Automatizacion agroindustrial robótica en la ganadería

(*) Este artículo ha sido desarrollado como parte de la asignatura Robots de Servicio del Master en Automática y Robótica de la Universidad Politécnica de Madrid

Abstract — Este paper describe las aplicaciones de la robótica en el campo de la ganadería. Las implicaciones de estas aplicaciones son vastas; básicamente, los robots de servicios incrementan la seguridad, confiabilidad y pueden realizar tareas en situaciones de peligro. No les afecta el confort y su entorno y no se cansan. Estas ventajas permite a los robots trabajar en diferentes áreas, desde cortes de carnes hasta ordeño y desde la alimentación de cerdos al esquilado de ovejas. A pesar de que la robótica está realizando grandes avances en este campo, todavía es una fuente de proyectos de aplicaciones , algunos con suficiente demanda para requerir el desarrollo de nuevas técnicas teóricas.

Palabras clave: inspección de ganado, animales robot, robot de ordeño, esquilado de oveja, matadero, vacunación en masa, cercas virtuales, robot de alimentación.

I. INTRODUCCIÓN as fronteras de las actividades basadas en animales se pueden extender más allá del ordeño y esquilado a

mataderos y cortes de carne, al principio de una larga cadena de operaciones para obtener comida procesada en las estanterías de los supermercados. La robótica hizo su primera aparición real en la industria manufacturera con la adopción del nombre robot para el manipulador serial. Aquí manipulación y su cinemática formaban el núcleo del arte, mas tarde conociéndose como automatización inteligente. Cuando la esencia de la robótica se aplica a la industria ganadera, sin embargo, el énfasis debe situarse mucho más en el sensado que en la manipulación.

Cuando un tractor es conducido automáticamente o una puerta se cierra porque un cerdo salvaje ha sido reconocido, la respuesta a la pregunta "Es esto robótica? " no es tan clara. Obviando dichas aplicaciones, sin embargo, muchos de los avances en la automatización de la agricultura no se hubieran conseguido.

La silvicultura trata de "cosechar" madera. Las máquinas para silvicultura están hoy mayoritariamente controladas por hombres, con la ayuda de sistemas de control distribuido CAN, pero estas máquinas serán más autónomas y robotizadas en el futuro. Las máquinas tendrán sistemas de percepción, que realizará un mapeo de los árboles y localizará la máquina. La información sobre el estado bosque podrá ser recolectada de manera que la operación

semiautomática de grúa y cargador sean posibles, junto a la conducción de la máquina. La mayoría de los bosques en el hemisferio norte son bosques naturales para este propósito. Particularmente en los países nórdicos, existe una silvicultura eficiente, la ciencia, arte, y práctica del cuidado de bosques para la explotación humana. Los troncos de los árboles se reducen antes de cortarlos y los árboles de reemplazo son plantados o sembrados.

II. INTERÉS E IMPORTANCIA Quizás el mayor impacto en la agricultura ha sido a través de que los granjeros se han dado cuenta del poder de las computadoras. La computación móvil puede medir el rendimiento durante la cosecha, relacionándolo con la precisión del mapa del campo. Tareas que han sido razonablemente mecanizadas pueden ahora ser sincronizadas y automatizadas. El sistema de posicionamiento global por satélite ha sido adaptado para las operaciones mapeo y navegación.

Las técnicas genéricas de comunicación vía radio utiliza protocolos compatibles con la tecnología móvil o sistemas de red como Zigbee [1]. Estos sistemas permiten el monitoreo de puertas, ganado, o equipo y el llenado automático de pozos de agua. Pueden de la misma forma contribuir a la gestión de flotas y transferencia de información en una situación de silvicultura. Otra tecnología de radio en la forma de transponders puede ver cada animal identificándolo para actividades de seguimiento y ordeño desde el campo a las máquinas de ordeño. Mucha de la maquinaria agrícola ha utilizado potencia hidráulica, pero la adopción de válvulas controladas digitalmente abre el camino para la conducción automática y otras operaciones.

Con el poder de la computación es posible analizar imágenes provenientes de cámaras, que tienen un precio cada vez más reducido. La visión artificial permite muchas operaciones, pero ahora extiende sus aplicaciones al guiado y reconocimiento de animales para permitir o denegar el acceso a puntos de agua.

