Resumen—El uso de robots fuera de las aplicaciones

industriales desde hace varios años ha comenzando a mostrar

un gran avance en el aporte de soluciones para muchas

necesidades que el hombre tiene y que van creciendo día tras

día en busca de una mejor forma de vida, mejorando el

desarrollo de la sociedad en todos los campos en que exista la

posibilidad de robotización. Y de esa necesidad nace una nueva

era para el sector agrícola, la era de los robots agricultores, o

porque no decirlo, la era de los androides granjeros. Suena un

poco fuerte el hablar de androides, pero con ello desde nuestro

punto de vista queremos destacar que los robots no son un

reemplazo de los humanos, sino herramientas, máquinas y

sistemas que nos pueden servir para mejorar en muchos

aspectos de nuestra vida. Hace décadas parecía un sueño, pero

hoy es posible que un robot pueda realizar tareas propias del

hombre. Su empleo en el caso de la agricultura, específicamente

en los invernaderos, abre amplias posibilidades productivas,

sobre todo en países donde la escasez de mano de obra es un

problema. Así podemos observar robots que cosechan, cortan o

aplican riegos con una precisión que, incluso, supera la mano

del hombre.

I. INTRODUCCIÓN

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

Joseph Engelberger publicó el libro “Robotics in Service”.

Un robot de servicio es un robot que opera de manera semi o

totalmente autónoma para realizar servicios útiles a los

humanos y equipos, excluidas las operaciones de

manufactura (según la Federación Internacional de Robótica,

el IFR). Las aplicaciones de los robots de servicio se podrían

clasificar en [1]:

Robots de exteriores

Limpieza profesional

Sistemas de inspección

Construcción y demolición

1 Este artículo ha sido desarrollado como parte de la asignatura Robots

de Servicio, dirigida por el Dr. Antonio Barrientos, del Máster en Automática y Robótica de la Universidad Politécnica de Madrid.

J. A. García V., Ingeniero electrónico, estudiante del Máster en

Automática y Robótica de la Universidad de Politécnica de Madrid, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Madrid, ESPAÑA.

(móvil: 665-322-704, e-mail: jagv30@hotmail.com)

L. A. Vásquez A., Ingeniero eléctrico, estudiante del Máster en Automática y Robótica de la Universidad de Politécnica de Madrid, en la

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Madrid, ESPAÑA.

(móvil: 665-322-704, e-mail: jagv30@hotmail.com)

Sistemas logísticos

Medicina

Defensa, rescate y seguridad

Submarinos

Plataformas móviles de uso general

Robots de laboratorio

Relaciones públicas

Este artículo presenta un estudio de las aplicaciones actuales

de los Robóts en el Sector Agrícola. En el capítulo 1, se hará

una pequeña introducción en aspectos importantes de la

agricultura. En el segundo capítulo se justifica el porqué el

interés de muchos investigadores y empresas de la

importancia del uso de los robos en el sector agrícola. En el

capítulo 3, se clasifican y se describen las tareas básicas que

podrían ser robotizadas en las cuatro principales fases del

ciclo agrícola: preparación de cultivos, siembra, producción

y recolección. En el capítulo 4 se realiza un análisis de los

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.

II. EL SECTOR AGRÍCOLA

La agricultura es el arte de cultivar la tierra y comprende

todas las actividades humanas de acondicionamiento del

medio ambiente natural y del suelo haciéndolo más apto para

el posterior cultivo de cereales, frutas, hortalizas, pasto y

forrajes con fines alimenticios o para producir flores, plantas

ornamentales, madera, fertilizantes, productos químicos,

productos biofarmacéuticos, entre otros. Todas las

actividades económicas que abarca el sector agrícola se

fundamentan en la explotación del suelo o de los recursos

asociados a este en forma natural o por la acción del hombre.

La actividad agrícola actual se ha potenciado gracias a la

aparición de la tecnología del tractor, ya que con su uso las

actividades de siembra, cosecha y trillado se pueden hacer

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

fungicidas, la reparación de suelos, el análisis de productos

agrícolas y la mejora en el control de las semillas se ha

aumentado enormemente las cosechas por unidad de

superficie. Los tipos de agricultura pueden dividirse según

diversos criterios de clasificación [2]:

Según su dependencia del agua:

De secano: es la agricultura producida sin aporte de agua

por parte del mismo agricultor, nutriéndose el suelo de la

lluvia y/o aguas subterráneas.

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.

L

De regadío: se produce con el aporte de agua por parte del

agricultor, mediante el suministro que se capta de cauces

superficiales naturales o artificiales, o mediante la

extracción de aguas subterráneas de los pozos.

Según la magnitud de la producción y su relación con el

mercado:

Agricultura de subsistencia: Consiste en la producción

de la cantidad mínima de comida necesaria para cubrir las

necesidades del agricultor y su familia, sin apenas

excedentes que comercializar. El nivel técnico es

primitivo.

