SMITH: El Robot Agrícola
Desafío de terrenos irregulares y escasez de mano de obra en el agro. SMITH, un robot agrícola diseñado en la UCSP. Destaca por su sistema Swerve-Drive de tracción y dirección integral (6WD/6WS).
Autor Principal: Dr. Eber Huanca Cayo.
Co-autores: Joaquin Sebastian Mitta Velasquez, Josué Manuel Pareja Contreras.
Institución: Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Católica San Pablo (UCSP), Arequipa, Perú.
Proyecto: PE50183474 2023 Prociencia / Concytec.
DOI de la publicación técnica original: 10.1109/ICECST66106.2025.11307442
DOI de este artículo: 10.5281/zenodo.18703376
Editor: Henry Adolfo Márquez Mercado.
Diseño y Validación de una Plataforma Robótica Articulada 6WD/6WS con Sistema Swerve-Drive para la Optimización del Cultivo de Ajo Blanco.
Resumen
Tras años de investigación y desarrollo en la Universidad Católica San Pablo, el proyecto de optimización de hortalizas presenta sus resultados finales a través de la plataforma robótica SMITH. Este robot, diseñado específicamente para la topografía irregular y los sistemas de cultivo de minifundio en Arequipa, representa una solución de ingeniería soberana frente a la crisis de mano de obra en el agro. El artículo detalla la validación de su sistema de tracción y dirección integral (6WD/6WS) mediante modelado cinemático y análisis de elementos finitos (FEA). Los resultados confirman una capacidad de carga de 100 kg, movilidad omnidireccional en surcos estrechos (50-90 cm) y una arquitectura de control distribuida basada en nodos inteligentes y comunicación por bus CAN. Este trabajo no solo documenta un avance mecatrónico, sino que se posiciona como una referencia cultural y científica para la agricultura inteligente en el Perú.
1. Introducción: El Surco como Desafío de Ingeniería
La agricultura en la región de Arequipa es el corazón de la producción de ajo blanco en el Perú, concentrando más del 70% del mercado nacional. Sin embargo, detrás de estas cifras se esconde una realidad geográfica compleja: la campiña arequipeña está fragmentada en pequeñas parcelas de menos de una hectárea, con terrenos ondulados y surcos diseñados tradicionalmente para el trabajo manual.
La maquinaria agrícola convencional, diseñada para las grandes extensiones de las llanuras europeas o norteamericanas, es ineficiente y, a menudo, físicamente incapaz de operar en estos espacios confinados. Esta desconexión tecnológica deja al agricultor local en una situación de vulnerabilidad. SMITH (Sistema Móvil Inteligente para Terrenos Híbridos - denominación del prototipo) nace de la necesidad de cerrar esta brecha, combinando las necesidades del agro local con la vanguardia de la robótica móvil.
2. Diseño Mecánico: El Sistema Swerve-Drive y la Adaptación al Terreno
El núcleo de la movilidad de SMITH reside en su configuración 6WD/6WS Swerve-Drive (six Wheel drive / sisx Wheel steering), que puede interpretarse que se trata de un robot que cuenta con 6 ruedas motorizadas para la tracción y que adicionalmente cuenta con otros 6 motores para el direccionamiento. A diferencia de un vehículo convencional, donde las ruedas delanteras dictan la dirección, en SMITH cada una de sus seis ruedas posee independencia total tanto en tracción como en ángulo de dirección.
2.1. Chasis Articulado
Para enfrentar la irregularidad del suelo arequipeño, se diseñó un chasis articulado. Esta estructura permite que el robot mantenga las seis ruedas en contacto constante con el suelo, independientemente de las ondulaciones del terreno. Esta característica es crucial no solo para la tracción, sino para evitar la compactación excesiva del suelo, preservando la salud de los cultivos de hortalizas como el ajo.
2.2. Validación Estructural
Mediante simulaciones de Análisis de Elementos Finitos (FEA), el equipo de investigación validó la integridad del chasis ante condiciones extremas. Bajo una carga útil de 100 kg —destinada a semillas y fertilizantes—, el sistema mantuvo un factor de seguridad superior a 3.0. Esto garantiza que el robot pueda operar jornadas completas sin fatiga estructural, superando los estándares de durabilidad exigidos en el campo.
3. Arquitectura Electrónica: Nodos Inteligentes e IoT
La “inteligencia” de SMITH no reside en un solo procesador central, sino en una red distribuida que imita el sistema nervioso.
