Skip to Content

Documentation

Planowanie w Robotyce Rolniczej

I. Wprowadzenie

Planowanie to organizowanie z wyprzedzeniem działań niezbędnych do osiągnięcia celu.
W robotyce pozwala to robotowi zdecydować, jakie zadanie wykonać i w jakiej kolejności. Pytania takie jak, którą drogę obrać, kiedy podnieść lub opuścić narzędzia, czy jak pokonać przeszkodę, znajdują odpowiedzi dzięki planowaniu.
W ten sposób planowanie czyni robota autonomicznym i efektywnym w jego działaniach.

W tym artykule postaramy się odpowiedzieć na pytanie: jak przebiega proces planowania dla robota rolniczego? Rozpoczniemy od zaproponowania klasyfikacji typów planowania, co pozwoli nam skupić się na dwóch głównych metodach: planowaniu offline i planowaniu online.


II. Różne typy planowania

Dla robota planowanie może odbywać się na dwa różne sposoby:


  • Planowanie offline: odbywa się przed rozpoczęciem misji. Polega na zdefiniowaniu, za pomocą nośnika (na przykład pliku), wszystkich operacji, które robot musi wykonać. W przypadku robota rolniczego chodzi na przykład o określenie trasy do pokonania oraz dokładnych momentów, kiedy narzędzia muszą być podnoszone lub opuszczane w trakcie trasy. Jak ilustruje to Rysunek 1 obok, misja jest w pełni zaplanowana z wyprzedzeniem, a następnie przekazywana robotowi przed jej wykonaniem. Wewnątrz robota dedykowany blok funkcjonalny jest odpowiedzialny za interpretację tego planowania i przekształcenie go w polecenia dla bloku sterowania, który następnie kieruje siłownikami.


  • Planowanie online: odbywa się podczas wykonywania misji, gdy robot jest w akcji. Pozwala robotowi podejmować decyzje w czasie rzeczywistym na podstawie informacji z jego czujników i aktualnej pozycji. Dzięki temu mechanizmowi robot może dostosować swoją trasę. Ten typ planowania czyni robota bardziej elastycznym i autonomicznym, zdolnym do dynamicznego reagowania na zmiany w jego otoczeniu. W przedstawieniu Rysunek 1 obok, plik misji nie pojawia się już, ponieważ misja jest generowana w czasie rzeczywistym. Blok planowania wykorzystuje specyficzne algorytmy, takie jak algorytm A*, do tworzenia elementów planowania (na przykład trasy do pokonania). Te elementy są następnie interpretowane jako polecenia przez blok sterowania, który kieruje siłownikami robota.
Rysunek 1: Zasada planowania offline

Zasada planowania offline: Planowanie offline polega na przygotowaniu misji przed jej wykonaniem. Misja jest zdefiniowana z wyprzedzeniem i przekazywana robotowi za pomocą pliku. Blok planowania jest odpowiedzialny za interpretację misji. W zależności od stanu robota i jego otoczenia generuje polecenia, które są następnie przesyłane do bloku sterowania. Ten ostatni zajmuje się obliczaniem niezbędnych komend do realizacji poleceń i wykonania misji.

Planowanie offline polega na przygotowaniu misji przed jej wykonaniem. Misja jest zdefiniowana z wyprzedzeniem i przekazywana robotowi za pomocą pliku. Blok planowania jest odpowiedzialny za interpretację misji. W zależności od stanu robota i jego otoczenia generuje polecenia, które są następnie przesyłane do bloku sterowania. Ten ostatni zajmuje się obliczaniem niezbędnych komend do realizacji poleceń i wykonania misji.


III. Praktyczny przykład planowania offline: format JSONAgriFormat

Konkretnym przykładem planowania offline w robotyce rolniczej jest format pliku JSONAgriFormat, opracowany przez SABI AGRI.
Jak pokazuje Rysunek 2 poniżej, ten format pliku pozwala na pełne opisanie misji robota rolniczego przed jej wykonaniem.
Zawiera on między innymi:
  • trasę do pokonania,
  • specyfikację stref roboczych, odpowiadających obszarom, w których narzędzia muszą być opuszczone,
  • prędkość poruszania się w tych strefach,
  • strefę geofencingu, która definiuje granice geograficzne, których nie należy przekraczać,
  • a także różne metadane dotyczące działki rolniczej.

