Pianificazione nella Robotica Agricola

I. Introduzione

Pianificare significa organizzare in anticipo le azioni necessarie per raggiungere un obiettivo.

Nella robotica, ciò consente al robot di decidere quale compito eseguire e in quale ordine. Domande come quale percorso seguire, quando sollevare o abbassare gli strumenti, o come superare un ostacolo trovano risposta grazie alla pianificazione.

Così, la pianificazione rende il robot autonomo ed efficace nelle sue azioni.

In questo articolo, si tratterà di rispondere alla domanda: come avviene il compito di pianificazione per un robot agricolo? Inizieremo proponendo una classificazione dei tipi di pianificazione, il che ci permetterà di insistere sui due principali metodi: la pianificazione offline e la pianificazione online.

II. I diversi tipi di pianificazione

Per un robot, la pianificazione può avvenire in due modi diversi:

La pianificazione offline: si realizza prima dell'inizio della missione. Consiste nel definire, con l'aiuto di un supporto (ad esempio un file), l'insieme delle operazioni che il robot dovrà eseguire. Nel caso di un robot agricolo, si tratta ad esempio di determinare la traiettoria da seguire e i momenti precisi in cui gli strumenti devono essere sollevati o abbassati durante il percorso. Come illustrato dalla Figura 1 qui accanto, la missione è interamente pianificata in anticipo, poi trasmessa al robot prima della sua esecuzione. All'interno del robot, un blocco funzionale dedicato è incaricato di interpretare questa pianificazione e di convertirla in istruzioni per il blocco di comando, che poi pilota gli attuatori.

La pianificazione online: si effettua durante l'esecuzione della missione, mentre il robot è in azione. Permette al robot di prendere decisioni in tempo reale in base alle informazioni provenienti dai suoi sensori e dalla sua posizione attuale. Grazie a questo meccanismo, il robot può adattare la sua traiettoria. Questo tipo di pianificazione rende il robot più flessibile e autonomo, capace di reagire dinamicamente ai cambiamenti del suo ambiente. Nella rappresentazione della Figura 1 qui accanto, il file della missione non appare più, poiché la missione è generata in tempo reale. Il blocco di pianificazione utilizza algoritmi specifici, come l'algoritmo A*, per produrre gli elementi di pianificazione (ad esempio, la traiettoria da seguire). Questi elementi sono poi interpretati come istruzioni dal blocco di comando, che pilota gli attuatori del robot.

Figura 1: Principio della pianificazione offline

La pianificazione offline consiste nel preparare la missione prima della sua esecuzione. La missione è definita in anticipo e trasmessa al robot tramite un file. Un blocco di pianificazione è incaricato di interpretare la missione. In base allo stato del robot e del suo ambiente, genera istruzioni che vengono poi inviate al blocco di comando. Quest'ultimo si occupa di calcolare i comandi necessari per raggiungere le istruzioni e realizzare la missione.

III. Caso pratico di una pianificazione offline: il formato JSONAgriFormat

Un esempio concreto di pianificazione offline nella robotica agricola è il formato di file JSONAgriFormat, sviluppato da SABI AGRI.

Come mostrato dalla Figura 2 qui sotto, questo formato di file consente di descrivere completamente la missione di un robot agricolo prima della sua esecuzione.

Contiene in particolare:

la traiettoria da seguire,
la specificazione delle zone di lavoro, corrispondenti alle zone in cui gli strumenti devono essere abbassati,
la velocità di avanzamento in queste zone,
la zona di geofencing, che definisce i limiti geografici da non superare,
nonché varie metadati relativi alla parcella agricola.

L'insieme di queste informazioni è strutturato in un formato standard (il formato JSON), facilitando così lo scambio e la compatibilità tra diversi sistemi robotici.

Figura 2: Descrizione del formato JSONAgriFormat

Questo formato consente di specificare una traiettoria da seguire per operazioni agricole. Per ogni punto della traiettoria, è possibile associare informazioni aggiuntive, come:

la velocità in quel punto,
lo stato degli strumenti (abbassati o sollevati).

Il formato consente anche di includere metadati, ad esempio il nome della parcella o altre informazioni pertinenti.

IV. Caso pratico della pianificazione online: l'Accordo Robotico

Un esempio concreto di pianificazione online nella robotica agricola è il concetto di accordo robotico, sviluppato da SABI AGRI.

Questo principio è simile al concetto di platooning, che consente a più robot o veicoli di evolversi in sciame (swarm) in modo coordinato.

Nel caso dell'accordo robotico, il robot è programmato per seguire un trattore guidato da un operatore umano, sia in modo sfalsato che in fila indiana, con l'obiettivo di aumentare il flusso di lavoro e ottimizzare le prestazioni globali.

Come illustrato dalla Figura 3 qui sotto, il trattore, dotato di un sistema di localizzazione GNSS, è guidato manualmente.

La sua posizione è trasmessa in tempo reale al robot seguace, che la utilizza per generare la propria traiettoria.

Così, la pianificazione del percorso da seguire da parte del robot avviene in tempo reale, cioè “online”, durante la missione.

Accordo robotico: In questo concetto, la pianificazione dei compiti del robot avviene in tempo reale durante la missione. Il robot B sfrutta le informazioni trasmesse dal veicolo leader A, guidato da un umano, come la sua posizione GPS, lo stato dei suoi strumenti e altri parametri, per pianificare le proprie azioni: percorso da seguire, gestione degli strumenti, ecc.

Figura 3: Accordo robotico

In questo concetto, la pianificazione dei compiti del robot avviene in tempo reale durante la missione. Il robot B sfrutta le informazioni trasmesse dal veicolo leader A, guidato da un umano, come la sua posizione GPS, lo stato dei suoi strumenti e altri parametri, per pianificare le proprie azioni: percorso da seguire, gestione degli strumenti, ecc.

V. Conclusione

Per concludere, la pianificazione costituisce una fase essenziale nella robotica agricola, poiché contribuisce direttamente all'autonomia e all'efficacia dei robot.

Questa pianificazione può essere realizzata in due modi:

In modo offline, prima dell'inizio della missione, attraverso un file di descrizione come il JSONAgriFormat, sviluppato da SABI AGRI, che consente di definire l'insieme dei parametri della missione.

In modo online, come nel caso dell'Accordo Robotico, anch'esso sviluppato da SABI AGRI, dove il robot pianifica il suo percorso in tempo reale basandosi sugli spostamenti di un trattore guidato manualmente.

Così, questi due approcci illustrano la complementarità tra preparazione anticipata e adattamento dinamico, due pilastri fondamentali della robotica agricola moderna.

*: Le informazioni tecniche presentate in questo articolo sono fornite a titolo indicativo. Non sostituiscono le istruzioni ufficiali dei produttori. Prima di qualsiasi installazione, manipolazione o utilizzo, si prega di consultare la documentazione del prodotto e rispettare le istruzioni di sicurezza. Il sito Torque.works non può essere ritenuto responsabile di un uso improprio o di un'interpretazione errata delle informazioni fornite.