Incorporación de tecnología robótica industrial convencional al proceso de injerto de plántulas hortícolas

Abstract

RESUMEN: El injerto es una técnica de mejora de producción vegetal, comúnmente aplicada al cultivo intensivo de hortalizas, y cuyo objetivo principal es la lucha contra enfermedades causadas por patógenos de suelo. La producción de plántulas injertadas es un trabajo repetitivo e intensivo, donde la tarea es habitualmente realizada a mano. La tasa de éxito depende en la mayoría de los casos, no sólo de las variedades empleadas, condiciones de cultivo y técnica de injerto utilizada, sino que también se ve influenciada por el grado de concentración del trabajador, la velocidad de trabajo, su experiencia, destreza y habilidad. La demanda de plantas injertadas para cultivos protegidos bajo invernadero es cada vez mayor, y para cultivos de solanáceas, tales como el tomate (Solanum lycopersicum), se ha generalizado el uso de la técnica de injerto de empalme. La automatización mediante robotización de este proceso es más que una necesidad, y la presente tesis de investigación analiza y desarrolla, de modo experimental, como hacer frente a este desafío mediante el uso de robótica industrial convencional apoyada por sencillos equipos auxiliares que ayuden a la consumación de la tarea del injerto. Durante las últimas tres décadas la automatización del proceso ha evolucionado lentamente, y el desarrollo de máquinas semiautomáticas o completamente automatizadas de injerto de plántulas se ha materializado en unos pocos modelos comerciales con dispar índice de aceptación. En oposición a estos desarrollos, nuestra investigación utiliza como base de trabajo robots industriales convencionales, como tecnología asentada y madura en otros campos, aplicada al área de injerto de plántulas. El sistema de estudio está constituido por dos brazos industriales funcionando de manera coordinada y apoyados por unidades auxiliares sencillas, que consuman la tarea de injerto mediante la técnica de empalme, sustituyendo por completo la labor humana. En el proceso, ambos robots toman con precisión las plántulas patrón y variedad desde bandejas de plántulas madre. Cada robot opera de manera independiente, manejando cada una de las plántulas, y portándolas hasta el punto donde se efectúa una disección a bisel del tallo por dos equipos de corte que nos permiten desprendernos de las partes no útiles, es decir, de la parte inferior en la variedad y de la parte superior en el patrón. Una vez realizado el corte, cada uno de los robots porta las partes útiles de las plántulas hacia la zona de unión, donde el injerto quedará consumado cuando las plantas estén ubicadas en contacto íntimo entre ellas, así como el clip de injerto colocado presionando sobre las mismas y garantizando la unión. Finalmente, uno de los robots, deposita el injerto en una nueva bandeja de salida. A lo largo de la presente tesis han sido estudiadas distintas alternativas de trabajo, de modo que optimizasen le proceso robotizado de injerto. Para ello, en una primera fase se estudió la influencia combinada del ángulo de corte y de la diferencia de diámetros entre plántulas en el éxito de injerto de tomate mediante el uso de la técnica de empalme. Así mismo se estudió la influencia del ángulo de corte en la velocidad de sanación del injerto. Una segunda fase se centró en el estudio del comportamiento de diferentes estrategias de unión usando tecnología automatizada para la técnica de injerto de empalme. Finalmente, y mediante la aplicación sobre el equipo de los resultados anteriores se analizó la tasa de éxito en función de distintas velocidades de trabajo del sistema.

Abstract Grafting is a technique for improving plant production, commonly applied to intensive cultivation of vegetables, and whose main objective is to control diseases caused by soil pathogens. The production of grafted seedlings is a repetitive and intensive work, where the task is done by hand. The success rate depends in most cases, not only on the varieties used, growing conditions and grafting technique used, but it is also influenced by the degree of concentration of the worker, the speed of work, his experience, skills and abilities. The demand for grafted plants for protected crops under greenhouse conditions is increasing, and for solanaceous crops such as tomato (Solanum lycopersicum), the use of the splicing technique has become widespread. Automation by robotization of this process is more than a necessity, and this research thesis analyzes and develops, in an experimental way, how to face this challenge through the use of conventional industrial robotics supported by simple auxiliary devices that helps to consummate the grafting task. During the last three decades process the automation of the process has evolved slowly, and the development of semi-automatic or fully automated seedling grafting machines has materialized in a few commercial models, with disparate acceptance rates. In opposition to these developments, our research uses, as a basis, conventional industrial robots as mature technology in other fields, applied to the seedling grafting area. The study system is made up of two industrial arms working in a coordinated manner and supported by simple auxiliary units, which take over the grafting task by means of the splicing technique, completely replacing human labour. In the process, both robots take with precision rootstock and scion seedlings from mother seedling trays. Each robot operates independently, handling each of the seedlings, and carrying them to the point where a bevel dissection of the stem is performed by two cutting devices that allow us to remove the non-useful parts, that is, the lower part in the scion and the upper part in the rootstock. Once the cut is made, each of the robots carries the useful parts of the seedlings to the union area, where the grafting will be completed when the cut surfaces of seedlings are in intimate contact with each other, as well as the grafting clip placed by pressing on them and ensuring the union. Finally, one of the robots deposits the graft in a new exit tray. Throughout this thesis, different work alternatives have been studied, in order to optimize the robotic grafting process. For this, in a first phase, was studied the combined influence of cutting angle and diameter differences between seedlings on the grafting success of tomato using the splicing technique. The influence of the cutting angle on the healing speed of the graft was also studied. A second phase focused on studying the behaviour of different grafting strategies using automated technology for splice grafting technique. Finally, and by applying to the process the above results, was analyzed the grafting success rate as a function of different working speeds of the system.