Robot en la agricultura jimy

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Robot en la agricultura jimy

  1. 1. Los Robots en el Sector Agrícola J. A. García V, L. A. Vásquez A. Universidad Politécnica de Madrid, Departamento de Automática, Ingenieria Electrónica e Informática Industrial1. Resumen—El uso de robots fuera de las aplicaciones  Sistemas logísticosindustriales desde hace varios años ha comenzando a mostrar  Medicinaun gran avance en el aporte de soluciones para muchas  Defensa, rescate y seguridadnecesidades que el hombre tiene y que van creciendo día tras  Submarinosdía en busca de una mejor forma de vida, mejorando el  Plataformas móviles de uso generaldesarrollo de la sociedad en todos los campos en que exista la  Robots de laboratorioposibilidad de robotización. Y de esa necesidad nace una nueva  Relaciones públicasera para el sector agrícola, la era de los robots agricultores, oporque no decirlo, la era de los androides granjeros. Suena unpoco fuerte el hablar de androides, pero con ello desde nuestro Este artículo presenta un estudio de las aplicaciones actualespunto de vista queremos destacar que los robots no son un de los Robóts en el Sector Agrícola. En el capítulo 1, se haráreemplazo de los humanos, sino herramientas, máquinas y una pequeña introducción en aspectos importantes de lasistemas que nos pueden servir para mejorar en muchos agricultura. En el segundo capítulo se justifica el porqué elaspectos de nuestra vida. Hace décadas parecía un sueño, pero interés de muchos investigadores y empresas de lahoy es posible que un robot pueda realizar tareas propias del importancia del uso de los robos en el sector agrícola. En elhombre. Su empleo en el caso de la agricultura, específicamente capítulo 3, se clasifican y se describen las tareas básicas queen los invernaderos, abre amplias posibilidades productivas, podrían ser robotizadas en las cuatro principales fases delsobre todo en países donde la escasez de mano de obra es unproblema. Así podemos observar robots que cosechan, cortan o ciclo agrícola: preparación de cultivos, siembra, producciónaplican riegos con una precisión que, incluso, supera la mano y recolección. En el capítulo 4 se realiza un análisis de losdel hombre. futuros desarrollos e investigaciones de la robótica en la agricultura, y finalmente se describen algunas conclusiones que se obtuvieron con el desarrollo de esta investigación. I. INTRODUCCIÓN II. EL SECTOR AGRÍCOLAL A aplicación de la robótica en ámbitos diferentes del industrial se remonta a 20 años atrás, el concepto de robóts de servicio no apareció hasta 1989 en el que La agricultura es el arte de cultivar la tierra y comprende todas las actividades humanas de acondicionamiento delJoseph Engelberger publicó el libro “Robotics in Service”. medio ambiente natural y del suelo haciéndolo más apto paraUn robot de servicio es un robot que opera de manera semi o el posterior cultivo de cereales, frutas, hortalizas, pasto ytotalmente autónoma para realizar servicios útiles a los forrajes con fines alimenticios o para producir flores, plantashumanos y equipos, excluidas las operaciones de ornamentales, madera, fertilizantes, productos químicos,manufactura (según la Federación Internacional de Robótica, productos biofarmacéuticos, entre otros. Todas lasel IFR). Las aplicaciones de los robots de servicio se podrían actividades económicas que abarca el sector agrícola seclasificar en [1]: fundamentan en la explotación del suelo o de los recursos asociados a este en forma natural o por la acción del hombre.  Robots de exteriores La actividad agrícola actual se ha potenciado gracias a la  Limpieza profesional aparición de la tecnología del tractor, ya que con su uso las  Sistemas de inspección actividades de siembra, cosecha y trillado se pueden hacer  Construcción y demolición más rápido y con menos personal pero el costo de esta productividad es un gran consumo energético, combustibles de origen petrolero. A través de la manipulación genética, La química agrícola, la aplicación de fertilizantes, insecticidas y 1 Este artículo ha sido desarrollado como parte de la asignatura Robots fungicidas, la reparación de suelos, el análisis de productosde Servicio, dirigida por el Dr. Antonio Barrientos, del Máster en agrícolas y la mejora en el control de las semillas se haAutomática y Robótica de la Universidad Politécnica de Madrid. J. A. García V., Ingeniero electrónico, estudiante del Máster en aumentado enormemente las cosechas por unidad deAutomática y Robótica de la Universidad de Politécnica de Madrid, en la superficie. Los tipos de agricultura pueden dividirse segúnEscuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Madrid, ESPAÑA. diversos criterios de clasificación [2]:(móvil: 665-322-704, e-mail: jagv30@hotmail.com) L. A. Vásquez A., Ingeniero eléctrico, estudiante del Máster enAutomática y Robótica de la Universidad de Politécnica de Madrid, en la  Según su dependencia del agua:Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Madrid, ESPAÑA. De secano: es la agricultura producida sin aporte de agua(móvil: 665-322-704, e-mail: jagv30@hotmail.com) por parte del mismo agricultor, nutriéndose el suelo de la lluvia y/o aguas subterráneas.