Agricultura industrial: Se producen grandes cantidades,

utilizando costosos medios de producción, para obtener

excedentes y comercializarlos. Típica de países

industrializados, de los países en vías de desarrollo y del

sector internacionalizado de los países más pobres. El

nivel técnico es de orden tecnológico. También puede

definirse como Agricultura de mercado.

Según se pretenda obtener el máximo rendimiento o la

mínima utilización de otros medios de producción, lo que

determinará una mayor o menor huella ecológica:

Agricultura intensiva: busca una producción grande en

poco espacio. Conlleva un mayor desgaste del sitio.

Propia de los países industrializados.

Agricultura extensiva: depende de una mayor

superficie, es decir, provoca menor presión sobre el lugar

y sus relaciones ecológicas, aunque sus beneficios

comerciales suelen ser menores.

Según el método y objetivos:

Agricultura tradicional: utiliza los sistemas típicos de

un lugar, que han configurado la cultura del mismo, en

periodos más o menos prolongados.

Agricultura industrial: basada sobre todo en sistemas

intensivos, está enfocada a producir grandes cantidades de

alimentos en menos tiempo y espacio -pero con mayor

desgaste ecológico-, dirigida a mover grandes beneficios

comerciales.

Agricultura ecológica, biológica u orgánica (son

sinónimos): crean diversos sistemas de producción que

respeten las características ecológicas de los lugares y

geobiológicas de los suelos, procurando respetar las

estaciones y las distribuciones naturales de las especies

vegetales. Fomentando la fertilidad del suelo.

III. ROBOTIZACIÓN DE LA AGRICULTURA

Actualmente, el sector agroalimentario es objeto de

especial atención en cuanto a la incorporación de tecnologías

avanzadas, dadas las exigencias cada vez mayores de

producción, diversidad y calidad de los productos, así como

de la presentación de los mismos. Todo ello con el problema

creciente de la falta de mano de obra. Cabe por ello hacer un

análisis del estado actual, ventajas y posibilidades de

robotización de las tareas agrícolas [3]. Los objetivos que se

plantean son:

Permitir la sustitución de operarios en tareas peligrosas

para la salud, como la pulverización de productos

fitosanitarios.

Abordar la realización de tareas repetitivas y tediosas,

como la recolección de frutos.

Realizar tareas en horas nocturnas, lo cual permite el

ahorro de tiempo, por ejemplo, en la recolección.

Mejorar la precisión en algunas de las tareas agrícolas,

como las relacionadas con la biotecnología, y en concreto la

multiplicación de plantas a partir de tejido vegetal.

Optimizar la eficiencia y calidad de algunas de las tareas

como la uniformidad en la realización de huecos para el

trasplante.

Lograr la disminución de riesgos ambientales como la

reducción de la cantidad de producto fitosanitario que se

emite al aire.

Reducir costes, ya que se disminuye la cantidad de

combustible y de productos utilizados en algunas tareas.

Elevar la calidad de los productos como por ejemplo, la

utilización de menos pesticidas.

A continuación, se enumeran las tareas básicas que se

realizan en este sector agrupadas en las cuatro principales

fases del ciclo agrícola (preparación de cultivos/suelos,

siembra, producción y recolección), indicando las ventajas

particulares de la robotización en cada una de ellas, cuáles se

encuentran robotizadas y las que son potencialmente

robotizables. Adicionalmente se considera una reciente

actividad: la manipulación de plantas macetas, por su

potencial robotización.

Hay que indicar los procesos de pos recolección, aun

siendo una de las principales fases del ciclo agrícola, no se

ha incluido, ya que se ha considerado, al igual que todo el

sector de la industria auxiliar de la agricultura, como

industria agroalimentaria, existiendo en la actualidad

soluciones robotizadas comerciales.

IV. APLICACIONES

A. Preparación del Cultivo

La preparación de cultivo agrupa los procesos de:

eliminación de cultivo anterior, labranza, nivelado,

desinfección y pre-abonado del suelo, y realización de

huecos para trasplante. Existe en la actualidad maquinaria

robotizada para el caso de los cultivos extensivos

desarrollada por las grandes empresas de tractores.

Básicamente, se trata de agrícolas con capacidad de

teleoperación y en algunos escasos sistemas con posibilidad

de conducción automática.

Por su parte, en cultivos intensivos la preparación del

cultivo se realiza de forma manual o con maquinaria muy

rudimentaria por los problemas de espació en invernaderos y

viveros, no existiendo ningún desarrollo robotizado al

respecto. Cabría aquí considerar el desarrollo de robots

móviles polivalentes capaces de desplazarse en el interior de

invernaderos a los que se puedan acoplar los aperos y

accesorios diseñados para este tipo de cultivo [3].

A continuación se describen algunos de las aplicaciones

que se han desarrollado y se están desarrollando, tanto como

proyectos de investigación y productos comercializados en

todo el mundo:

1) Tractor robotizado detección de plantas y malas

hierbas y para la selección de productos químicos: La

robótica está resultando ser una muy buena solución para la

producción de cultivos orgánicos y medioambientales.

