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Personale

Francesco Amodio

Foto di Francesco Amodio

Dottorando in Ingegneria Meccanica , 40o ciclo (2024-2027)
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (DIMEAS)

Docente a contratto e/o collaboratore didattico
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (DIMEAS)

Profilo

Dottorato di ricerca

Argomento di ricerca

AgriMaRo.Q: un rover autonomo per l'agricoltura di precisione, che integra il riconoscimento del terreno e la manipolazione tramite cavi

Tutori

Keywords

Vehicle design / Progetto del veicolo
Mechatronics and robotics / Meccatronica e robotica
Tribology / Tribologia

Biografia

La presente ricerca si colloca nell'ambito della robotica per l'agricoltura di precisione ed esplora diverse sfide tecnologiche che spaziano dall'analisi meccanica del contatto ruota-terreno a sistemi avanzati per il monitoraggio e la gestione delle colture.

Negli ultimi anni, l’agricoltura di precisione ha suscitato un interesse crescente, con l’obiettivo di migliorare la produzione agricola attraverso il paradigma del «trattamento giusto, nel posto giusto, al momento giusto». Questo approccio integra tecnologie emergenti per offrire vantaggi economici, ambientali e agronomici. Attualmente, le soluzioni più diffuse prevedono l'uso di robot mobili su ruote dotati di manipolatori. Tuttavia, l'impiego di veicoli fuoristrada in queste applicazioni è ancora limitato dall'elevata variabilità dei terreni deformabili. Nonostante l'importanza fondamentale della locomozione, la letteratura attuale è ancora carente di modelli analitici in grado di descrivere accuratamente il comportamento delle ruote su terreni cedevoli, limitando così l'efficacia dei sistemi di controllo e navigazione.

La ricerca si sviluppa su due filoni paralleli, tribologico e meccatronico, entrambi legati allo sviluppo di una piattaforma mobile intelligente per l'agricoltura di precisione. L'obiettivo principale è quindi quello di realizzare un sistema integrato per il monitoraggio e la gestione delle colture, in grado di identificare autonomamente il tipo di terreno su cui si muove, attraverso un avanzato sistema di riconoscimento del suolo, e di adattare il proprio comportamento di conseguenza. Mentre la struttura di base del rover è stata definita nelle fasi preliminari del progetto, attualmente il fulcro della ricerca si concentra sulla sua transizione verso un sistema pienamente operativo. In questo contesto, AgriMaRo.Q si configura come un robot pseudo-omnidirezionale a tre ruote con struttura a portale, progettato specificamente per operare sopra le colture, ospitando al contempo complessi sistemi operativi e di rilevamento.

Dal punto di vista tribologico, l’obiettivo è definire una metodologia scalabile per il riconoscimento del suolo basata su un approccio di Machine Learning Physics-Informed. La ricerca parte dallo sviluppo di un banco prova sperimentale avanzato, equipaggiato con una suite di sensori sia propriocettivi che esterocettivi, utili alla mappatura del maggior numero di variabili del contatto ruota-terreno. Integrando modelli semi-empirici già esistenti di terrameccanica con algoritmi di machine learning, il set-up sarà in grado di stimare in tempo reale i parametri caratteristici del suolo in esame. Questa architettura sarà successivamente adattata ad AgriMaro.Q per abilitare una navigazione consapevole nell’ambiente operativo.
Il risultato atteso è un incremento significativo della stabilità e dell'efficienza di trazione dei veicoli su superfici deformabili. Attraverso l'ottimizzazione dinamica dei parametri di controllo basata sulla natura del suolo, si mira a ridurre fenomeni di slittamento e affondamento, garantendo una precisione di manovra costante anche in scenari agricoli eterogenei.

Dal lato meccatronico invece, la ricerca prevede la progettazione e l'integrazione di un manipolatore parallelo specializzato, capace di svolgere funzioni di monitoraggio e gestione delle colture senza gravare sulla navigazione della piattaforma mobile. Per garantire elevate velocità operative, bassa inerzia ed elevata precisione, verrà sviluppato un Cable-Driven Parallel Robot (CDPR), installato al di sotto della struttura a portale del rover, operando nello spazio delimitato dal telaio.
l manipolatore dovrà garantire l’esecuzione autonoma di operazioni agricole di alta preccisione, come carotaggio, semina, eliminazione delle erbe infestanti e fertilizzazione mirata, sfruttando il suo ampio spazio di lavoro e le elevate capacità dinamiche rispetto ai bracci robotici tradizionali. Una sfida centrale nel design di questo sistema sarà realizzare il CDPR con il numero minimo di motori e pulegge necessario a garantire il più ampio workspace possibile. L'integrazione del robot a cavi mira a dimostrare una soluzione versatile e leggera per le attività in campo, offrendo un ottimo rapporto carico utile/peso. Il risultato finale sarà quindi un robot capace di eseguire interventi complessi con il minimo disturbo del suolo.

Questo lavoro fornirà una nuova metodologia modulare e scalabile per l'agricoltura di precisione, dimostrando che sistemi avanzati di percezione e manipolazione possono aumentare drasticamente l'efficienza e la sostenibilità delle operazioni agricole autonome.

Didattica

Insegnamenti

Corso di laurea di 1° livello

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