  2. 2. De regadío: se produce con el aporte de agua por parte del Permitir la sustitución de operarios en tareas peligrosas agricultor, mediante el suministro que se capta de cauces para la salud, como la pulverización de productos superficiales naturales o artificiales, o mediante la fitosanitarios. extracción de aguas subterráneas de los pozos. Abordar la realización de tareas repetitivas y tediosas, como la recolección de frutos. Según la magnitud de la producción y su relación con el Realizar tareas en horas nocturnas, lo cual permite el mercado: ahorro de tiempo, por ejemplo, en la recolección. Agricultura de subsistencia: Consiste en la producción Mejorar la precisión en algunas de las tareas agrícolas, de la cantidad mínima de comida necesaria para cubrir las como las relacionadas con la biotecnología, y en concreto la necesidades del agricultor y su familia, sin apenas multiplicación de plantas a partir de tejido vegetal. excedentes que comercializar. El nivel técnico es Optimizar la eficiencia y calidad de algunas de las tareas primitivo. como la uniformidad en la realización de huecos para el Agricultura industrial: Se producen grandes cantidades, trasplante. utilizando costosos medios de producción, para obtener Lograr la disminución de riesgos ambientales como la excedentes y comercializarlos. Típica de países reducción de la cantidad de producto fitosanitario que se industrializados, de los países en vías de desarrollo y del emite al aire. sector internacionalizado de los países más pobres. El Reducir costes, ya que se disminuye la cantidad de nivel técnico es de orden tecnológico. También puede combustible y de productos utilizados en algunas tareas. definirse como Agricultura de mercado. Elevar la calidad de los productos como por ejemplo, la utilización de menos pesticidas. Según se pretenda obtener el máximo rendimiento o la mínima utilización de otros medios de producción, lo que A continuación, se enumeran las tareas básicas que se determinará una mayor o menor huella ecológica: realizan en este sector agrupadas en las cuatro principales Agricultura intensiva: busca una producción grande en fases del ciclo agrícola (preparación de cultivos/suelos, poco espacio. Conlleva un mayor desgaste del sitio. siembra, producción y recolección), indicando las ventajas Propia de los países industrializados. particulares de la robotización en cada una de ellas, cuáles se Agricultura extensiva: depende de una mayor encuentran robotizadas y las que son potencialmente superficie, es decir, provoca menor presión sobre el lugar robotizables. Adicionalmente se considera una reciente y sus relaciones ecológicas, aunque sus beneficios actividad: la manipulación de plantas macetas, por su comerciales suelen ser menores. potencial robotización. Según el método y objetivos: Hay que indicar los procesos de pos recolección, aun Agricultura tradicional: utiliza los sistemas típicos de siendo una de las principales fases del ciclo agrícola, no se un lugar, que han configurado la cultura del mismo, en ha incluido, ya que se ha considerado, al igual que todo el periodos más o menos prolongados. sector de la industria auxiliar de la agricultura, como Agricultura industrial: basada sobre todo en sistemas industria agroalimentaria, existiendo en la actualidad intensivos, está enfocada a producir grandes cantidades de soluciones robotizadas comerciales. alimentos en menos tiempo y espacio -pero con mayor desgaste ecológico-, dirigida a mover grandes beneficios IV. APLICACIONES comerciales. Agricultura ecológica, biológica u orgánica (son A. Preparación del Cultivo sinónimos): crean diversos sistemas de producción que La preparación de cultivo agrupa los procesos de: respeten las características ecológicas de los lugares y eliminación de cultivo anterior, labranza, nivelado, geobiológicas de los suelos, procurando respetar las desinfección y pre-abonado del suelo, y realización de estaciones y las distribuciones naturales de las especies huecos para trasplante. Existe en la actualidad maquinaria vegetales. Fomentando la fertilidad del suelo. robotizada para el caso de los cultivos extensivos desarrollada por las grandes empresas de tractores. III. ROBOTIZACIÓN DE LA AGRICULTURA Básicamente, se trata de agrícolas con capacidad de Actualmente, el sector agroalimentario es objeto de teleoperación y en algunos escasos sistemas con posibilidadespecial atención en cuanto a la incorporación de tecnologías de conducción automática.avanzadas, dadas las exigencias cada vez mayores de Por su parte, en cultivos intensivos la preparación delproducción, diversidad y calidad de los productos, así como cultivo se realiza de forma manual o con maquinaria muyde la presentación de los mismos. Todo ello con el problema rudimentaria por los problemas de espació en invernaderos ycreciente de la falta de mano de obra. Cabe por ello hacer un viveros, no existiendo ningún desarrollo robotizado alanálisis del estado actual, ventajas y posibilidades de respecto. Cabría aquí considerar el desarrollo de robotsrobotización de las tareas agrícolas [3]. Los objetivos que se móviles polivalentes capaces de desplazarse en el interior deplantean son: invernaderos a los que se puedan acoplar los aperos y accesorios diseñados para este tipo de cultivo [3].
  3. 3. A continuación se describen algunos de las aplicaciones 2) Robocrop: Es un tractor robotizado con visión porque se han desarrollado y se están desarrollando, tanto como computador basado en sistema de orientación para de controlproyectos de investigación y productos comercializados en de químicos en malezas, desarrollado por la empresa Tilletttodo el mundo: and Hague Technology Ltd., de UK [4]. Este robot usa 1) Tractor robotizado detección de plantas y malas navegación por guiado a través de las líneas de cultivo y alhierbas y para la selección de productos químicos: La detectar una mala hierba por medio de visión artificial esterobótica está resultando ser una muy buena solución para la la elimina a través de un corte realizado en forma mecánica.producción de cultivos orgánicos y medioambientales. Este es robot se comercializa como Robocrop, ver Fig. 3.Ejemplo de ello la limpieza de terrenos en los cultivos, enespecial de las malas hierbas ó de la optimizando del uso depesticidas en problemas de polución y contaminación delsuelo que esta produce. Tillett and Hague Technology Ltd.,de UK [4], es una empresa de desarrollo e investigación detecnología de automatización para el sector agrícola y otrossectores relacionados, la cual desarrolló un sistema parareducir el uso de productos agroquímicos por medio de laaplicación selectiva de los productos químicos a través untractor robotizado que navega por un mapa que representa elcultivo del campo, ver Fig. 1. Esto se utiliza para decidircómo aplicar selectivamente el producto por zonastípicamente de 5x5 metros de resolución con un tractorrobotizado equipado con GPS. Este sistema en tiempo realcalcula y detecta objetivos diferenciándolos por medio deuna cámara de visión, ya sean cultivos o malas hierbas, verFig. 2. Esto permite una resolución mucho más fina, ya que Fig. 3. Robocrop, tractor robotizado de la empresa Tillett and Haguerealiza un reconocimiento de las plantas individuales. Se Technology Ltd., para eliminar la maleza de forma mecánica sin dañar el cultivo útil.requiere poco conocimiento previo del campo, salvo unaestimación del mapa de la plantación. Este robot tractor 3) Control mecánico de malezas guiado por visión: Esteaplica selectivamente los productos químicos a un cultivo proyecto fue desarrollado por la Universidad de Halmstadende coliflor. y la empresa Danisco Sugar AB de Suecia, entre 1997 a 2000 [5]. Esta empresa que produce azúcar de la remolacha, reconoce la importancia de la consideración del medio su objetivo para este proyecto fue la reducción del uso de productos químicos para el control de la maleza de 3,5 a 2 kg por hectárea en el año 2000. El proyecto se divide en dos partes: Parte I: Control de maleza entre las filas del cultivo. El objetivo de la parte I del proyecto es desarrollar un cultivador guiado por visión, capaz de llevar a cabo el control mecánico de las malas hierbas entre las filas de las plantas de remolacha azucareras. El objetivo es reducir la banda izquierda sin tratamiento químico para la fumigaciónFig. 1. Tractor robotizado aplicado en la selección de los productos de 16-24cm, que es lo que se logra hoy en día en losquímicos para un cultivo de coliflor, de la empresa Tillett and Hague sistemas de control mecánico, a 5-12cm. Para ser rentable laTechnology Ltd. velocidad debe ser aproximadamente la misma que con los sistemas actuales, es decir, 8Km/h. Parte II: Control de malezas dentro de las filas del cultivo. El objetivo de la parte II del proyecto es desarrollar un cultivador guiado por visión, capaz de llevar a cabo el control mecánico de las malas hierbas dentro de la fila de plantas de remolacha azucarera, por lo tanto, eliminar totalmente la necesidad de control químico de malezas, ver Fig. 4.Fig. 2. Sistema de detección del cultivo y de la maleza por medio de unsistema robotizado de visón por ordenador embebido en el tractor de laempresa Tillett and Hague Technology Ltd., en un cultivo de coliflor.
