratores e outros veículos tripulados é muito perigoso para os operadores.

Desenhos

Robô de Trabalho de Campo

O projeto mecânico consiste em um efetor final, manipulador e garra. Vários fatores devem ser considerados no projeto do manipulador , incluindo a tarefa, a eficiência econômica e os movimentos necessários. O efetor final influencia o valor de mercado da fruta e o design da garra é baseado na safra que está sendo colhida.

Efetores finais

Um efetor final em um robô agrícola é o dispositivo encontrado na extremidade do braço robótico , usado para várias operações agrícolas. Vários tipos diferentes de efetores finais foram desenvolvidos. Em uma operação agrícola envolvendo uvas no Japão , os efetores finais são usados ​​para a colheita, desbaste, pulverização e ensacamento. Cada um foi projetado de acordo com a natureza da tarefa e a forma e o tamanho da fruta alvo. Por exemplo, os efetores finais usados ​​para a colheita foram projetados para agarrar, cortar e empurrar os cachos de uvas.

O desbaste da baga é outra operação realizada nas uvas e é utilizada para aumentar o valor de mercado das uvas, aumentar o tamanho das uvas e facilitar o processo de cacho. Para o desbaste da baga, um efetor final consiste em uma parte superior, intermediária e inferior. A parte superior possui duas placas e uma borracha que pode abrir e fechar. Os dois pratos comprimem as uvas para cortar os ramos da ráquis e extrair o cacho de uvas. A parte do meio contém uma placa de agulhas, uma mola de compressão e outra placa com orifícios espalhados por sua superfície. Quando os dois pratos se comprimem, as agulhas fazem furos nas uvas. Em seguida, a parte inferior possui um dispositivo de corte que pode cortar o cacho para padronizar seu comprimento.

Para pulverizar, o efetor final consiste em um bico de pulverização que é acoplado a um manipulador. Na prática, os produtores querem garantir que o líquido químico seja distribuído uniformemente pelo cacho. Assim, o projeto permite uma distribuição uniforme do produto químico, fazendo com que o bico se mova a uma velocidade constante, enquanto mantém distância do alvo.

A etapa final na produção da uva é o processo de ensacamento. O efetor final de ensacamento é projetado com um alimentador de saco e dois dedos mecânicos. No processo de ensacamento, o alimentador de sacos é composto por fendas que fornecem continuamente os sacos aos dedos em um movimento para cima e para baixo. Enquanto o saco está sendo alimentado para os dedos, duas molas de lâmina localizadas na extremidade superior do saco mantêm o saco aberto. Os sacos são produzidos para conter as uvas em cachos. Assim que o processo de ensacamento estiver concluído, os dedos abrem e soltam o saco. Isso fecha as molas de lâmina, que sela a bolsa e impede que ela se abra novamente.

Garra

A garra é um dispositivo de agarrar que é usado para colher a safra desejada. O design da garra é baseado na simplicidade, baixo custo e eficácia. Assim, o design geralmente consiste em dois dedos mecânicos que são capazes de se mover em sincronia ao realizar sua tarefa. As especificações do projeto dependem da tarefa que está sendo executada. Por exemplo, em um procedimento que exigia o corte das plantas para a colheita, a pinça era equipada com uma lâmina afiada.

Manipulador

O manipulador permite que a garra e o efetor final naveguem em seu ambiente. O manipulador consiste em links paralelos de quatro barras que mantêm a posição e a altura da garra. O manipulador também pode utilizar um, dois ou três atuadores pneumáticos . Atuadores pneumáticos são motores que produzem movimento linear e rotativo , convertendo ar comprimido em energia . O atuador pneumático é o atuador mais eficaz para robôs agrícolas devido à sua alta relação peso-potência. O projeto mais econômico para o manipulador é a configuração de um único atuador, embora esta seja a opção menos flexível.

Desenvolvimento

O primeiro desenvolvimento da robótica na agricultura pode ser datado no início da década de 1920, com pesquisas para incorporar a orientação automática de veículos na agricultura começando a tomar forma. Essa pesquisa levou aos avanços entre as décadas de 1950 e 60 dos veículos agrícolas autônomos. O conceito não era perfeito, porém, com os veículos ainda precisando de um sistema de cabos para guiar seu caminho. Os robôs na agricultura continuaram a se desenvolver à medida que as tecnologias em outros setores também começaram a se desenvolver. Foi somente na década de 1980, após o desenvolvimento do computador, que a orientação por visão de máquina se tornou possível.

Outros desenvolvimentos ao longo dos anos incluíram a colheita de laranjas usando um robô na França e nos Estados Unidos.

Embora os robôs tenham sido incorporados em ambientes industriais internos por décadas, os robôs externos para uso na agricultura são considerados mais complexos e difíceis de desenvolver. Isso se deve a preocupações com a segurança, mas também com a complexidade da colheita de safras sujeitas a diferentes fatores ambientais e imprevisibilidade.

Demanda no mercado

Existem preocupações sobre a quantidade de mão-de-obra de que o setor agrícola necessita. Com o envelhecimento da população, o Japão não consegue atender às demandas do mercado de trabalho agrícola. Da mesma forma, os Estados Unidos atualmente dependem de um grande número de trabalhadores imigrantes, mas entre a redução de trabalhadores agrícolas sazonais e o aumento dos esforços do governo para impedir a imigração, eles também são incapazes de atender à demanda. Muitas vezes, as empresas são forçadas a deixar as safras apodrecerem devido à incapacidade de colhê-las todas no final da safra. Além disso, há preocupações com o crescimento da população que precisará ser alimentada nos próximos anos. Por causa disso, há um grande desejo de melhorar o maquinário agrícola para torná-lo mais econômico e viável para uso contínuo.

