Planning in Agrarische Robotica

I. Inleiding

Plannen is het van tevoren organiseren van de acties die nodig zijn om een doel te bereiken.

In de robotica stelt dit de robot in staat om te beslissen welke taak hij moet uitvoeren en in welke volgorde. Vragen zoals welk pad te volgen, wanneer gereedschappen op te tillen of te laten zakken, of hoe een obstakel te overwinnen, worden beantwoord door middel van planning.

Zo maakt de planning de robot autonoom en efficiënt in zijn acties.

In dit artikel zullen we de vraag beantwoorden: hoe wordt de planningsopdracht voor een agrarische robot uitgevoerd? We beginnen met het voorstellen van een classificatie van de soorten planning, waardoor we ons kunnen concentreren op de twee belangrijkste methoden: offline planning en online planning.

II. De verschillende soorten planning

Voor een robot kan de planning op twee verschillende manieren worden uitgevoerd:

Offline planning: deze wordt uitgevoerd vóór de start van de missie. Het bestaat uit het definiëren, met behulp van een hulpmiddel (bijvoorbeeld een bestand), van alle operaties die de robot moet uitvoeren. In het geval van een agrarische robot gaat het bijvoorbeeld om het bepalen van het te volgen traject en de precieze momenten waarop de gereedschappen tijdens het traject moeten worden opgetild of neergelaten. Zoals geïllustreerd door de Figuur 1 hiernaast, wordt de missie volledig van tevoren gepland en vervolgens aan de robot overgedragen vóór de uitvoering. Binnenin de robot is een speciaal functioneel blok verantwoordelijk voor het interpreteren van deze planning en het omzetten ervan in instructies voor het besturingsblok, dat vervolgens de actuatoren aanstuurt.

Online planning: deze wordt uitgevoerd tijdens de uitvoering van de missie, terwijl de robot in actie is. Het stelt de robot in staat om in real-time beslissingen te nemen op basis van informatie van zijn sensoren en zijn huidige positie. Dankzij dit mechanisme kan de robot zijn traject aanpassen. Dit type planning maakt de robot flexibeler en autonomer, in staat om dynamisch te reageren op veranderingen in zijn omgeving. In de weergave van de Figuur 1 hiernaast, verschijnt het missiebestand niet meer, aangezien de missie in real-time wordt gegenereerd. Het planningsblok gebruikt specifieke algoritmen, zoals het A*-algoritme, om de planningscomponenten te produceren (bijvoorbeeld het te volgen traject). Deze componenten worden vervolgens geïnterpreteerd als instructies door het besturingsblok, dat de actuatoren van de robot aanstuurt.

Figuur 1: Principe van offline planning

Offline planning houdt in dat de missie wordt voorbereid vóór de uitvoering. De missie wordt van tevoren gedefinieerd en via een bestand aan de robot overgedragen. Een planningsblok is verantwoordelijk voor het interpreteren van de missie. Afhankelijk van de staat van de robot en zijn omgeving genereert het instructies die vervolgens naar het besturingsblok worden gestuurd. Dit laatste berekent de benodigde commando's om de instructies te volgen en de missie uit te voeren.

III. Praktijkvoorbeeld van offline planning: het JSONAgriFormat

Een concreet voorbeeld van offline planning in agrarische robotica is het JSONAgriFormat-bestandsformaat, ontwikkeld door SABI AGRI.

Zoals getoond in de Figuur 2 hieronder, maakt dit bestandsformaat het mogelijk om de missie van een agrarische robot volledig te beschrijven vóór de uitvoering.

Het bevat met name:

het te volgen traject,
de specificatie van de werkgebieden, die overeenkomen met de gebieden waar de gereedschappen moeten worden neergelaten,
de voortgangssnelheid in deze gebieden,
de geofencing-zone, die de geografische grenzen definieert die niet mogen worden overschreden,
evenals diverse metadata met betrekking tot het landbouwperceel.

Al deze informatie is gestructureerd in een standaardformaat (het JSON-formaat), waardoor de uitwisseling en compatibiliteit tussen verschillende robotsystemen wordt vergemakkelijkt.

Figuur 2: Beschrijving van het JSONAgriFormat

Dit formaat maakt het mogelijk om een te volgen traject voor landbouwoperaties te specificeren. Voor elk punt van het traject kunnen aanvullende informatie worden gekoppeld, zoals:

de snelheid op dat punt,
de staat van de gereedschappen (neergelaten of opgetild).

Het formaat maakt het ook mogelijk om metadata op te nemen, zoals de naam van het perceel of andere relevante informatie.

IV. Praktijkvoorbeeld van online planning: de Robotica Overeenkomst

Een concreet voorbeeld van online planning in agrarische robotica is het concept van de robotica-overeenkomst, ontwikkeld door SABI AGRI.

Dit principe is vergelijkbaar met het concept van platooning, dat meerdere robots of voertuigen in staat stelt om op een gecoördineerde manier in een zwerm te opereren.

In het geval van de robotica-overeenkomst is de robot geprogrammeerd om een tractor te volgen die wordt bestuurd door een menselijke operator, hetzij verschoven, hetzij in een rij, met als doel de werksnelheid te verhogen en de algehele prestaties te optimaliseren.

Zoals geïllustreerd door de Figuur 3 hieronder, wordt de tractor, uitgerust met een GNSS-lokalisatiesysteem, handmatig bestuurd.

Zijn positie wordt in real-time doorgegeven aan de volgrobot, die deze gebruikt om zijn eigen traject te genereren.

Zo wordt de planning van het te volgen pad door de robot in real-time uitgevoerd, oftewel 'online', tijdens de missie.

Figuur 3: Robotica-overeenkomst

In dit concept wordt de planning van de taken van de robot in real-time uitgevoerd tijdens de missie. Robot B maakt gebruik van de informatie die wordt doorgegeven door het leidende voertuig A, bestuurd door een mens, zoals zijn GPS-positie, de staat van zijn gereedschappen, en andere parameters, om zijn eigen acties te plannen: te volgen traject, beheer van gereedschappen, enz.

V. Conclusie

Tot slot vormt planning een essentiële stap in agrarische robotica, omdat het direct bijdraagt aan de autonomie en efficiëntie van robots.

Deze planning kan op twee manieren worden uitgevoerd:

Offline, vóór de start van de missie, via een beschrijvingsbestand zoals het JSONAgriFormat, ontwikkeld door SABI AGRI, dat het mogelijk maakt om alle parameters van de missie te definiëren.

Online, zoals in het geval van de Robotica Overeenkomst, ook ontwikkeld door SABI AGRI, waarbij de robot zijn pad in real-time plant op basis van de bewegingen van een handmatig bestuurde tractor.

Zo illustreren deze twee benaderingen de complementariteit tussen anticiperende voorbereiding en dynamische aanpassing, twee fundamentele pijlers van de moderne agrarische robotica.

*: De technische informatie in dit artikel wordt ter indicatie verstrekt. Ze vervangen niet de officiële handleidingen van de fabrikanten. Raadpleeg vóór installatie, manipulatie of gebruik de productdocumentatie en volg de veiligheidsinstructies op. De site Torque.works kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor oneigenlijk gebruik of onjuiste interpretatie van de verstrekte informatie.