Les robots agricoles changent la façon dont les cultures sont plantées, surveillées, gérées et récoltées. Les agri-bots, comme on les appelle aussi, sont utilisés dans les vergers, les vignobles, les champs de rangées, les serres et les fermes verticales. Contrairement aux robots industriels qui opèrent dans des environnements contrôlés, les robots agricoles doivent résister à l’eau, à la lumière ultraviolette (UV), au sol, à la boue, à l’ozone, aux vibrations, aux contaminants biologiques et aux variations de température.
La plupart des agri-bots disposent de moteurs électriques et d’actionneurs pour le mouvement, de boîtes de vitesses et de liaisons pour la transmission mécanique de la puissance, de capteurs pour la navigation et la détection, ainsi que d’électronique intégrée pour le contrôle. Les systèmes d’alimentation vont des batteries lithium-ion aux modules d’énergie hybrides. Certains robots extérieurs ont des roues, mais d’autres ont des chenilles continues avec des chenilles de char pour se déplacer sur le terrain. Les robots agricoles fixes plutôt que mobiles sont généralement utilisés pour l’agriculture intérieure.
Chaque sous-système agri-bot a besoin de matériaux capables de résister à des environnements difficiles tout en permettant des opérations répétitives mais précises telles que la plantation, l’arrosage, le désherbage, la taille et la cueillette. Dans ces sous-systèmes, les pièces en caoutchouc et en plastique jouent un rôle clé pour assurer la durabilité, la sécurité et la performance à long terme. Ces composants sont utilisés pour la protection et la flexibilité, l’étanchéité et l’isolation (y compris la gestion thermique et le blindage EMI), ainsi que pour l’absorption et le suivi des chocs.
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Protection et flexibilité
Les robots agricoles doivent se déplacer à travers les champs, les vergers, les vignobles et les serres sans endommager les récoltes ni blesser les travailleurs. Leurs systèmes internes nécessitent également une protection contre les conditions environnementales. Les pièces en caoutchouc et en plastique comprennent des couvercles et pare-chocs protecteurs, des composants de gestion de câbles et de boyaux, ainsi que des soufflets de joints et d’actionneurs.
Les caches et pare-chocs de protection comprennent des pare-chocs de bras, des protections d’effet de fin d’extrémité, des protège-bords de châssis ainsi que des cabanes de roues et de chenilles. Les matériaux incluent l’EPDM, les élastomères thermoplastiques (TPE) et le polyuréthane. L’EPDM résiste à la lumière du soleil, à l’ozone, à l’eau et aux intempéries. Les TPE peuvent absorber les impacts, et la résistance à l’abrasion du polyuréthane (PU) peut résister au sol et aux débris.
Les pièces de gestion des câbles et tuyaux comprennent des porte-câbles flexibles, des bottes de décharge de tension, des œillets et des bagues, ainsi que des tubes et conduits. Comme les robots agricoles ont des câbles d’alimentation, des câbles de capteurs et des conduites hydrauliques ou pneumatiques, les pièces en caoutchouc et en plastique doivent fléchir à plusieurs reprises sans fatigue. Le silicone allie flexibilité et stabilité thermique, le nylon offre résistance et résistance à l’usure, et l’uréthane thermoplastique (TPU) est résistant à l’abrasion.
Les joints et soufflets de l’actionneur protègent contre la poussière, la boue et l’humidité tout en permettant une amplitude complète de mouvement. Parmi les exemples, on retrouve des soufflets d’actionneurs linéaires, des caches de joints rotatifs et des bottes de bras télescopique. Le néoprène est flexible et résistant aux produits chimiques. Les TPU ont une grande résistance aux déchirures. Les tissus recouverts de silicone sont utilisés pour de grands soufflets nécessitant une résistance à la chaleur.
Étanchéité et isolation pour robots agricoles
Les robots agricoles disposent d’électronique et de capteurs nécessitant une protection environnementale, une protection contre la chaleur et le courant électrique, ainsi qu’un blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI). Trois principaux types de pièces en caoutchouc et en plastique sont utilisés : les sceaux et les joints environnementaux, l’isolation thermique et électrique, ainsi que le blindage EMI.
