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Planificación en Robótica Agrícola

I. Introducción

Planificar es organizar de antemano las acciones necesarias para alcanzar un objetivo.
En robótica, esto permite al robot decidir qué tarea realizar y en qué orden. Preguntas como qué camino seguir, cuándo levantar o bajar las herramientas, o cómo superar un obstáculo encuentran sus respuestas gracias a la planificación.
Así, la planificación hace que el robot sea autónomo y eficiente en sus acciones.

En este artículo, se tratará de responder a la pregunta: ¿cómo se realiza la tarea de planificación para un robot agrícola? Comenzaremos proponiendo una clasificación de los tipos de planificación, lo que nos permitirá insistir en los dos métodos principales: la planificación offline y la planificación online.


II. Los diferentes tipos de planificación

Para un robot, la planificación se puede realizar de dos maneras diferentes:


  • La planificación offline: se realiza antes del inicio de la misión. Consiste en definir, con la ayuda de un soporte (por ejemplo, un archivo), el conjunto de operaciones que el robot deberá ejecutar. En el caso de un robot agrícola, se trata, por ejemplo, de determinar la trayectoria a seguir así como los momentos precisos en los que las herramientas deben ser levantadas o bajadas durante el trayecto. Como ilustra la Figura 1 aquí al lado, la misión está completamente planificada de antemano, luego se transmite al robot antes de su ejecución. Dentro del robot, un bloque funcional dedicado se encarga de interpretar esta planificación y convertirla en instrucciones para el bloque de control, que luego dirige los actuadores.


  • La planificación online: se lleva a cabo durante la ejecución de la misión, mientras el robot está en acción. Permite al robot tomar decisiones en tiempo real en función de la información de sus sensores y de su posición actual. Gracias a este mecanismo, el robot puede adaptar su trayectoria. Este tipo de planificación hace que el robot sea más flexible y autónomo, capaz de reaccionar dinámicamente a los cambios en su entorno. En la representación de la Figura 1 aquí al lado, el archivo de misión ya no aparece, ya que la misión se genera en tiempo real. El bloque de planificación utiliza algoritmos específicos, como el algoritmo A*, para producir los elementos de planificación (por ejemplo, la trayectoria a seguir). Estos elementos luego se interpretan como instrucciones por el bloque de control, que dirige los actuadores del robot.
Figura 1: Principio de la planificación offline

Principio de la planificación offline: La planificación offline consiste en preparar la misión antes de su ejecución. La misión se define de antemano y se transmite al robot a través de un archivo. Un bloque de planificación se encarga de interpretar la misión. Según el estado del robot y su entorno, genera instrucciones que luego se envían al bloque de control. Este último se encarga de calcular los comandos necesarios para cumplir con las instrucciones y realizar la misión.

La planificación offline consiste en preparar la misión antes de su ejecución. La misión se define de antemano y se transmite al robot a través de un archivo. Un bloque de planificación se encarga de interpretar la misión. Según el estado del robot y su entorno, genera instrucciones que luego se envían al bloque de control. Este último se encarga de calcular los comandos necesarios para cumplir con las instrucciones y realizar la misión.


III. Caso práctico de una planificación offline: el formato JSONAgriFormat

Un ejemplo concreto de planificación offline en robótica agrícola es el formato de archivo JSONAgriFormat, desarrollado por SABI AGRI.
Como muestra la Figura 2 aquí abajo, este formato de archivo permite describir completamente la misión de un robot agrícola antes de su ejecución.
Contiene notablemente:
  • la trayectoria a seguir,
  • la especificación de las zonas de trabajo, correspondientes a las zonas donde las herramientas deben ser bajadas,
  • la velocidad de avance en estas zonas,
  • la zona de geofencing, que define los límites geográficos a no superar,
  • así como diversas metadatos relacionadas con la parcela agrícola.

El conjunto de esta información está estructurado en un formato estándar (el formato JSON), facilitando así el intercambio y la compatibilidad entre diferentes sistemas robóticos.

Descripción del formato JSONAgriFormat: Este formato permite especificar una trayectoria a seguir para operaciones agrícolas. Para cada punto de la trayectoria, es posible asociar información adicional, como: la velocidad en ese punto, el estado de las herramientas (bajadas o levantadas). El formato también permite incluir metadatos, por ejemplo, el nombre de la parcela u otra información pertinente.




Figura 2: Descripción del formato JSONAgriFormat


Este formato permite especificar una trayectoria a seguir para operaciones agrícolas. Para cada punto de la trayectoria, es posible asociar información adicional, como:
  • la velocidad en ese punto,
  • el estado de las herramientas (bajadas o levantadas).

El formato también permite incluir metadatos, por ejemplo, el nombre de la parcela u otra información pertinente.


IV. Caso práctico de la planificación online: el Acuerdo Robótico

Un ejemplo concreto de planificación online en robótica agrícola es el concepto de acuerdo robótico, desarrollado por SABI AGRI.
Este principio es similar al concepto de platooning, que permite a varios robots o vehículos evolucionar en enjambre (swarm) de manera coordinada.
En el caso del acuerdo robótico, el robot está programado para seguir a un tractor conducido por un operador humano, ya sea en desplazamiento o en fila india, con el objetivo de aumentar el flujo de trabajo y optimizar el rendimiento global.
Como ilustra la Figura 3 aquí abajo, el tractor, equipado con un sistema de localización GNSS, es conducido manualmente.
Su posición se transmite en tiempo real al robot seguidor, que la utiliza para generar su propia trayectoria.

Así, la planificación del camino a seguir por el robot se realiza en tiempo real, es decir, “online”, durante la misión.

Acuerdo robótico: En este concepto, la planificación de las tareas del robot se realiza en tiempo real durante la misión. El robot B utiliza la información transmitida por el vehículo líder A, conducido por un humano, como su posición GPS, el estado de sus herramientas y otros parámetros, para planificar sus propias acciones: ruta a seguir, gestión de herramientas, etc.


Figura 3: Acuerdo robótico

En este concepto, la planificación de las tareas del robot se realiza en tiempo real durante la misión. El robot B utiliza la información transmitida por el vehículo líder A, conducido por un humano, como su posición GPS, el estado de sus herramientas y otros parámetros, para planificar sus propias acciones: ruta a seguir, gestión de herramientas, etc.


V. Conclusión

Para concluir, la planificación constituye una etapa esencial en la robótica agrícola, ya que contribuye directamente a la autonomía y eficiencia de los robots.
Esta planificación se puede realizar de dos maneras:
De manera offline, antes del inicio de la misión, a través de un archivo de descripción como el JSONAgriFormat, desarrollado por SABI AGRI, que permite definir el conjunto de parámetros de la misión.
De manera online, como en el caso del Acuerdo Robótico, también desarrollado por SABI AGRI, donde el robot planifica su camino en tiempo real basándose en los desplazamientos de un tractor conducido manualmente.

Así, estos dos enfoques ilustran la complementariedad entre la preparación anticipada y la adaptación dinámica, dos pilares fundamentales de la robótica agrícola moderna.



*: La información técnica presentada en este artículo se proporciona a título indicativo. No reemplaza los manuales oficiales de los fabricantes. Antes de cualquier instalación, manipulación o uso, consulte la documentación del producto y respete las instrucciones de seguridad. El sitio Torque.works no se hace responsable de un uso inadecuado o una interpretación incorrecta de la información proporcionada.