Projeto, desenvolvimento e aplicação de uma transplantadora robótica compacta com mecanismo automático de colheita de mudas para plug

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1883 (2023) Citar este artigo

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A automação da operação agrícola, como o transplante de mudas, é necessária para garantir uma operação eficiente e oportuna. A robótica é a área que precisa ser focada para o futuro da transplantadora automática de mudas. Este trabalho apresenta o projeto, desenvolvimento e funcionamento do transplantador robótico (RT) para mudas em mudas. A RT desenvolvida consiste em três sistemas: (1) iniciação do robô; (2) mecanismo de colheita de mudas (SPM); e (3) sistema de movimento do veículo (VMS). O SPM consiste em uma estrutura principal, manipulador, efetuador final e unidade de controle. Visto que o VMS possui sensor fotoelétrico, controlador de robô e motor DC. Os motores de passo foram montados na estrutura principal para movimento na direção XY. O manipulador estava na barra transversal que costumava mover o efetuador final no eixo Z. O mecanismo de coleta consiste em um efetuador final com pinça do tipo mandíbula controlada por servo motor. A unidade de controle consiste no microchip 16F877 e o sistema é controlado com programação de computador. A pinça move-se para cada muda na bandeja, agarra e pega a muda, move-se para o ponto de entrega e depois solta a muda. O manipulador foi testado e analisado para coleta e liberação de 96 mudas com base de solo da pró-bandeja. O resultado experimental inicial mostrou que a taxa de sucesso das mudas, taxa de vazamento e sucesso no transplante de mudas de pimenta malagueta com 30 dias de idade foi de 95,1%, 7,6% e 90,3%, respectivamente. A tecnologia robótica parece ser cara, mas o escopo está na indisponibilidade ou no alto custo do trabalho manual e para garantir a pontualidade das operações de campo repetitivas.

A aplicação de robótica e inteligência artificial (IA) na agricultura está aumentando rapidamente com o uso de dispositivos de alta tecnologia, como sensores, atuadores, controladores etc. a tecnologia que pode melhorar a eficiência do uso de insumos, realizando a tarefa com precisão e exatidão. A principal função da robótica é direcionar aplicações específicas de insumos (sementes, fertilizantes, pesticidas, herbicidas, água, etc.) como e quando necessário, no lugar certo, na hora certa e na quantidade certa.

AI usa técnicas viz. reconhecimento de fala, percepção visual, tomada de decisão e tradução de idiomas que podem ser ativados por meio de sistemas de computador para realizar operações de campo que requerem inteligência humana1. A robótica e a inteligência artificial são consideradas aspectos importantes na automação de tarefas agrícolas. O trabalho principal foi realizado em várias operações agrícolas, viz. navegação e detecção de objetos em tempo real2,3,4; monitoramento de culturas de campo usando UAVs5,6; programação de irrigação usando aplicativos móveis ou baseados na web remotamente7; detecção de doenças foliares na cultura, bem como ervas daninhas usando algoritmo baseado em visão8,10,11; gestão pecuária em tempo real12,13,14,15; sistema inteligente baseado em computador16,17,18,19,20,21,22. Algumas aplicações de IA e robótica também foram relatadas no transplante de mudas usando visão ou sistema baseado em sensor. Garras robóticas, agarrando, bem como métodos baseados em sensores e suas aplicações foram relatados para tarefas agrícolas23. Sistema embarcado foi desenvolvido para automatizar o transplante de mudas de hortaliças em transplantadoras de mudas24,25. O uso aumentado de eletrônicos e aplicativos de computador possibilitou o funcionamento do sistema robótico para várias operações de campo, viz. transplante, colheita e intercultura, etc. para culturas agrícolas e hortícolas26.

As transplantadoras disponíveis são categorizadas como transplantadoras semiautomáticas de hortaliças (SVTs) e transplantadoras automáticas de hortaliças (AVTs)27. Olhando para as deficiências de SVTs viz. demanda de mão de obra, menor eficiência, menor precisão, etc., o foco mudou para o crescimento dos AVTs28. Esses AVTs usam sistema eletromecânico para alcançar sua função desejada. Alguns sistemas automáticos também usavam tecnologia de ponta, viz. sensores, sistema baseado em visão, etc. dando origem ao surgimento da robótica nas operações de transplante. O transplante de mudas por meios automáticos usando robôs é muito útil quando há ação repetitiva envolvida, como no caso de transplante de mudas. Essas tecnologias parecem caras a princípio, mas serão compensadas quando se tiver que cobrir uma grande área em pouco tempo com alta precisão e uso de mão de obra humana24,27. A função básica do robô equipado com mecanismo automático é identificar a muda de urze, pegar a muda da bandeja, movê-la para o local desejado e soltá-la no ponto de entrega.