Campo da Invenção

[0001] A presente invenção está baseada na utilização de Plataformas Robóticas autônomas na agricultura. Mais especificamente, a invenção refere- se a uma Plataforma Robótica autônoma associada aos algoritmos de inteligência artificial para identificação e controle de pragas em cultivos.

Descrição do Estado da Técnica

[0002]Apesar da existência da alta mecanização no processo agrícola, há tarefas no cuidado da colheita que são feitas manualmente. Nota-se que o controle de praga em cultivos por meio de agroquímicos ainda é bastante recorrente, representando boa parte dos custos da produção agrícola.

[0003] Importante salientar que a redução do uso de agroquímicos representa um aumento de eficiência, tanto pelo aprimoramento da produtividade, como pela diminuição dos custos e impactos ambientais.

[0004] Nesse sentido, diversas técnicas têm sido desenvolvidas com o intuito de prover uma solução satisfatória, congregando eficiência energética, alta produtividade e redução de impactos ambientais.

[0005]0 documento de patente AU2021101399 revela um sistema de robô agrícola e um método de colheita, poda, abate, capinagem, medição e gerenciamento de cultivos agrícolas robotizado.

[0006]0 invento descreve, especificamente, o uso de estruturas robotizadas, um computador ou sistema de inteligência artificial que pode sentir e decidir antes de agir sobre o objeto de trabalho, alertando um operador humano onde é necessária a intervenção além de possuir: visão mecânica, varredura à laser, radar, infravermelho, ultrassom, toque ou sensoriamento químico. [0007JO robô passa primeiro por um campo para "mapear" a localização das plantas, número e tamanho das frutas e posições aproximadas das frutas. Uma vez que o mapa esteja completo, o robô ou servidor pode criar um plano de ação a ser implementado pelo próprio robô. O plano de ação pode incluir operações e dados especificando a função agrícola a ser realizada com a mesma facilidade.

[0008] Embora o robô apresente uma tecnologia de navegação autônoma, a intervenção em cultivos não é realizada de modo autônomo e depende totalmente da decisão de um operador humano.

[0009]0 documento de patente ES1260398 revela um robô agrícola para extração de ervas daninhas compreendendo uma ferramenta de extração de ervas daninhas disposta na estrutura do robô acionado por uma unidade de controle programável.

[0010]O invento também revela um sistema de visão dotado de câmeras interligadas a uma unidade de controle eletrônico programável, a qual serve para direcionar e controlar o movimento da estrutura do robô através do comprimento e largura de um campo de cultivo.

[0011 ] Além disso, o documento também menciona que o robô é capaz de detectar e distinguir uma planta de uma erva daninha, de modo a poder extraí-la com a referida ferramenta, objetivando a preservação das plantas cultivadas.

[0012] Apesar de o invento possuir a característica de remoção de ervas daninhas de modo automatizado, a remoção de ervas daninhas é realizada por um cortador mecânico disposto na extremidade de um braço articulado fixado na estrutura do robô. Desse modo, o robô só consegue executar a remoção quando o robô se aproxima bastante das ervas.

[0013]O documento de patente CN106561093 trata de um robô de remoção de ervas daninhas a laser baseado em um mecanismo paralelo de quatro graus de liberdade, que inclui um carrinho móvel, um dispositivo de aquisição de imagem, um laser e um sistema de controle. [0014]O robô de usa o efeito térmico do laser para realizar a remoção de ervas daninhas na linha de cultivo e na área ao redor das mudas da cultura, no qual um mecanismo paralelo de quatro graus de liberdade pode realizar rotação bidimensional e movimento bidimensional, compensado as mudanças na posição de ervas daninhas e feixes de laser causadas pelo avanço do carrinho, mantendo assim o feixe de laser estacionário em relação às ervas daninhas.

[0015] Ainda que o invento forneça um robô que realize o controle de pragas de maneira autônoma, esse controle está limitado a pragas localizadas abaixo do robô, pois o mecanismo de controle é instalado abaixo da estrutura principal do robô. Além disso, o mecanismo fica paralelo ao solo e isso restringe seu uso para pragas que estejam alocadas acima da estrutura inferior do robô.