Es poco probable que se permita conducir de forma automática tractores grande debido a las repercusiones legales, pero el día en el que equipos cooperativos de pequeños robots agrícolas se vean en los campos está cada vez más cerca [2].

Robótica en la ganadería

Matias Collar Narocki, Jose Fernández Pardo, Julio César Pea Universidad Politécnica de Madrid, Departamento de Automatica, Ingeniería electrónica e Informática Industrial (*)

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III. CLASIFICACIÓN DE ACTIVIDADES Las actividades desarrolladas por la robótica en el campo de la ganadería se pueden clasificar según el sector de aplicación como alimentación de animales, manufactura de productos de origen ganadero, clasificación de animales. Mientras que en algunos sectores como el de ordeño robotizado o la producción de carne porcina están ampliamente explotados y en un punto de desarrollo alto, otros sectores todavía sufren de un lento avance y difusión tal como los animales robots para arrear manadas de ovejas y patos. Otras aplicaciones de desarrollo no han tenido éxito y han quedado en el olvido como el esquilado de ovejas donde se invirtió una gran cantidad de recursos para desarrollar un robot capaz de esquilar ovejas en la extensa Australia donde hay casi 90 millones de ejemplares este animal. Una interesante aplicación es la vacunación automática de animales que promete velocidad, precisión y procedimientos automáticos para reducir costes, pudiéndose extender esta aplicación a la medicación y esterilización automatizada.

IV. ESTADO DEL ARTE Robot de ordeño Aunque las cosas han avanzado mucho desde el ordeño manual, el ordeño automático todavía requiere muchas operaciones. La vaca debe ser identificada, trasladada a la estación de ordeño y sujetada, entonces la ubre debe ser inspeccionada y preparada para luego colocar las copas de ordeño. La leche debe ser evaluada para garantizar su calidad y seguridad para luego ser añadida al tanque general de conservación, una vez finalizado el ordeño retirar las copas, y finalmente tratar la ubre con antibióticos después del ordeño.

Según una evaluación [3] había más de 400 robots de ordeño en funcionamiento en 1999, cada uno capaz de atender entre 40-70 vacas para la ejecución de estas operaciones. Ahora es la vaca la que tiene la responsabilidad de determinar el momento de su ordeño. La visita a la estación de ordeño es recompensada con el grano de alimentación, pero la formación es necesaria para establecer una rutina.

El poder computacional es esencial para operar sistemas de ordeño automatizado. La computadora controla el funcionamiento de varios partes del sistema y alerta al operario de eventos inusuales. También evalúa los datos recolectados por los diferentes sensores, utiliza información de los sensores, y almacena la información referente a cada acá y su proceso de ordeño.

Una computadora situada en el lugar de ordeño es crucial para el buen funcionamiento. Esta computadora está normalmente conectada a un servidor de gestión que contiene los historiales de varios períodos. Cualquier computadora puede utilizarse para dar órdenes a cualquier unidad de ordeño automático y observar la información de las vacas recolectada por el robot

Todas las vacas deben tener un identificador electrónico.

Estos identificadores se leen en las puertas de la caja de ordeño para determinar el status de la vaca.

Dispositivos laser, ultrasónicos o de visión se utilizan para localizar las ubres de la vaca. Esto permite a la computadora dirigir el movimiento del brazo manipulador así prepara la vaca y sujeta las ubres.

Sensores de flujo miden el caudal de la línea de leche de cada ubre. Estos sensores funcionan de manera similar a cualquier desacoplador automático. La computadora utiliza la información de los sensores para determinar si existe flujo de leche proveniente de la ubre. Si la leche no fluye en un determinado tiempo desde el enganche de la ubre el manipulador se redirige para volver a sujetar la ubre. Mientras la vaca se ordeña y el flujo de leche disminuye, la computadora utiliza esta información para apagar el vaciado de ordeño y retirar las copas de las ubres. La cantidad de leche obtenida es almacenada para cada vaca ordeñada.

Una variedad de sensores se utilizan para determinar la calidad de la leche. Conductividad, color y temperatura son tres características presentes que se miden. Esta información se utiliza para determinar si la leche ordeñada debe enviarse al tanque de almacenamiento o descartada. La información también puede reportarse al operario si existen indicaciones de mastitis u otro problema de salud de la vaca. Esta área del sistema de ordeño es probablemente el menos desarrollado y está cambiando rápidamente.

