Los robots recolectores podrían abaratar el precio de los espárragos verdes

¿Por qué los espárragos son una de las verduras más caras en Europa? Es debido a que los recolectores tienen que cortar minuciosamente cada tallo de forma individual. Un robot podría cambiar esto, así que los ingenieros del Bremen Centre for Mecatronics (BCM) están desarrolando uno. Funciona con herramientas de recolección, que se mueven en unas guías de precisión de HepcoMotion – especialista en sistemas de guiado lineal.

Los espárragos se han popularizado de forma continua entre los consumidores británicos, aunque a los agricultures les suponga un estrés primaveral. Esto es debido a que deben recolectar cantidades enormes en poco tiempo – que en 2015 según el Instituto de Estadística era de 112.100 toneladas. El trabajo en los campos es duro y los trabajadores tienen que cortar individualmente cada tallo. Es por ello que los agricultores tienen dificultades en encontrar trabajadores y debido al coste de los salarios hace que el precio de los espárragos sea tan elevado.

La automatización es algo muy deseado, y que incidentalmente ha estado presente durante mucho tiempo en el cultivo de los espárragos. Es cierto que ha habido varios intentos de abordar el tema. De todas formas, hasta ahora ninguna máquina ha sido capaz de sustituir a los humanos a la hora de la recolección. Conscientes de esta necesidad, el proyecto de un sistema de recolección de los espárragos verdes mediante robots (Garotics) está desarrollando un robot de recolección para ellos. El Bremen Centre for Mechatronics (BCM), el fabricante de máquinas de embalaje Strauss de Buxtehude, y la empresa de agricultura británica C. Wright & Son también están trabajando en este proyecto.

El robot utiliza un sistema de cámara para identificar qué tallos de espárrago están listos para ser recolectados.

La base del robot recolector es un chásis con cuatro ruedas y un accionamiento con una rueda frontal. En el centro, entre las ruedas frontales, hay instalado un sistema de cámara que filma los tallos de los espárragos verdes a medida que va pasando. A diferencia de los espárragos blancos, los verdes crecen por encima del suelo. Luego, un software de procesamiento fotográfico identifica los tallos que están listos para ser recogidos.

“No tendría sentido construir un tipo de máquina cortadora que siegue todo a su paso, ya que los tallos crecen a distintas velocidades. Uno de los retos era implementar un procesamiento de imágenes que pudiera diferenciar las distintas etapas de crecimiento.”

Sebastian AllersIngeniero de diseño en Strauss

Las guias lineales de HepcoMotion permiten un posicionamiento exacto de la herramienta de recolección

DLS5 Belt Driven Linear Actuator

El software guía las coordenadas de los tallos maduros al cabezal de la herramienta, que está montada bajo una guía de acero inoxidable endurecida y de precisión de HepcoMotion. El cabezal de la herramienta puede moverse a lo largo de todo el ancho del vehículo de un lado al otro en un carro accionado por correa.

La fuerza de accionamiento es proporcionada por un motorreductor de CA con una reductora de tornillo sin fin, localizado al lado de la guía lineal. “Los motores del sistema DLS pueden tener una potencia de hasta 1.1 kW, con una reducción de 5:1 hasta 75:1, explica Mark Völkers, Gerente de Zona de HepcoMotion en el norte de Alemania. “Esto permite fuerzas de accionamiento de hasta 750 Newtons y velocidades de hasta 1.4 metros por segundo, y con motores especiales es posible alcanzar una velocidad de hasta 5 metros por segundo”. El robot recolector trabajo con dos cabezales de forma simultánea, que pueden moverse en dos guías posicionadas una detrás de la otra y de forma independiente – permitiendo un alto rendimiento.

Los segmentos circulares de HepcoMotion permiten un movimiento giratorio con un solo accionamiento

Tan pronto se posiciona el cabezal de la herramienta, hace girar un brazo agarrador de atrás hacia abajo. Para este movimiento los ingenieros han utilizado otro sistema de HepcoMotion: el PRT2. La solución incluye una gama de anillos y segmentos curvos en acero inoxidable. Estos se pueden unir mediante guias rectas para conseguir diversos tramos abiertos y cerrados. Con el robot de espárragos hay curvas de 90º a ambos lados del cabezal de la herramienta con tramos rectos acoplados. El brazo agarrador se sujeta a un carro con rodamientos en V, incluyendo concéntricos y excéntricos. Los rodamientos se fijan desde arriba y abajo al segmento curvo de la guía en V endurecida mediante inducción.

El movimiento se consigue mediante una correa de distribución que mueve el carro y el brazo agarrador a lo largo de la guía de ancho 25 mm mientras produce el movimiento principal. El motor está montado en la parte externa del cabezal de la herramienta. Un movimiento más lento tendría que empezar antes, lo que podría causar que el brazo agarrador dañara cualquier tallo de espárrago inmaduro que aún no esté listo para ser recogido. Tan pronto que el brazo agarrador se baja, un cilindro neumático se dispara para accionar una acción simultánea de corte y agarre mientras el robot sigue moviéndose de forma continua a una velocidad de 0.5 metros por segundo. El cabezal de la herramienta se traslada a un lado y deposita el espárrago a una cinta transportadora.

“La principal característica es que gracias al sistema de guías se consigue un movimiento lineal y rotacional del agarrador con un solo accionamiento de espacio reducido. La guía rodillo también permite al brazo agarrador bajar a una velocidad relativamente rápida y gracias a la combinación del movimiento lineal y giratorio a la hora de bajar es posible que se coloque en un espacio reducido entre los tallos de dos espárragos.”

Lasse LangstädtlerAsistente de Investigación del Instituto de Ingeniería Estructural y Equipamiento de Producción de Bremen (BIME)

Los espárragos se cultivan en distintintos países, lo que significa que las condiciones ambientales son muy diversas (puede hacer calor o frío, ambiente polvoriento o con lluvias). Por este motivo los ingenieros decidieron usas guías HepcoMotion, ya que el sistema puede soportar las condiciones ambientales adversas. “El principio de la guía en V es virtualmente autolimpiante” comenta Völkers. Durante la trayectoria del carro, los rodamientos barren la suciedad de la guía. “Además, y a diferencia de otros sistemas de rodamientos, no hay necesidad de lubricar ya que todos los componentes son resistentes a la corrosión. El espárrago nunca entra en contacto con óxido. “Esto es uno de los requerimientos básicos que se tiene que cumplir en la industria alimentaria.”

Pruebas de campo

Los ingenieros conjuntamente con su socio inglés en el proyecto, C. Wright & Son, han probado la máquina de recolección de espárragos en condiciones reales. “Entre otras cosas, con esta prueba de campo queremos averiguar en cuanto tiempo las pilas pueden suministrar energía a la máquina” dice Strauss. Uno de los retos es también la velocidad de las herramientas de recolección. “Hasta ahora no han sido más rápidos que los recolectores humanos”, pero si tuvieran un suministro suficiente de energía, podrían trabajar en el campo las 24 horas del día sin ningún problema. Esto podría hacer que la recolecta en el futuro sea más económica y bajar el precio de los espárragos.

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