2D LiDAR-based perception for under canopy autonomous scouting of small ground robots within narrow lanes of agricultural fields (2021)
- Authors:
- Autor USP: HIGUTI, VITOR AKIHIRO HISANO - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEM
- Subjects: VEÍCULOS AUTÔNOMOS; TECNOLOGIA AGRÍCOLA; VEÍCULOS AUTÔNOMOS
- Keywords: Percepção; Robôs agrícolas; Robótica móvel
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Robôs terrestres leves têm mostrado crescente potencial em tarefas agrícolas que requerem moroso trabalho humano, portanto, limitadas em detalhes ou abrangência de área. Uma atividade que beneficia várias práticas agrícolas modernas é o monitoramento (caminhando pelo campo). No entanto, uma navegação autônoma confiável continua um desafio. Um robô precisa enfrentar o dinamismo do campo agrícola e obstáculos imprevisíveis, e.g. humanos e máquinas. Em particular, o milho e o sorgo apresentam uma dificuldade adicional devido à forma padrão de cultivo: fileiras espaçadas por menos de um metro de largura que ficam ainda menos visíveis em estágios posteriores devido à densa cobertura e espalhamento das folhas. Tal condição influencia fortemente os sensores, provocando frequentes oclusões, erros de leitura e outras situações fora de sua faixa de trabalho. Nesse contexto, surgem três questões: 1) O potencial inexplorado do sensor LiDAR é suficiente para interpretar um ambiente de cultura de ruas estreitas sem marcos artificiais? 2) A busca da melhor reta para representar fileiras de cultura retrata o problema? 3) Como a estimativa da distância lateral pode ser melhorada através da fusão de sensores? Para responder às três perguntas, Perception LiDAR (PL) foi desenvolvido para estimar a distância lateral às fileiras com um LiDAR 2D como sensor principal. O filtro Kalman estendido permite o uso de odometria e medições inerciais. A aferição manual dos dados mostrou que a tarefa deencontrar a melhor reta a partir dos dados LiDAR é desafiadora e pode ter somente 54% das estimativas com erro inferior a 0,05 m. No entanto, o método proposto permitiu a operação autônoma de vários robôs por 72 km. Devido ao sinal RTK-GNSS ser pouco confiável sob cobertura, as estimativa por PL superam significativamente o posicionamento baseado em GNSS, que pode até indicar que a plataforma está em outra rua. O extenso teste de campo ocorreu em vários campos de milho e sorgo entre 2017 e 2020. Para ruas contínuas, ou seja, existe pelo menos uma das fileiras laterais, a taxa de sucesso para terminar o segmento desejado com navegação autônoma é de 89,76%. O desempenho superior ao remover grande parte de objetos diferentes de caule da leitura do sensor, e também a concentração de falhas nas lacunas e quando há oclusão do sensor, ambas situações com fileiras pouco a não visíveis, indicam que o problema não é o de melhor ajuste de reta, mas sim classificação em que o objetivo final é encontrar caules. Em resumo, embora PL não forneça uma navegação totalmente livre de intervenção entre as fileiras, suas capacidades atuais liberam os operadores da tediosa tarefa de dirigir manualmente o robô o tempo todo e pavimenta o caminho para um robô agrícola totalmente autônomo
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2021
- Data da defesa: 29.03.2021
-
ABNT
HIGUTI, Vitor Akihiro Hisano. 2D LiDAR-based perception for under canopy autonomous scouting of small ground robots within narrow lanes of agricultural fields. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-31052021-194235/. Acesso em: 31 dez. 2025. -
APA
Higuti, V. A. H. (2021). 2D LiDAR-based perception for under canopy autonomous scouting of small ground robots within narrow lanes of agricultural fields (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-31052021-194235/ -
NLM
Higuti VAH. 2D LiDAR-based perception for under canopy autonomous scouting of small ground robots within narrow lanes of agricultural fields [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 31 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-31052021-194235/ -
Vancouver
Higuti VAH. 2D LiDAR-based perception for under canopy autonomous scouting of small ground robots within narrow lanes of agricultural fields [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 31 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-31052021-194235/ - Improved localization in a corn crop row using a rotated laser rangefnder for three-dimensional data acquisition
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