Modelado y Simulación de la Ecuaciones de Movimiento de un Robot Agrícola Tipo Skid Steer

Abstract

Conocer la posición de un vehículo autónomo es de gran importancia para saber su comportamiento, dirección, sentido y velocidad en cada momento que realiza sus tareas. Con esta información se pueden hacer mapas y generar trayectorias que ayuden a evitar obstáculos que haya en el camino, de la misma manera ayuda a determinar la cantidad de energía que consume y en qué momento se acabara su batería para poder recargarla. La navegación autónoma en la agricultura es de gran importancia para realizar diferentes labores culturales, como fertilización, control de malezas, plagas y enfermedades, monitoreo del cultivo e incluso cosecha. Es por ello la necesidad de conocer la posición del vehículo y generar trayectorias de acuerdo a la forma de las hileras o surcos del cultivo. En ocasiones las trayectorias de los surcos suelen ser curvas por lo que el robot debe ser capaz seguirlas. En el presente trabajo se revisaron conceptos de robótica móvil y sobre su uso en la agricultura. Además, Este trabajo se enfoca en deducir el modelo matemático de un robot agrícola tipo skid steer mediante el análisis y deducción de sus ecuaciones de movimiento para auxilio en la generación de trayectorias en navegación autónoma. Se midieron de manera experimental los principales parámetros físicos y geométricos, los cuales son las condiciones de entrada para el modelo matemático. La máxima velocidad medida con los encoders es de 1.23 m·s-1, la masa total del vehículo es de 30 kg, los valores de los coeficientes de fricción medidos son: estático 0.8, dinámico 0.13 y lateral 0.4. Cómo resultado se obtuvo un modelo matemático que describe el movimiento de un robot skid steer utilizado en la agricultura. Se realizaron las simulaciones de trayectorias con giro horario y antihorario, así como trayectorias rectas. La distancia simulada promedio en 10 segundos fue de 4.5 m, 5.28 m, 6.7 m, 7.6 m, 8.5 m, 9.85 m, 11.34 m y 12.26 m asociada a los valores de PWM (pulse width modulation) de 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 y 240 respectivamente.