Ejemplo de ello la limpieza de terrenos en los cultivos, en

especial de las malas hierbas ó de la optimizando del uso de

pesticidas en problemas de polución y contaminación del

suelo que esta produce. Tillett and Hague Technology Ltd.,

de UK [4], es una empresa de desarrollo e investigación de

tecnología de automatización para el sector agrícola y otros

sectores relacionados, la cual desarrolló un sistema para

reducir el uso de productos agroquímicos por medio de la

aplicación selectiva de los productos químicos a través un

tractor robotizado que navega por un mapa que representa el

cultivo del campo, ver Fig. 1. Esto se utiliza para decidir

cómo aplicar selectivamente el producto por zonas

típicamente de 5x5 metros de resolución con un tractor

robotizado equipado con GPS. Este sistema en tiempo real

calcula y detecta objetivos diferenciándolos por medio de

una cámara de visión, ya sean cultivos o malas hierbas, ver

Fig. 2. Esto permite una resolución mucho más fina, ya que

realiza un reconocimiento de las plantas individuales. Se

requiere poco conocimiento previo del campo, salvo una

estimación del mapa de la plantación. Este robot tractor

aplica selectivamente los productos químicos a un cultivo

de coliflor.

Fig. 1. Tractor robotizado aplicado en la selección de los productos químicos para un cultivo de coliflor, de la empresa Tillett and Hague

Technology Ltd.

Fig. 2. Sistema de detección del cultivo y de la maleza por medio de un sistema robotizado de visón por ordenador embebido en el tractor de la

empresa Tillett and Hague Technology Ltd., en un cultivo de coliflor.

2) Robocrop: Es un tractor robotizado con visión por

computador basado en sistema de orientación para de control

de químicos en malezas, desarrollado por la empresa Tillett

and Hague Technology Ltd., de UK [4]. Este robot usa

navegación por guiado a través de las líneas de cultivo y al

detectar una mala hierba por medio de visión artificial este

la elimina a través de un corte realizado en forma mecánica.

Este es robot se comercializa como Robocrop, ver Fig. 3.

Fig. 3. Robocrop, tractor robotizado de la empresa Tillett and Hague

Technology Ltd., para eliminar la maleza de forma mecánica sin dañar el cultivo útil.

3) Control mecánico de malezas guiado por visión: Este

proyecto fue desarrollado por la Universidad de Halmstaden

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 fumigación

de 16-24cm, que es lo que se logra hoy en día en los

sistemas de control mecánico, a 5-12cm. Para ser rentable la

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. 4. Esquema del diseño, para el control mecánico de maleza guiado por visión. Discriminación entre cultivos y malas hierbas.

4) Robot autónomo para la eliminación de malezas en el

cultivo de árboles de navidad: En Dinamarca se estima una

producción de árboles de Navidad sobre 31.000 hectáreas y

genera un volumen de negocios anuales de 500-600 millón

de dólares [6]. Para obtener un buen crecimiento y calidad

en los árboles el control de malezas es fundamental. En

muchos casos esto se realiza mediante la aplicación de

productos químicos, sin importar el problema ambiental que

conlleva. Por eso, la Universidad de Agricultura y

Veterinaria Royal y el Instituto Forestal y de Paisaje Danés

desarrolló un robot autónomo capaz de realizar este trabajo

de forma mecánica y sin contaminar los suelos.

La estrategia de control es que el robot conoce la posición

exacta de cada árbol y toma mediciones con respecto a este.

Se calcula un plan de navegación para que el robot siga la

ruta, mientras toma medición de la distancia entre el

cortador y el árbol. Al pasar cerca de un árbol el cortador se

retrae y cuando no este se extiendo para poder tener mayor

alcance, ver Fig. 5.

Esta acción permite sólo los cortes de las malas hierbas

que están en competencia con los árboles (cercanías de este)

y permite el crecimiento a las plantas que no compiten con

estos para mejorar la diversidad biológica en el campo y

ayudar a reducir la erosión, ver Fig. 6.

Fig. 5. Robot prototipo para el desmalezamiento en plantaciones de árboles

de navidad.

Fig. 6. Esquema del Robot autónomo para la eliminación de maleza en

cultivos de árboles de navidad.

5) Control voluntario de patatas en una serie de cultivos

de hortalizas: Este proyecto es desarrollado por la empresa

Tillett and Hague Technology Ltd., de UK, en un programa

para el enlace de la Horticultura dirigido a la seguridad del

uso de pesticidas por el Horticultural Development Council

y el British Potato Council con la participación de otras

empresas del sector industrial. En 2006 la empresa

desarrolló un sistema robótico basado en visión por

computador, para la detección de malezas, especificando la

aplicación de cantidades mínimas de herbicidas (como

glifosato) para el control voluntario de las patatas en una

amplia gama de cultivos de hortalizas, especialmente de

cebollas y zanahorias, ver Fig. 7.

