Small Robot Company
PROTOLABS SE UNE A LA CUARTA REVOLUCIÓN AGRÍCOLA
La empresa Small Robot Company está revolucionando la agricultura. Los robots agrícolas autónomos y de precisión de la empresa son la respuesta del siglo XXI a un problema del siglo XXI: según la ONU, el mundo debe producir un 70% más de alimentos de aquí a 2050, sin utilizar más tierra ni destruir más ecosistemas.
Utilizar tractores y otra maquinaria similar ya no es la mejor manera de abordar este desafío vital. Ya existe la tecnología en bruto con la que se podrían producir alimentos de forma más barata, más precisa y con menos residuos. La agricultura robótica autónoma ya es una realidad en parte de nuestro paisaje agrícola, desde robots recolectores de fruta hasta pulverizadores sin conductor, pero los avances de Small Robot Company nacen de la colaboración entre agricultores, profesores, diseñadores de servicios e ingenieros. Su trabajo combina la vanguardia de la tecnología robótica y la inteligencia artificial para crear un nuevo modelo de agricultura regenerativa y rentable (la agricultura por planta) en el que el robot Tom V4 destaca por encima de todos los demás.
Esta es la historia de cómo Protolabs, líder mundial en fabricación digital, apoyó el desarrollo y la creación de un hardware tan revolucionario.
«La plataforma de elaboración de presupuestos de Protolabs es siempre muy rápida y también nos proporciona información sobre el proceso de fabricación. El sistema detalla automáticamente cualquier problema, lo que nos permite solucionarlo antes de que el producto salga de fábrica. Resulta muy práctico y cargar un archivo es muy fácil».
Rhian Griffith, ingeniera mecánica de Small Robot Company
El producto
El Tom V4 es un robot que escanea el cultivo al detalle e identifica cada una de las plantas para recopilar datos sobre la distribución de las plantas y las malas hierbas a fin de determinar la ruta de tratamiento óptima. Esta información, a través de un enfoque «por planta», se utiliza para las aplicaciones de fertilizantes de dosis variable y para la aplicación puntual de herbicidas mediante el control de boquillas y pulverizaciones de control por secciones.
Actualmente, Small Robot Company cuenta con cinco robots Tom V4 fabricados y en funcionamiento que, además de prestar un servicio tecnológico a las empresas agrícolas, sirven de punto de partida para nuevos avances en el campo de la agrorobótica.
| A simple vista |
|---|
|
Imprimir en 3D dos piezas diferentes para el último robot agrícola de Small Robot Company: un soporte SSD (para el almacenamiento de datos) y una tapa para el actuador de dirección (para cubrir el delicado conjunto del actuador situado debajo), en un plazo muy ajustado.
Combinar la eficiencia de la plataforma de elaboración de presupuestos, la experiencia del equipo de ingeniería y la rapidez del servicio de fabricación aditiva líder en el mundo de Protolabs.
Protolabs ayudó a mejorar el diseño para garantizar un mejor funcionamiento de las piezas, en concreto de la tapa del actuador de dirección, además de proporcionar una solución para colorear la pieza, antes de imprimir rápidamente las piezas mediante Multi Jet Fusion y enviarlas al cliente para su prueba y evaluación. . |
Así lo describe Rhian Griffith, ingeniera mecánica de la empresa: «En el verano de 2021 construimos el primer robot Tom V4, que era nuestro prototipo alfa, una prueba de concepto de robot. Aunque es muy avanzado, se trata de una plataforma de conducción modular que puede utilizarse como base para cualquiera de nuestros futuros robots. Las dos piezas fabricadas por Protolabs (el soporte SSD y la tapa del actuador de dirección) son componentes de esta plataforma que seguirán formando parte de él a medida que avance con diversas iteraciones en los próximos años. El núcleo de la plataforma de conducción se mantendrá, independientemente de que el robot se siga desarrollando para tareas distintas del escaneado, como la siembra o la pulverización de herbicidas. Esta flexibilidad, diseñada dentro del robot, es vital para el éxito y la resistencia del producto, tanto si se tienen en cuenta piezas individuales como las fabricadas por Protolabs».
En la actualidad, el robot cuenta con una plataforma de conducción central con un brazo desplegable que alberga un sistema de cámaras para escanear los cultivos.
El actuador de dirección
Básicamente, un actuador de dirección es un mecanismo que facilita la orientación de un robot moviéndolo hacia un objeto objetivo.
Sea cual sea la finalidad a la que se adapte el robot Tom V4 en el futuro a medida que se vayan diseñando versiones, la forma actual del actuador de dirección diseñado por Small Robot Company seguirá siendo un componente clave. Rhian continúa: «El actuador de dirección es un subconjunto dentro del núcleo de la plataforma de conducción. Está formado por un motor en su interior, un sistema de engranajes planetarios, algunos cojinetes y una carcasa de aluminio alrededor de la mayor parte. En la parte superior hay una tapa, impresa en 3D por Protolabs, que sella la unidad. La tapa ayuda a evitar que entre agua y polvo porque el conjunto es bastante sensible, para evitar problemas como piezas dañadas, atascos o sobrecalentamiento».
Además de servir como protección contra el exterior, el diseño de la tapa incluye un canal que ayuda a sujetar los cables que van hasta el controlador del motor, por lo que sus diversas funciones dan lugar a una forma relativamente compleja para la que la impresión 3D es una solución de fabricación ideal.
«El robot anterior no utilizaba el mismo actuador de dirección. Para el Tom V3 compramos un actuador de dirección a un tercero, pero pesaba mucho y tuvimos varios problemas. Así que cuando diseñamos el Tom V4, decidimos encargarnos del actuador de dirección y diseñarlo nosotros mismos, incluida la tapa, lo que nos permitió reducir el coste de la lista de materiales, mejorar el diseño y reducir el peso del robot».
