Um robô agrícola é um robô implantado para fins agrícolas. A principal área de aplicação de robôs na agricultura hoje está em fase de colheita. Aplicações emergentes de robôs ou drones na agricultura incluem controle de ervas daninhas, semeadura de nuvens, plantio de sementes, colheita, monitoramento ambiental e análise do solo.

Geral
Robôs de coleta de frutas, trator / pulverizadores sem motoristas e robôs para corte 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, capina, pulverização e monitoramento. Os robôs também podem ser usados ​​em aplicações pecuárias (robótica pecuária), como ordenha automática, lavagem e castração. Robôs como esses têm muitos benefícios para a indústria agrícola, incluindo maior qualidade dos produtos frescos, menores custos de produção e menor necessidade de mão-de-obra. Eles também podem ser usados ​​para automatizar tarefas manuais, como pulverização de plantas daninhas ou samambaias, onde o uso de tratores e outros veículos tripulados é muito perigoso para os operadores.

Designs
O projeto mecânico consiste em um efetor, 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 desenho da garra é baseado na safra que está sendo colhida.

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

O desbaste de bagas é outra operação realizada nas uvas e é usada para aumentar o valor de mercado das uvas, aumentar o tamanho das uvas e facilitar o processo de agrupamento. Para o desbaste de bagas, um efetor consiste de uma parte superior, média e inferior. A parte superior tem duas placas e uma borracha que pode abrir e fechar. As duas placas comprimir as uvas para cortar os ramos da espinha e extrair o cacho de uvas. A parte do meio contém uma placa de agulhas, uma mola de compressão e outra placa que possui orifícios espalhados por sua superfície. Quando as duas placas se comprimem, as agulhas perfuram as uvas. Em seguida, a parte inferior tem um dispositivo de corte que pode cortar o cacho para padronizar seu comprimento.

Para a pulverização, o efetor final consiste em um bocal de pulverização que é anexado a um manipulador. Na prática, os produtores querem garantir que o líquido químico seja distribuído uniformemente pelo grupo. Assim, o design permite uma distribuição uniforme do produto químico, fazendo com que o bocal se mova a uma velocidade constante, mantendo a distância do alvo.

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

Braçadeira
O fórceps é um dispositivo de preensão que é usado para colher a safra-alvo. O design do grampo é baseado na simplicidade, baixo custo e eficiência. Assim, o desenho geralmente consiste em dois dedos mecânicos que são capazes de movimentos sincronizados ao realizar sua tarefa. Os recursos técnicos dependem da tarefa atribuída. Por exemplo, quando o procedimento é cortar as partes da planta para a colheita, o dispositivo de preensão é equipado com uma lâmina de corte.

Braço manipulador
O braço do manipulador é um dispositivo mecânico que permite que a pinça eo efetor naveguem em seu ambiente. Consiste em hastes paralelas com quatro barras que mantêm a posição e altura de aderência. O manipulador também pode usar um, dois ou três atuadores pneumáticos. Os pneus dos atuadores são motores que produzem um movimento linear ou rotativo, convertendo o ar comprimido em energia. O atuador pneumático é o mais eficiente para robôs agrícolas devido à sua alta relação potência-peso. Para o braço manipulador, o projeto mais eficiente em termos de custo é a configuração de atuador único, embora essa opção seja a menos flexível.

Pinça
A pinça é um dispositivo de agarrar que é usado para colher a colheita alvo. O design da pinça 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 especificidades do design dependem da tarefa que está sendo executada. Por exemplo, em um procedimento que exigia que as plantas fossem cortadas para a colheita, a pinça era equipada com uma lâmina afiada.

Manipulador
O manipulador permite que a pinça e o finalizador naveguem pelo ambiente. O manipulador consiste em ligações paralelas de quatro barras que mantêm a posição e a altura da pinça. O manipulador também pode utilizar um, dois ou três atuadores pneumáticos. Os 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 design mais econômico para o manipulador é a configuração de atuador único, mas essa é a opção menos flexível.

Desenvolvimento
O primeiro desenvolvimento da robótica na agricultura pode ser datado já na década de 1920, com pesquisas para incorporar a orientação automática de veículos na agricultura começando a tomar forma. Esta pesquisa levou aos avanços entre os anos 50 e 60 dos veículos agrícolas autônomos. O conceito não era perfeito, no entanto, com os veículos ainda precisando de um sistema a cabo para guiar seu caminho. Os robôs na agricultura continuaram a se desenvolver à medida que as tecnologias em outros setores começaram a se desenvolver também. Não foi até a década de 1980, após o desenvolvimento do computador, que a orientação da visão de máquina tornou-se possível.