Los sistemas de enfriamiento y almacenamiento utilizados con sistemas de ordeño automático tienen algunos requisitos únicos. El sistema de almacenamiento debe ser capaz de recibir leche en cualquier momento, ya que las vacas pueden acceder al sistema de ordeño a lo largo de todo el día. Para facilitar la recogida de leche y posterior limpieza de los depósitos es necesario disponer de un segundo tanque libre. El enfriamiento temprano de pequeñas cantidades de leche también es necesario, ya que tomaría mucho para un tanque grande acumular suficiente leche para cubrir las placas de enfriamiento y obtener una correcta refrigeración. Por lo tanto, el depósito auxiliar que se utiliza durante la recolección de leche es normalmente un tanque pequeño que permite el enfriamiento rápido de pequeñas cantidades de leche. Cuando el tanque pequeño tiene suficiente leche para permitirle al tanque grande una adecuada refrigeración, la leche es transferida al tanque principal. Bancos de hielo y enfriamiento de tuberías son otros métodos para la adecuada refrigeración.

La limpieza y enjuague de las copas de ordeño y de las mangueras, el receptor de vidrio, tuberías de transferencia de la leche y los tanques de almacenamiento es obligatoria. Por lo general, las copas de ordeño y las mangueras se lavan siempre después del ordeño de cada vaca. Si la vaca fue ordeñada debido a algún tratamiento, todo el sistema que entró en contacto esta leche deberán ser limpiado (receptor de vidrio, tubos de leche y copas de ordeño). Si ninguna vaca ha visitado la unidad durante un determinado tiempo, la leche que ha permanecido en la línea de transferencia se desecha y se limpia la línea. En momentos determinados


(dos o tres veces al día) todo el sistema es lavado completamente.

Los tanques de almacenamiento se lavan después de que la leche se extrae de ellos. Cuando se utilizan dos tanques interconectados, es necesario asegurar el correcto funcionamiento de las válvulas automáticas para asegurar el correcto flujo de la solución de limpieza. Se trata de un área que recibe mucha atención de los fabricantes y reguladores de la calidad de la leche.

Figura 1 - Robot de ordeño

Esquilado de ovejas Sin duda, uno de los aspectos más espectaculares de la robótica de investigación para la ganadería fue el sistema de esquila robótico desarrollado por la Universidad de Australia Occidental, Shear Magic [4]. Se desarrolló un robot articulado hidráulico para permitir a las cuchillas ser manipuladas en una emulación de las trayectorias que son acciones de un esquilador. Innovadores sensores capacitivos permitieron que las cuchillas pasaran de forma exacta y en paralelo con la piel del animal, de modo que las mellas y cortes se podrían reducir por debajo del nivel que un esquilador podría imponer.

Sin embargo, después de invertir millones de dólares en el prototipo, el proyecto se suspendió. En una industria en la que la velocidad es primordial, el hecho de que el sistema robótico podía obtener las velocidades y la rentabilidad necesarias quedó sin apoyo.

La misma suerte corrió el sistemas de sujeción anunciado en 1985 [5]. Este fue desarrollado para formar parte del sistema automático de esquilado de ovejas elaborado por Merino Wool Harvesting Pty y que quedó sin financiación en 1993.

Sin embargo, han sido lecciones valiosas de spin-off. Un aspecto que hace difícil la esquila es la necesidad de manejar manualmente las ovejas. El robot exigió que la oveja se presentara de manera estructurada utilizando una plataforma de carga y manipulación de ovejas (SLAMP según siglas en inglés) producto de la investigación universitaria que seguramente promovieron conceptos innovadores para el desarrollo del sistema ShearExpress [6,7]. Este es un sistema

en el que las piernas de las ovejas son esposadas, presentando la oveja en diversas posiciones para la conveniencia de los esquiladores que ahora pueden realizar su tarea de pie en lugar de cuclillas, cada uno especializado en una parte diferente de la piel.

ShearExpress también aborda el problema de que las ovejas y la tecnología converjan en una ubicación física, en forma de un cobertizo móvil completo de esquila. Aun así, su futuro también está en cuestión.

También ha habido considerables beneficios estratégicos producto de la investigación. Los esquiladores han moderado sus demandas de pago y las relaciones industriales ya que se demostró la tecnología en funcionamiento. El progreso de estos proyectos como este, se ha visto obstaculizada por la incapacidad de la industria para reunir el capital suficiente de inversión, dejándolo en manos de inversores externos.