Nodos Esclavos (STM32F411): Smith esta constituido por 6 módulos para la tracción y direccionamiento. Cada módulo es gestionado por un microcontrolador independiente que controla dos motores DC (tracción y dirección) mediante circuitos puentes H . Se utilizan encoders absolutos e incrementales para conocer la posición exacta de giro de la rueda y velocidad respectivamente con precisión milimétrica.
Nodo Maestro (ESP32): Es el cerebro encargado de procesar la cinemática compleja y gestionar la comunicación externa hacia cada módulo.
Red de Comunicación CAN: La interconexión de estos nodos se realiza mediante el protocolo CAN (Controller Area Network), el estándar de la industria automotriz. Esto permite una comunicación robusta, inmune al ruido electromagnético generado por los motores y el entorno agrícola.
4. Modelado Cinemático: Los Tres Modos de SMITH
El 22 de enero se realizó el veneto de difusión de resultados del proyecto que fue financiado por ProCiencia (contrato: PE501083474-2023), donde uno los logros técnicos presentado es el modelamiento e implementación de tres modos de dirección y tracción sincronizados:
Modo Cangrejo (Crab Mode): Permite traslaciones laterales y diagonales sin cambiar la orientación del chasis, ideal para corregir la trayectoria dentro del surco.
Rotación de Radio Cero: El robot gira sobre su propio centro geométrico que también es regulable. Esta capacidad permite que SMITH dé la vuelta al final de un surco de apenas 50 cm de ancho, una maniobra imposible para cualquier tractor tradicional.
Doble Ackermann: Optimiza el giro en movimiento, permitiendo mayor movilidad en espacio confinados.
Cada uno de estos modos de movilidad tiene un modelo cinemático que es gerenciado por el computador central, quien dependiendo del modo seleccionado por el usuario entrega vía protocolo CAN informaciones resultantes del modelo como posición y velocidad adecuados para cada módulo según su disposición geométrica. Es así que electrónicamente puede emularse mecanismos diferenciales útiles en vehículos de escala real. Esta técnica permite reducir el deslizamiento lateral y el desgaste de los neumáticos durante el transporte de insumos y su operación en escenario real.
5. Resultados y Discusión: Un Hito en la Agricultura de Precisión
La validación en campo demostró que SMITH no es solo un robot movil, sino una plataforma de precisión. La integración de sistemas IoT permite el control remoto mediante un joystick y sienta las bases para la navegación autónoma mediante GPS diferencial.
Más allá de los datos, el proyecto destaca la importancia de la colaboración institucional. La articulación entre la Universidad Católica San Pablo, Prociencia y Concytec ha permitido que el talento local desarrolle soluciones que no requieren la importación de patentes extranjeras, fomentando una verdadera soberanía tecnológica.
6. Memoria: El Evento de Cierre
Para los lectores que deseen profundizar en la demostración práctica y el contexto social de este proyecto, se han puesto a disposición los registros audiovisuales del Taller de Cierre. Estos videos no solo muestran al robot en acción, sino que recogen el testimonio de los investigadores y la visión de impacto regional que guía este trabajo.
Taller de Cierre - Parte 1 (Fundamentos y Contexto):
Taller de Cierre - Parte 2 (Demostración Técnica y Resultados):
7. Conclusiones
SMITH representa el éxito de la ingeniería aplicada al agro. Hemos logrado demostrar que es posible diseñar robótica de alta complejidad (6WD/6WS) que sea, al mismo tiempo, una herramienta práctica y accesible para el pequeño agricultor de Arequipa. El camino hacia la agricultura 4.0 en el Perú ya no es una promesa futura, sino una realidad palpable en los surcos de nuestra campiña.
Referencias Bibliográficas
Mitta Velasquez, J. S., Pareja Contreras, J. M., & Huanca Cayo, E. (2025). IoT-Enabled Design and Kinematic Modeling of an Articulated 6WD/6WS Swerve-Drive Robotic Platform for Smart Agriculture. Publicado en IEEE Xplore. https://ieeexplore.ieee.org/document/11307442 (DOI: 10.1109/ICECST66106.2025.11307442)
Universidad Católica San Pablo (2024). Robot agrícola | Taller de Cierre del Proyecto | P1: Difusión de Resultados. Disponible en:
Universidad Católica San Pablo (2024). Robot agrícola | Taller de Cierre del Proyecto | P2: Demostración técnica y conclusiones. Disponible en:
Nota editorial: Este artículo ha sido redactado para servir como referencia académica y de divulgación en la revista Epistecnología, integrando los datos técnicos del DOI 10.1109/ICECST66106.2025.11307442 con la narrativa de impacto social del equipo de investigación de la UCSP.