Trajectory Planning by A * technique and smoothing by Bezier curves for the tool of the weed removal system of a robot dedicated to precision farming

Resumen: Las tareas de agricultura de precisión abren un campo importante para integrar desarrollos de la robótica móvil. La planificación de trayectorias es una opción para los sistemas de remoción de maleza. A partir de un sistema de procesamiento de imagen en 3D, quien determina la ubicación de la maleza, se planea el movimiento de la herramienta encargada de erradicarla. Esta forma parte del sistema de posicionamiento XYZ, embarcado en una plataforma móvil llamada Ceres_AgroBot (Robot creado para labores de agricultura), quien se desplaza por el cultivo y realiza la inspección-remoción. Este artículo presenta la solución para encontrar la trayectoria que debe seguir la herramienta que remueve la maleza del cultivo, sin colisionar con las plantas de interés. Se soporta en la implementación de un algoritmo de búsqueda basado en la técnica A* para la determinación del camino en el espacio 3D con obstáculos. En ocasiones, la trayectoria encontrada produce movimientos que causan desplazamientos y acciones bruscas en los actuadores, por lo que se presenta también la manera de integrar el alisado de la trayectoria por la técnica de Bézier, tal que la curva se ajuste a una dinámica apropiada de los elementos que conforman el sistema de remoción. Abstract: The ground and aerial robotics, is being put into operation of agribusiness. Precision agriculture tasks have opened a dominant field to integrate the developments of mobile robotics. Trajectory planning is an option for weed removal systems from a 3D image processing system. This system determines the location of the weed (not treated here) and plans the movement of the tool to eradicate it. This tool is called end effector and it is integrated into a positioning system XYZ. This one is found on a mobile platform called Ceres_AgroBot (Robot created for agricultural work), who moves through the crop and performs inspection-removal. The article treated here presents a solution to find the trajectory that must follow the tool that removes the weeds from the crop, without colliding with the plants of interest. It is based on the implementation of a search algorithm supported on the A*, technique for determining the path in 3D space with obstacles. As inputs are: the rest point of the tool ( q start ), the coordinate of the weed ( q target ) and the coordinates of the objects. Sometimes the trajectory found produces movements that cause sudden displacements and strong actions in the actuators, so it is also presented, the way to integrate the smoothing of the trajectory by the Bezier techniques, such that the curve is adjusted to a dynamic continuous and appropriate to the elements that make up the removal system. Resumo: A robótica terrestre e aérea está sendo voltada para o funcionamento dá agroindústria. Tarefas de agricultura de precisão tem aberto um campo dominante para integrar os desenvolvimentos da robótica móvel. O planejamento de trajetórias é uma opção para os sistemas de remoção de ervas daninhas. Partindo de um sistema de processamento de imagens em 3D, quem determina a locação das ervas daninhas (não tratado aqui), é planejado o movimento da ferramenta encarregada de remove-las (conhecido como efetuador final). Esta ferramenta é parte do sistema de posicionamento XYZ, embarcado numa plataforma móvel chamada de Ceres_AgroBot (Robô criado para tarefas de agricultura), quem se desloca pelo cultivo e executa a inspeção - remoção. Este artigo apresenta a solução para encontrar a trajetória a seguir pela ferramenta que remove as ervas daninhas do cultivo, sem colidir com as plantas de interesse. É baseado na implementação de um algoritmo de busca baseado na técnica A* para a determinação do caminho no espaço 3D com obstáculos. Como entrada está o ponto de repouso da ferramenta ( q start ), a coordenada da erva daninha ( q target ) e as coordenadas dos objetos. Ás vezes a trajetória encontrada produz movimentos que causam deslocamentos abruptos e ações fortes nos atuadores, pelo que se apresenta também a maneira de integrar o suavizado da trajetória pelas técnicas de Bezier, de modo que a curva seja ajustada a uma dinâmica continua e apropriada aos elementos que compõem o sistema de remoção.