[0016]Como pode ser observado, o estado da técnica carece de uma solução capaz de identificar e controlar pragas localizadas nas plantas em diferentes locais e níveis, desde a altura próxima do solo até a altura do robô, ou até mesmo mais altas, sem ter impacto na cultura em forma de danos, inclusive quando a planta estiver em seu estágio mais alto.

[0017] Diante das dificuldades presentes no estado da técnica, surge a necessidade de desenvolver uma tecnologia capaz de ser utilizada em equipamentos robóticos autônomos pequenos, ágeis, leves e energeticamente eficientes, com o objetivo de identificar e realizar o controle de pragas em diferentes níveis de altura e de distância e de maneira completamente autônoma.

Objetivo da Invenção

[0018] É um objetivo da invenção fornecer uma alternativa ao trabalho manual para identificação e controle de pragas em cultivos sendo de forma plenamente autônoma tanto na movimentação como na tomada de decisão para o controle.

[0019] Adicionalmente, outro objetivo da invenção é reduzir em quantidade a utilização de insumos químicos e a perda de produção. [0020]Ainda, outro objetivo da invenção é prover uma ferramenta disposta em plataformas robóticas autônomas para identificar e controlar pragas nos cultivos em diferentes locais e níveis de altura e distância.

Descrição Resumida da Invenção

[0021] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma Plataforma Robótica que se locomove em cultivos através de georreferenciamento e utiliza câmeras associadas a algoritmos de inteligência artificial para identificação e controle autônomo de pragas.

[0022]A plataforma robótica é autônoma e realiza identificação e controle autônomo de pragas em cultivos e é dotada de algoritmos de inteligência artificial embarcados para navegação e tomada de decisões na identificação e no controle de pragas, servidores embarcados e ainda compreende: uma base estrutural horizontal; pelo menos dois elementos de sustentação dianteiros fixados a uma base estrutural horizontal, em que cada elemento de sustentação dianteiro possui um meio de locomoção; pelo menos dois elementos de sustentação traseiros fixados a uma base estrutural horizontal, em que cada elemento de sustentação traseiro possui um meio de locomoção; pelo menos um elemento de controle/braço articulado dotado de cinco graus de liberdade, sendo três de rotação e dois de translação, compreendendo em sua extremidade distai pelos menos uma câmera 360° e pelo menos um de: dispositivo laser e bomba de sucção; pelo menos duas câmeras de profundidade de visão laterais; pelo menos um dispositivo de sinalização de uso; e pelo menos um dispositivo de posicionamento e localização no topo da base estrutural horizontal.

[0023]0 Sistema de identificação autônomo de pragas e doenças no cultivo é feito mediante o uso de várias câmeras. Algumas dessas câmeras estão montadas em elementos de controle, permitindo a tomada de imagens em lugares de difícil acesso como, por exemplo, na parte inferior do cultivo, onde geralmente estão a maioria das pragas. [0024]As imagens são processadas por algoritmos de inteligência artificial de aprendizagem profunda, ditos algoritmos são treinados para a classificação das diferentes pragas e doenças, permitindo adequação a novas pragas e doenças sempre que for necessário. A informação de saída destes algoritmos processados na inteligência artificial embarcada na Plataforma Robótica é a classificação das imagens, a qual pode ser gatilho para acionar de forma autônoma o laser de controle, e já realizar o controle sem comunicação com quaisquer servidores externos.

[0025]Além disso, as informações são enviadas em tempo real para os servidores localizados na plataforma, que, por sua vez, podem servir de base na criação de mapas de germinação, pragas, ervas daninhas, falhas ou estágios fenológicos de uma planta.

Breve Descrição dos Desenhos

[0026]A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização dela. Nos desenhos, têm-se:

- a Figura 1 ilustra a vista lateral esquerda da Plataforma Robótica;

- a Figura 2A ilustra os meios de locomoção dianteiros da Plataforma Robótica;

- a Figura 2B ilustra a transmissão por correntes entre o motor e as rodas dianteiras;

- a Figura 2C ilustra os meios de locomoção traseiros da Plataforma Robótica;

- a Figura 2D ilustra os amortecedores utilizados pela Plataforma Robótica;

- a Figura 3A detalha os componentes do elemento de controle da Plataforma Robótica; - a Figura 3B detalha o dispositivo para controle de pragas e a câmera instalados no elemento de controle da Plataforma Robótica;

- a Figura 4 ilustra o elemento de controle fixado no elemento de sustentação da plataforma;

- a Figura 5 ilustra os painéis solares utilizados pela Plataforma Robótica;

- a Figura 6 ilustra um fluxograma para a movimentação da Plataforma Robótica; e

- a Figura 7 ilustra um fluxograma utilizado pelo sistema para a identificação e controle de pragas em cultivos.