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. 8. Secuencia de las imágenes del control mecánico para la eliminación

de maleza en funcionamiento experimental, sobre el suelo en un cultivo

artificial para demostrar el principio de funcionamiento producción

orgánica.

7) Robot Inteligente para la reducción de cultivos de

verduras utilizando visión artificial: Debido a la variabilidad

del campo en el proceso de perforación y germinación de

semillas, algunos cultivos se siembran en una mayor

densidad que la requerida (por lo general, x3), para luego

una vez germinada las semillas se produce a realizar un corte

mecánico para dejar el cultivo en la forma requerida. El

proceso de reducción tiene como objetivo que las plantas

salgan más saludables, ver Fig. 9. La innovación de Robot

en la reducción del cultivo se encuentra principalmente en la

detección de las plantas más pequeñas del semillero y el

espacio con otras más cercanas. Además, se desarrollaron

algoritmos para decidir cuales plantas automáticamente

eliminar y cuales conservar. Este proyecto es desarrollado

por la empresa Tillett and Hague Technology Ltd. [7], de

UK.

Fig. 9. Eliminación selectiva de plantas en un cultivo.

8) Robot para la preparación del cultivo de viñeros: Este

robot podador desarrollado por la empresa Vision Robotics

Corporation (VRC), se especializa en el corte preciso y

limpio de los viñeros [8]. Sus principales características son:

Cortes con precisión y calidad.

Operación de Día y noche.

Opciones para ser remolcado por un tractor, o vehículo

móvil robotizado.

Poda de dos cabezas por fila, con una por encima de la

línea de diseño para podar dos filas a la vez.

Poda a una velocidad de 8 metros por minuto.

Podar 1 acre en 4.4 horas (dependiendo de la densidad de

la vid).

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 vid

y del trabajo a realizar se procesa antes de que las tijeras del

robot comiencen a podar la vid.

A bordo del robot, un equipo procesa y utiliza la

superposición de múltiples fotos para crear un modelo 3D de

la vid y, a continuación, se aplican "normas de poda", que

fueron programadas en el software guiados por un experto.

Estas normas son procesadas, para luego indicarle a los

brazos robóticos hidráulicos con tijeras la forma en que

deben podar, y donde hacer los cortes, ver Fig. 10.

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 la

preparación de cultivos:. La utilización de vehículos aéreos

no tripulados para la llamada agricultura de precisión es un

campo que cada vez va creciendo con mayor fuerza. Sus

principales ventajas son:

Tomar imágenes que permite tanto a los productores

agrícolas como a empresas que los asesoren a tomar

decisiones más informadas que pueden repercutir en un

ahorro importante de insumos y por lo tanto de dinero. Las

imágenes se pueden adquirir y ver casi instantáneamente.

Sobrevolar todo un campo y a la vez tomar fotografías de

los cultivos en el rango de frecuencias infrarrojas y luz

visible. Las imágenes se combinan en un gráfico a color que

muestra cómo los cultivos están creciendo en todo ámbito e

identifica las áreas de deterioro. Sobre la base de esa

representación gráfica el análisis de los datos obtenidos por

los UAV crea una serie de instrucciones para aplicarlas en

una variable de interés.

También pueden ser utilizados para medir los niveles de

humedad en el suelo, la cantidad de vida vegetal, o los

problemas causados por: la sobre fertilización, los animales

de pastoreo o las plagas. En casos de problemas con el

cultivo se dispone de un registro permanente de la magnitud

de daños en esta.

Con el procesamiento de las imágenes del crecimiento de

cultivos, se hace un uso más eficiente de los fertilizantes, ya

que los agricultores pueden cambiar las tasas de crecimiento

de sus cultivos modificándolo. Además, se obtienen análisis

de datos que permiten decidir dónde se precisa o no la

fumigación.

Fig. 11. Imagen obtenida por un UAV para la descripción de gestión de

cultivos, viveros y plantaciones. En donde se lleva un control y monitorización del estado de los cultivos mediante imágenes multi-

espectrales.

Fig. 12. Imagen multi-espectral obtenida por un UAV para la derivación de

parámetros biofísicos.

La eficiencia del riego se manifiesta en correlación

positiva con el índice normalizado de vegetación definido

con imágenes multiespectrales desde UAVs. Las

observaciones pueden programarse en función de les

políticas de riego implementadas, ver Fig. 12.

En el mercado existes varias empresas que desarrollan

UAVs, como por ejemplo: CATUAV es una empresa

privada española dedicada al desarrollo y a la operación de

aeronaves no tripuladas (UAV) [7], con aplicaciones en la

agricultura, ver Fig. 11 y 12. Otra empresa que ofrece este

mismo tipo de aplicaciones es CropCam, de Canadá. Puede

proporcionar imágenes para la agricultura, la silvicultura y

entre otras más aplicaciones [8], ver Fig. 13.

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 considerado

parte de fase en este trabajo, siendo una tarea adicional

propia de los invernaderos de plantas con macetas donde ha

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 y

producción del arroz [11], ver Fig. 13.