  4. 4. Fig. 4. Esquema del diseño, para el control mecánico de maleza guiado porvisión. Discriminación entre cultivos y malas hierbas. Fig. 6. Esquema del Robot autónomo para la eliminación de maleza en 4) Robot autónomo para la eliminación de malezas en el cultivos de árboles de navidad.cultivo de árboles de navidad: En Dinamarca se estima unaproducción de árboles de Navidad sobre 31.000 hectáreas y 5) Control voluntario de patatas en una serie de cultivosgenera un volumen de negocios anuales de 500-600 millón de hortalizas: Este proyecto es desarrollado por la empresade dólares [6]. Para obtener un buen crecimiento y calidad Tillett and Hague Technology Ltd., de UK, en un programaen los árboles el control de malezas es fundamental. En para el enlace de la Horticultura dirigido a la seguridad delmuchos casos esto se realiza mediante la aplicación de uso de pesticidas por el Horticultural Development Councilproductos químicos, sin importar el problema ambiental que y el British Potato Council con la participación de otrasconlleva. Por eso, la Universidad de Agricultura y empresas del sector industrial. En 2006 la empresaVeterinaria Royal y el Instituto Forestal y de Paisaje Danés desarrolló un sistema robótico basado en visión pordesarrolló un robot autónomo capaz de realizar este trabajo computador, para la detección de malezas, especificando lade forma mecánica y sin contaminar los suelos. aplicación de cantidades mínimas de herbicidas (como La estrategia de control es que el robot conoce la posición glifosato) para el control voluntario de las patatas en unaexacta de cada árbol y toma mediciones con respecto a este. amplia gama de cultivos de hortalizas, especialmente deSe calcula un plan de navegación para que el robot siga la cebollas y zanahorias, ver Fig. 7.ruta, mientras toma medición de la distancia entre elcortador y el árbol. Al pasar cerca de un árbol el cortador seretrae y cuando no este se extiendo para poder tener mayoralcance, ver Fig. 5. Esta acción permite sólo los cortes de las malas hierbasque están en competencia con los árboles (cercanías de este)y permite el crecimiento a las plantas que no compiten conestos para mejorar la diversidad biológica en el campo yayudar a reducir la erosión, ver Fig. 6. Fig. 7. Análisis del cultivo gracias la implementación de visión por ordenador para el control voluntario de patatas en un cultivo de vegetales. 6) Control integrado mecánico para la eliminación de maleza y la producción orgánica del repollo: El crecimiento de las malas hierbas dentro de las filas de cultivos de repollo es el principal problema para la producción orgánica de estos, debido a su alto coste y a la imposibilidad de utilizar herbicidas. En este proyecto se desarrolló un robot con un sistema de visión por computador, el cual procesa la información que va captando ubicando las plantas mientras los cortadores se van moviendo, ver Fig. 8. En las pruebas realizadas se han obtenido resultados sorprendentes como la eliminación de más del 80% de maleza en el cultivo, posibilitando la producción orgánica. Este proyecto es desarrollado por la empresa Tillett and Hague Technology Ltd. [7], de UK.Fig. 5. Robot prototipo para el desmalezamiento en plantaciones de árbolesde navidad.
