Análise de viabilidade de plataforma para controle de seguimento de caminho baseado em GNSS para veículo agrícola

Abstract

Neste trabalho, foi analisada a viabilidade de uma plataforma de controle de baixo custo, projetada e desenvolvida para um veículo agrícola. Essa plataforma busca direcionar e/ou manter o veículo em um caminho previamente definido (path following), através da geração de um sinal de comando para o ângulo de esterçamento das rodas dianteiras. O funcionamento da plataforma é baseado no Sistema de Navegação Global por Satélite (GNSS), do qual se obtêm as coordenadas do veículo usando um receptor de baixo custo acoplado ao mesmo. A partir desse sinal, um modelo no software Simulink compara a posição momentânea do veículo em relação ao caminho previamente definido, e, através da aplicação de uma lei de controle, informa qual o ângulo de esterçamento que deve ser aplicado no veículo para o seguimento do caminho. Foram implementados dois sistemas com diferentes sensores para obter o valor do ângulo de esterçamento: o primeiro utiliza um sensor laser de medição de distância linear; e o segundo, um encoder absoluto. A aplicação da lei de controle ocorreu de forma manual, visto que não estava prevista na proposta do trabalho a disponibilidade de um atuador automático. Cinco experimentos foram realizados, nos quais se estudou a estabilidade da resposta do sistema, bem como a influência da variação da velocidade no desempenho do sistema de controle. Verificou-se que tanto o sistema que utiliza o encoder, quanto o que utiliza o sensor laser apresentaram estabilidade e convergência para o caminho de referência definido, mas o desvio lateral médio encontrado foi de até 2,564 𝑚 em relação à referência em regime estacionário, o que ocorreu principalmente devido às simplificações de modelagem e os equipamentos de baixo custo utilizados. Portanto, apesar de funcional, a plataforma não apresenta viabilidade para aplicação na Agricultura de Precisão, pois não apresenta a acurácia necessária para este fim.

In this paper, the viability of a low-cost control platform, designed and developed for an agricultural vehicle, was analyzed. The aim of this platform is to direct and/or to keep the vehicle on a previously defined path (path following) by generating a command signal for the front wheels’ heading angle. The operation of the platform is based on the Global Navigation Satellite System (GNSS), which provides the vehicle coordinates to a low-cost receiver attached on it. Taking this signal, a model on Simulink compares the vehicle’s instantaneous position relating to the (previously defined) reference path, and, through the application of a control law, informs the front wheel heading angle that must be applied on the vehicle for path following. Two systems were implemented with different sensors to read the wheel heading angle: the first uses a linear distance measuring laser sensor, and the second uses an absolute encoder. The input of the control law on the vehicle occurred manually, since an automatic actuator was not available for this work. Five experiments were accomplished in order to evaluate the system response stability as well as the velocity influence on system performance. It was verified that both platforms (based on the encoder and on the laser sensor) were stable and converged to the defined reference path, but both presented an average lateral deviation up to 2,564 𝑚 on steady state, which appeared mainly due to the modeling assumptions and low-cost devices that were acquired. Therefore, although the control platform was functional, its use is not pointed as a viable application on Precision Agriculture, because the platform does not present the demanded accuracy for this purpose.