Descrição Detalhada da Invenção

[0027]Abaixo segue descrição detalhada de uma concretização preferida da presente invenção, de cunho exemplificativo e de forma nenhuma limitativo. Não obstante, ficará claro para um técnico no assunto, a partir da leitura desta descrição, possíveis concretizações adicionais da presente invenção ainda compreendidas pelas características essenciais e opcionais abaixo.

[0028JA Figura 1 ilustra a vista lateral esquerda da Plataforma Robótica utilizada para identificação e controle autônomo de pragas em cultivos, que possui como componentes uma base estrutural horizontal (10), pelo menos dois elementos de sustentação dianteiros (20) e pelo menos dois elementos de sustentação traseiros (30) fixados na referida uma base estrutural horizontal (10), pelo menos um elemento, podendo ser elemento de controle, pelo menos duas câmeras de profundidade de visão (70) e um dispositivo de sinalização de uso (80).

[0029] Em um aspecto da Plataforma Robótica, cada elemento do pelo menos dois elementos de sustentação dianteiros (20) e cada elemento do pelo menos dois elementos de sustentação traseiros (30) são dotados, respectivamente, de meios de locomoção (40) e (50), em que os referidos meios de locomoção (40) e (50) são, preferencialmente, rodas. [0030]Adicionalmente, cada elemento de pelo menos dois elementos de sustentação dianteiros (20) e cada elemento de pelo menos dois elementos de sustentação traseiros (30) possui um botão físico de parada de emergência, que desligam a energia do motor e impedem a movimentação da Plataforma Robótica.

[0031] A Figura 2A ilustra os meios de locomoção (40), em que em um aspecto preferencial da Plataforma Robótica, são rodas de tração acionadas por um motor (90) de rotação ajustável por software e, conforme pode ser visto na figura 2B, o motor (90) aciona as rodas de tração por meio de um sistema de transmissão por correntes fazendo uso de redução de engrenagens planetárias.

[0032]Como pode ser observado Figura 2C, os meios de locomoção (50) são, preferencialmente, rodas do tipo castor de rotação livre, conseguindo a direção ao aplicar velocidades diferenciais nas rodas de tração acionadas por um motor (90), eliminando longos percursos nas manobras a serem realizadas no campo.

[0033]Ainda assim, com o objetivo de manter as rodas de tração acionadas por um motor (90) em contato intermitente com o solo irregular do campo, são fornecidos amortecedores de impacto (100) a cada elemento de pelo menos dois elementos de sustentação dianteiros (20) e cada elemento de pelo menos dois elementos de sustentação traseiros (30).

[0034]A Figura 3A detalha pelo menos um elemento de controle (60), ou braço articulado, fixado à base estrutural horizontal (10) e possui pelo menos cinco graus de liberdade compreendendo pelo menos uma câmera 360° (110) e pelo menos um dispositivo laser para controle de pragas (120), conforme pode ser visto na Figura 3B. A figura 3B ainda ilustra um elemento deslizante (61 ) que é capaz de se estender em uma peça de deslize (62) que compreende uma barra metálica capaz de aumentar a distância de alcance do elemento de controle (60) e permitir que o mesmo, quando fixado em uma parte mais alta do robô, atinja alturas até maiores que a do próprio robô. [0035JO pelo menos um elemento de controle/braço articulado (60) possui pelo menos cinco graus de liberdade, possibilitando que a pelo menos uma câmera 360° (1 10) realize uma tomada de imagens em lugares de difícil acesso como na parte inferior do cultivo, onde está a maioria das pragas.

[0036] Em uma modalidade da invenção, como pode ser visto na Figura 4, o elemento de controle/braço articulado (60) é instalado no elemento de sustentação traseiro com o intuito de fornecer uma área de visão e atuação muito ampla, atuando em todas as direções, possibilitando identificar pragas no topo, nos lados, e embaixo das plantas para aplicação do laser.