Fig. 13. Robot para plantación en arrozales.

2) Robot trasplantador de hortalizas, Kikump: Muchos

productos agrícolas primero se siembran en invernaderos

para luego ser trasplantados al campo, siendo este el caso de

las hortalizas. El Instituto Brian, de Japón, ha desarrollado

un robot trasplantador, ver Fig. 14. Este brazo manipulador

pertenece a la clase de robots manipuladores con aplicación

en la agricultura [12].

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 en

Tokio, Japón, han inventado un traje-robot diseñado para

ayudar a los agricultores en la plantación y el cultivo de la

tierra [13].

El traje que se observa en la Fig. 15, tiene un peso de

alrededor de 25 kilos. Tiene ocho motores y 16 sensores.

Según los inventores, “el traje lleva su propio peso y coloca

una carga mínima sobre el operador". La compañía que va a

producir estos trajes-robots estima un costo de venta de entre

4000 a 8000 euros, y se espera que salga al mercado dentro

de tres años.

Fig. 15. Este traje según el investigador es muy adecuado para los

agricultores de mayor edad que necesitan apoyo para los músculos de las

piernas y de sus articulaciones.

4) Sistemas comerciales de trasplante: Existen varias

aplicaciones industriales donde se utilizan la automatización

y robotización para el trasplante y manejo de plantas, un

muy buen ejemplo de ello es la empresa Cermosán, S.L [14].

Esta es una empresa especializada en la mecanización

integral de vivero. Cermosán tiene sus oficinas centrales y

talleres ubicados en la localidad valenciana de Guadassuar

(España). Actualmente, Cermosán posee una de las ofertas

más completas en la mecanización y robotización de viveros

ornamentales, especializada en climas de inviernos suaves.

Entre sus productos se encuentran: Enmacetadoras,

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. 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. 17. Robot transplantador XT600J.

Este modelo está diseñado particularmente para trabajos

en grandes volúmenes. Es configurable desde 4 pinzas a 12.

Y su rendimiento alcanza las 14.000 plantas a la hora con las

12 pinzas. Posibilidad al memorizar hasta 99 programa de

extracción de planta y 99 en destino de plantación, ver Fig.

18.

Fig. 18. Robot transplantador XT600J.

C. Producción

La producción se encuentra integrada por las etapas de

fertirrigación del cultivo, pulverización de productos

fitosanitarios, eliminación de malas hierbas, podas de las

plantas, limpieza de cubiertas en invernaderos y sombreado

de las mismas [3].

La fertirrigación y aplicación de productos sanitarios en

cultivos intensivos y en árboles está resulta mediante los

sistemas de riego automático. En cultivos extensivos se

utilizan robots a modo de dispositivos móviles que se

desplazan a lo largo de barras horizontales por las que se

riega el cultivo. Estos sistemas se programan para que se

muevan y rieguen toda la superficie cultivada. El proceso de

eliminación de malas hierbas en cultivos extensivos, cuenta

con tractores robotizados y maquinaria agrícola modificada

que facilita la realización de esta labor.

Una de las tareas más tediosas y peligrosas del cultivo en

invernadero es la limpieza de sus cubiertas o la deposición

de un producto blanqueante para que disminuya la

transmisión de radiación solar al interior en épocas

calurosas. Esta tarea se realiza actualmente de forma

manual, pudiendo ser robotizada de manera similar a como

se ha robotizado la limpieza de otras superficies.

1) Robot Móvil para invernaderos, AURORA:

desarrollado por el departamento de Ingeniería de Sistemas y

Automática, de la Universidad de Málaga y del Grupo de

Robótica Visión y Control, de la Universidad de Sevilla,

particularmente para tareas de fumigación, ver Fig. 19.

Incorpora una motorización basada en motores de alterna,

alimentados por un generador de alterna a 220V con 2.5KW

de potencia. Su sistema de control está basado en PC

industrial. Su sistema sensorial está basado en sensores de

ultrasonidos de tipo analógico y digital utilizables en control

reactivo. Incorpora cámara CCD para teleoperación [15].

Fig. 19. AURORA, Robot para invernaderos (Universidad de Málaga y

Universidad de Sevilla).

2) Robot Móvil con un sistema de Visión por computador

y otro de micro-pulverización: Esta aplicación robótica

pertenece al proyecto AGROBOTIC desarrollado por el

Instituto Danés de Ciencias Agrícolas, la Universidad de

Aalborg, la Universidad de Agricultura y Veterinaria Royal,

y 4 empresas industriales [16]. Su objetivo en esta aplicación

es la reducción de la emisión de herbicidas al pulverizar las

plantas de un cultivo. Este micro sistema de pulverización

mejora la precisión, con resoluciones de hasta 5mm. La

reducción de los herbicidas (glifosato) es de 540g/ha a

menos de 10g/ha, ver Fig. 20.

Fig. 20. Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otro

de micro-pulverización.

