Progettazione di un nuovo robot per l’agricoltura di precisione in serre = Design of a new robot for precision agriculture in greenhouses

Il lavoro svolto nella tesi consiste nella progettazione di un robot per l’agricoltura di precisione. L’agricoltura di precisione è un nuovo approccio usato nel settore primario, volto a ottimizzare la produzione agricola su vari livelli. I benefici derivanti da questo paradigma sono di tipo agronomico, ambientale ed economico. L’obbiettivo è quello di gestire le colture tramite un sistema basato su osservazione e misurazione, e quindi di effettuare degli interventi sulla singola pianta al momento del bisogno e nella giusta misura. L’agricoltura di precisione richiede l’utilizzo di macchine intelligenti per la gestione ottimale delle colture, sia per la fase di raccolta dati sullo stato di salute/di crescita delle piante e sia per svolgere in modo accurato le operazioni di mantenimento della pianta. Lo sviluppo di macchine intelligenti per l’agricoltura deve tenere in considerazione gli obiettivi di sviluppo sostenibile indicati dall’ONU per promuovere lo sviluppo globale, il benessere umano e la protezione ambientale. Il lavoro di tesi si compone di una prima parte di ricerca bibliografica svolto per conoscere lo stato dell’arte della robotica in ambito agricolo, al fine di conoscere i principali progetti di ricerca attivi nel settore. Un’analisi dello stato dell’arte è stata eseguita per scegliere il settore di lavoro più promettente per lo sviluppo di un robot per l’agricoltura di precisione. In base alla ricerca bibliografica svolta si è scelto di sviluppare un robot di piccole dimensioni per operare nell’ambito delle colture protette. L’agricoltura in serra infatti presenta ambienti più strutturati, prestandosi meglio alla navigazione da parte di soluzioni robotizzate. Dal lavoro di ricerca bibliografica sono state dedotte le taglie del robot e il lavoro da automatizzare, nello specifico è stato approfondito il tema della distribuzione localizzata di fertilizzante granulare. Nel progetto si è poi scelto di seguire i principi di flessibilità e modularità per permettere al robot progettato di poter essere utilizzato con il maggior numero di colture possibile e in ambienti di lavoro diversi. Per seguire questi principi è stato integrato all’ interno del telaio del robot un meccanismo di allargamento automatico della carreggiata azionato da un sistema vite-madrevite. Il robot progettato nella tesi è inoltre caratterizzato da locomozione a tre ruote e omnidirezionalità. Il lavoro di progettazione del robot si è quindi suddiviso in una prima parte di analisi funzionale e scelta delle dimensioni. In questa parte sono stati valutati diversi meccanismi per operare l’allargamento della carreggiata, cercando di scegliere il migliore in termini di numero di membri, numero di coppie cinematiche, ingombro e traiettoria generata. Come seconda parte si è operata la scelta dei componenti commerciali e la progettazione vera e propria della piattaforma robotizzata su software di disegno 3D. Dopo aver creato i primi modelli CAD è stata eseguita una serie di analisi FEM 3D per valutare la bontà del modello. I risultati sono stati valutati in termini di sollecitazioni e di freccia massima della struttura. Dopo ogni analisi agli elementi finiti sono state individuate eventuali criticità, le quali sono poi state corrette su un nuovo modello CAD per ripetere l’analisi agli elementi finiti. Alla fine dell’iter progettuale è stato ottenuto un modello CAD definitivo del robot, validato tramite analisi FEM 3D e con tutti i componenti commerciali definitivi selezionati.