Publication: AUTONOMOUS NAVIGATION STRATEGIES FOR N-TRAILER VEHICLES IN AGRICULTURE APPLICATIONS
Date
2021-07
Authors
GUEVARA GORDILLO, CÉSAR LEONARDO
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Publisher
Abstract
Los vehículos articulados con múltiples trailers, también conocidos como N-trailers, juegan
un papel importante dentro de los sistemas de transporte terrestre por su flexibilidad de uso
e impacto económico. En la agricultura por ejemplo, el uso de N-trailers es especialmente
útil para mejorar la eficiencia y productividad durante las operaciones de cosecha manual.
Sin embargo, el manejo de estos vehículos no es intuitivo y, representa un desafío para los
conductores, incluso después de años de práctica. Durante las operaciones de cosecha, estos
vehículos recorren los senderos a lo largo del campo y hacen transiciones entre ellos, estas
transiciones entre senderos generan situaciones de riesgo en las que se pueden producir
colisiones con el cultivo si la persona comete algún error. Para minimizar este riesgo de
colisión, en esta tesis se propone introducir vehiculos automatizados que serán conducidos
por un ordenador que, en teoría, podrían realizar maniobras sin colisiones utilizando un
número arbitrario de trailers. Sin embargo, el control automático de N-trailers no es una
tarea trivial. Dependiendo del tipo de enganches, la dirección del movimiento y la cantidad
de trailers conectados, el control de movimiento se convierte en una tarea compleja de
resolver. Además, centrarse en el control de un solo N-trailer no es una propuesta práctica
en escenarios a gran escala. Para reducir los tiempos de finalización de la cosecha, es una
práctica común utilizar varios vehículos simultáneamente para apoyar a los recolectores
distribuidos a lo largo del campo.
En este contexto, el objetivo de esta tesis es desarrollar estrategias de navegación
simples y eficientes, capaces de abordar los desafíos de maniobrabilidad de un solo N trailer, pero también con la posibilidad de escalarlas a un esquema de cooperación para
una flota de N-trailers, con el objetivo de también abordar problemas logísticos de las
operaciones de cosecha. Las estrategias desarrolladas en esta tesis afrontan el problema
de navegación autónoma desde varias perspectivas o etapas, comenzando por i) una etapa
de control de movimiento a bajo nivel que se enfoca en evadir colisiones de manera
reactiva, ii) seguido por una etapa de nivel medio que se encarga de planificar maniobras
que el vehículo deberá realizar durante los escenarios de giro para evitar colisiones iii) y
finalmente complementándolo lo anterior con una etapa de toma de decisión de alto nivel
que se encarga de la optimización del uso de la maquinaria y de la generación de rutas para
múltiples N-trailers con el objetivo de obtener una operación de cosecha sin pausas.
Los resultados obtenidos al aplicar las metodologías enfocadas en la navegación libre
de colisión demostraron que para vehículos con hasta 10 trailers, se puede determinar de
ante mano si es posible o no maniobrar sin producir colisiones con los cultivos. Si esto no
es posible, entonces la metodología de planificación de maniobra también se puede usar
para determinar cuál es el número máximo de trailers admisibles para determinado espacio
de trabajo. De la misma manera, la metodología de coordinación de múltiples N-trailers
puede ser usada para determinar cuál es el número óptimo de trailers que los tractores
deben remolcar, ya que, el hecho de usar vehículos con tantos trailers como sea posible
no necesariamente mejora la eficiencia del proceso de recolección. De hecho, de acuerdo
con los resultados obtenidos, en ciertos escenarios es preferible usar N-trailers cortos para
reducir tiempos de operación y minimizar daños a los frutos durante su transporte.
Description
Keywords
N-TRAILER , ARTICULATED VEHICLES , MOTION CONTROL , MOTION PLANNING