Figure 2 - Shear Magic

Matadero Los delegados a una conferencia de robótica de Brisbane en 1993 fueron llevados en una visita para ver un sistema robótico instalado en el matadero de Kilcoy. Ellos fueron capaces de comparar el sistema manual, en el que cada animal es aturdido y luego levantado por una grúa para luego poder cortar su garganta, en contra posición del sistema Fututech en el que el proceso de aturdimiento y desangrado se encuentra automatizado.

El impacto emocional fue sorprendente, mucho más que los factores económicos. El animal muerto fue volcado en un soporte móvil, en el que podría ser despiezado por carniceros humanos. Existían islas automatizadas, como la estación de despellejado y corte donde se divide de forma exacta el cuerpo del animal bajo control de sensores. Sin embargo, la automatización se hizo complicada por el control centralizado, lo que requiere un amplio cableado para el control y la cabina computarizada. El verdadero ahorro en mano de obra era escaso, igualmente eran necesarios 30 carniceros para la división de las piezas de carne.

Poco después, el proyecto fue cancelado. En Hansard el 7


de Mayo en 1996 [7] se informó que el senador O'Chee dijo, "Lo que aparentaba ser la prueba, mostró que el proceso no funcionaba. La idea de que estos animales serían matados de forma automática no estaba ocurriendo. Dijo, que ha visto que el costo se incremento de golpe de 2,2 millones de dólares australianos, que fue el costo estimado de Kilcoy como parte del programa Fututech, a 20 millones de dólares solo esa parte. Eso equivale a la mitad de los 40 millones de dólares que se gastó en relación con Fututech."

Tal vez algunos de los problemas residen en presupuestos exageradamente optimistas y en la elección del animal al carnicero. En Dinamarca, un matadero automatizado de cerdos afirma una capacidad de producción de 78.000 cerdos por semana [8]. Sectores automatizados manejan el destripado y posterior división utilizando métodos similares a los de Fututech. Esta parte de la planta DanishCrown Horsens fue diseñada por SFK Meat Systems a un costo de unos 20 millones de dólares [9]. La producción se inició a finales de 2004.

Para optimizar el pre-cortado de los laterales del cerdo, que pesan entre 70 y 120 kg cada uno, el robot utiliza un cortador circular y puede "ver" por medio de un sistema reconocimiento de imagen. El robot comienza con un corte curvo a lo largo del contorno de la columna, también llamado corte curvo del lomo. A continuación se realizan dos cortes horizontales, uno sobre el hombro y el otro en la pata en el cual el robot cambia el ángulo del cortador circular de 15º a 20º. Las rutas del corte se programan mediante el controlador del robot como puntos y líneas y seleccionadas o descartadas mediante la ayuda del sistema de visión.

Los laterales del cerdo, después de colgados durante una noche en una cámara frigorífica, se trasladan delante del robot mediante un sistema de rieles. Esto significa que el robot puede operar continuamente trabajando en ambos lados, permitiendo reducir los tiempos. Los dos rieles están equipados con sistemas de reconocimiento de imagen incluyendo dos cámaras, por lo que el controlador del robot no tiene que esperar para la evaluación de un sólo sistema de visión. Antes de esto, sin embargo, un dispositivo mecánico verifica si los laterales del cerdo que están colgando en los ganchos individuales tienen la parte abierta mirando hacia las cámaras. Si no es este el caso, el gancho rota automáticamente. Los laterales del cerdo se detienen en la posición de procesamiento, donde están localizados mecánicamente por brazos laterales. Además, un plato de localización equipado con ventosas de succión se mueve hacia arriba al lateral del cerdo desde atrás. El sistema de reconocimiento de imagen mide cuatro puntos en el lomo, la posición de hueso de la cadera, y dos puntos en la pata. Las fijaciones de localización se mantienen en posición durante la medición y el corte. Solamente un sostén del cuello se mueve mientras el sistema de visión funciona, o si el cortador circular está demasiado cerca suyo durante el corte curvo. Las fijaciones de localización se liberan en cuanto el controlador del robot termina su tarea. Los laterales del

cerdo se mueven sobre los rieles hacia una zona intermedia, que permite el corte manual final, que se realizará más tarde, para procesar grandes cantidades en un solo lote, y con un itinerario más flexible.