[0037]A Plataforma Robótica da presente invenção ainda possui um dispositivo de sinalização de uso (80), sendo dotado de luzes de indicação de posição e funcionamento, permitindo identificar a Plataforma Robótica a grandes distâncias.

[0038]A Figura 5 ilustra pelo menos dois painéis solares (130) dispostos no topo da base estrutural horizontal (10), sendo os únicos responsáveis pelo fornecimento de energia para a Plataforma Robótica. Esses painéis são capazes de fornecer energia suficiente para até 24 horas de trabalho diárias e uma velocidade de trabalho de, preferencialmente, 0,4 m/s, com velocidade de manobra de até 1 m/s.

[0039]A locomoção autônoma da Plataforma Robótica, detalhada pela Figura 6, é realizada inicialmente por georreferenciamento, em que podem ser utilizadas todas as constelações disponíveis comercialmente de satélites de posicionamento global com o uso de correções enviadas por estações bases Real Time Kinematic (RTK) proprietárias, permitindo uma precisão de menos de 1 ,4cm.

[0040]A locomoção é complementada com o uso de câmeras de profundidade de visão (70) montadas nas extremidades frontais direita e esquerda, que permitem continuar a navegação ante as ausências de sinal de correção das estações bases de georreferenciamento, detectando as linhas do cultivo mediante algoritmos de visão computacional proprietários, mantendo o dispositivo na entrelinha evitando danos à cultura. As câmeras (70) também são utilizadas para a detecção de obstáculos que possam estar à frente da plataforma robótica, onde na percepção de algo estranho, o software acaba acionando o sistema de parada de emergência, desligando motores e aguardando análise do sistema autônomo, tendo duas ações possíveis: No caso de obstáculo ser removido, a plataforma robótica volta a entrar em movimento após um tempo programado, por exemplo, 20 segundos, seguindo movimento prévio em execução antes da interrupção. No caso de obstáculo permanecer no local, a plataforma robótica faz o movimento de desviar e contornar para depois dar sequência ao movimento planejado em missão.

[0041] Adicionalmente, para auxiliar a locomoção, são usados sensores (150) para determinar a inclinação, aceleração, vibração e norte magnético que auxiliam na segurança de navegação.

[0042]As informações da constelação de satélite de posicionamento (GPS), das estações bases RTK proprietárias e das câmeras de profundidade de visão são processados em um algoritmo de inteligência artificial embarcado na Plataforma Robótica para movimentá-la no cultivo.

[0043] Conforme a Plataforma Robótica se movimenta pelo cultivo, as imagens registradas, por pelo menos três câmeras de profundidade de visão (70), são processadas por um algoritmo de inteligência artificial baseado em aprendizagem profunda, embarcado na Plataforma Robótica e treinado para a identificação de diferentes pragas e doenças em cultivos.

[0044]0 algoritmo de inteligência artificial baseado em aprendizagem profunda identifica autonomamente pragas na forma de ovos, larvas, lagartas ou insetos já catalogados no seu banco de dados ou pode ainda adicionar novos cadastros, no caso de ocorrência de alguma praga não conhecida.

[0045]A identificação de doenças pelo algoritmo de inteligência artificial baseado em aprendizagem profunda é feita em cima da planta podendo ser a coloração, vigor e manchas já catalogadas em um banco de dados. [0046]Após a identificação de pragas e doenças pelo algoritmo de inteligência artificial baseado em aprendizagem profunda, essas informações são enviadas em tempo real para o servidor embarcado na própria Plataforma Robótica, gerando mapas de germinação, pragas, falhas, pressão de erva daninha, estágios fenológicos da cultura conforme ilustra a Figura 7. Estas informações podem também ser exportadas da plataforma robótica para uso externo e utilizadas em sistemas de informática dedicada para planejamento, controle e manejo da cultura.

[0047]Após a identificação da praga, o algoritmo de inteligência artificial baseado em aprendizagem profunda envia a instrução para a Plataforma Robótica executar o controle da praga, preferencialmente, através do pelo menos um dispositivo laser para controle de pragas (120), localizado no braço articulado/elemento de controle (60).