3) Robot para el cuidado de plantas, Hortibot: Es un

robot de cuidado de plantas autónomo coordinado por la

Universidad de Aarhus, Instituto de Ingeniería Agrícola,

Centro de la Investigación Bygholm [17]. HortiBot

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.

Fig. 21. Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otro de micro-pulverización.

4) Robots pequeños para sembrar, fumigar, recolectar y

arar la tierra. Ingenieros agrónomos de la Universidad de

Illinois (USA) han desarrollado una gama de pequeños

robots baratos (de entre 150 y 500 dólares cada uno)

especialmente concebidos para realizar tareas agrícolas y

sustituir a las pesadas y costosas maquinarias que se

emplean actualmente para sembrar, fumigar, recolectar y

arar la tierra, ver Fig 22. Uno de estos robots parece salido

de la película "la guerra de las galaxias", como el R2D2,

mientras que otros son como pequeñas hormigas de 30

centímetros de largo que tienen la habilidad de funcionar

como un ecosistema, es decir, se comunican entre sí y, al

igual que hacen las abejas, se ayudan mutuamente en caso de

necesidad.

Fig. 22. Robots pequeños para sembrar, fumigar, recolectar y arar la

tierra.

D. Recolección

La recolección puede ser realizada de manera continua,

por vibración o por unidades. También se incluyen en esta

fase la clasificación de los frutos y el envasado en campo.

La recolección continua aparece en los cultivos masivos

de cereales, maíz y otros en los que las plantas, secas o

verdes, son cortadas en su parte inferior mediante

dispositivos tipo cuchilla. Si bien existe maquinaría en parte

automatizada para estos procesos, puede ser aumentada su

autonomía en base al empleo de sensores (altura del corte,

por ejemplo). Asimismo la robotización de esta tarea puede

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 aire

libre como sandias, melones o coles. En el caso de cultivos

bajo invernadero, también existen algunos desarrollos de

prototipos para diferentes variedades de tomates, pepinos, o

fresas, así como para la recolección de champiñones. Uno de

los principales problemas a resolver en esta tarea es la

localización de los frutos, siendo preciso el uso de sistemas

sensoriales capaces de detectarlos considerando el efecto de

la superposición de los distintos elementos en una planta o

árbol.

A continuación se muestran algunos de las aplicaciones

que se han desarrollado, tanto como proyectos de

investigación y productos comercializados:

1) Recolector de naranjas y Recolector de manzanas: La

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. 23. Robot recolector de naranjas.

El recolector de manzanas tiene también un sistema de

visión usado para escanear e identificar las manzanas dentro

de una huerta. Las cámaras son colocadas al final de los

booms de escaneo, usando cadenas de cámaras

estereoscópicas para crear una imagen virtual 3D de todo el

árbol manzanas. La posición y el tamaño de las manzanas

son almacenados y suministrados a los brazos recolectores.

Inmediatamente siguiendo el proceso de escaneo, una serie

de brazos largos rectangulares cogen cada manzana (Fig.

24).

Fig. 24. Robot recolector de manzanas (VRC).

2) Recolector de champiñones: La Universidad de

Warwick, UK, desarrolló un brazo robót que permite

detectar el tamaño adecuado de los champiñones y además

cuales son más saludables, para poder recolectarlos [19]. Su

principal desventaja es que es más lento que la recolección

con mano de obra, ver Fig. 25.

Fig. 25. Brazo robótico recolector de champiñones.

3) Recolecotr de uvas: La Universidad de Okasuma de

Japón, en su facultad de Agricultura desarrolló un robot

multi-usos para trabajar en un viñero [20]. Este robot tiene

un manipulador de coordenadas polares con 5 GDL. La

longitud del brazo es de 1.6m y su peso es de 200kg. Sus

investigaciones se basaron la prueba de varios efectores

especializados para sujetar las uvas, empacarlas y

recolectarlas, ver Fig. 26.

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 de

crecimiento son diferentes, se crearon dos tipos diferentes de

robots. Estos robots tienen componentes similares. El primer

robot esta desarrollado en cooperación con una empresa de

maquinaria agrícola ver Fig. 27.

Fig. 27. Robots recolectores de fresas.

5) Robot recolector de pepinos: desarrollado por la

universidad de Okasuma [20]. Este robot es un manipulador

de 6 GDL diseñado para trabajar en sistemas de

entrenamiento con rejillas inclinadas, las cuales fueron

desarrolladas para el sistema de recolección robotizado. El

sistema de entrenamiento hace que las frutas queden

colgando en las rejillas para que se puedan detectar

fácilmente. Su sensor visual es capaz de discriminar fruta

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.

En su efector final fueron instalados un detector del tallo, un

cortador y los dedos manipuladores, debido a la dificultad

que se tiene al detectar la posición del tallo por el sensor

visual y poder cortarlo, ver Fig. 28.

Fig. 28. Robots recolector de pepinos.