Figura 3 - Robot en matadero

Inspección de ganado

Al igual que ocurre con la producción y selección, la clasificación de animales no aptos es cada vez más común. En la avicultura [10] es una aplicación donde los avances en sensores de imagen y filtros para determinados espectros se combinan para proporcionar la detección automática de enfermedades y contaminantes en una línea de cría de aves de corral.

Una aplicación que involucra reconocimiento individual de animales de producción se encuentra en pleno uso comercial por Big Dutchman [11]. En este caso, los cerdos están marcados con la etiqueta única de identificación por radiofrecuencia (RFID) como etiquetas en las orejas. Cuando cada animal entra en una bahía de la alimentación, la etiqueta se lee y se entrega una ración de alimentos. Esto permite individualizar la dieta y la medicación para mejorar la relación coste/beneficio de los productores de carne de cerdo.

Otro método nuevo de identificación y control de animales está siendo desarrollando por Southern Queens-land [12]. Utilizando visión por computador, cada uno de los animales a lo largo una línea hacia los bebederos de agua se clasifican a nivel de especie. Posteriormente una puerta automatizada permite o deniega el acceso al bebedero de agua. La misma tecnología puede utilizarse de manera remota en la clasificación de animales de producción basada en una puntuación de varias características diferentes de cada animal. Animales robot El robot Sheepdog [13] fue inicialmente desarrollado para arrear patos, con la expectativa de que podría aplicarse de la misma manera para arrear ovejas. El robot se controla desde una computadora utilizando una cámara fija de televisión


para localizar la bandada de patos y el robot físico. El comportamiento del pato fue modelado y realimentado al control de posición del robot para arrear los animales desde un sitio a otro.

En el campo se pueden encontrar deportes como cutting contests y camp drafting. En ambos se utiliza un caballo, donde se requiere una pequeña bestia que debe moverse de forma relativa al movimiento del caballo. De hecho el caballo debe tomar varias de las decisiones. Debe ser entrenado para reaccionar adecuadamente a las acciones de la bestia, requiriendo horas de interacción con un novillo.

La bestia es propensa a perder la paciencia de manera rápida y simplemente alejarse del caballo, entonces desarrolló Robocow como una ayuda de entrenamiento [14]. Como se observa en la siguiente figura, el cuerpo de novillo se monta en un triciclo que puede rotar sobre un punto o acelerar rápidamente en suelo pedregoso. Originalmente fue programado para moverse según un patrón elegido, existe un nuevo proyecto para añadir inteligencia bovina para permitirle reaccionar directamente al movimiento del caballo.

Figura 4 - Robocow con caballo y jinete

Vacunación y muestreo de sangre En este proyecto, la idea de automatización básicamente incluye el concepto de automatización biomédica que implica el diseño e implementación de un sistema robotizado que puede utilizarse para vacunación automática tanto de humanos como de animales. Después de realizar una pequeña modificación en la adaptación este sistema también puede utilizarse para examinar muestras de sangre de forma automática para eliminar el riesgo de una exposición directa del operario a la sangre del paciente El robot es una máquina de cinco ejes, tres cartesianos y dos auxiliares para el movimiento del actuador. El movimiento en cada uno de los ejes se controla con un pequeño motor paso a paso. La estructura del sistema es mayoritariamente de aluminio y contiene partes de acero inoxidable y embalaje de madera y nylon. En este estado de experimentación la mayoría de las partes se obtienen a partir de maquinaria utilizada y chatarra. Algunas aplicaciones son:

• Ideal para vacunación masiva y rápida en epidemias

• Aplicable para vacunación automática de manera económica en grandes granjas o a gran escala

• Puede modificarse para animales más grandes como vacas, chivos y cabras para esterilización automatizada, vacunación o medicación

• Provee una cuarentena completa y puede prevenir serios riesgos de salud a los trabajadores

• Elimina la transmisión de enfermedades virales al evitar la directa exposición humana a la sangre

Figura 5 - Sistema de vacunación

Crianza de cerdos Hoy en día miles de Robots Pellon alimentan animales en distintas granjas en diecisiete países alrededor del mundo. El gran éxito de los robots de alimentación lo describen sus usuarios, quienes valoran la confiabilidad en las condiciones de demanda. La entrega precisa y funciones múltiples de la computadora del Robot Pig Pellon ofrecen una alimentación eficiente en miles de zonas diferentes. El robot de alimentación que se mueve sobre rieles permite una alimentación individual óptima alimentando de acuerdo a los diagramas para cada estado de crecimiento. El robot ofrece diferentes técnicas de entrega de alimento que no está disponibles con otros sistemas. La alimentación lactancia ofrece distintas alimentaciones automáticas:

• Mezcla de alimentación individual para cada cerda

• Posibilidad de entrega de alimento a los cochinillos

La alimentación de cerdas embarazadas permite pequeños cambios durante un determinado período desde la etapa de lactancia hasta alimentación seca. La cerda no notará el


cambio. La alimentación dorada permite que la distribución móvil del Pig Robot entregue una cantidad de alimento sobre una distancia dada durante la conducción y cambios automáticos de cambios de alimentación.