Protolabs se suma a nuestro proyecto
El equipo de Small Robot Company enseguida decidió que tendrían que imprimir la tapa en 3D, ya que el robot tenía un requisito de peso muy estricto, por dos razones. En primer lugar, necesitaban minimizar el peso de todo el sistema para reducir la presión sobre el suelo, lo que supondría menos daños a los cultivos y menos compactación de la capa superior del suelo cuando el robot se desplazara por los campos; en segundo lugar, la plataforma de conducción principal está diseñada para soportar una amplia gama de cargas útiles, por lo que mantener un peso bajo de la plataforma nos daba más opciones, básicamente más margen para las cargas útiles.
Rhian explica: «Hace un par de años, cuando estábamos construyendo el primer prototipo de la plataforma de conducción, nos encontrábamos en el diseño de nuestro sistema alfa. Sabíamos que Protolabs ofrecía servicios de impresión 3D, pero en realidad no lo seleccionamos como proveedor de creación de prototipos, sino como proveedor de producción, porque necesitábamos tiradas muy cortas, y porque las tecnologías aditivas de Protolabs permitían crear piezas para uso final».
«Ya antes habíamos utilizado su plataforma de elaboración de presupuestos con muy buenos resultados en nuestro procedimiento de desarrollo. Nos gusta mucho esta función. La plataforma de elaboración de presupuestos de Protolabs es siempre muy rápida y también nos proporciona información sobre el proceso de fabricación. El sistema detalla automáticamente cualquier problema, lo que nos permite solucionarlo antes de que el producto salga de fábrica. Resulta muy práctico y cargar un archivo es muy fácil. Además, el servicio de impresión 3D de Protolabs suele tener un plazo de entrega rápido y, a veces, eso es vital cuando se trata de algo urgente. Asociarnos con Protolabs era lo lógico».
Tras la carga inicial de la primera iteración de la tapa, el equipo de Small Robot Company tuvo problemas para eliminar el canal de cables del material de fabricación. Además, al intentar ensamblar los componentes del actuador de dirección y pasar los cables por el canal, surgieron problemas de montaje que había que solucionar. Sin embargo, gracias a los comentarios sobre el diseño y a los consejos de Protolabs, se modificó el modelo para facilitar el proceso de montaje.
En cuanto a la estética, Protolabs se esforzó mucho para ofrecer también un resultado satisfactorio a Small Robot Company.
«Tuvimos una experiencia muy positiva con Protolabs cuando recibimos algunas de las tapas y no nos habían llegado tan negras como esperábamos. Las pedimos en un material PA12 que, según Protolabs, tiene un aspecto gris oscuro, algo que no nos parecía del todo adecuado para la pieza, pero queríamos ver el resultado para decidir cómo continuar». Cuando recibimos las piezas vimos que tenían razón en lo que nos habían dicho sobre el color. Aun así, Protolabs no tuvo ningún problema en que se las devolviéramos para posprocesarlas con un nuevo chorro de pintura negra. Al final, nos devolvieron las piezas poco tiempo después, por lo que teníamos las piezas que queríamos, tanto en términos de funcionalidad como de estética».
«Por eso nos gusta tanto Protolabs. No tienes que gastar tiempo en hacer revisiones exhaustivas del diseño con ellos. Simplemente te dan la información que necesitas a través de la plataforma, o en persona, y luego nosotros abordamos el diseño como queremos y pasamos a pedir las piezas. Así de sencillo».
Multi Jet Fusion: un proceso de impresión 3D para prototipado rápido y piezas de uso final
La tapa del actuador de dirección se fabricó con el proceso Multi Jet Fusion (MJF) de Protolabs. El proceso MJF aplica de forma selectiva agentes de fusión y detallado sobre un lecho de polvo de nilón, que se fusiona en miles de capas mediante elementos térmicos hasta formar un componente funcional sólido. Las piezas finales presentan acabados de superficie de calidad, una resolución fina de los elementos y propiedades mecánicas más coherentes en comparación con otros procesos, como el sinterizado selectivo por láser.
Las aplicaciones habituales del MJF son piezas que requieren propiedades mecánicas isotrópicas coherentes, prototipos funcionales y piezas de uso final con geometrías complejas u orgánicas.
La cuarta revolución agrícola
La cuarta revolución agrícola se caracteriza por los cambios previstos que traerán consigo la inteligencia artificial y los robots autónomos. Los agricultores opinan que la agricultura no funciona: los rendimientos se estancan, los costes de la maquinaria aumentan y los beneficios se resienten. Además, el mundo se enfrenta a una crisis medioambiental en la que la maquinaria pesada y el uso de productos químicos desempeñan un papel fundamental. Small Robot Company está reinventando la agricultura para hacer de la producción de alimentos un proceso sostenible. Utilizando la robótica y la inteligencia artificial han creado un modelo totalmente nuevo de agricultura en armonía, eficiente y rentable desde del punto de vista ecológico. Lo llaman «agricultura por planta» y es representativo de la revolución que se está dando en la agricultura.
El futuro de Tom V4
Rhian concluye: «En estos momentos nos centramos sobre todo en la reducción de costes y en las tareas de ingeniería». Esperamos perfeccionar el diseño para poder trasladar estas eficiencias a nuestros clientes. Pero ya sea para revisiones de los robots existentes o para el desarrollo de próximas generaciones de robots, estamos deseando trabajar con Protolabs para que nos apoye tanto en la fase de desarrollo de productos como en la de producción».
