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Propulser l’avenir de l’agriculture : les moteurs à courant continu dans l’agriculture 4.0
La production agricole est le point de départ de la chaîne de transformation des aliments, mais avec les défis persistants des approches agricoles traditionnelles, tels que la réduction de la main-d’œuvre, le secteur devra s’appuyer de plus en plus sur la robotique et l’automatisation. Ce changement augmente la dépendance à l’égard des systèmes de mouvement qui alimentent la technologie sur le terrain.
L’agriculture est la première étape essentielle de la production alimentaire, mais l’industrie est confrontée à une pression continue pour augmenter la productivité et l’efficacité et relever les défis de l’évolution des politiques gouvernementales. Pour répondre à ces demandes, l’Agriculture 4.0 représente l’intégration des technologies modernes, où l’utilisation de la robotique et des techniques automatisées, gérées et surveillées via le cloud computing avec des données en temps réel, commence à émerger.
Au cœur de ces avancées technologiques, et un rouage fondamental de l’agriculture 4.0, se trouve le moteur à courant continu, permettant un mouvement précis, ainsi que des dimensions compactes et une maintenance réduite. Les moteurs à courant continu permettent la forme de mouvement rotatif la plus efficace pour les appareils alimentés par batterie et, surtout, ils permettent une intégration facile avec les technologies IoT, permettant des ajustements en temps réel et une prise de décision basée sur les données.
Motion dans les applications Agri 4.0
Le robot mobile autonome (AMR), ou agribot, est un excellent exemple des avantages de la technologie de l’agriculture 4.0 et transforme l’agriculture à mesure que ces systèmes deviennent de plus en plus déployés et économiquement réalisables par rapport aux méthodes agricoles traditionnelles. Les Agribots gagnent du terrain sur le marché en raison de facteurs tels que le coût élevé des herbicides et de la main-d’œuvre, ainsi que de la surveillance accrue des pratiques environnementales. Ces robots sont conçus pour effectuer des tâches telles que le désherbage mécanique, la cueillette de fruits, l’ensemencement de précision et même le raclage et l’alimentation du fumier dans le secteur de l’élevage.
Bien que de nombreux AMR intègrent des systèmes sophistiqués d’optimisation et de géoguidage, ils doivent être sûrs et relativement faciles à utiliser. Les Agribots s’appuient sur des moteurs à courant continu pour entraîner leurs roues ainsi que pour manipuler des outils ou des équipements. Ces moteurs et leurs commandes doivent être précis, et comme ils doivent fonctionner de manière saisonnière dans des conditions environnementales dynamiques, ils doivent être très durables.
Magazine
Driven : The field of the future (2021)
Ce numéro du magazine Driven de maxon se concentre sur les sujets passionnants de l'agro-robotique, la technologie des drones et celle des salles blanches.
Pendant ce temps, les progrès des véhicules aériens sans pilote (UAV) ont conduit à la croissance du secteur des drones agricoles pour des tâches telles que la pulvérisation, l’ensemencement, la cartographie et l’inspection des cultures et du bétail. Les drones ne sont pas limités par les terrains difficiles et peuvent contribuer à réduire les coûts et la consommation d’eau en permettant une application ciblée et précise des pulvérisations et des engrais sur la base de données en temps réel. Les drones ne causent pas de compactage du sol et peuvent avoir des avantages environnementaux en minimisant l’utilisation de produits chimiques et d’eau grâce à des techniques de pulvérisation sélective.
Les moteurs à courant continu assurent la propulsion du drone grâce aux hélices et alimentent des équipements auxiliaires tels que des pompes pour la pulvérisation ou des gimbles pour les caméras. Cela signifie que la sécurité et la fiabilité, ainsi que l’efficacité énergétique, sont des facteurs clés dans le choix du moteur.