Wszystkie te informacje są zorganizowane w standardowym formacie (format JSON), co ułatwia wymianę i kompatybilność między różnymi systemami robotycznymi.

Opis formatu JSONAgriFormat: Ten format pozwala na określenie trasy do pokonania podczas operacji rolniczych. Dla każdego punktu trasy można przypisać dodatkowe informacje, takie jak: prędkość w tym punkcie, stan narzędzi (opuszczone lub podniesione). Format pozwala również na uwzględnienie metadanych, na przykład nazwy działki lub innych istotnych informacji.




Rysunek 2: Opis formatu JSONAgriFormat


Ten format pozwala na określenie trasy do pokonania podczas operacji rolniczych. Dla każdego punktu trasy można przypisać dodatkowe informacje, takie jak:
  • prędkość w tym punkcie,
  • stan narzędzi (opuszczone lub podniesione).

Format pozwala również na uwzględnienie metadanych, na przykład nazwy działki lub innych istotnych informacji.


IV. Praktyczny przykład planowania online: Porozumienie Robotyczne

Konkretnym przykładem planowania online w robotyce rolniczej jest koncepcja porozumienia robotycznego, opracowana przez SABI AGRI.
Ta zasada jest podobna do koncepcji platooningu, która pozwala kilku robotom lub pojazdom poruszać się w roju (swarm) w sposób skoordynowany.
W przypadku porozumienia robotycznego robot jest zaprogramowany do podążania za traktorem prowadzonym przez operatora ludzkiego, albo z przesunięciem, albo w szeregu, w celu zwiększenia wydajności pracy i optymalizacji ogólnych osiągów.
Jak ilustruje to Rysunek 3 poniżej, traktor wyposażony w system lokalizacji GNSS jest prowadzony ręcznie.
Jego pozycja jest przekazywana w czasie rzeczywistym do robota podążającego, który wykorzystuje ją do generowania własnej trasy.

W ten sposób planowanie trasy do pokonania przez robota odbywa się w czasie rzeczywistym, czyli „online”, podczas misji.

Porozumienie robotyczne: W tej koncepcji planowanie zadań robota odbywa się w czasie rzeczywistym podczas misji. Robot B wykorzystuje informacje przekazywane przez pojazd lidera A, prowadzony przez człowieka, takie jak jego pozycja GPS, stan narzędzi i inne parametry, aby zaplanować własne działania: trasę do pokonania, zarządzanie narzędziami itp.


Rysunek 3: Porozumienie robotyczne

W tej koncepcji planowanie zadań robota odbywa się w czasie rzeczywistym podczas misji. Robot B wykorzystuje informacje przekazywane przez pojazd lidera A, prowadzony przez człowieka, takie jak jego pozycja GPS, stan narzędzi i inne parametry, aby zaplanować własne działania: trasę do pokonania, zarządzanie narzędziami itp.


V. Wnioski

Podsumowując, planowanie jest kluczowym etapem w robotyce rolniczej, ponieważ bezpośrednio przyczynia się do autonomii i efektywności robotów.
Planowanie to może być realizowane na dwa sposoby:
Offline, przed rozpoczęciem misji, za pomocą pliku opisu takiego jak JSONAgriFormat, opracowanego przez SABI AGRI, który pozwala na zdefiniowanie wszystkich parametrów misji.
Online, jak w przypadku Porozumienia Robotycznego, również opracowanego przez SABI AGRI, gdzie robot planuje swoją trasę w czasie rzeczywistym, opierając się na ruchach traktora prowadzonego ręcznie.

W ten sposób te dwie podejścia ilustrują komplementarność między wcześniejszym przygotowaniem a dynamiczną adaptacją, dwoma fundamentalnymi filarami nowoczesnej robotyki rolniczej.



*: Informacje techniczne przedstawione w tym artykule są podane w celach informacyjnych. Nie zastępują one oficjalnych instrukcji producentów. Przed instalacją, obsługą lub użytkowaniem prosimy o zapoznanie się z dokumentacją produktu i przestrzeganie zaleceń bezpieczeństwa. Strona Torque.works nie ponosi odpowiedzialności za niewłaściwe użycie lub błędną interpretację dostarczonych informacji.