Progettazione, sviluppo e applicazione di una trapiantatrice robotizzata compatta con meccanismo di raccolta automatica delle piantine per alveolo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1883 (2023) Citare questo articolo

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L’automazione delle operazioni agricole, come il trapianto delle piantine, è necessaria per garantire un funzionamento efficiente e tempestivo. La robotica è l’area su cui occorre concentrarsi per il futuro delle trapiantatrici automatiche per piantine. Questo articolo presenta la progettazione, lo sviluppo e il funzionamento della trapiantatrice robotizzata (RT) per piantine in alveolo. La RT sviluppata è composta da tre sistemi: (1) avvio del robot; (2) meccanismo di raccolta delle piantine (SPM); e (3) sistema di movimento del veicolo (VMS). L'SPM è costituito da un telaio principale, un manipolatore, un effettore finale e un'unità di controllo. Il VMS, invece, è dotato di sensore fotoelettrico, controller del robot e motore CC. I motori passo-passo erano montati sul telaio principale per il movimento in direzione XY. Il manipolatore si trovava sulla traversa che veniva utilizzata per spostare l'effettore finale sull'asse Z. Il meccanismo di prelievo è costituito da un effettore finale con pinza a ganascia controllata da un servomotore. L'unità di controllo è costituita dal microchip 16F877 e il sistema è controllato con la programmazione del computer. La pinza si sposta su ciascuna piantina nel pro-vassoio, afferra e raccoglie la piantina, si sposta al punto di consegna e quindi rilascia la piantina. Il manipolatore è stato testato e analizzato per il prelievo e il rilascio di 96 piantine con base di terreno da pro-vassoio. Il risultato sperimentale iniziale ha mostrato che il tasso di successo della piantina, il tasso di perdita e il trapianto di successo della piantina di peperoncino di 30 giorni erano rispettivamente del 95,1%, 7,6% e 90,3%. La tecnologia robotica sembra essere costosa, ma lo scopo risiede nella non disponibilità o nel costo elevato del lavoro manuale e nel garantire la tempestività delle operazioni sul campo ripetitive.

L'applicazione della robotica e dell'intelligenza artificiale (AI) in agricoltura sta aumentando rapidamente con l'uso di dispositivi hi-tech quali sensori, attuatori, controller, ecc. Per raggiungere l'obiettivo desiderato, ovvero il trapianto di piantine utilizzando la robotica, è necessario integrare un sistema esperto con la tecnologia in grado di migliorare l’efficienza nell’utilizzo degli input eseguendo l’attività con precisione e accuratezza. La funzione principale della robotica è quella di indirizzare le applicazioni specifiche del sito di input (semi, fertilizzanti, pesticidi, erbicidi, acqua, ecc.) come e quando necessario, nel posto giusto, al momento giusto e nella giusta quantità.

L'intelligenza artificiale utilizza tecniche, vale a dire. riconoscimento vocale, percezione visiva, processo decisionale e traduzioni linguistiche che possono essere abilitate tramite sistemi informatici per eseguire operazioni sul campo che richiedono l'intelligenza umana1. La robotica e l’intelligenza artificiale sono considerate aspetti importanti nell’automazione delle attività agricole. Il lavoro principale è stato svolto su varie operazioni agricole, vale a dire. navigazione e rilevamento oggetti in tempo reale2,3,4; monitoraggio delle colture in campo mediante UAV5,6; pianificazione dell'irrigazione tramite applicazioni mobili o basate sul web da remoto7; rilevamento delle malattie fogliari nelle colture e delle erbe infestanti utilizzando un algoritmo basato sulla visione8,10,11; gestione del bestiame in tempo reale12,13,14,15; sistema intelligente basato su computer16,17,18,19,20,21,22. Alcune applicazioni dell’intelligenza artificiale e della robotica sono state segnalate anche nel trapianto di piantine utilizzando sistemi basati sulla visione o su sensori. Per le attività agricole sono stati segnalati pinze robotiche, metodi di presa e metodi basati su sensori e le loro applicazioni23. Il sistema integrato è stato sviluppato per automatizzare il trapianto di piantine di ortaggi nelle trapiantatrici per piantine24,25. L'uso aumentato dell'elettronica e delle applicazioni informatiche ha reso possibile il funzionamento del sistema robotico per varie operazioni sul campo, vale a dire. trapianto, raccolta e intercoltura, ecc. per le colture agricole e orticole26.

Le trapiantatrici disponibili si dividono in trapiantatrici di ortaggi semiautomatiche (SVT) e trapiantatrici di ortaggi automatiche (AVT)27. Guardando le carenze degli SVT, vale a dire. che richiede manodopera, minore efficienza, minore precisione, ecc., l'attenzione è stata spostata verso la crescita degli AVT28. Questi AVT utilizzano un sistema elettromeccanico per ottenere la funzione desiderata. Alcuni sistemi automatici utilizzavano anche una tecnologia di fascia alta, vale a dire. sensori, sistemi basati sulla visione, ecc., contribuendo all’ascesa della robotica nelle operazioni di trapianto. Il trapianto di piantine con mezzi automatici utilizzando robot è molto utile quando sono coinvolte azioni ripetitive, come nel caso del trapianto di piantine. Queste tecnologie sembrano inizialmente costose, ma saranno compensate quando si dovrà coprire una vasta area in breve tempo con elevata precisione e con l'impiego di manodopera umana24,27. La funzione base del robot dotato di meccanismo automatico è quella di identificare la piantina sana, prelevarla dal vassoio pro, spostarla nella posizione desiderata e quindi rilasciarla nel punto di consegna.