  5. 5.  Ahorro de un 40 a 50% en mano de obra, con amortización en 2,4 años.  Costo $ 125/acre (17,3 céntimos de vid), en comparación con mano de obra en $ 257/acre (35,3 céntimos de vid). La clave de la robótica aplicada a estos viñedos es el uso en el robot de cámaras estereoscópicas de exploración que realiza 15 fotogramas por segundo. El análisis de toda la vidFig. 8. Secuencia de las imágenes del control mecánico para la eliminación y del trabajo a realizar se procesa antes de que las tijeras delde maleza en funcionamiento experimental, sobre el suelo en un cultivo robot comiencen a podar la vid.artificial para demostrar el principio de funcionamiento producción A bordo del robot, un equipo procesa y utiliza laorgánica. superposición de múltiples fotos para crear un modelo 3D de la vid y, a continuación, se aplican "normas de poda", que 7) Robot Inteligente para la reducción de cultivos de fueron programadas en el software guiados por un experto.verduras utilizando visión artificial: Debido a la variabilidad Estas normas son procesadas, para luego indicarle a losdel campo en el proceso de perforación y germinación de brazos robóticos hidráulicos con tijeras la forma en quesemillas, algunos cultivos se siembran en una mayor deben podar, y donde hacer los cortes, ver Fig. 10.densidad que la requerida (por lo general, x3), para luegouna vez germinada las semillas se produce a realizar un cortemecánico para dejar el cultivo en la forma requerida. Elproceso de reducción tiene como objetivo que las plantassalgan más saludables, ver Fig. 9. La innovación de Roboten la reducción del cultivo se encuentra principalmente en ladetección de las plantas más pequeñas del semillero y elespacio con otras más cercanas. Además, se desarrollaronalgoritmos para decidir cuales plantas automáticamenteeliminar y cuales conservar. Este proyecto es desarrolladopor la empresa Tillett and Hague Technology Ltd. [7], deUK. Fig. 10. Brazos robóticos del Robot podador en viñeros. Cabe resaltar que esta tecnología puede ser adaptada a otras prácticas, como, deshoje, poda y corte en otros árboles frutales. La cámara y el ordenador a bordo del robot podrían utilizarse para la estimación de cosechas, para la recogida y gestión de para incorporar en los sistemas de cartografía SIG. 9) Vehículos Aéreos No Tripulados (UAV) usado en laFig. 9. Eliminación selectiva de plantas en un cultivo. preparación de cultivos:. La utilización de vehículos aéreos no tripulados para la llamada agricultura de precisión es un 8) Robot para la preparación del cultivo de viñeros: Este campo que cada vez va creciendo con mayor fuerza. Susrobot podador desarrollado por la empresa Vision Robotics principales ventajas son:Corporation (VRC), se especializa en el corte preciso y Tomar imágenes que permite tanto a los productoreslimpio de los viñeros [8]. Sus principales características son: agrícolas como a empresas que los asesoren a tomar decisiones más informadas que pueden repercutir en un Cortes con precisión y calidad. ahorro importante de insumos y por lo tanto de dinero. Las Operación de Día y noche. imágenes se pueden adquirir y ver casi instantáneamente. Opciones para ser remolcado por un tractor, o vehículo Sobrevolar todo un campo y a la vez tomar fotografías de móvil robotizado. los cultivos en el rango de frecuencias infrarrojas y luz Poda de dos cabezas por fila, con una por encima de la visible. Las imágenes se combinan en un gráfico a color que línea de diseño para podar dos filas a la vez. muestra cómo los cultivos están creciendo en todo ámbito e Poda a una velocidad de 8 metros por minuto. identifica las áreas de deterioro. Sobre la base de esa Podar 1 acre en 4.4 horas (dependiendo de la densidad de representación gráfica el análisis de los datos obtenidos por la vid).
  6. 6. los UAV crea una serie de instrucciones para aplicarlas en proporcionar imágenes para la agricultura, la silvicultura yuna variable de interés. entre otras más aplicaciones [8], ver Fig. 13. También pueden ser utilizados para medir los niveles dehumedad en el suelo, la cantidad de vida vegetal, o losproblemas causados por: la sobre fertilización, los animalesde pastoreo o las plagas. En casos de problemas con elcultivo se dispone de un registro permanente de la magnitudde daños en esta.Con el procesamiento de las imágenes del crecimiento decultivos, se hace un uso más eficiente de los fertilizantes, yaque los agricultores pueden cambiar las tasas de crecimientode sus cultivos modificándolo. Además, se obtienen análisisde datos que permiten decidir dónde se precisa o no lafumigación. Fig. 12. Imagen de un UAV de la empresa CropCam. B. Siembra Dentro de esta fase se consideran las etapas de plantación de semillas, producción de esquejes y realización de injertos, multiplicación vegetativa de plantas, fertirrigación de las plántulas, control ambiental de las plántulas y trasplante. En cultivos extensivos existen tractores robotizados y maquinaria agrícola modificada para realizar esta labor. En el caso de los cultivos intensivos, lo más habitual en el proceso de plantación es la siembra en semillero y posterior trasplante. Para realizar este proceso existen máquinas automatizadas que facilitan esta labor [3]. La manipulación de plantas en macetas, se ha consideradoFig. 11. Imagen obtenida por un UAV para la descripción de gestión de parte de fase en este trabajo, siendo una tarea adicionalcultivos, viveros y plantaciones. En donde se lleva un control ymonitorización del estado de los cultivos mediante imágenes multi- propia de los invernaderos de plantas con macetas donde haespectrales. surgido el nuevo concepto de estación central de trabajo. Ésta consiste en un lugar diseñado para que la mano de obra realice las operaciones de cultivo con el máximo rendimiento sin necesidad de desplazarse a la zona de cultivo. Esta tarea es potencialmente robotizable, utilizándose un sistema robotizado de transporte, mediante el cual las plantas son trasladadas a la estación central de trabajo de donde vuelven al invernadero una vez realizada la operación, o bien, se envasan para su venta. 1) Plantadora de arroz automática: Este proyecto es un robot móvil capaz de trasplantar arroz además de fertilizar y aplicar productos químicos con precisión para su adecuado manejo, con esto el robot es capaz de mejorar la calidad yFig. 12. Imagen multi-espectral obtenida por un UAV para la derivación de producción del arroz [11], ver Fig. 13.parámetros biofísicos. La eficiencia del riego se manifiesta en correlaciónpositiva con el índice normalizado de vegetación definidocon imágenes multiespectrales desde UAVs. Lasobservaciones pueden programarse en función de lespolíticas de riego implementadas, ver Fig. 12. En el mercado existes varias empresas que desarrollanUAVs, como por ejemplo: CATUAV es una empresaprivada española dedicada al desarrollo y a la operación deaeronaves no tripuladas (UAV) [7], con aplicaciones en laagricultura, ver Fig. 11 y 12. Otra empresa que ofrece estemismo tipo de aplicaciones es CropCam, de Canadá. Puede Fig. 13. Robot para plantación en arrozales.