[0048] Em outra idealização da invenção, o referido controle de pragas também pode ser feito através de uma bomba de sucção (140) disposta no pelo menos um elemento de controle (60), conforme detalhado na Figura 3B.

[0049]A transmissão de potência e distribuição de energia da Plataforma Robótica pode alcançar eficiência superior a 97%, pois o hardware e firmware desenvolvidos conseguem medir através de um sensor de telemetria em servidores mais de 10 sensores de energia distribuídos nos diferentes módulos da Plataforma Robótica para ter informação de qual componente está consumindo a energia.

[0050]Adicionalmente, a telemetria no servidor faz a leitura de diferentes parâmetros de funcionamento da plataforma robótica como, por exemplo, posição, inclinação, estados etc. No total são pelo menos 50 parâmetros que são transmitidos para o servidor específico de telemetria, permitindo saber em tempo real os desempenhos do robô, assim como possíveis falhas e gerando alarmes para operador ou gerenciador. [0051] Além da telemetria no servidor, também é possível conectar-se localmente diretamente a este sistema para poder realizar diagnósticos no lugar em que a Plataforma Robótica está, através de uma conexão física, via cabo ou wireless, nas placas do dispositivo, onde se consegue verificar os dados e alertas gerados.

[0052]A transmissão dos parâmetros para o servidor específico com telemetria pode ser realizada através de tecnologias como 3G/4G/5G, WiFi e XBee, a depender da necessidade da velocidade de transmissão de dados que pode variar em dependência da tarefa a ser executada.

[0053]A plataforma robótica pode ser controlada localmente ou a longa distância, em que o controle local está baseado em um rádio de controle remoto, mediante o qual é possível controlar a Plataforma Robótica manualmente durante etapas específicas, como o transporte. Normalmente, depois que o robô está no campo, não é necessário mais o controle manual dele.

[0054]0 controle remoto a longa distância permite que de qualquer local seja possível realizar o controle remoto da Plataforma Robótica mediante uma conexão à internet utilizando um protocolo próprio de autenticação e comunicação encriptada. Essa característica é vantajosa por permitir solucionar remotamente algum problema sem necessidade da presença física de um interventor no mesmo local em que a Plataforma Robótica esteja.

[0055]Ademais, a Plataforma Robótica é provida com um sistema de segurança integrado a todos os sistemas com diferentes níveis em dependência de onde é feito o controle. Esses níveis de dependência são definidos hierarquicamente da seguinte maneira: os botões de parada de emergência, o controle remoto local, o controle remoto a distância e finalmente o próprio algoritmo de controle dele.

[0056]Ainda assim, existe um sistema adicional totalmente independente que faz os motores desligarem no caso a Plataforma Robótica esteja fora de uma determinada zona, o que permite que, por exemplo, diante de possíveis erros de operação, o robô nunca possa chegar a lugares indesejados como, por exemplo, estradas.

[0057]Sendo assim, é possível notar que toda a estrutura metálica de sustentação da plataforma robótica autônoma é robusta e os elementos de sustentação dianteiros (20) e traseiros (30) são estreitos, permitindo não danificar as plantas do cultivo na movimentação da plataforma pelo meio dos cultivos; não compacta o solo devido a leveza da estrutura; chega a locais de difícil acesso dos cultivos; identifica pragas em 100% da área determinada por ser movida a energia elétrica provida pelos painéis solares e baterias.

[0058]Ainda, o elemento de controle (60) pode identificar e controlar pragas em diferentes níveis desde a altura próxima do solo até a altura do robô, ou mesmo acima, sem ter impacto na cultura em forma de danos, inclusive quando a planta estiver em seu estágio mais alto.

[0059] Por fim, a tecnologia revelada pela invenção utiliza equipamentos robóticos automatizados pequenos, ágeis, leves e energeticamente eficientes, executando o mesmo trabalho realizado por equipamentos terrestres poderosos que pesam várias toneladas e tratam uniformemente dezenas de hectares por hora.

[0060] Nota-se que as modalidades aqui descritas no presente relatório descritivo possuem o cunho de esclarecer e proporcionar suficiência descritiva para a invenção, porém o escopo de proteção da invenção é delimitado pelas reivindicações.