Fusão multissensorial para aplicação em robô de monitorização agrícola

Abstract

Os recentes avanços em múltiplas áreas de sensorização (deteção de proximidade, múltiplos formatos de sistemas de visão e posicionamento por satélite) têm vindo a aumentar a utilização dos veículos terrestres não tripulados na Indústria Agrícola. Estes veículos, suportando a análise contínua, dinâmica e de proximidade, permitem a potencial otimização da produção alimentar e/ou controlo de infestações. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um veículo terrestre não tripulado, enquadrado na área da robótica de serviços, para uso em Agricultura de precisão. O veículo terrestre não tripulado integra uma Plataforma Móvel, Grupo Ótico e Plataforma de Computação. Relativamente à Plataforma Móvel, toda a estrutura foi fabricada com a perspetiva de poder ser reproduzida de forma livre, open source, utilizando metodologias de fabrico por impressão 3D. Esta prototipagem foi complementada por peças produzidas em fresagem e torneamento CNC, utilizando técnicas modernas de assemblagem. Para o Grupo Ótico, seguiu-se a mesma filosofia de open source, com uso de impressão 3D, complementada com a seleção de equipamentos de aquisição de imagem numa gama de baixo orçamento. Foram documentados todos os passos suportando o desenvolvimento de um sensor de visão térmica de baixo custo e grupos de câmaras multiespectrais, com posterior validação e calibração em testes padronizados. Na Plataforma de Computação foi utilizada uma placa comercial, Nvidia Jetson®, com desenvolvimento de software (meta-sistema operativo ROS), facilitando a recolha do avultado volume de dados fornecidos por todos os sensores. Por fim, a Plataforma Móvel, Grupo Ótico e Plataforma de Computação foram integradas numa plataforma única, veículo terrestre não tripulado, com o intuito de aplicabilidade e facilitação de aquisição de dados em sistemas reais da indústria de Agricultura de precisão, bem como potencial extrapolação às áreas de Segurança Civil e Militar.

The recent advances in multiple areas of sensorization (proximity sensing, multiple vision system formats and satellite positioning) have been increasing the use of unmanned ground vehicles in the Agricultural Industry. These vehicles, supporting the continuous, dynamic and proximity analysis, allow the potential optimization of food production and / or control of infestations. This dissertation presents the development of an unmanned ground vehicle, framed in the area of service robotics, for use in precision agriculture. The unmanned ground vehicle integrates a Mobile Platform, Optical Group and a Computing Platform. Regarding the Mobile Platform, the entire structure was manufactured with the perspective of being able to be freely reproduced, open source, using manufacturing methodologies for 3D printing. These prototypes were complemented by parts produced in CNC milling and turning, using modern assembly techniques. For the Optical Group, the same philosophy of open source was followed, using 3D printing, complemented by the selection of image acquisition equipment in a low budget range. We documented all the steps supporting the development of a low-cost thermal vision sensor and multispectral chamber groups, with subsequent calibration and validation in standardized tests. In the computing platform, a commercial card, Nvidia Jetson®, was developed with software development (ROS operating meta-system), making it easy to collect the large amount of data provided by all the sensors. Finally, the mobile platform, Optical Group and computing platform were integrated into a single platform in an unmanned ground vehicle, with the purpose of applying and facilitating the acquisition of data in real systems of the precision agriculture industry, as well as potential extrapolation to the areas of Civil Security and Military.