Proposta de estrutura e componentes do UGV

Foram estipulados alguns requisitos para o desenvolvimento do UGV como, funcionamento sem o uso de combustíveis fósseis, capacidade de geração de energia por painéis fotovoltaicos, largura de trabalhos de 2 metros e a capacidade para cobrir, no mínimo, 1 hectare por dia. Espera-se obter do equipamento um funcionamento ininterrupto, realizando pausas apenas para repor insumos e carregar a bateria. É simulado um peso de 300 kg, com o reservatório carregado de 60 litros, uma quantidade geralmente usada para cobrir dois hectares. Por simulações usando osoftware Blender, foram gerados

os modelos 3D conforme as especificações definidas. Entre eles, um protótipo para experimentos do uso dos quatro motores e como os primeiros passos para o controle autônomo no relatório “RelConstrProtUGV.pdf” (PIERAZZOLI; DOMINGUES, 2021f).

A figura 76 apresenta o gráfico morfológico da proposta de automação nas opções avaliadas para a tarefa de recuperação de pastagens nativas infestadas. Entre as possíveis especificações, selecionamos o modelo de operação, detalhado na tabela 28 e tabela 29 que relacionam os requisitos do UGV e a tabela 30 para acessórios como a estação de recarga e o reboque acoplável.

O controle da direção para manobrabilidade é obtido pelo controle independente de rotação de cada uma das rodas como o skid, que tem como vantagens um tamanho compacto, robustez e menos componentes que um sistema tradicional, baseado em pivôs e articulações das rodas. Esse sistema também é ágil para realizar mudanças no trajeto de aplicação. Entretanto, em suas considerações Roshanianfard et al. (2020) recomendam observar possíveis limitações relacionadas a outras aplicações, dadas as restrições de segurança na operação. As simulações realizadas computacionalmente previram o desenvolvimento de um modelo com capacidade de realizar curvas de 180 graus, para a mudança de sentido, em um raio de 2 metros, baseado na largura do aplicador, de modo a facilitar a transição entre linhas. A suspensão rígida, com o sistema de controle de direção e o corpo bipartido, articulado, são considerados adequados para a baixa velocidade de operação, que deve ocorrer entre 1 e 3 km/h. A figura 77 mostra a estrutura tubular com os motores, caixa de redução e o sistema de cordas em verde.

Para operação do equipamento foi necessário prever um conjunto de procedimentos automatizados, quando uma tarefa termina, ou após períodos longos de funcionamento, como o abastecimento de insumos e de energia. Na solução proposta foi prevista a construção de uma estação de recarga e manutenção(docking station), capaz de armazenar e facilitar o transporte de vários equipamentos. Os requisitos de segurança do equipamento são relativos a um equipamento operando em velocidade reduzida, permitindo flexibilizar a especificação dos sensores para detectar obstáculos. Entretanto, o sistema deve desviar de obstáculos maiores do que as rodas, bem como erguer a parte do sistema com os aplicadores de herbicida, impedindo que o mesmo colida com algum obstáculo, evitando as falhas catastróficas. O armazenamento dessas informações também permitirá mapear os obstáculos para gerar a melhor rota em operações futuras.

Um sistema com vários níveis de redundância foi pensado para o veículo, permitindo manter a operação com o mínimo de interrupções. Externamente, o UGV conta com

Figura 76 – Gráfico morfológico da Roçadeira Autônoma proposta

Fonte: Adaptado de Bakkeret al.(2010)

Figura 77 – Estrutura e sistema de tração com motores independentes e redução da Roçadeira Autônoma

Fonte: Pierazzoli e Domingues (2022)

interruptores de emergência em local visível e acessível, para desligamento rápido em caso de acidente. A navegação no campo necessita precisão do posicionamento, considerado um dos requisitos com maior importância. O plano e a rota precisam ser criados com eficiência, considerando objetos conhecidos, estradas, pontes, porteiras e reagir a elementos desconhecidos de forma segura. O uso de Geografic Information System (GIS), permite armazenar as informações físicas sobre os terrenos, de modo garantir o planejamento do tráfego conforme as características de inclinação, altitude e capacidade de manobrar. Também foi observado o impacto do consumo de energia elétrica no relatório “RelUGVGeoferenciamento.pdf” (PIERAZZOLI; DOMINGUES, 2021h).

Tabela 28 – Definições do projeto UGV (continua)

Requerimentos Descrição

Sistema Aplicador seletivo de herbicida por cordas

altura automática, vazão automática, trajeto programado com áreas de restrição

Procedimento geral

Opera sem animais na área

Tempo por hectare menor que 5 horas

Velocidade de locomoção 1100 a 4600 metros por hora Velocidade mínima de operação 500 metros por hora

Velocidade padrão de operação 1000 metros por hora

Declividade máxima 30 graus

Largura total 2,0 metros

Capacidade mínima desejável de operação >0,56 m²/s Velocidade máxima de deslocamento 4 km/h Detecção do

substrato

Tamanho mínimo da touceira detectável 20 x 20 cm Altura mínima da planta invasora 10 cm

Altura máxima 70 cm

Identificação de altura e densidade (sensor) laser, ultrassônico, contato

Aplicador do defensivo

Aplicador cordas umedecidas

Largura do aplicador 2 metros

Seções 3 partes

Altura mínima 10 cm

Altura máxima 110 cm

Vazão máxima 0,5 Litros/minuto

Tanque de polietileno 30L 60 litros

Chassi

Altura do solo >40 cm

Altura da estrutura >120 cm

Ângulo de subida máximo 30 graus

Estrutura Retangular em aço carbono

Painel de revestimento Material composto

Acesso para manutenção Tampa superior

Capacidade de reboque 200 kg

Articulação de ligação Permite as 4 rodas no solo

Fonte de energia

Operação contínua 24 horas

Baterias 104 Ah 48 V Aproximadamente 5 kWh

Supercapacitores 48 V 16 F

Conversor DC-DC MPPT 1500W

Painel solar

(Desacoplável na Docking Station) 4x 330 W

Tabela 29 – Definições do projeto UGV (continuação)

Requisitos Descrição

Peso do UGV 193 kg incluindo as baterias Peso total máximo 260 kg

Tracionamento

4x4

Motor elétrico 48 V 700 W 4 unidades

Diâmetro das rodas 45 cm

Nível de ruído Datasheet do motor Menor que 60 dB

Controle e navegação

Trajeto planejado Rota - Ardupilot GNSS com correção precisão de 10 cm GNSS em 2 pontos

Controle automático por rádio

Controle direcional Rotação das rodas Temperatura

de operação e umidade

Segue as recomendações do produto aplicado

10 a 40 graus célsius,

50% < umidade relativa < 100%

Temperatura de armazenamento

Segue as recomendações do

componente mais sensível -10 a 50 graus celsius Vida útil

projetada

Acima de 10 anos para os componentes estruturais

Demais componentes comuns do mercado

Sistemas de segurança

Mapeamento de restrições Identificar e evitar obstáculos Visão computacional para detectar obstáculos Barra na frente do veículo para colisões

Geo cerca e controle de velocidade para desligamento Desativação remota

Botões no chassi

para desligamento de emergência Freio acionado por cabo

Freio magnético

(regenerativo do motor)

Requisitos de segurança do chassi Normas de resíduos de defensivos Detecção de vazamentos