Desenvolvimento de plataforma robótica com sistema de navegação autônoma para aplicação na agricultura de precisão

• Autor(a) principal: Baltazar, Jamil de Almeida
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: https://locus.ufv.br/handle/123456789/33109; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2024.235
• topic: Agricultura de precisão; Robótica; Satélites artificiais em navegação; CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA::MAQUINAS E IMPLEMENTOS AGRICOLAS

A Agricultura de Precisão é caracterizada pela otimização do manejo e insumos agrícolas, utilizando sensores, programas de computador e máquinas agrícolas automatizadas. O desenvolvimento de robôs agrícolas autônomos, com tecnologias como Sistema Global de Navegação por Satélite com Cinemática em Tempo Real (GNSS-RTK), enfrenta desafios de custo e integração eficiente de Unidade de Medição Inercial (IMU) para precisão na navegação. A utilização de componentes de baixo custo possibilita fomentar a automação na agricultura de precisão e aumentar a lucratividade na produção agrícola. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma plataforma robótica de baixo custo com navegação autônoma. Para orientação e navegação utilizou-se módulos de GNSS-RTK e sensor de IMU. Desenvolveu-se um algoritmo de navegação baseado em cinemática de veículo diferencial, associado a um controlador Proporcional e Integral (PI) de direção, que, dada uma rota, seguia ponto alvo a ponto alvo até concluir o percurso. Foram avaliadas duas formas de desenvolvimento do mapa da rota planejada: a primeira distribuiu-se os pontos alvo apenas nos vértices da rota planejada, e a segunda os pontos alvo foram alocados a cada três metros. Foram coletados dados de erro lateral por meio do módulo GNSS-RTK e por uma webcam. Com os dados obtidos do GNSS- RTK avaliou-se o desempenho do algoritmo de controle da plataforma robótica em seguir uma rota pré-definida. Com os dados extraídos das imagens foi analisado o erro global do sistema, já que se conhecia a posição real do robô em relação à rota pré-definida. A principal métrica de desempenho avaliado foi o percentual da rota que a plataforma robótica percorreu além de uma faixa de 0,3 m para ambos os lados em relação à rota pré-definida, situação essa que ocorreria virtualmente uma colisão com uma planta de café. Obteve-se os seguintes resultados considerando o melhor e pior resultado dos diferentes ensaios: maior erro lateral: 0,233 m à 1,525 m, média do erro absoluto: 0,007 m à 0,224 m, desvio padrão: 0,019 m à 0,225 m erro quadrático médio: 0,043 m à 0,314 m. Mostrou-se viável a utilização de componentes de baixo custo no desenvolvimento de uma plataforma robótica. O algoritmo desenvolvido controlou o movimento da plataforma em uma plantação de café simulada, destacando-se na navegação retilínea, manobras e retorno ao ponto de origem. Ao comparar duas rotas diferentes, uma com pontos alvo nos vértices e outra a cada 3 metros, a segunda resultou em menores erros laterais. A escolha da estratégia de geração de rota revelou-se crucial para a precisão da navegação autônoma. Palavras-chave: Robôs Agrícolas. GNSS-RTK. IMU. Componentes de Baixo Custo. Algoritmo de Navegação.