Vehículo autónomo de siembra y labrado para la agricultura andina del Perú

Abstract

La agricultura es una actividad milenaria realizada por diversas culturas para brindar sustento económico y alimenticio. De la misma manera que la humanidad se ha desarrollado debido a las innovaciones tecnológicas, la agricultura ha formado parte de este crecimiento. Actualmente, las industrias impulsan la agricultura de precisión, la cual emplea los avances tecnológicos para automatizar este proceso artesanal. Con ello se mejora la rentabilidad y precisión de la labor agrícola. No obstante, este tipo de agricultura está enfocada en campos de cultivo dedicados a la industria. Por ende, la región de la sierra del Perú no emplea avances tecnológicos de esta magnitud, puesto que presenta una geografía abrupta y campos de cultivo reducidos (parcelas). En este trabajo de investigación se propone desarrollar un vehículo agrícola autónomo para actividades de sembrado y labrado en campos de cultivo de la sierra peruana. El trabajo de investigación emplea la metodología de diseño mecatrónico VDI 2221, para el cual se desarrolló el estudio del estado de las tecnologías. Asimismo, se estableció los requerimientos de la propuesta solución y el diagrama de funciones de este. A partir de lo estudiado se propuso soluciones para cada función del sistema mediante una matriz morfológica, con lo cual se propusieron tres conceptos solución que fueron contrastados mediante una evaluación técnica económica para determinar el concepto solución óptimo. El desarrollo del concepto solución óptimo consta del diseño mecánico, electrónico y de control del sistema integrado. El diseño mecánico se compone de una estructura principal; un mecanismo de labrado con una herramienta para la creación de surcos en tierra suelta, un sistema de desplazamiento, dirección y suspensión del vehículo en terrenos con desniveles y pendientes máximas de 30°; y una estructura de almacenamiento de semillas con un mecanismo de siembra directa por grupos. Los mecanismos fueron validados con un factor de seguridad 1.5 como mínimo y un tiempo de recuperación en la suspensión de 3.2 s. Por una parte, el diseño electrónico se realiza la selección de sensores para la autonomía; actuadores para el impulsar los mecanismos diseñados; sistema de comunicación; periféricos de interacción y seguridad; unidades de control para el procesamiento de algoritmos, y envió y recepción de señales; y fuentes de energía con sus respectivos reguladores. A partir de ello se obtiene un vehículo capaz de tener una autonomía de funcionamiento de 2.5 h con un factor de seguridad de 1.2. Por otra parte, en el diseño de control se desarrolla un algoritmo de autonomía, el cual realiza la labor agrícola en un entorno predeterminado. Los resultados de su funcionamiento se encuentran en validación. Finalmente, la sección de costos estima el valor monetario para la creación del sistema, este valor se mantiene por debajo del costo de los modelos industriales para vehículos autónomos destinados a la agricultura de presión.