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

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

Demanda no mercado
Há preocupações sobre a quantidade de trabalho que o setor agrícola precisa. Com o envelhecimento da população, o Japão não consegue atender às demandas do mercado de trabalho agrícola. Da mesma forma, os Estados Unidos dependem atualmente de um grande número de trabalhadores imigrantes, mas entre a diminuição dos trabalhadores sazonais e o aumento dos esforços para impedir a imigração pelo governo, eles também não conseguem atender à demanda. As empresas geralmente são obrigadas a deixar as colheitas apodrecerem devido à incapacidade de colhê-las até o final da temporada. Além disso, há preocupações sobre a crescente 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 para veículos agrícolas autônomos. Esta pesquisa é baseada nos avanços feitos em sistemas de assistência ao motorista e carros autônomos.

Embora os robôs já tenham sido incorporados em muitas áreas do trabalho agrícola agrícola, eles ainda estão em grande parte ausentes na colheita de várias culturas. Isso começou a mudar à medida que as empresas começam a desenvolver robôs que realizam tarefas mais específicas na fazenda. A maior preocupação com os robôs de colheita de culturas vem da colheita de colheitas suaves, como morangos, que podem ser facilmente danificadas ou totalmente perdidas. Apesar dessas preocupações, o progresso nessa área está sendo feito. De acordo com Gary Wishnatzki, co-fundador da Harvest Croo Robotics, um de seus catadores de morango que está sendo testado na Flórida pode “escolher um campo de 25 acres em apenas três dias e substituir uma equipe de cerca de 30 trabalhadores rurais”. Progresso semelhante está sendo feito na colheita de maçãs, uvas e outras culturas.

Outro objetivo que está sendo definido pelas empresas agrícolas envolve a coleta de dados. Há preocupações crescentes sobre a crescente população e a diminuição da mão-de-obra disponível para alimentá-los. A coleta de dados está sendo desenvolvida como uma maneira de aumentar a produtividade nas fazendas. A AgriData está atualmente desenvolvendo novas tecnologias para fazer exatamente isso e ajudar os agricultores a determinar melhor o melhor momento para colher suas safras examinando árvores frutíferas.

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

Um caso de uso em larga escala de robôs agrícolas é o dos robôs de ordenha. Estes são muito comuns nas explorações leiteiras do Reino Unido devido à sua eficácia e à ausência de requisitos de viagem. De acordo com David Gardner (diretor administrativo da Royal Agricultural Society da Inglaterra), um robô pode realizar uma tarefa complicada se for repetitivo e o robô permanecer imóvel. Além disso, os robôs que trabalham em tarefas repetitivas (como a ordenha) cumprem seu papel com grande regularidade e adaptação específica da tarefa.

Outra área de aplicação é a horticultura. Uma aplicação hortícola é o RV 100, desenvolvido pela Harvest Automation Inc. Este robô é projetado para transportar plantas envasadas em uma estufa ou em uma operação hortícola ao ar livre. As funções do RV 100 no manuseio e organização de vasos de plantas também incluem recursos de espaçamento, coleta e consolidação. As vantagens de usar o RV 100 para essa tarefa incluem a precisão da colocação de potes, a autonomia de operação externa e interna e a redução dos custos de produção.

Outro campo de aplicação é a horticultura. Uma aplicação hortícola é o desenvolvimento do RV100 pela Harvest Automation Inc. O RV 100 foi projetado para transportar plantas envasadas em ambiente de estufa ou ao ar livre. As funções do RV100 no manuseio e organização de vasos de plantas incluem capacidades de espaçamento, coleta e consolidação. Os benefícios do uso do RV100 para essa tarefa incluem alta precisão de posicionamento, função externa e interna autônoma e redução dos custos de produção.

Exemplos
Vinobot e Vinoculer
AgBot da LSU
A Harvest Automation é uma empresa fundada por ex-funcionários da iRobot para desenvolver robôs para estufas
Robô de colheita de morango da Robotic Harvesting and Agrobot.
Cortador de declive de última geração Casmobot
Evento Fieldrobot é uma competição em robótica agrícola móvel
HortiBot – um robô de enfermagem de plantas,
Bot de Alface – Eliminação de Ervas Orgânicas e Emagrecimento de Alface
Robô de plantio de arroz desenvolvido pelo Centro Nacional de Pesquisa Agrícola do Japão
O robô de pulverização de ervas daninhas autônomo IBEX para terreno extremo, em desenvolvimento
FarmBot, Agricultura de Código Aberto CNC
A VAE, em desenvolvimento por uma startup ag-tech argentina, pretende se tornar uma plataforma universal para múltiplas aplicações agrícolas, desde a pulverização de precisão até o manejo de gado.
ACFR RIPPA: para pulverização local
ACFR SwagBot; para monitoramento de gado
ACFR Digital Farmhand: para pulverização, capina e semeadura