Le sfide che gli ambienti non strutturati pongono alle soluzioni di robotica sono molte e complesse. In particolare la robotica in ambito agricolo pone temi ambientali che mettono a dura prova la robustezza (dell’hardware così come delle connessioni e della percezione), ma anche culturali, trattandosi di un settore tradizionalmente poco propenso all’innovazione.
I ricercatori e dottorandi del DEI (Dipartimento di Energia elettrica e dell’Informazione) dell’Università di Bologna, Dario Mengoli, Niccolò Omodei e Matteo Ambrosini, hanno sviluppato e presentato in occasione del recente ERF, lo European Robotics Forum di Rimini, un’applicazione di harvesting per la raccolta della frutta.
La sfida: rispondere alla stagionalità e allo shortage
La raccolta della frutta è un’attività che impegna una considerevole quantità di risorse umane, per un periodo limitato e definito, e pone seri problemi di disponibilità di manodopera, così come di ergonomia per gli operatori che la svolgono.
La raccolta della frutta, così come quella delle specie orticole, deve avvenire in un periodo preciso per salvaguardare la qualità organolettica del raccolto, e deve avvenire garantendo di non danneggiare i prodotti nella presa e rilascio in cassetta. Inoltre, l’ambiente in cui avviene la raccolta, espone i sistemi automatizzati a una serie di sfide ambientali: quali la presenza di contaminanti, asperità del terreno, ostacoli fisici ai sistemi di visione implementati (come la presenza di foglie, rami o anche di precipitazioni che possono oscurare la visione delle telecamere).
Vi sono poi sfide specifiche relative al tipo di frutto o ortaggio, la cui presa e il cui grasping variano a seconda della tipologia. Questa sfida implica che il cobot, dotato di sistema di visione, riconosca il prodotto e adotti un protocollo di avvicinamento e presa diverso di volta in volta.
Per questo complesso di difficoltà applicative e tecniche, il DEI di Bologna ha sviluppato, sulla base del cobot UR5e, un sistema di harvesting automatizzato che include il cobot ed è dotato di un soft gripper a forma di mano e di un sistema di visione 3D che guida i movimenti del braccio.
La soluzione: robotica collaborativa e visione
L’applicazione include due cobot UR5e (5kg di payload e 750 mm di reach), gripper a forma di mano della qbrobotics e un sistema di visione.
La soluzione è dotata di una serie di algoritmi che consentono la localizzazione e il riconoscimento del frutto, l’avvicinamento (evitando ostacoli sul percorso come rami e foglie) e infine la raccolta e il rilascio in cassetta. L’applicazione vede coinvolti due bracci robotici sincronizzati che operano in parallelo per ottimizzare il tempo ciclo di raccolta e la produttività. I sei gradi di libertà del cobot UR garantiscono la possibilità di articolare movimenti complessi (necessari, ad esempio, per superare gli ostacoli posti davanti al frutto) e permettere una raccolta puntuale.
I vantaggi: economici ed ergonomici
L’applicazione sviluppata dai ricercatori del DEI offre una serie di innegabili vantaggi per gli operatori del settore agricolo e per i frutticultori in particolare. Da un lato risponde a una sentita carenza di personale, che come detto è particolarmente evidente in periodi definiti, dall’altro garantisce un vantaggio economico, dal momento che la soluzione automatizzata può essere operativa per tempi più lunghi minimizzando i tempi di raccolta (e preservando quindi la qualità del frutto). Infine garantisce un vantaggio ergonomico per gli operatori che – non più chiamati alla raccolta manuale, possono essere impiegati in azienda per compiti a maggior valore aggiunto (selezione, calibratura, controllo qualità sul raccolto).
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