Encoder Siko in robot autonomo per la raccolta di mele nei frutteti

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Siko sta contribuendo allo sviluppo di un robot mobile autonomo per la raccolta delle mele nei frutteti fornendo due encoder della propria gamma per macchine mobili.

Il progetto AurOrA (Autonomer Obstplantagenhelfer Altes Land, ovvero ausilio autonomo per i frutteti dell’Altes Land, a sud-ovest di Amburgo) consta di un piccolo veicolo semovente che in futuro sarà in grado di circolare in modo autonomo nei frutteti, individuando e prelevando le casse piene di frutta per portarle a un punto di scarico definito. Alleviando la fatica e facilitando il lavoro per il personale addetto alla raccolta. Il progetto, avviato a febbraio 2020, è nato dalla richiesta di un frutticoltore alla Hochschule 21 di Buxtehude che chiedeva un supporto per lo sviluppo di un veicolo a funzionamento autonomo, e vede la collaborazione di PWH, produttore di macchine agricole di Jork. Poiché i proprietari di frutteti hanno una forte necessità di assistenza tecnica, si prevede che nel medio termine il progetto darà vita a un prodotto commercializzabile ed economicamente vantaggioso. Scopo effettivo del progetto era tuttavia quello di realizzare entro il mese di gennaio 2023 un prototipo funzionante per dimostrarne la fattibilità tecnica. Il progetto è finanziato dal programma di sostegno ZIM del Ministero dell’Economia tedesco.

Il progetto si trova attualmente nella terza fase di pianificazione dopo aver raggiunto il secondo traguardo: il robot può già muoversi con ampia autonomia nel frutteto. Ora si sta lavorando sul fronte della prevenzione delle collisioni e del riconoscimento del terreno, ad esempio quello fangoso, per evitare che le ruote girino su se stesse e che il veicolo rimanga bloccato o venga deviato in un fosso. Il terzo traguardo consisterà nell’effettivo prelievo e successivo trasporto della cassa di frutta.

Questo tipo di progetto di sviluppo cela sempre delle sfide particolari che vanno dal coordinamento degli interessi delle varie aziende frutticole, che hanno spesso procedure di raccolta molto diverse tra loro, a problemi infrastrutturali come uno standard stabile di telefonia mobile che consenta al robot di ricevere dati GPS e comunicare con l’operatore, fino alle difficoltà pratiche insite nelle attività quotidiane all’aperto (maltempo, neve, pioggia, luce solare, caratteristiche del terreno).

Un veicolo dotato di autonomia operativa necessita di sensori che provvedano a svariate mansioni di misurazione. Lo specialista di misure e sensori Siko è stato quindi coinvolto nel progetto per quanto concerne la rilevazione dell’angolo di sterzata e della posizione del caricatore. Grazie alla sua pluriennale esperienza nel settore delle macchine mobili e della tecnologia applicata alle macchine agricole, l’azienda ha potuto contribuire con le proprie competenze alla fase di progettazione e ha poi fornito due tipi di encoder atti a supportare le suddette importanti funzioni. Alexander Kammann, collaboratore scientifico della Hochschule 21, esprime apprezzamento per l’opera degli esperti Siko: “Siamo rimasti positivamente sorpresi dalla disponibilità con cui Siko promuove progetti pioneristici e dall’impegno che ha profuso nell’attività di consulenza. All’inizio non sapevamo affatto quali fossero effettivamente gli esatti requisiti dei sensori: li abbiamo elaborati e definiti insieme”.

I possibili sensori devono essere innanzi tutto molto robusti e insensibili alle aspre condizioni ambientali outdoor (fango, polvere, pioggia, forte irradiazione solare, irregolarità del terreno). I componenti del sistema modulare di sensori Pure.Mobile di Siko sono particolarmente adatti all’impiego in macchine mobili operanti in condizioni ambientali avverse. Nella parte posteriore del veicolo è installata una doppia ruota che può girare e genera in tal modo la sterzata. L’angolo di sterzata viene rilevato dall’encoder magnetico WV5800M e poi elaborato e inviato al sistema di controllo. L’encoder in questione è un encoder multigiro capace di rilevare in modo assoluto anche più rotazioni. Qualora la tensione subisse un’interruzione, ad esempio a causa delle batterie scariche, l’angolo di sterzata precedentemente impostato non andrebbe perduto. Senza encoder assoluto, all’atto del riavvio del veicolo l’angolo di sterzata sarebbe erroneamente definito come un angolo di zero gradi. Il sistema magnetico di misurazione è conforme ai requisiti di robustezza e insensibilità.

Il team di progetto ha apprezzato anche l’elevata precisione e affidabilità dell’encoder grazie al quale il veicolo adegua sempre l’angolo di sterzata in modo tale da poter effettuare il percorso definito senza che si verifichino anomalie e senza eccessive tolleranze. Per conseguire un livello di sicurezza ancora maggiore anche nell’interazione con le persone che lavorano nei frutteti, e per escludere in modo affidabile eventuali guasti, nei veicoli futuri sarà impiegata la variante di sicurezza dell’encoder WV58MR con rilevamento ridondante della posizione. Nella fase di sviluppo l’attenzione si concentrava anzitutto sulla fattibilità tecnica ed era quindi sufficiente l’encoder senza standard di sicurezza. I due encoder hanno una struttura identica e in caso di sostituzione non richiedono quindi nessuna modifica meccanica dell’applicazione. Per il rilevamento dell’angolo di sterzata è stata inoltre adottata un’interfaccia CANopen che consente di utilizzare il maggior numero possibile di componenti elettronici standardizzati, velocemente sostituibili e integrabili nel sistema bus.

Il secondo encoder Siko AH25S è ancora più piccolo e compatto, ma non per questo meno robusto. Si tratta di un encoder monogiro che controlla la posizione dei caricatori delle casse, i cosiddetti flipper. La cassa piena di frutta viene sollevata facendo presa in quattro punti ad opera di altrettanti flipper. Quando il robot passa sopra la cassa, questa sfiora i flipper caricati a molla i quali oscillano lateralmente e poi si ripiegano automaticamente, andando a trovarsi sotto i quattro angoli della cassa da prelevare. Per un trasporto sicuro delle casse è necessario conoscere la posizione dei singoli flipper, ossia se questi si siano effettivamente spostati all’indietro o se si sono bloccati, e se tutti e quattro i flipper si trovano al di sotto della cassa per garantirne il sollevamento. Lo spazio di installazione molto limitato ha reso necessario un encoder miniaturizzato che potesse essere utilizzato direttamente in loco senza bisogno di uno speciale supporto. In questo caso è sufficiente un encoder analogico in quanto le informazioni sui dati sono meno critiche rispetto a quelle del sensore dell’angolo di sterzata.

Per poter offrire alle aziende agricole un reale valore aggiunto, è infine allo studio l’impiego di AurOrA anche per ulteriori mansioni quali la pacciamatura e la falciatura o come supporto per la ripiantumazione di alberi. Ciò ne consentirebbe un utilizzo efficiente lungo quasi tutto l’arco dell’anno e non limitato alla sola stagione del raccolto.

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