  7. 7. 2) Robot trasplantador de hortalizas, Kikump: Muchos integral de vivero. Cermosán tiene sus oficinas centrales yproductos agrícolas primero se siembran en invernaderos talleres ubicados en la localidad valenciana de Guadassuarpara luego ser trasplantados al campo, siendo este el caso de (España). Actualmente, Cermosán posee una de las ofertaslas hortalizas. El Instituto Brian, de Japón, ha desarrollado más completas en la mecanización y robotización de viverosun robot trasplantador, ver Fig. 14. Este brazo manipulador ornamentales, especializada en climas de inviernos suaves.pertenece a la clase de robots manipuladores con aplicación Entre sus productos se encuentran: Enmacetadoras,en la agricultura [12]. Alimentadoras de substratos, Mezcladoras de substratos Máquinas para Big-Bale, Sistemas de robotización, Robots trasplantadores TEA Project, Transporte interno, Cintas transportadoras, Nebulizadores eléctricos, Dosificadores de abonos sólidos, Sembradoras, Llenadoras de macetas, Lavadoras de bandejas, Pinzas portamacetas, Otros complementos. A continuación se presentan algunos de sus productos: Robot de transporte en remolques. El Sistema de Javo de Robot para transporte en remolques, ofrece una gran economía de trabajo en los productores de planta donde el transporte interno con remolques es la solución. El Robot posiciona las plantas y mueve los remolques para su llenado automático y si se requiere, puede ser integrado con un sistema de transporte totalmente automático, ver Fig. 16.Fig. 14. Robot manipulador para el trasplantado de hortalizas. 3) Traje-Robot para ayuda a los agricultores, FarmBot:Científicos de la Universidad de Atricultura y tecnología enTokio, Japón, han inventado un traje-robot diseñado paraayudar a los agricultores en la plantación y el cultivo de latierra [13]. El traje que se observa en la Fig. 15, tiene un peso dealrededor de 25 kilos. Tiene ocho motores y 16 sensores.Según los inventores, “el traje lleva su propio peso y colocauna carga mínima sobre el operador". La compañía que va aproducir estos trajes-robots estima un costo de venta de entre4000 a 8000 euros, y se espera que salga al mercado dentrode tres años. Fig. 16. Robot de transporte en remolques. Robot transplantador XT600J. El Robot transplantador XT600J es una máquina que trabaja capturando las plántulas de sus bandejas alveolares y plantándolas directamente sobre la maquina enmacetadora con gran precisión. Este modelo es capaz de plantar hasta 7 plántulas por maceta, ver Fig 17.Fig. 15. Este traje según el investigador es muy adecuado para losagricultores de mayor edad que necesitan apoyo para los músculos de laspiernas y de sus articulaciones. 4) Sistemas comerciales de trasplante: Existen variasaplicaciones industriales donde se utilizan la automatizacióny robotización para el trasplante y manejo de plantas, unmuy buen ejemplo de ello es la empresa Cermosán, S.L [14]. Fig. 17. Robot transplantador XT600J.Esta es una empresa especializada en la mecanización
  8. 8. Este modelo está diseñado particularmente para trabajosen grandes volúmenes. Es configurable desde 4 pinzas a 12.Y su rendimiento alcanza las 14.000 plantas a la hora con las12 pinzas. Posibilidad al memorizar hasta 99 programa deextracción de planta y 99 en destino de plantación, ver Fig.18. Fig. 19. AURORA, Robot para invernaderos (Universidad de Málaga y Universidad de Sevilla).Fig. 18. Robot transplantador XT600J. 2) Robot Móvil con un sistema de Visión por computador C. Producción y otro de micro-pulverización: Esta aplicación robótica La producción se encuentra integrada por las etapas de pertenece al proyecto AGROBOTIC desarrollado por elfertirrigación del cultivo, pulverización de productos Instituto Danés de Ciencias Agrícolas, la Universidad defitosanitarios, eliminación de malas hierbas, podas de las Aalborg, la Universidad de Agricultura y Veterinaria Royal,plantas, limpieza de cubiertas en invernaderos y sombreado y 4 empresas industriales [16]. Su objetivo en esta aplicaciónde las mismas [3]. es la reducción de la emisión de herbicidas al pulverizar las La fertirrigación y aplicación de productos sanitarios en plantas de un cultivo. Este micro sistema de pulverizacióncultivos intensivos y en árboles está resulta mediante los mejora la precisión, con resoluciones de hasta 5mm. Lasistemas de riego automático. En cultivos extensivos se reducción de los herbicidas (glifosato) es de 540g/ha autilizan robots a modo de dispositivos móviles que se menos de 10g/ha, ver Fig. 20.desplazan a lo largo de barras horizontales por las que seriega el cultivo. Estos sistemas se programan para que semuevan y rieguen toda la superficie cultivada. El proceso deeliminación de malas hierbas en cultivos extensivos, cuentacon tractores robotizados y maquinaria agrícola modificadaque facilita la realización de esta labor. Una de las tareas más tediosas y peligrosas del cultivo eninvernadero es la limpieza de sus cubiertas o la deposiciónde un producto blanqueante para que disminuya latransmisión de radiación solar al interior en épocascalurosas. Esta tarea se realiza actualmente de formamanual, pudiendo ser robotizada de manera similar a comose ha robotizado la limpieza de otras superficies. 1) Robot Móvil para invernaderos, AURORA:desarrollado por el departamento de Ingeniería de Sistemas yAutomática, de la Universidad de Málaga y del Grupo deRobótica Visión y Control, de la Universidad de Sevilla, Fig. 20. Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otroparticularmente para tareas de fumigación, ver Fig. 19. de micro-pulverización.Incorpora una motorización basada en motores de alterna,alimentados por un generador de alterna a 220V con 2.5KW 3) Robot para el cuidado de plantas, Hortibot: Es unde potencia. Su sistema de control está basado en PC robot de cuidado de plantas autónomo coordinado por laindustrial. Su sistema sensorial está basado en sensores de Universidad de Aarhus, Instituto de Ingeniería Agrícola,ultrasonidos de tipo analógico y digital utilizables en control Centro de la Investigación Bygholm [17]. HortiBotreactivo. Incorpora cámara CCD para teleoperación [15]. proporciona precisión desyerbando un huerto, realizando siembra robótica puede reconocer 25 tipos diferentes de malezas que elimina usando sus herramientas láser, por micro rociada y por dispositivos mecánicos, ver Fig. 21.
