Concepção de um mecanismo autoalinhante para estufas agrícolas robotizadas

Abstract

A presença de robôs na agricultura tem crescido significativamente ao longo dos anos, superando muitos problemas e desafios nesta área. Com a recente adesão de novas técnicas na agricultura de precisão, a robótica tornou-se uma das ferramentas essenciais quando se trata de eficiência e produtividade nas mais diversas culturas, alcançando assim, proporções relevantes no cenário em questão. Os avanços em tecnologias que incluem a agricultura têm alcançado proporções relevantes, quando se trata do processo de automação de estufas agrícolas. Portanto, é possível conciliar as mais diversas pesquisas envolvendo aplicações robóticas em estufas, como técnicas de posicionamento de robôs, métodos de navegação autônoma por algoritmos, desenvolvimento de mecanismos compactos de colheita, controle de ervas daninhas, pulverização, irrigação, entre outros fatores de controle, como temperatura e umidade, tornando os locais de cultivo protegido totalmente autônomos, resultando nas notáveis ?estufas inteligentes?. Este trabalho analisa a viabilidade e as necessidades de robotização em estufas agrícolas, propondo uma inovação de baixo custo relacionada a um mecanismo autoalinhante que pode contribuir em diversos processos, desde o manejo do solo, plantio até a colheita, no cultivo protegido. Entretanto, nas estufas agrícolas os mecanismos de guias lineares podem alcançar longos comprimentos, cerca de 30 metros de dimensão, e apresentam a dificuldade de alinhamento e paralelismo entre guias (trilhos), resultando em possíveis travamentos durante a operação do sistema robótico agrícola. Após o levantamento do Estado da Arte de robôs agrícolas em estufas, notou-se a oportunidade de desenvolvimento de um mecanismo autoalinhante para uma proposta de estrutura robótica do tipo Gantry adequado às operações realizadas na agricultura familiar, onde o efetuador final proporciona uma multifuncionalidade. Os robôs cartesianos executam deslocamentos compostos por translações, possuem desacoplamento dinâmico e são fáceis de controlar. Este trabalho tem como objetivo a aplicação de forma inovadora de uma metodologia de análise autoalinhante em um robô Gantry para o aprimoramento da concepção. A metodologia utilizada é baseada no método Reshetov para analisar os parâmetros do mecanismo e propor uma concepção autoalinhada com suas possíveis representações. Como resultados tem-se a verificação da mobilidade e das restrições de movimentos do mecanismo e a compensação dos desalinhamentos através de novos pares cinemáticos, proporcionando vantagens durante seu funcionamento, uma vez que o robô se moverá em trilhos longos. Conclui-se que a utilização da robótica na agricultura pode contribuir para melhoria da eficiência, da produtividade, da segurança e da qualidade nas tarefas desgastantes e prejudiciais à saúde do trabalhador rural.

Abstract: The presence of robots in agriculture has grown significantly over the years, overcoming many problems and challenges in this area. With the recent accession of new techniques in precision agriculture, robotics has become one of the essential tools when it comes to efficiency and productivity in the most diverse cultures, thus reaching relevant proportions in the scenario in question. Advances in technologies that include agriculture have reached relevant proportions when it comes to the process of automating agricultural greenhouses. Therefore, it is possible to reconcile the most diverse research involving robotic applications in greenhouses, such as robot positioning techniques, methods of autonomous navigation by algorithms, development of compact harvesting mechanisms, weed control, spraying, and irrigation, among other control factors, such as temperature and humidity, making protected growing places fully autonomous, resulting in the remarkable ?smart greenhouses?. This work analyzes the feasibility and needs of robotization in agricultural greenhouses, proposing a low-cost innovation related to a selfaligning mechanism that can contribute to several processes, from soil management, and planting to harvesting, to protected cultivation. However, in agricultural greenhouses, linear guide mechanisms can reach long lengths, about 30 meters in dimension and present the difficulties of alignment and parallelism between guides (rails), resulting in possible crashes during the operation of the agricultural robotic system. After surveying the State of the Art of agricultural robots in greenhouses, it was noted the opportunity to develop a self-aligning mechanism for a proposal for a robotic Gantry structure suitable for operations carried out in family farming, where the end effector provides multifunctionality. Cartesian robots perform displacements composed of translations, have dynamic decoupling and are easy to control. This work innovatively applies a self-aligning analysis methodology in a Gantry robot to improve the design. . The methodology used is based on the Reshetov method for analyzing the parameters of the mechanism for proposes a self-aligned design with its possible representations. As a result, the mobility and movement restrictions of the mechanism are verified and the misalignment compensation through new kinematic pairs, providing advantages during its operation since the robot will move on long rails. It is concluded that the use of robotics in agriculture improve efficiency, productivity, safety, and quality in tasks that are exhausting and harmful to the health of rural workers.