P5. Coordenação de robôs heterogêneos aplicada ao monitoramento de plantação de laranja

O Brasil é uma referência mundial na produção e exportação de laranjas, embora o cultivo de laranja podem sofrer de vários problemas e perda de produtividade, por várias razões, tais como pragas. Para reduzir os riscos e perdas, torna-se interessante a utilização de monitoramento de sistemas automatizados, o que justifica a necessidade de coleta de dados para determinar vários fatores, tais como estimar a quantidade de frutas, detecção de pragas, a taxa de desenvolvimento e grau de maturidade das plantas, o que está diretamente relacionada com a força, o sabor e a qualidade do fruto, entre outros. Certas culturas, como laranjas, não poderia ser monitorados só nem por caminhos de terra e nem por meio aéreo, tornando-se necessário integrar as duas abordagens, de acordo com um parâmetro a ser monitorado. Estamos propondo um sistema de monitoramento para regiões de plantações baseadas na cooperação de robôs terrestres e robôs aéreos, que trabalham juntos para realizar a coleta de dados em campo. Mais especificamente, o objetivo principal é o desenvolvimento de técnicas para a distribuição de tarefas para a equipe do robô heterogêneo, envolvendo um robô carro e robôs aéreos, para direcionamento de coleta e monitoramento de uma determinada região geográfica de dados. Vai ser recolhidos diversas imagens das plantas que serão analisados. Todas as imagens serão salvas junto as suas coordenadas geográficas para que o ambiente poderia ser reconstruída se for necessário. Em paralelo, ele detectará a presença de alguns pontos por meio de sensores especiais que irão indicam se que a região já recebeu aplicação de pesticidas. Estamos propondo a usar robôs heterogêneos, sendo um robô carro para o transporte de outros robôs aéreos (quadrirrotores) para duas tarefas diferentes. O primeiro consiste em desenvolver um mecanismo de controle, o robô carro deve ser capaz de atingir uma região de plantação que deve ser investigado e lançar um par de quadrirrotores para seguir todas as linhas de um bloco de plantação de laranja, recebendo as imagens de todas as plantas contidas neste bloco. Inicialmente, um robô carro é movido para identificar o bloqueio de plantação a ser monitorizado.

Ao mesmo tempo que o robô carro está funcionando, o sistema de controle deve ser capaz, por meio de um sistema de visão, para contar todas as linhas de plantio e de identificar a localização geográfica em que cada linha começa. Quando os quadrirrotores voltar para o robô carro, eles vão ser recarregada, e outro par de quadrirrotores vai fazer o mesmo processo. Este processo será repetido até que toda a região será investigado. Inicialmente, um robô carro funciona para identificar o bloco de plantação a ser monitorada, contando as fileiras de árvores e identificou a localização geográfica em que cada linha começa. Em seguida, o carro robô envia comandos para cada ar robô informando a coordenada (x, y) de cada linha de entrada correspondente. O mecanismo de controle será responsável também para salvar todas as imagens capturadas pelos quadrirrotores (robôs aéreos) para as respectivas coordenadas geográficas, para recarregar os quadrirrotores e detectar alguns sensores, que coletam dados diariamente. Tais sensores possuem antenas de leitura que permitem disponibilizar os dados lidos para robôs de leitura automatizada. A agricultura é uma atividade fundamental e essencial para toda a sociedade, entretanto sabe-se que as atividades agrícolas frequentemente não são realizadas de forma otimizada e produtiva. Frequentemente são gastas quantias de água para irrigação e produtos agrotóxicos muito além do necessário para resolver problemas sem se conhecer a real necessidade de certas regiões. A agricultura de precisão busca resolver este tipo de problema através do monitoramento por sensores de regiões de plantio. A análise dos dados destes sensores permite estabelecer mapas de produtividade e de necessidades de adequação do solo e das culturas. Entretanto, infelizmente, os equipamentos e máquinas tipicamente usados em cenários de agricultura de precisão são muito caros, com custos da ordem de dezenas de milhares de dólares e frequentemente de centenas de milhares de dólares.

A solução proposta consiste em projetar e desenvolver sensores diversos de parâmetros do solo, tais como umidade, acidez e quantia de nutrientes. Estes sensores, que são de baixo custo (da ordem de alguns dólares) e baixo consumo de energia, são espalhados pelo campo e coletam dados continuamente. Tais sensores possuem antenas de leitura que permitem disponibilizar os dados lidos para robôs de leitura automatizada. Para realizar a leitura destes sensores, um conjunto de robôs aéreos autônomos (quadrirrotores) serão equipados com antenas de leitura, compatíveis com tais sensores, e serão programados para realizar voos que se aproximem de tais sensores e coletem seus dados de forma automática. Em seguida, tais robôs voltam para uma base e enviam os dados para consolidação em uma base de dados central e proceder as análises necessárias. Produto Final:

• Projetar e desenvolver sensores diversos de parâmetros do solo, tais como umidade, acidez e quantia de nutrientes. A agricultura de precisão busca resolver este tipo de problema através do monitoramento por sensores de regiões de plantio. A análise dos dados destes sensores permite estabelecer mapas de produtividade e de necessidades de adequação do solo e das culturas. Entretanto, infelizmente, os equipamentos e máquinas tipicamente usados em cenários de agricultura de precisão são muito caros, com custos da ordem de dezenas de milhares de dólares e frequentemente de centenas de milhares de dólares. Serão desenvolvidos sensores, de baixo custo (da ordem de alguns dólares) e baixo consumo de energia, os quais serão espalhados pelo campo e coletam dados continuamente. Tais sensores possuem antenas de leitura que permitem disponibilizar os dados lidos para robôs aéreos de leitura automatizada.
• Quatro quadrirrotores, desenvolvidas por nós próprios, no nosso laboratório com sistema embarcado. Cada quadrirrotor terá um GPS (em tamanho reduzido) para identificar o inicial de cada linha, isto é, a localização geográfica onde cada linha inicia. Para identificar a primeira linha de cada um, um algoritmo será desenvolvido para calcular esta baseada no tamanho estimado do referido bloco de plantação.
• Um software responsável pelo controle da distribuição das tarefas a diferentes robôs (quadrirrotores) e para recarregar cada quadrirrotor.

 

[Clique aqui para acesso às Referências Bibliográficas citadas no texto]