Por otra parte, la alimentación por pasos para cerdos destetados permite cambios de alimentación de un alimento a otro donde el alimento puede entregarse a alimentadores automáticos y una cierta mezcla de alimento para un alimentador sencillo o unidades más grandes.

Figura 6 - Pig Robot

Sistema automático de corte En 2006 la planta de Boras completó una actualización de su línea de corte utilizando equipo especializado de AEW Delford del equipo de automatización y robots de ABB. La planta de Boras había introducido algún equipo automático en 2005 para otras líneas que habían funcionado bien e incrementado la productividad (PolySlicer Plus). Las repetidas órdenes de equipo es una señal del éxito del proyecto anterior. AEW Delford suministró un robot inteligente de carga de porciones (IPL), que usa ABB robótica, para la línea previa de corte manual. La nueva línea utiliza un cortador Junior y el robot IPL utiliza un Flexpicker IRB340 de ABB, unos de los robots de picking más rápidos en el mundo.

La especificación para la línea a mejorar significa que tendría que manejar 26 paquetes diferentes y varios productos de diferente peso. El cortador Junior produce pilas de productos de carne cortados. Estos se transportan a un riel y el robot IPL los toma desde las líneas y los empaca en un molde de plástico creando paquetes de 10 a 24 rebanadas.

El robot toma 12 rebanadas por vez y cuando prepara el pack de 24 cortes rota el segundo grupo de rebanadas 180º para presentar un paquete de rebanadas superpuestas.

Las bandejas cargadas las mueve el robot sobre un Fuji Flow Wrapper para empaquetado y sellado. Los paquetes luego se pesan, se les pone el precio y etiqueta por un sistema AEW Delford Weigh Price Labeller y finalmente envuelto para embalaje.

El FlexPicker IRB de ABB puede llevar hasta 150 tomas por minuto y utiliza un sistema de visión Cognex que observa la cinta transportadora y lee la posición y orientación de las rebanadas de carne.

Figura 7 - Robot de rebanado

Cercas virtuales para controlar ganado Manejar animales domésticos es una actividad humana muy antigua que ha ido cambio a lo largo de los siglos. El ganado y otros animales se extienden sobre las grandes paraderas cuyos perímetros están usualmente delimitados por cercas convencionales. Las dos actividades esenciales son el confinamiento con cercas y el arreo. Un rancho típico tendrá normalmente varios corrales separados por cercas convencionales. Los animales se rotan entre los corrales en un intento de prevenir el sobrepastoreo y para práctica de cría de animales como durante el desteto o el parto. La tecnología de cercas ha cambiado desde las piedras y palos a cables electrificados, pero todavía es un trabajo intenso instalar y mantener estas cercas y además de difícil reconfiguración. El arreo ha cambiado desde los pastores a pie quizás ayudados por perros, hasta el uso de caballos y vehículos motorizados y hasta helicópteros. Sin embargo el arreo es una actividad intensa cuando el ganado está sobre grandes extensiones y los animales rotan con frecuencia para cumplir las restricciones de gestión de pastoreo. Es físicamente un trabajo difícil, normalmente desarrollada en condiciones climáticas extremas en lugares remotos. Los costes del cercado y arreo suponen una fracción del coste de la crianza del animal, y no se ha beneficiado de las nuevas técnicas en la automática, computación y las comunicaciones.

Dentro de la comunidad robótica existe un gran interés en la interacción hombre-robot, pero poco en la interacción robot-animal y esto es sorprendente dado el gran número de animales domésticos en los que confiamos, su importancia a nuestra civilización.