6) Robot recolector de tomates y cerezas: otro proyecto

desarrollado por la universidad de Okasuma que está

formado por 4 componentes: un manipulador, un efector

final, un sensor visual, y un dispositivo de navegación [20].

El manipulador tiene 7 grados de libertad con un alto grado

de manipulación. Tiene dos articulaciones prismáticas y 5

rotacionales. Se desarrollaron dos tipos de efectores finales,

uno para los tomates y otro para los tomates de cereza. Para

cortar las frutas, estas primero son succionadas

neumáticamente y luego si están en una posición adecuada

se procede a cortar el tallo, y si no, se mueve un poco el

efector final para tomar una posición adecuada. La fruta

recolectada es transportada por medio de un tubo entre el

efector final y un contenedor, ver Fig. 29. Una cámara CCD

fue usada para diferenciar las frutas de sus tallos y hojas. La

posición de las frutas se detecta por visión estéreo binocular.

Se usó además un sistema de navegación para que el robot se

pueda mover con cuatro ruedas, el cual fue comercializado

como un vehículo para transportarse en invernaderos. Una

segunda fase del proyecto se va a realizar con una

Universidad de USA, una empresa eléctrica y un instituto de

maquinaria agrícola para poder ser comercializada.

Fig. 29. Robots recolector de tomates y cerezas.

7) Recolector VT-2: La empresa española AGROMELCA,

S.L., es una empresa creada en el año 2003 y que está

compuesta por la segunda generación de una empresa

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 con

elevación independiente, desplazamiento lateral, telescópico

y giro en la pinza. El sistema TRV incorpora los siguientes

elementos: Turbo en la vibración, Dos vibraciones en cada

sentido, Regulación del frenado de la pinza, Regulación del

apriete de los brazos al tronco y Auto apriet, ver Fig. 30.

Fig. 30. Brazo robótico recolector de frutos secos.

8) Recolector AutoPick: La empresa ARCUSIN, con sede

en varios países entre ellos España, desarrolla maquinaria

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. 31. Brazo robótico recolector de frutos secos.

V. FUTURAS APLICACIONES

En el futuro se esperara el uso masivo de sistemas

robotizados tanto a descampado como en invernaderos.

En invernaderos se esperaría un sistema totalmente

autónomo con robot macetas y cultivos conectados a través

de redes de comunicación inalámbricos. Las plantas de los

cultivos estarán equipadas con sensores en el suelo, y

transductores que comunicaran al sistema robótico la

necesidad de agua y nutrientes, al igual que cosechar los

frutos e incluso polinizar las plantas. Este tipo de

especialización permitirá una gran reducción de los recursos

consumidos en el proceso de crecimiento.

Todo indica que en grandes extensiones habrá una

supervisión de los cultivos a través de cómo se está

comenzando a realizar hoy de UAVs específicos, que

entregaran información precisa del estado de salud de los

cultivos, apoyado de robot móviles que se distribuirán a

través del campo, haciendo acciones como eliminación de

maleza y control de plagas; eliminando la necesidad de

elementos nocivos y contaminantes para los suelos y el

medio ambiente.

La granja del futuro a grande escala será gestionada en su

integridad por un sistema informático que regula la actividad

de los robots que se ocupan del campo con la ayuda de

satélites, que al mismo tiempo conocerá la situación de los

mercados a los que van dirigidos los productos de cultivo y

dirigirá el ordeño de las vacas, que se realiza mediante

robots (estos robots ya funcionan en algunos países con

comprobada eficacia).

En laboratorios de Diseño de sistemas Agrícolas y

Biológicos, los nuevos desafíos son resolver los problemas

anteriores en sistemas agrícolas y también diseñar robots

para interpretar sistemas biológicos capaces de medir y

hacer as y químicas de la planta bajo su cuidado. Las

personas podrán hacerse cargo de granjas enteras aun

cuando no tengan la experiencia ya que el robot se encargara

de los detalles técnicos de la siembra, rociado y recolecta o

requiriendo cada vez menos mano de obra calificada

dedicada a estas labores. En un futuro los robots deben ser

capaces de no requerir nuevos programas sino aprender y

ajustar sus parámetros mediante la observación y

posteriormente repetirla con precisión, ese es el objetivo a

futuro [23].

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. 32. Field Robot Event 2008, University of Applied Sciences Osnabrück.

Otro concurso que se llevará a cabo este año se realizará

en la Escuela Técnica Superior de Agrónomos de la

Universidad Politécnica de Madrid en donde estudiantes de

ingeniería de todo es mundo competirán en el “I Concurso

Internacional de Robótica en Agricultura Agrotech

2009” [25]. El reto es resolver pruebas y problemas de

interés actual en el sector mediante la construcción de un

equipo robotizado y su programación informática.

Nuevas generaciones de estos robots podrán sembrar,

fumigar, cosechar y realizar muchas de las difíciles tareas

del mundo agrícola. Todas estas tecnologías desembocarán

en la granja del futuro, equiparable a las casas dotadas con

todas las modernas tecnologías, integradas en un único

sistema que lo regula todo. Después de redimir al sector

servicios y al industrial, parece que la robótica, por fin, se

decide a impulsar la actividad primaria, fundamental para los

países en desarrollo.

