Simulación de robot desmalezador y planificación de trayectorias en entornos agrícolas
Fecha
2021-09
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Editor
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Universidad Nacional de Rosario
Resumen
En los últimos años el uso de robots autónomos móviles ha experimentado un crecimiento considerable
en diferentes sectores de la industria. La inevitable necesidad de aumentar la producción de alimentos debido al crecimiento en la población mundial, ha despertado en la industria agrícola un singular interés sobre estas nuevas tecnologías. Una de las partes principales de la navegación autónoma corresponde a la planificación de los caminos y trayectorias que el robot deberá seguir. Los algoritmos de planificación de caminos buscan generar una ruta puramente geométrica, libre de la colisión con obstáculos, que guíe al robot desde un punto inicial a un punto meta, mientras que la planificación de trayectorias añade la variable de tiempo a dicha ruta indicando la forma en la que el robot deberá recorrerla. En entornos agrícolas, un robot terrestre con ruedas debe recorrer el campo siguiendo las hileras de sembrado, para que de esta manera evite pisar los cultivos. Este problema puede extenderse buscando la optimización de alguna característica como ser la ruta de longitud mínima, la de menor tiempo de ejecución, la que pase lo más lejos posible de los obstáculos o la más suave, sólo por nombrar algunas.
En este trabajo se presenta un sistema de navegación para el robot desmalezador de cultivos de soja desarrollado en el Centro Internacional Franco-Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas (CIFASIS), poniendo foco en la etapa de planificación de trayectorias. Para esto se utiliza el framework ROS (Robot Operating System) y el planificador local TEB (Timed Elastic Band). Dicho planificador optimiza las trayectorias del robot de forma iterativa partiendo de las rutas generadas por el planificador global y adaptándolas a las restricciones dinámicas y de maniobrabilidad del robot. Por otro lado, se desarrolla una simulación en Gazebo con un modelo virtual del robot desmalezador y varias configuraciones de campos agrícolas. Dicha simulación permite la prueba de las distintas partes del sistema de navegación, como ser la localización, mapeo, planificación de trayectorias y control del robot. Los resultados obtenidos muestran que el sistema es capaz de trabajar en tiempo real y con suficiente precisión para evitar el pisado de los cultivos. Adicionalmente, se estudia la generación de diferentes recorridos que le permiten al robot cubrir con sus rociadores la totalidad de las hileras de cultivos del campo de forma eficiente. Se obtienen recorridos que logran un ahorro de alrededor de un 20 % del tiempo de ejecución comparados con recorridos triviales.
Descripción
Palabras clave
robótica móvil, simulación, planificación de trayectorias, navegación autónoma, agricultura de precisión