Manadas de animales como el ganado son sistemas complejos. El comportamiento de la manada es bien conocido en granjas pero su estudio por expertos en animales recién ha comenzado. Existen interesantes interacciones entre los individuos, como la amistad,


formación de grupo, liderazgo y seguimiento. Existen interacciones complejas con el ambiente, como la búsqueda de fuentes de agua en una nueva pradera recorriendo el perímetro de la cerca y caminando aleatoriamente dentro del perímetro. El ganado ha demostrado memoria espacial y memoria para reconocer pares y humanos. El objetivo es desarrollar aproximaciones computacionales para estudiar grupos de agentes con movilidad natural e interacciones sociales. Estos sistemas difieren en muchas maneras de los sistemas móviles ingenieriles porque sus agentes se mueven por sí mismos debido a comportamientos naturales complejos así como bajo el control del ambiente (por ejemplo moverse hacia la comida o fuente de agua). La idea es generar modelos de estos sistemas utilizando datos físicos observables y utilizar estos modelos para sintetizar controladores para el movimiento de agentes móviles. A diferencia de los problemas familiares de control de robots, el estado animal (stress, hambre, deseo) es sólo parcialmente observable y solamente podría emplearse un control del movimiento limitado.

Hay dos aproximaciones fundamentalmente diferentes para controlar la posición del animal: un agente físico como un perro-oveja o robot, o un dispositivo simulado que lleve el animal. La primera aproximación funciona aplicando una amenaza moderada que el animal tratará de evitar escapando, sin embargo el conocimiento sobre dinámica de la manda permite un número pequeño de agentes de amenaza para controlar un gran número de animales. En esta categoría está el trabajo pionero de Vaughan quien demostró un robot móvil capaz de arrear grupos de patos a una posición determinada dentro de un corral circular.

La segunda aproximación se basa en un dispositivo activo en el animal que genera un estímulo deseado, típicamente un spray oloroso, un sonido, o un estímulo eléctrico. Los dispositivos para controlar mascotas domesticas como perros están disponibles comercialmente, para prevenir ladridos o restringirlos. El dispositivo trabaja midiendo la proximidad a un cable perimetral enterrado permitiendo utilizar un collar simple en el perro. Claramente esta aproximación, basada en infraestructura instalada, sería prohibitiva desde el punto de vista económico para espacios muy extensos y tiene todas las desventajas de una cerca convencional (instalación, mantenimiento y no es configurable). Sin embargo, con la tecnología GPS, y la rápida reducción de los costes de estos receptores, es posible implementar este tipo de cercas sin instalar infraestructura. Estos significa, una frontera se puede definir en términos de coordenadas geográficas y un estímulo se aplica cuando el animal se mueve más allá de la cerca.

Esta funcionalidad reemplaza una cerca convencional y se conoce como cerca virtual. Modificando esta cerca de manera dinámica conseguimos la función de arreo casi gratis.

Figura 8 - Collar Smart y algoritmo de la cerca virtual

Robot de limpieza de cuadras de cerdo La limpieza manual de las cuadras, utilizando el agua a alta presión, es uno de las más tediosas tareas e insalubres que se lleva a cabo el ser humano. El propio proceso de limpieza contribuye al deterioro del medio ambiente de trabajo debido a la suciedad, los microorganismos y el agua sucia, que son inhalados por el operario. Por consiguiente, es esencial mejorar las condiciones de trabajo del personal que realiza la limpieza diaria de las cuadras. La preocupación social por la seguridad alimentaria y el bienestar del ganado son otras cuestiones esenciales.

Las investigaciones en curso en Europa incluyen el desarrollo de robots de limpieza, de los cuales pocos se comercializan. Investigaciones de los actuales dispositivos han demostrado que el rendimiento del robot es pobre en relación con la eficacia y la utilización del detergente y agua. El consumo de agua para la robótica de limpieza es hasta 400 veces superior a lo que se utiliza en la limpieza manual. Además, se requiere limpieza manual ya que los robots actuales son incapaces de detectar la suciedad en las superficies. La limpieza basada en robots se desarrolla para el hogar y otros mercados similares. Si bien la investigación de prototipos de dispositivos de limpieza industrial han surgido, ninguno se basa en medidas sensoriales en el proceso de limpieza. Si bien la visión artificial es ampliamente aplicada en la automatización y la vigilancia, la determinación de que una cama está sucia es difícil debido a la falta de homogeneidad, el envejecimiento, el desgaste y el riesgo de errores de clasificación procedentes de estos factores. Estos obstáculos han sido recientemente resueltos por un sistema de sensores dedicado que puede obtener informes de alta calidad de limpieza.