VI. CONCLUSIÓN

En cuanto al uso de robots en la preparación de cultivos se

han encontrado investigaciones que apuntan al uso

combinado, que en agricultura se denomina: agricultura de

precisión, ya que dan un soporte tecnológico y preciso a las

faenas como la eliminación de malezas en los cultivos, con

sus tratamientos tanto de agroquímicos como mecánicos,

optimizando tanto insumos químicos, como realizando una

producción totalmente orgánica en el caso de desmalezado

por medios robóticos mecánicos. El uso de podadores

robóticos como en caso del trabajo de los viñeros es un gran

avance que comercialmente estará disponible en tres años

más, al igual que la aplicación a la poda de otros árboles. Se

ha observado también la gran ventaja que radica el uso de

UAVs en la agricultura ya que se pueden realizar muchos

análisis de las fotografías aéreas para la preparación de

cultivos en particular (donde usar fungicidas y qué cantidad

se debe suministrar, calidad de la humedad del suelo, etc.).

Además, el agricultor puede ver en tiempo real el estado de

su campo.

El uso de robots en la siembra deja de manifiesta el gran

potencial de esta tecnología y el impacto que tendría en los

campos, ya que haría una siembra más precisa al igual que

daría solución a la creciente baja en la mano de obra de esta

actividad. También el manejo de trasplantes de cultivos que

se realizan en un invernadero para llevarlos al campo ya son

soluciones comerciales robotizadas existentes.

El mayor problema que se enfrenta la robotización

agrícola, es el alto coste inicial que se requiere, al igual que

la poca preparación especializada por parte del agricultor.

La Ingeniería agrícola se ha convertido en un campo de

alta tecnología con mayor relevancia en todo el mundo con

respecto a la alimentación, la energía (biocombustibles), así

como para mejorar la conservación del medio ambiente. Hay

una gran necesidad de innovaciones y nuevas ideas para

crear soluciones. Las aplicaciones futuras de robots

autónomos y cooperativos en la agricultura será una

revolución en este campo.

El uso de técnicas de precisión junto con sistemas

robotizados mejora el manejo de suelos y cultivos. Además,

estos sistemas hacen uso del procesamiento de grandes

volúmenes de información para la toma de decisiones, con lo

cual se puede minimizar el uso de productos agroquímicos

mientras se asegura un control efectivo de plagas, malas

hiervas y enfermedades, a la vez de suministran una cantidad

adecuada de nutrientes a los cultivos.

En el marco de sistemas robóticos de navegación

autónoma en procesos de siembra se puede realizar con gran

precisión, incrementando el rendimiento del los cultivos.

Los robots ahora son reconocidos como dispositivos que

ofrecen las soluciones a los problemas de envejecimiento de

los agricultores o la disminución del número de granjeros

que ocurre en la mayoría de países en el mundo ya que no

hay generación humana de relevo para cultivar, porque la

agricultura no es fascinante para la generación de los más

jóvenes.

La tendencia sin duda es hacer robots cada vez mas

cooperativos con el humano ya que comparten el mismo

ambiente activo y que al no estar controlado es necesario

que el robot este en la capacidad de detectar al humano,

interpretar esta situaciones y actuar en consecuencia, sin

duda alguna la interacción social humano robot ya es un

hecho, solo hay que mejorarla.

REFERENCES

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[4] Tillett and Hague Technology Ltd. Wrest Park, Silsoe, Beds, UK, MK45 4HR . http://www.thtechnology.co.uk/

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[9] CATUAV .Camp de vol El Prat 08180 Moià (Spain) Tel. (+34) 93

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Tel.: +34 962 572 067

Fax: +34 962 571 372e-mail: info@cermosan.comhttp://www.cermosan.com

[15] Robot Móvil para invernaderos, AURORA.

www.isa.uma.es/.../ActividadesGRUPO.htm [16] Robot Móvil con un sistema de Visión por computador y otro de

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[17] Robot para el cuidado de plantas. http://www.hortibot.dk [18] Sistemas robotizados para cosechar naranjas, manzanas.

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la Universidad de Okasuma, de Japón. http://mama.agr.okayama-

u.ac.jp [21] Recolector de frutos secos, Vt-2, de la empresa AGROMELCA,

http://www.agromelca.com

[22] Recolector de frutos secos, AutoPick, de la empresa arcusin. http://www.arcusin.com

[23] E. Pico, Robots de servicio: aplicaciones en agricultura y

Ganaderia.Trabajo desarrolla para la signatura de Robots de Servicio del Máster de Automática y Robótica de la UPM, 2008.

[24] Field Robot Event. http://www.fieldrobotevent.de

[25] I Concurso Internacional de Robótica en Agricultura Agrotech 2009.

http://www2.upm.es