- A robotic platform for precision agriculture and applications
- Mengoli, Dario <1983>
Subject
- ING-INF/04 Automatica
Description
- Agricultural techniques have been improved over the centuries to match with the growing demand of an increase in global population. Farming applications are facing new challenges to satisfy global needs and the recent technology advancements in terms of robotic platforms can be exploited. As the orchard management is one of the most challenging applications because of its tree structure and the required interaction with the environment, it was targeted also by the University of Bologna research group to provide a customized solution addressing new concept for agricultural vehicles. The result of this research has blossomed into a new lightweight tracked vehicle capable of performing autonomous navigation both in the open-filed scenario and while travelling inside orchards for what has been called in-row navigation. The mechanical design concept, together with customized software implementation has been detailed to highlight the strengths of the platform and some further improvements envisioned to improve the overall performances. Static stability testing has proved that the vehicle can withstand steep slopes scenarios. Some improvements have also been investigated to refine the estimation of the slippage that occurs during turning maneuvers and that is typical of skid-steering tracked vehicles. The software architecture has been implemented using the Robot Operating System (ROS) framework, so to exploit community available packages related to common and basic functions, such as sensor interfaces, while allowing dedicated custom implementation of the navigation algorithm developed. Real-world testing inside the university’s experimental orchards have proven the robustness and stability of the solution with more than 800 hours of fieldwork. The vehicle has also enabled a wide range of autonomous tasks such as spraying, mowing, and on-the-field data collection capabilities. The latter can be exploited to automatically estimate relevant orchard properties such as fruit counting and sizing, canopy properties estimation, and autonomous fruit harvesting with post-harvesting estimations.
- Le tecniche agricole sono state migliorate nel corso dei secoli per soddisfare la crescente domanda di aumento della popolazione mondiale. I recenti progressi tecnologici in termini di piattaforme robotiche possono essere sfruttati in questo contesto. Poiché la gestione del frutteto è una delle applicazioni più impegnative, a causa della sua struttura arborea e della necessaria interazione con l'ambiente, è stata oggetto di ricerca per fornire una soluzione personalizzata che sviluppi un nuovo concetto di veicolo agricolo. Il risultato si è concretizzato in un veicolo cingolato leggero, capace di effettuare una navigazione autonoma sia nello scenario di pieno campo che all'interno dei frutteti (navigazione interfilare). La progettazione meccanica, insieme all'implementazione del software, sono stati dettagliati per evidenziarne i punti di forza, accanto ad alcuni ulteriori miglioramenti previsti per incrementarne le prestazioni complessive. I test di stabilità statica hanno dimostrato che il veicolo può resistere a ripidi pendii. Sono stati inoltre studiati miglioramenti per affinare la stima dello slittamento che si verifica durante le manovre di svolta, tipico dei veicoli cingolati. L'architettura software è stata implementata utilizzando il framework Robot Operating System (ROS), in modo da sfruttare i pacchetti disponibili relativi a componenti base, come le interfacce dei sensori, e consentendo al contempo un'implementazione personalizzata degli algoritmi di navigazione sviluppati. I test in condizioni reali all'interno dei frutteti sperimentali dell'università hanno dimostrato la robustezza e la stabilità della soluzione con oltre 800 ore di lavoro sul campo. Il veicolo ha permesso di attivare e svolgere un'ampia gamma di attività agricole in maniera autonoma, come l'irrorazione, la falciatura e la raccolta di dati sul campo. Questi ultimi possono essere sfruttati per stimare automaticamente le proprietà più rilevanti del frutteto, come il conteggio e la calibratura dei frutti, la stima delle proprietà della chioma e la raccolta autonoma dei frutti con stime post-raccolta.
Date
- 2023-06-15
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-29503
Mengoli, Dario (2023) A robotic platform for precision agriculture and applications, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Ingegneria biomedica, elettrica e dei sistemi