En el sistema moderno de producción ganadera, una buena limpieza de pisos, cuadras y equipos es escencial para mantener la salud del ganado, la calidad del producto y la seguridad alimentaria. Por lo tanto, la producción en masa utilizada ampliamente en la cria porcina implica, que una sección vacia debe limpiarse antes de introducir un nuevo


lote de jóvenes. Actualmente la limpieza se realiza manualmente con agua a alta presión.

Dos robots de limpieza se ha introducido recientemente en el mercado para la limpieza de las cuadras de cerdos, pero su uso sigue siendo escaso. Ambos robots son programados para ejecutar la limpieza especificadon el movimiento y los patrones de chorros de alta presion de agua. Estos robots no poseen forma de determinar la suciedad del piso, lo cual lleva a una desventaja que es el exceso de limpieza conllevando al uso excesivo de agua. Adicionalmente es necesario es la limpieza manual para limpiar las areas a las que el robot no puede alcanzar. Por otra parte, el uso de un robot puede gestionar la limpieza de un 80% de los establos, lo cual beneficia a los empleados que trabajan en las cuadras.

Figura 9 – Robot de limpieza de corral de cerdo

V. EL SECTOR EN ESPAÑA España se sitúa como séptimo país del mundo y cuarto de Europa en número de robots instalados con cerca de 31000 unidades. No en vano, la industria española incorporó 2800 nuevos robots en 2008, lo que supone un incremento del 10,7% con respecto al 2007, según datos recientes de la Asociación Española de Robótica y Automatización Tecnologías de la Producción (AER-ATP). Más de la mitad de los robots vendidos en España durante el 2008 se implantaron en el sector eléctrico, electrónico, aeronáutico, farmacéutico y, sobre todo, en el agroalimentario que experimentó un crecimiento del 30% con respecto al 2007. Estos números indican el creciente interés que la industria española le está otorgando a la mejora de sus instalaciones para mejorar sus técnicas productivas y el rendimiento de los procesos mediante sistemas automatizados que pueden incorporar robots y sistemas inteligentes. Uno de los sectores de mayor crecimiento es el de ordeño automatizado donde existe un parque relativamente importante. La siguiente tabla refleja estas instalaciones:

Granja Nº cabezas Granja Laguna el Santo 295

Artatxia C.E.C.A 120 Cal Gris 54

Ganadería Indabu S.L. 47 José Luis Castrillo Alonso 50

Además, los sistemas de limpieza de cuadras de cerdo y

alimentación de cerdos también tienen un gran auge y mercado en el sector de producción porcina en España, cuarto país productor de porcino del mundo, y ocupa el segundo lugar en Europa después de Alemania.

Si bien varias de las aplicaciones descritas en este artículo no están presentes en la industria, esto se debe a que en su mayoría son aplicaciones en desarrollo y no un producto estandarizado en el mercado.

Estos datos indican que, por segundo año consecutivo, la industria de la automoción -fabricación de vehículos y componentes- deja de acaparar la mayoría de las unidades instaladas al año en España. Se trata de una nueva tendencia que marca el futuro de la robótica industrial.

VI. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS La robótica se está filtrando en todos los aspectos de la ganadería. Las aplicaciones son muchas y variadas, pero todavía existe un gran campo de mas innovación. La robótica inteligente será bienvenida en la mayoría de las industrias esenciales en este campo. Un gran desafío que enfrenta la robótica en el sector ganadero es el ambiente hostil. Esto se debe a una combinación de las condiciones del clima y los cambios rápidos en la iluminación. En ganadería generalmente, existe una serie de cuestiones a enfrentar.

• La continua pérdida de experiencia en la industria • Nuevos sensores y actuadores robustos y fiables se necesitarán para trabajar en condiciones climáticas extremas que son las condiciones básicas de trabajo en muchas zonas de ganadería • Existe una barrera de costes debido al pequeño margen de ganancia de muchas zonas ganaderas. Esto requerirá una metodología generalizada para sistemas robotizados, o alguna otra medida para bajar los costes unitarios


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www.zigbee.org [2] 46.2 J. Billingsley: Low cost GPS for the autonomous robot farmhand.

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[14] J. Billingsley, J. Stone, J. Hilton: A mobile robot for training horses, Conf. Field Serv. Robot., Canberra (1997)

Automatizacion agroindustrial robótica en la ganadería

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