  9. 9. ser aumentada mediante el empleo de la tele operación y la conducción automática de las cosechadoras comerciales. El uso de la vibración está indicado para frutos y semillas duras como almendras y nueces y para otros productos que deben ser procesados posteriormente. Se emplean para ello brazos mecánicos que se engarzan a los troncos y que son accionados desde vehículos tractores [3]. La recolección por piezas en árboles o en plantas es un tema que está siendo tratado con especial interés en muchos centros de investigación y desarrollo en robótica, existiendo prototipos para cítricos (limones, naranjas y mandarinas), manzanas y racimos de uvas, e incluso para plantas al aireFig. 21. Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otro de libre como sandias, melones o coles. En el caso de cultivosmicro-pulverización. bajo invernadero, también existen algunos desarrollos de 4) Robots pequeños para sembrar, fumigar, recolectar y prototipos para diferentes variedades de tomates, pepinos, oarar la tierra. Ingenieros agrónomos de la Universidad de fresas, así como para la recolección de champiñones. Uno deIllinois (USA) han desarrollado una gama de pequeños los principales problemas a resolver en esta tarea es larobots baratos (de entre 150 y 500 dólares cada uno) localización de los frutos, siendo preciso el uso de sistemasespecialmente concebidos para realizar tareas agrícolas y sensoriales capaces de detectarlos considerando el efecto desustituir a las pesadas y costosas maquinarias que se la superposición de los distintos elementos en una planta oemplean actualmente para sembrar, fumigar, recolectar y árbol.arar la tierra, ver Fig 22. Uno de estos robots parece salido A continuación se muestran algunos de las aplicacionesde la película "la guerra de las galaxias", como el R2D2, que se han desarrollado, tanto como proyectos demientras que otros son como pequeñas hormigas de 30 investigación y productos comercializados:centímetros de largo que tienen la habilidad de funcionarcomo un ecosistema, es decir, se comunican entre sí y, aligual que hacen las abejas, se ayudan mutuamente en caso de 1) Recolector de naranjas y Recolector de manzanas: Lanecesidad. empresa Vision Robotics Corporation (VRC), de San diego (USA), el recolector de naranjas está compuesto por un sistema de visión usado para escanear e identificar naranjas por medio un sistema escáner colocado en varios brazos multi-ejes usando varias cámaras estereoscópicas para crear una imagen virtual 3D de todo el árbol de naranjas [18]. La posición y el tamaño de las naranjas son almacenados y suministrados a ocho grandes brazos que cogen cada naranja de una forma fácil, eficaz y económica (Fig. 23).Fig. 22. Robots pequeños para sembrar, fumigar, recolectar y arar latierra. D. Recolección La recolección puede ser realizada de manera continua,por vibración o por unidades. También se incluyen en estafase la clasificación de los frutos y el envasado en campo. La recolección continua aparece en los cultivos masivos Fig. 23. Robot recolector de naranjas.de cereales, maíz y otros en los que las plantas, secas overdes, son cortadas en su parte inferior mediante El recolector de manzanas tiene también un sistema dedispositivos tipo cuchilla. Si bien existe maquinaría en parte visión usado para escanear e identificar las manzanas dentroautomatizada para estos procesos, puede ser aumentada su de una huerta. Las cámaras son colocadas al final de losautonomía en base al empleo de sensores (altura del corte, booms de escaneo, usando cadenas de cámaraspor ejemplo). Asimismo la robotización de esta tarea puede estereoscópicas para crear una imagen virtual 3D de todo el
  10. 10. árbol manzanas. La posición y el tamaño de las manzanasson almacenados y suministrados a los brazos recolectores.Inmediatamente siguiendo el proceso de escaneo, una seriede brazos largos rectangulares cogen cada manzana (Fig.24). Fig. 26. Sistema recolector de uvas. 4) Robot recolector de fresas: otro proyecto desarrollado por la universidad de Okasuma son dos sistemas robóticos recolectores de fresas [20]. Uno es desarrollado para un sistema de sembrado hidropónico, usando soluciones minerales en vez de la tierra para los cultivos, y el otro para sistemas de cultivo en tierra. Como los sistemas deFig. 24. Robot recolector de manzanas (VRC). crecimiento son diferentes, se crearon dos tipos diferentes de robots. Estos robots tienen componentes similares. El primer 2) Recolector de champiñones: La Universidad de robot esta desarrollado en cooperación con una empresa deWarwick, UK, desarrolló un brazo robót que permite maquinaria agrícola ver Fig. 27.detectar el tamaño adecuado de los champiñones y ademáscuales son más saludables, para poder recolectarlos [19]. Suprincipal desventaja es que es más lento que la recoleccióncon mano de obra, ver Fig. 25. Fig. 27. Robots recolectores de fresas.Fig. 25. Brazo robótico recolector de champiñones. 5) Robot recolector de pepinos: desarrollado por la 3) Recolecotr de uvas: La Universidad de Okasuma de universidad de Okasuma [20]. Este robot es un manipuladorJapón, en su facultad de Agricultura desarrolló un robot de 6 GDL diseñado para trabajar en sistemas demulti-usos para trabajar en un viñero [20]. Este robot tiene entrenamiento con rejillas inclinadas, las cuales fueronun manipulador de coordenadas polares con 5 GDL. La desarrolladas para el sistema de recolección robotizado. Ellongitud del brazo es de 1.6m y su peso es de 200kg. Sus sistema de entrenamiento hace que las frutas quedeninvestigaciones se basaron la prueba de varios efectores colgando en las rejillas para que se puedan detectarespecializados para sujetar las uvas, empacarlas y fácilmente. Su sensor visual es capaz de discriminar frutarecolectarlas, ver Fig. 26. verde de hojas verdes y tallos, los frutos no maduros por lo general son recolectados. En este robot, además cuenta con una cámara monocromática de TV con un filtro de interferencia óptica de 850nm de longitud de onda, usada para detectar la fruta por medio de su reflactancia espectral.
