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[pt] DETECÇÃO VISUAL DE FILEIRA DE PLANTAÇÃO COM TAREFA AUXILIAR DE SEGMENTAÇÃO PARA NAVEGAÇÃO DE ROBÔS MÓVEIS / [en] VISUAL CROP ROW DETECTION WITH AUXILIARY SEGMENTATION TASK FOR MOBILE ROBOT NAVIGATIONIGOR FERREIRA DA COSTA 07 November 2023 (has links)
[pt] Com a evolução da agricultura inteligente, robôs autônomos agrícolas
têm sido pesquisados de forma extensiva nos últimos anos, ao passo que
podem resultar em uma grande melhoria na eficiência do campo. No entanto,
navegar em um campo de cultivo aberto ainda é um grande desafio. O RTKGNSS é uma excelente ferramenta para rastrear a posição do robô, mas
precisa de mapeamento e planejamento precisos, além de ser caro e dependente
de qualidade do sinal. Como tal, sistemas on-board que podem detectar o
campo diretamente para guiar o robô são uma boa alternativa. Esses sistemas
detectam as linhas com técnicas de processamento de imagem e estimam a
posição aplicando algoritmos à máscara obtida, como a transformada de Hough
ou regressão linear. Neste trabalho, uma abordagem direta é apresentada
treinando um modelo de rede neural para obter a posição das linhas de
corte diretamente de uma imagem RGB. Enquanto a câmera nesses sistemas
está, geralmente, voltada para o campo, uma câmera próxima ao solo é
proposta para aproveitar túneis ou paredes de plantas formadas entre as
fileiras. Um ambiente de simulação para avaliar o desempenho do modelo e
o posicionamento da câmera foi desenvolvido e disponibilizado no Github.
Também são propostos quatro conjuntos de dados para treinar os modelos,
sendo dois para as simulações e dois para os testes do mundo real. Os resultados
da simulação são mostrados em diferentes resoluções e estágios de crescimento
da planta, indicando as capacidades e limitações do sistema e algumas das
melhores configurações são verificadas em dois tipos de ambientes agrícolas. / [en] Autonomous robots for agricultural tasks have been researched to great
extent in the past years as they could result in a great improvement of
field efficiency. Navigating an open crop field still is a great challenge. RTKGNSS is a excellent tool to track the robot’s position, but it needs precise
mapping and planning while also being expensive and signal dependent. As
such, onboard systems that can sense the field directly to guide the robot
are a good alternative. Those systems detect the rows with adequate image
processing techniques and estimate the position by applying algorithms to the
obtained mask, such as the Hough transform or linear regression. In this work,
a direct approach is presented by training a neural network model to obtain the
position of crop lines directly from an RGB image. While, usually, the camera
in these kinds of systems is looking down to the field, a camera near the ground
is proposed to take advantage of tunnels or walls of plants formed between
rows. A simulation environment for evaluating both the model’s performance
and camera placement was developed and made available on Github, also
four datasets to train the models are proposed, being two for the simulations
and two for the real world tests. The results from the simulation are shown
across different resolutions and stages of plant growth, indicating the system’s
capabilities and limitations. Some of the best configurations are then verified
in two types of agricultural environments.
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[pt] MODELAGEM E CONTROLE CINEMÁTICO DE UM ROBÔ MÓVEL PARA NAVEGAÇÃO AUTÔNOMA EM CAMPOS AGRÍCOLAS / [en] MODELING AND KINEMATIC CONTROL OF A MOBILE ROBOT FOR AUTONOMOUS NAVIGATION IN AGRICULTURAL FIELDSADALBERTO IGOR DE SOUZA OLIVEIRA 25 February 2021 (has links)
[pt] Nos últimos anos, os robôs móveis têm emergido como uma solução alternativa
para o aumento do nível de automação e mecanização na agricultura.
Neste contexto, o foco da agricultura de precisão é a otimização do uso de
insumos, redução de perdas nas lavouras, redução do desperdício de água
e melhorar a produtividade em áreas cada vez menores, tornando a produção
mais eficiente e sustentável. Os robôs agrícolas, ou AgBots podem
ser controlados remotamente ou atuar de forma autônoma, utilizando diferentes
sistemas de locomoção, bem como serem equipados com atuadores
e sensores que lhes permitem realizar diversas tarefas agrícolas, tais como
plantio, colheita, poda, fenotipagem, monitoramento e coleta de dado, entre
outros. Neste trabalho será realizado um estudo em robôs móveis com
rodas direcionado para os modelos de tração diferencial e no modelo similar
ao carro (com atuação do sistema de direção) e suas aplicações em
navegação autônoma em ambientes agrícolas. A modelagem e o projeto de
controle baseiam-se em técnica clássicas e avançadas, utilizando abordagens
de controle robusto por modo deslisante, tanto de primeira como de segunda
ordens (Super Twisting Algorithm) para lidar com incertezas e interferências
externas, comumente encontradas no tipo de ambiente agrícola a que se
destina. Teste de verificação e validação são realizados através de simulações
numéricas (MATLAB) e em ambiente de virtualização 3D (Gazebo). Testes
experimentais preliminares são incluídos para ilustrarem as possibilidades
de aplicação das metodologias de controle propostas em um ambiente real.
Conclusões a respeito do trabalho são apresentadas, desenvolvendo uma discussão
sobre os seus pontos mais relevantes, bem como sobre as perspectivas
de melhorias futuras e pontos que ainda podem ser melhor pesquisados. / [en] In the last years, mobile robots have emerged as an alternative solution
for increasing the levels of automation and mechanization in agricultural
fields. In this context, the key idea of precision agriculture is to optimize
the use of production inputs, crop losses, waste of water and to increase
the crop production in small areas, in an efficient and sustainable manner.
Agricultural robots or AgBots may be autonomous or remotely controlled,
being endowed with different types of locomotion apparatus, actuation and
sensory systems, as well as specialized tools which enable them to carry out
a number of agricultural tasks such as, seeding, pruning, harvesting, phenotyping,
monitoring and data collection. In this work, we perform a study
on two type of wheeled mobile robots (i.e., differential-drive and car-like)
and their application for autonomous navigation in agricultural fields. The
modeling and control design is based on classical and advanced approaches,
using robust control approaches such as Sliding Mode Control (first order)
and Super Twisting Algorithm (second order) to deal with parametric uncertainties
and external disturbances, commonly founded in agricultural fields.
Verification and validation are carried out by means of numerical simulations
in MATLAB and 3D computer simulations in Gazebo. Preliminary
experimental tests are included to illustrate the performance and feasibility
of the proposed modeling and control methodologies. Concluding remarks
and perspectives are presented to summarize the strengths and weaknesses
of the proposed solution and to suggest the scope for future improvements.
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