L’agriculture verticale est un autre secteur en développement rendu possible par les avantages de l’Agri 4.0. Bien que cette approche soit actuellement limitée aux systèmes de culture à forte valeur ajoutée tels que les légumes-feuilles, les herbes, les fraises et les tomates, elle offre une production toute l’année, quel que soit le temps, et peut être mise en place dans les zones urbaines, minimisant ainsi la distance entre la ferme et l’assiette. Ici, des systèmes d’éclairage et de ventilation réglables sont nécessaires pour assurer une lumière et un climat optimaux. Dans ces applications, les moteurs à courant continu sont généralement nécessaires pour piloter les systèmes de ventilation et de climatisation, ainsi que les robots d’irrigation intelligents, de plantation delta et de récolte.
La demande des systèmes de mouvement
Les exigences de ces applications imposent de nouvelles exigences aux systèmes de mouvement chargés de les alimenter et de les contrôler. Pour optimiser le type de coordination robotique nécessaire à un préhenseur pour cueillir une fraise sans l’endommager, le système de mouvement doit disposer d’un contrôle très précis. D’un point de vue moteur, les robots de cueillette de fruits partagent souvent des similitudes intéressantes avec les prothèses, malgré leurs différences apparentes. Les deux systèmes nécessitent une dextérité et une précision élevées à l’aide de capteurs et de systèmes de rétroaction. La technologie des moteurs à courant continu compacts et sans noyau est de plus en plus utilisée au lieu des conceptions de moteurs traditionnelles avec des rotors en fer. Une conception sans noyau doit combiner des caractéristiques qui offrent un très faible cogging, offrant un contrôle fluide qui favorise la précision et une gestion minutieuse du produit.
Les robots sont de plus en plus utilisés dans des essaims de conceptions plus compactes et légères plutôt que dans un nombre réduit de très grandes machines. Cette approche augmente l’efficacité et la redondance sur les temps d’arrêt. Si l’on prend l’exemple des drones, les systèmes de mouvement doivent de plus en plus offrir un rapport couple/masse élevé. Cela permet au robot de transporter une charge utile plus importante et de réduire la demande sur sa source d’alimentation par batterie. Par conséquent, les moteurs à courant continu compacts, denses et efficaces, qui sont plus petits et plus légers que leurs homologues à courant alternatif, continueront d’avoir un rôle clé à jouer, et on s’appuiera sur des technologies telles que les conceptions sans noyau, qui réduisent encore le poids.
L’efficacité énergétique est également cruciale pour les mêmes raisons, de sorte que la technologie des moteurs à courant continu sans balais (BLDC), qui utilise la commutation électronique, sera importante. Cette conception de moteur, comme la gamme de moteurs EC de maxon, utilise la commutation électronique, qui minimise les pertes d’énergie par rapport à la commutation à balais.
Il est important de noter que les robots pourraient avoir besoin de fonctionner à tout moment de l’année, dans diverses conditions météorologiques et dans divers endroits du monde. Les systèmes de mouvement doivent garantir des performances reproductibles et une durabilité à long terme, évitant ainsi les temps d’arrêt.
L’automatisation dans le monde réel de l’agriculture
Dans le monde réel, l’introduction de robots dans l’agriculture est encore relativement limitée. La combinaison de coûts d’investissement élevés et d’inexpérience a conduit les agriculteurs à envisager le modèle d’affaires de la robotique en tant que service. Le concept implique un contrat d’exploitation et de service avec le fabricant de la machine au lieu d’acheter l’ensemble du système. Lorsque le travail est saisonnier et ne fournit souvent qu’une courte fenêtre de temps, la robotique en tant que service minimise également les défis et les coûts des temps d’arrêt au milieu d’une récolte, car le fabricant peut fournir un remplacement ou un service rapide pour la plupart des arrêts.
Bien que l’utilisation de la robotique dans la production alimentaire agricole ne soit pas commune à toutes les exploitations agricoles du Royaume-Uni et d’Europe, les avantages qu’elle pourrait offrir en termes de productivité et d’efficacité signifient que nous pouvons continuer à nous attendre à son introduction dans un éventail plus diversifié d’exploitations au cours des deux à cinq prochaines années. Cela est particulièrement vrai compte tenu de la réduction de la main-d’œuvre agricole. À mesure que cela se produira, la dépendance à l’égard de la technologie des moteurs à courant continu deviendra de plus en plus importante.