Les sceaux et les joints environnementaux pour les agri-bots incluent les joints de boîtiers, les joints de panneaux d’accès, les joints de compartiments de batterie et les joints toriques pour les boîtiers de capteurs. Certaines pièces en caoutchouc et en plastique doivent supporter l’étanchéité avec des niveaux spécifiques de protection contre l’entrée (IP), comme IP65. L’EPDM et les silicones sont couramment utilisés. Le caoutchouc nitrile (NBR) est recommandé lorsqu’il y a exposition au carburant ou à l’huile.
L’isolation thermique et électrique peut résister à la chaleur des moteurs et des onduleurs ou offrir une isolation électrique pour prévenir les courts-circuits. Les tampons isolants pour l’électronique de puissance et l’isolation des faisceaux de fils en sont deux exemples. La mousse de silicone offre une isolation thermique, les polyamides offrent une isolation à haute température, et le nylon rempli de verre est utilisé pour les composants structurels nécessitant également une résistance diélectrique.
Le blindage EMI est essentiel parce que les robots agricoles utilisent le GPS, le LiDAR, la vision artificielle et des systèmes de communication sans fil qui sont sensibles aux interférences électroniques. Des pièces telles que les joints de blindage EMI conducteurs d’électricité bloquent ou atténuent le bruit électromagnétique provenant des moteurs, des alimentations à découpage et des sources externes. Des silicones remplis de métal ou de particules recouvertes de métal peuvent être fabriqués dans des joints blindés EMI.
Absorption des chocs et traction
Qu’ils soient à roues ou chenilles, les robots agricoles sont sujets aux chocs et aux vibrations. C’est un problème puisque les agri-bots ont besoin d’un montage stable et d’une isolation des vibrations pour aider à protéger le GPS, les unités de mesure inertielle (IMU), les encodeurs et les capteurs de vision artificielle. Les isolateurs de vibrations et de supports; les pièces de roues, de chenilles et de bande de roulement; des composants de montage de capteurs et des absorbeurs d’impact sont utilisés.
Les isolateurs et supports de vibrations réduisent les vibrations transmises afin de protéger les structures mécaniques et les capteurs. Parmi les exemples, on trouve les supports moteur, les isolateurs de boîte de vitesses et les plaques de vibration du châssis. Le caoutchouc naturel (NR) combine l’amortissement des vibrations avec une grande élasticité. Le SBR offre une protection à effet coût-effet contre les vibrations modérées. Le polyuréthane est utilisé lorsque la capacité de charge élevée est requise.
Les roues, chenilles et bandes de roulement pour robots agricoles offrent adhérence et stabilité dans la boue, les sols meubles, le gravier ou les terrains accidentés. Les pièces en caoutchouc et en plastique comprennent des pneus, des bandes de roulement en poly-uréthane, des coussinets de conduite et des inserts de traction. Les mélanges NR et SBR sont couramment utilisés avec les pneus, mais les chenilles en poly-uréthane offrent une forte résistance à l’abrasion pour les robots chenillés.
Les composants de montage des capteurs soutiennent un montage stable afin que même de petites vibrations ne perturbent pas les scans LiDAR ou les images de la caméra. Les pièces en caoutchouc et en plastique comprennent des coussinets en gel de silicone et des coussinets IMU pour l’amortissement des vibrations, des œillets EPDM pour l’isolation électrique résistante aux intempéries, et des supports TPE pour l’amortissement multi-axes.
Les amortisseurs comprennent des pare-chocs, des amortisseurs aux extrémités des bras et des coussins pour outils de récolte. Le silicone souple soutient le contact avec les fruits et légumes. La mousse EVA est utilisée pour un amorti léger. Les élastomères en PU assurent l’absorption des impacts pour les effecteurs finaux, outils ou dispositifs qui s’attachent à l’extrémité du bras du robot et servent de main.
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