Analisi e sviluppo di un sistema di guida autonoma per l'agricoltura di precisione

This thesis is developed in collaboration with SAME-Deutz-Fahr. It consists in the design of a navigation system for an high-end agricultural tractor in an open field environment. Typical applications are sowing and irrigation where centimeter accuracy is required. The system have to control the steering actuator of the tractor, so that it is able to follow predetermine trajectories. So the driver can focus on agricultural operations, in order to increase productivity and working conditions. The planner generates the reference trajectories that consist of straight lines or curves, as well as their parallels. These last are useful to cover the entire field as it is usual in agricultural applications. The lateral error of the tractor is computed with respect to the reference trajectory, using measurements from a GPS antenna equipped with RTK correction to obtain high positioning accuracy. The sensor also provides the orientation of the vehicle. The goal of the automatic system is to keep error as low as possible, with respect to the reference trajectory. To do this, a PID controller is calibrated according to Model Based techniques. The controller provides a curvature command to which an open loop Feed Forward action has been added to obtain better tracking performance. The signal is then sent to the steering actuator to drive the tractor. The algorithms developed for this thesis were designed using experimental tests as reference. The complete system was tested first in simulation and then in field. The performance are satisfactory: the developed system complies with the requirements defined by the use case.

Questa tesi è sviluppata in collaborazione con SAME-Deutz-Fahr e consiste nella progettazione di un sistema di controllo laterale dello sterzo di un trattore agricolo di alta gamma, per lavorazioni in campo aperto quali semina e irrigazione. Per queste applicazioni si può richiedere che il trattore segua autonomamente delle traiettorie prefissate in modo che il guidatore possa soffermarsi sulle operazioni agricole, in modo da aumentarne qualità del lavoro e produttività. Le traiettorie che gli algoritmi di planning generano per il caso d'uso consistono in rette o curve, alle quali si aggiungono le loro parallele, utili per coprire interamente la superficie di un campo durante la lavorazione. Le traiettorie di riferimento sono utilizzate per calcolare l'errore laterale del trattore rispetto ad esse, utilizzando le misure di un antenna GPS fornita di correzione RTK per alta precisione di posizionamento. Quest'ultima fornisce anche l'orientamento del veicolo. L'obiettivo del sistema automatico è annullare l'errore rispetto alla traiettoria di riferimento. Per fare ciò si utilizza un controllore PID tarato secondo tecniche Model Based. Il controllore fornisce un comando di curvatura in uscita alla quale è stata aggiunta un azione di Feed Forward in anello aperto per ottenere migliori performance di inseguimento. Gli algoritmi sviluppati per questa tesi sono stati progettati utilizzando delle prove sperimentali come riferimento. Il sistema completo è stato testato prima in simulazione e poi in campo secondo i casi d'uso previsti. Le prestazioni raggiunte sono soddisfacenti: il sistema sviluppato è conforme ai requisiti definiti dal caso d’uso.