  11. 11. En su efector final fueron instalados un detector del tallo, un 7) Recolector VT-2: La empresa española AGROMELCA,cortador y los dedos manipuladores, debido a la dificultad S.L., es una empresa creada en el año 2003 y que estáque se tiene al detectar la posición del tallo por el sensor compuesta por la segunda generación de una empresavisual y poder cortarlo, ver Fig. 28. familiar ubicada en el Bajo Aragón que desde hace 30 años está ligado a la distribución y fabricación de equipos recolectores para frutos secos y aceitunas, desarrolló un equipo recolector llamado: VT-2, que va montado en la parte trasera de un tractor. Incorpora la pinza de alta potencia con vibración circular continua, con posibilidad de variarla. Este equipo ofrece innumerables ventajas como es su desmontaje, su agilidad de maniobra o su visibilidad a la hora de efectuar enganches al tronco [21]. El sistema VT-2 va equipado conFig. 28. Robots recolector de pepinos. elevación independiente, desplazamiento lateral, telescópico 6) Robot recolector de tomates y cerezas: otro proyecto y giro en la pinza. El sistema TRV incorpora los siguientesdesarrollado por la universidad de Okasuma que está elementos: Turbo en la vibración, Dos vibraciones en cadaformado por 4 componentes: un manipulador, un efector sentido, Regulación del frenado de la pinza, Regulación delfinal, un sensor visual, y un dispositivo de navegación [20]. apriete de los brazos al tronco y Auto apriet, ver Fig. 30.El manipulador tiene 7 grados de libertad con un alto gradode manipulación. Tiene dos articulaciones prismáticas y 5rotacionales. Se desarrollaron dos tipos de efectores finales,uno para los tomates y otro para los tomates de cereza. Paracortar las frutas, estas primero son succionadasneumáticamente y luego si están en una posición adecuadase procede a cortar el tallo, y si no, se mueve un poco elefector final para tomar una posición adecuada. La frutarecolectada es transportada por medio de un tubo entre elefector final y un contenedor, ver Fig. 29. Una cámara CCDfue usada para diferenciar las frutas de sus tallos y hojas. Laposición de las frutas se detecta por visión estéreo binocular.Se usó además un sistema de navegación para que el robot sepueda mover con cuatro ruedas, el cual fue comercializado Fig. 30. Brazo robótico recolector de frutos secos.como un vehículo para transportarse en invernaderos. Unasegunda fase del proyecto se va a realizar con una 8) Recolector AutoPick: La empresa ARCUSIN, con sedeUniversidad de USA, una empresa eléctrica y un instituto de en varios países entre ellos España, desarrolla maquinariamaquinaria agrícola para poder ser comercializada. agrícola y entre uno de sus productos se encuentra un recolector por vibración llamado: AutoPick [22]. Este recolector es un brazo telescópico vibrador para la recolección de todo tipo de frutos secos y aceitunas. Gracias a su avanzada tecnología, posee una extraordinaria movilidad y capacidad de adaptación a las necesidades de cada árbol consiguiendo un elevado porcentaje de recolección con un menor tiempo de vibración. Para conseguir una perfecta cobertura de vibración del árbol, diseñaron dos versiones: el MT especializada en atacar las ramas y el GT que ataca directamente el tronco. Con AutoPick, solo una persona con un tractor, son suficientes para poder recolectar frutos secos con grandes rendimientos, ver Fig. 31.Fig. 29. Robots recolector de tomates y cerezas.
  12. 12. Cabe destacar el potente desarrollo de proyectos de investigación en muchas universidades, en donde podemos destacar algunos de los concursos que se realizan enfocados a la robotización de la agricultura, entre los que se encuentran: el evento Field Robot Event, fundado por la Universidad de Wageningen, en Píses Bajos [24]. En el año 2008 se desarrollo el concurso en Alemania, ver Fig. 32.Fig. 31. Brazo robótico recolector de frutos secos. V. FUTURAS APLICACIONES En el futuro se esperara el uso masivo de sistemasrobotizados tanto a descampado como en invernaderos. En invernaderos se esperaría un sistema totalmente Fig. 32. Field Robot Event 2008, University of Applied Sciencesautónomo con robot macetas y cultivos conectados a través Osnabrück.de redes de comunicación inalámbricos. Las plantas de loscultivos estarán equipadas con sensores en el suelo, y Otro concurso que se llevará a cabo este año se realizarátransductores que comunicaran al sistema robótico la en la Escuela Técnica Superior de Agrónomos de lanecesidad de agua y nutrientes, al igual que cosechar los Universidad Politécnica de Madrid en donde estudiantes defrutos e incluso polinizar las plantas. Este tipo de ingeniería de todo es mundo competirán en el “I Concursoespecialización permitirá una gran reducción de los recursos Internacional de Robótica en Agricultura Agrotechconsumidos en el proceso de crecimiento. 2009” [25]. El reto es resolver pruebas y problemas de Todo indica que en grandes extensiones habrá una interés actual en el sector mediante la construcción de unsupervisión de los cultivos a través de cómo se está equipo robotizado y su programación informática.comenzando a realizar hoy de UAVs específicos, que Nuevas generaciones de estos robots podrán sembrar,entregaran información precisa del estado de salud de los fumigar, cosechar y realizar muchas de las difíciles tareascultivos, apoyado de robot móviles que se distribuirán a del mundo agrícola. Todas estas tecnologías desembocarántravés del campo, haciendo acciones como eliminación de en la granja del futuro, equiparable a las casas dotadas conmaleza y control de plagas; eliminando la necesidad de todas las modernas tecnologías, integradas en un únicoelementos nocivos y contaminantes para los suelos y el sistema que lo regula todo. Después de redimir al sectormedio ambiente. servicios y al industrial, parece que la robótica, por fin, se La granja del futuro a grande escala será gestionada en su decide a impulsar la actividad primaria, fundamental para losintegridad por un sistema informático que regula la actividad países en desarrollo.de los robots que se ocupan del campo con la ayuda desatélites, que al mismo tiempo conocerá la situación de los VI. CONCLUSIÓNmercados a los que van dirigidos los productos de cultivo y En cuanto al uso de robots en la preparación de cultivos sedirigirá el ordeño de las vacas, que se realiza mediante han encontrado investigaciones que apuntan al usorobots (estos robots ya funcionan en algunos países con combinado, que en agricultura se denomina: agricultura decomprobada eficacia). precisión, ya que dan un soporte tecnológico y preciso a las En laboratorios de Diseño de sistemas Agrícolas y faenas como la eliminación de malezas en los cultivos, conBiológicos, los nuevos desafíos son resolver los problemas sus tratamientos tanto de agroquímicos como mecánicos,anteriores en sistemas agrícolas y también diseñar robots optimizando tanto insumos químicos, como realizando unapara interpretar sistemas biológicos capaces de medir y producción totalmente orgánica en el caso de desmalezadohacer as y químicas de la planta bajo su cuidado. Las por medios robóticos mecánicos. El uso de podadorespersonas podrán hacerse cargo de granjas enteras aun robóticos como en caso del trabajo de los viñeros es un grancuando no tengan la experiencia ya que el robot se encargara avance que comercialmente estará disponible en tres añosde los detalles técnicos de la siembra, rociado y recolecta o más, al igual que la aplicación a la poda de otros árboles. Serequiriendo cada vez menos mano de obra calificada ha observado también la gran ventaja que radica el uso dededicada a estas labores. En un futuro los robots deben ser UAVs en la agricultura ya que se pueden realizar muchoscapaces de no requerir nuevos programas sino aprender y análisis de las fotografías aéreas para la preparación deajustar sus parámetros mediante la observación y cultivos en particular (donde usar fungicidas y qué cantidadposteriormente repetirla con precisión, ese es el objetivo a se debe suministrar, calidad de la humedad del suelo, etc.).futuro [23]. Además, el agricultor puede ver en tiempo real el estado de su campo.