Aplicações e tendências atuais

Grande parte da pesquisa atual continua a trabalhar em direção a veículos agrícolas autônomos. Esta pesquisa é baseada nos avanços feitos em sistemas de auxílio ao motorista e carros autônomos .

Embora os robôs já tenham sido incorporados em muitas áreas de trabalho em fazendas agrícolas, eles ainda estão em grande parte ausentes na colheita de várias safras. Isso começou a mudar à medida que as empresas começaram a desenvolver robôs que realizam tarefas mais específicas na fazenda. A maior preocupação com os robôs que fazem a colheita vem da colheita de grãos macios, como morangos, que podem ser facilmente danificados ou perdidos por completo. Apesar dessas preocupações, avanços nesta área estão sendo feitos. De acordo com Gary Wishnatzki, o co-fundador da Harvest Croo Robotics, um de seus colhedores de morango atualmente sendo testado na Flórida pode "escolher um campo de 25 acres em apenas três dias e substituir uma equipe de cerca de 30 trabalhadores agrícolas". Progresso semelhante está sendo feito na colheita de maçãs, uvas e outras safras. No caso dos robôs de colheita de maçã, os desenvolvimentos atuais têm sido muito lentos para serem comercialmente viáveis. Os robôs modernos são capazes de colher maçãs a uma taxa de uma a cada cinco a dez segundos, enquanto a média humana colhe a uma taxa de uma por segundo.

Outra meta que está sendo definida pelas empresas agrícolas envolve a coleta de dados. Há preocupações crescentes com o crescimento da população e a diminuição da mão de obra disponível para alimentá-los. A coleta de dados está sendo desenvolvida como forma de aumentar a produtividade nas fazendas. A AgriData está atualmente desenvolvendo uma nova tecnologia para fazer exatamente isso e ajudar os agricultores a determinar melhor a melhor época para colher suas safras por meio do escaneamento das árvores frutíferas.

Formulários

Os robôs têm muitos campos de aplicação na agricultura. Alguns exemplos e protótipos de robôs incluem Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation , Orange Harvester, alface bot e weeder. Um caso de uso em larga escala de robôs na agricultura é o leiteiro. É comum entre as fazendas leiteiras britânicas por causa de sua eficiência e da não necessidade de movimentação. De acordo com David Gardner (executivo-chefe da Royal Agricultural Society of England), um robô pode completar uma tarefa complicada se for repetitiva e o robô puder sentar em um único lugar. Além disso, os robôs que trabalham em tarefas repetitivas (por exemplo, ordenha) cumprem seu papel de acordo com um padrão consistente e específico.

Outro campo de aplicação é a horticultura . Uma aplicação de horticultura é o desenvolvimento do RV100 pela Harvest Automation Inc. O RV 100 é projetado para transportar plantas em vasos em uma estufa ou ao ar livre. As funções do RV100 no manuseio e organização de plantas em vasos incluem recursos de espaçamento, coleta e consolidação. Os benefícios de usar o RV100 para essa tarefa incluem alta precisão de posicionamento, função autônoma em ambientes externos e internos e custos de produção reduzidos .

Exemplos

  • Thorvald - um robô agrícola autônomo modular multiuso desenvolvido pela Saga Robotics.
  • Vinobot e Vinoculer
  • AgBot da LSU
  • Harvest Automation é uma empresa fundada por ex- funcionários da iRobot para desenvolver robôs para estufas
  • O Root AI criou um robô coletor de tomate para uso em estufas
  • Robô de colheita de morango da Robotic Harvesting e Agrobot
  • A Small Robot Company desenvolveu uma gama de pequenos robôs agrícolas, cada um focado em uma tarefa específica (capinar, pulverizar, fazer furos, ...) e controlado por um sistema de IA
  • Acordo de cultura
  • ecoRobotix fez um robô de remoção de ervas daninhas e pulverização movido a energia solar
  • A Blue River Technology desenvolveu um implemento agrícola para um trator que pulveriza apenas plantas que requerem pulverização, reduzindo o uso de herbicida em 90%
  • Cortador de declive de última geração Casmobot
  • O evento Fieldrobot é uma competição de robótica agrícola móvel
  • HortiBot - um robô nutridor de plantas,
  • Alface Bot - Eliminação Orgânica de Ervas Daninhas e Desbaste da Alface
  • Robô de plantação de arroz desenvolvido pelo Centro Nacional de Pesquisa Agrícola do Japão
  • ROS Agriculture - Software de código aberto para robôs agrícolas usando o sistema operacional Robot
  • O robô autônomo de pulverização de ervas daninhas IBEX para terrenos extremos, em desenvolvimento
  • FarmBot , agricultura CNC de código aberto
  • VAE, em desenvolvimento por uma startup ag-tech argentina, tem como objetivo se tornar uma plataforma universal para múltiplas aplicações agrícolas, da pulverização de precisão ao manejo de gado.
  • ACFR RIPPA: para pulverização localizada
  • ACFR SwagBot; para monitoramento de gado
  • ACFR Digital Farmhand: para pulverização, capina e semeadura

Veja também

Referências

links externos

Mídia relacionada a robôs agrícolas no Wikimedia Commons