Sviluppo di un sistema di guida autonoma per un trattore in vigna

The level of innovation is continuously growing in agriculture since it allows to increase the production and reduce time and costs. In this context it has been developed an autonomous guiding system for a tractor in vineyard, in collaboration with SAME Deutz-Fahr. The goal of the system is to follow an user defined path that brings the tractor to the vineyard and makes it move along the rows by doing complex maneuver in reduced space by avoiding obstacles. A small path-tracking error in those maneuver may lead to collision that can cause damage to the crop or even to the vehicle. To achieve this goal it has been developed a module that is able to recognise all objects present in the point cloud produced by the LiDAR and is capable of distinguish them in rows or general obstacles. Then, from those information, it produces the point cloud representing all the areas of collision for the vehicle. This result, together with the localization info obtained from GPS measurements, is used by the local planner to produce the new reference trajectory to follow by solving an optimization problem that wants to keep the vehicle as close as possible to the desired path while avoiding obstacles. The local trajectory obtained is then provided to the lateral controller that has the aim to produce the curvature command needed by the actuator in order to follow the reference path. To generate the control action, the controller uses the information obtained from the closest point to the vehicle on the path together with the one given by a look-ahead point and a look-back point. In order to test the operation of each module and of the complete system a Gazebo simulator has been developed. It allows to recreate the vineyard environment and accurately replicate the behaviour of the vehicle. From the analysis carried out on the simulation data, the system seems to fulfill the requirements for which it has been developed with good performances.

L'innovazione tecnologia sta prendendo sempre più piede nel campo agricolo in quanto permette di aumentare la capacità produttiva e ridurre i tempi e i costi del lavoro. In questo contesto è stato sviluppato, in collaborazione con SAME Deutz-Fahr, un sistema di guida autonoma per un trattore in vigna. L'obiettivo del sistema è quello di riuscire a seguire un percorso predefinito dall'utente che porta il veicolo ad avvicinarsi al vigneto e a muoversi tra un filare e l'altro effettuando manovre in spazi molto ridotti, dove un piccolo errore nell'inseguimento della traiettoria può causare il danneggiamento delle colture, evitando gli ostacoli presenti. A questo scopo è stato sviluppato un modulo che partendo dai dati forniti dal LiDAR 3D è in grado di riconoscere gli ostacoli, classificarli in filari e ostacoli generici ed individuare le aree di collisione per il veicolo. Il risultato di questo modulo, insieme ai dati della localizzazione del veicolo ottenuti grazie a misure GPS, permettono al pianificatore locale di generare tramite un processo di ottimizzazione un nuovo piano locale, in continuità con quello precedente, che consente di seguire il percorso predefinito dall'utente evitando gli ostacoli presenti. Questo viene poi fornito al controllore laterale che, grazie all'utilizzo di un punto di look-ahead e uno di look-back, è in grado di produrre il comando di curvatura necessario da applicare all'attuatore per fare in modo che il veicolo segua fedelmente il percorso generato dal pianificatore locale. Il corretto funzionamento dei vari moduli del sistema di guida autonoma e del sistema stesso è stato verificato tramite l'utilizzo di un simulatore Gazebo grazie al quale è possibile replicare l'ambiente tipico del caso d'uso e riprodurre accuratamente il comportamento del veicolo. Dall'analisi dei test effettuati in simulazione, il sistema risulta adempiere, con buone prestazioni, al compito per cui è stato sviluppato.