  13. 13. El uso de robots en la siembra deja de manifiesta el gran Forest and Landscape Institute, Department of Forestry . http://www2.mst.dk/potencial de esta tecnología y el impacto que tendría en los [7] Tillett and Hague Technology Ltd. Wrest Park, Silsoe,campos, ya que haría una siembra más precisa al igual que Beds, UK, MK45 4HR.daría solución a la creciente baja en la mano de obra de esta http://www.thtechnology.co.uk/Current%20projects.htmlactividad. También el manejo de trasplantes de cultivos que [8] Vision Robotics Corporation (VRC) http://visionrobotics.com/ [9] CATUAV .Camp de vol El Prat 08180 Moià (Spain) Tel. (+34) 93se realizan en un invernadero para llevarlos al campo ya son 830 05 30 · http://www.catuav.com , info@catuav.comsoluciones comerciales robotizadas existentes. [10] CropCam, P.O. Box 720 ,72067 Road 8E, Sturgeon Rd. El mayor problema que se enfrenta la robotización Stony Mountain, Manitoba, Canada R0C 3A0,agrícola, es el alto coste inicial que se requiere, al igual que http://www.cropcam.com/ [11] NARO National Agriculture and Food Research Organizationla poca preparación especializada por parte del agricultor. http://www.naro.affrc.go.jp/index_en.html La Ingeniería agrícola se ha convertido en un campo de [12] Laboratory of Agricultural Systems Engineering of japon (LASE).alta tecnología con mayor relevancia en todo el mundo con http://mama.agr.okayama-u.ac.jp/lase/index_sys_E.htmlrespecto a la alimentación, la energía (biocombustibles), así [13] Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio. http://www.u-como para mejorar la conservación del medio ambiente. Hay tokyo.ac.jp/index_e.html [14] Cermosán, S.L. C/ Marqués de Sotelo, 1 46610 Guadassuar (Valencia)una gran necesidad de innovaciones y nuevas ideas para Tel.: +34 962 572 067crear soluciones. Las aplicaciones futuras de robots Fax: +34 962 571 372e-mail:autónomos y cooperativos en la agricultura será una info@cermosan.comhttp://www.cermosan.comrevolución en este campo. [15] Robot Móvil para invernaderos, AURORA. www.isa.uma.es/.../ActividadesGRUPO.htm El uso de técnicas de precisión junto con sistemas [16] Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otro derobotizados mejora el manejo de suelos y cultivos. Además, micro-pulverización: AGROBOT. http://www.agrobot.dk/index.htmestos sistemas hacen uso del procesamiento de grandes [17] Robot para el cuidado de plantas. http://www.hortibot.dkvolúmenes de información para la toma de decisiones, con lo [18] Sistemas robotizados para cosechar naranjas, manzanas. http://visionrobotics.comcual se puede minimizar el uso de productos agroquímicos [19] http://www2.warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleasesmientras se asegura un control efectivo de plagas, malas [20] Ingeniería de Sistemas de Bioproducción, Facultad de Agricultura, dehiervas y enfermedades, a la vez de suministran una cantidad la Universidad de Okasuma, de Japón. http://mama.agr.okayama- u.ac.jpadecuada de nutrientes a los cultivos. [21] Recolector de frutos secos, Vt-2, de la empresa AGROMELCA, En el marco de sistemas robóticos de navegación http://www.agromelca.comautónoma en procesos de siembra se puede realizar con gran [22] Recolector de frutos secos, AutoPick, de la empresa arcusin. http://www.arcusin.comprecisión, incrementando el rendimiento del los cultivos. [23] E. Pico, Robots de servicio: aplicaciones en agricultura y Los robots ahora son reconocidos como dispositivos que Ganaderia.Trabajo desarrolla para la signatura de Robots de Servicioofrecen las soluciones a los problemas de envejecimiento de del Máster de Automática y Robótica de la UPM, 2008.los agricultores o la disminución del número de granjeros [24] Field Robot Event. http://www.fieldrobotevent.de [25] I Concurso Internacional de Robótica en Agricultura Agrotech 2009.que ocurre en la mayoría de países en el mundo ya que no http://www2.upm.eshay generación humana de relevo para cultivar, porque laagricultura no es fascinante para la generación de los másjóvenes. La tendencia sin duda es hacer robots cada vez mascooperativos con el humano ya que comparten el mismoambiente activo y que al no estar controlado es necesarioque el robot este en la capacidad de detectar al humano,interpretar esta situaciones y actuar en consecuencia, sinduda alguna la interacción social humano robot ya es unhecho, solo hay que mejorarla. REFERENCES[1] A. Barrientos, Peñin, Balaguer, Aracil. Fundamentos de Robótica. Segunda Edición, p. 469.[2] Agricultura, www.Wikipedia.com.[3] Libro Blanco de la Robótica: De la investigación al desarrollo tecnológico y aplicaciones futuras. Edita: CEA - GTRob con subvención del MEC. 1ª edición, 2007, p. 37- 41. ISBN: 978-84-690- 3884-0.[4] Tillett and Hague Technology Ltd. Wrest Park, Silsoe, Beds, UK, MK45 4HR . http://www.thtechnology.co.uk/[5] Vision guided mechanical weed control. Halmstad University. The Intelligent Systems Laboratory. http://islab.hh.se/islab/islab/projects/mechweed.html[6] Autonomous weeders for Christmas tree plantations - a feasibility study . Simon Blackmore , Henrik Have. The Royal Veterinary and Agricultural University, Section of AgroTechnology. Bent Keller, Spyros Fountas, Henning Nielsen and Frans Theilby. The Danish

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