Máquina inteligente automatizada para la recolección de césped

FireFly Equipment, fabricante de equipo automatizado eficiente e 'inteligente' para recolección de césped, ha diseñado una nueva máquina, la ProSlab 155, que combina sistemas mecánicos, eléctricos y de software de vanguardia basados en la arquitectura de LabVIEW RIO de National Instruments (NI), que incrementa en 20% la velocidad de recolección y reduce a la mitad el consumo de combustible.

Al usar la plataforma de NI, los expertos en mecatrónica de la empresa fabricante integraron su proceso de diseño con la programación de automatización de máquinas rápida y transparentemente para realizar prototipos de una máquina inteligente completamente nueva y reducir de manera significativa el tiempo requerido para llevar los productos al mercado.

La recolección manual de césped aún es ampliamente utilizada en la industria. A lo largo de los años las compañías de equipo agrícola han intentado desarrollar máquinas para automatizar el corte y recolección de bloques de césped para mejorar la productividad, pero el enfoque tradicional de las máquinas ha hecho que funcionen de manera inconsistente o que aumenten la productividad solo un poco más que el proceso manual. Incorporan equipo móvil común como válvulas operadas eléctricamente que controlan la alimentación de fluido a los cilindros hidráulicos y motores para el control de movimiento. Aunque son confiables para sistemas más simples, estos componentes han sido menos efectivos para realizar varias operaciones en paralelo con una sincronización precisa con otros procesos, así como implementar la matemática compleja necesaria para el procesamiento avanzado de señales y la generación de trayectorias para control de movimiento de alta velocidad. Además, la limitada potencia de procesamiento de datos y las arquitecturas de sistema cerradas limitan la funcionalidad avanzada y el monitoreo y diagnósticos remotos.

ProSlab 155. Foto: NI.

Al reconocer estas deficiencias, el fabricante trabaja para desarrollar una máquina más inteligente que controlara y sincronizara múltiples procesos paralelos para automatizar el corte y apilado del césped. Primero, un cortador levanta el césped del piso y lo corta en bloques que bandas transportadoras llevan a la parte posterior de la máquina. Una grúa apiladora mueve los bloques cortados desde los transportadores al palé. Conforme cada bloque de césped es apilado, un montacargas acerca el palé de césped al piso. Una vez apilado al nivel deseado, el palé completamente cargado de bloques de césped es colocado en el piso mientras que un cargador de palés, que contiene palés vacíos, inserta uno nuevo en el montacargas, permitiendo que el proceso de recorte y apilado continúe sin ser interrumpido. Un tractor autónomo mueve todo el sistema automatizado a lo largo del terreno. Estos sistemas deben funcionar de manera continua y sincronizada para que la máquina realice el trabajo de recolección y apilado de césped de manera confiable y eficiente. En total, la máquina incluye cerca de 80 sensores analógicos y digitales y 100 salidas digitales.

Incorpora sistemas servo eléctricos con generadores de trayectorias coordinadas de múltiples ejes para brindar un control de movimiento de alta velocidad, eficiente, preciso y suave, necesario para el proceso de apilado. La máquina puede apilar bloques de césped constantemente durante millones de ciclos por año, lo cual mejora enormemente la velocidad y la fiabilidad. El fabricante eligió sistemas hidráulicos tradicionales para las tareas menos complejas de recolección, incluyendo la operación del cortador, el montacargas, el cargador de palés y los sistemas de propulsión. Para facilitar un desarrollo futuro, requiere una plataforma abierta, flexible y potente para diseñar, generar prototipos y finalmente implementar la nueva máquina en todo el mundo.

Al usar LabVIEW y la plataforma CompactRIO, se combinan sistemas hidráulicos con sistemas servo eléctricos en una máquina para realizar varias operaciones complejas y paralelas. Las E/S modulares de CompactRIO permiten a los usuarios implementar de manera flexible una amplia variedad de tipos de sensor y conectividad industrial. El controlador en tiempo real y el chasis con FPGA reconfigurable de CompactRIO ofrecen una plataforma personalizada para implementar sistemas complejos de control y altamente sincronizados. La capacidad inherente de LabVIEW para implementar varios ciclos paralelos en el FPGA y en el controlador en tiempo real, su extenso conjunto de funciones matemáticas y su integración con el módulo LabVIEW SoftMotion y drives y motores AKD de Kollmorgen permiten al software controlar todos los aspectos de una máquina inteligente. Además, la naturaleza abierta y flexible de LabVIEW ayuda a implementar arquitecturas de comunicación confiables para interfaces de operador locales y administración centralizada de recursos, diagnósticos y actualizaciones remotas. Estas funciones son primordiales una vez que las máquinas son implementadas en todo el mundo y necesitan mantenimiento.

La facilidad de uso y flexibilidad de LabVIEW permitió a cuatro ingenieros mecánicos desarrollar la máquina inteligente FireFly en tan solo seis meses.

CompactRIO controla todo en esta máquina, incluyendo 40 válvulas hidráulicas, 5 ejes de movimiento de alto rendimiento, más de 150 canales de E/S analógicas y digitales, la interfaz del operador y más de 30 ciclos paralelos, eliminando la necesidad de tener subsistemas separados en el diseño.

Al integrar la última tecnología y al aprovechar la potencia de la arquitectura LabVIEW RIO, se desarrolla una cosechadora ‘inteligente’ de césped ProSlab 155 que incrementa en 20% la velocidad de recolección y reduce 50% el consumo de combustible. Estos beneficios se traducen en una mayor utilidad y grandes ahorros para los agricultores comerciales. Desde el lanzamiento de la ProSlab 155 en el 2014, han recibido una enorme respuesta del mercado y ahora estamos expandiendo nuestras instalaciones para cumplir con la creciente demanda del mercado y continúan invirtiendo en I&D para aprovechar el Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Conforme éste evoluciona, FireFly está bien posicionado para aprovechar la arquitectura LabVIEW RIO y ofrecer valor agregado a sus clientes.

FireFly ha automatizado exitosamente la recolección de césped, un proceso tradicionalmente realizado a mano, mejorando la productividad y la fiabilidad.

La automatización de la máquina inteligente de FireFly involucra controlar y sincronizar múltiples procesos paralelos, incluyendo cortar césped en bloques, moverlos con transportadores y apilarlos en palés que son puestos en el piso una vez que están completos.

El reto:
Crear una cosechadora automatizada de césped que enrolla césped de manera confiable y eficiente en una variedad de condiciones de cultivo, incrementando la productividad agrícola, reduciendo costos de operación de la máquina y proporcionando una conexión segura a internet para monitorear y controlar la cosechadora de césped de manera remota.

La solución:
Usar el software LabVIEW y hardware CompactRIO para diseñar la ProSlab 155, una máquina inteligente que recolecta césped 20% más rápido y utiliza la mitad del combustible que otras máquinas en el mercado.

"Al integrar la última tecnología y al aprovechar la potencia de la arquitectura LabVIEW RIO, FireFly desarrolló una cosechadora ‘inteligente’ de césped ProSlab 155 que incrementa en 20% la velocidad de recolección y reduce 50% el consumo de combustible"