Autoguiado GPS de tractores

Definici贸n y revisi贸n

Desde principios de este siglo han estado populariz谩ndose los sistemas de asistencia al guiado GPS de tractores. Estos sistemas son sencillos de instalar en los tractores y son econ贸micos, pero ofrecen una precisi贸n moderada, ya que s贸lo consiguen un guiado con errores inferiores al metro, denomin谩ndose com煤nmente a esta precisi贸n como precisi贸n subm茅trica.

Hay labores agr铆colas en las que es conveniente una precisi贸n mayor en el guiado, de forma que las desviaciones del tractor sobre la trayectoria deseada sean de tan s贸lo unos cent铆metros, lo que se denomina precisi贸n centim茅trica. Esta precisi贸n la consiguen los sistemas de autoguiado GPS de tractores, que son una evoluci贸n de los sistemas de asistencia GPS, y son capaces de actuar sobre la direcci贸n del tractor, liberando al conductor del tractor de la tarea de mover el volante en las pasadas que se llevan a cabo en la parcela.

En la actualidad, a帽o 2017, hay sistemas comerciales de autoguiado GPS de tractores que (i) consiguen que el tractor realice pasadas equiespaciadas con errores del orden de cent铆metros, y que (ii) consiguen que la distancia entre dos pasadas, de un a帽o para el siguiente, sea tambi茅n del orden de cent铆metros.

Investigaci贸n realizada

Cuatro han sido mis contribuciones al campo del autoguiado GPS de tractores: (i) un art铆culo que realiza un estudio sobre leyes de control del guiado de tractores con receptores GPS econ贸micos, (ii) un art铆culo que presenta una nueva ley de control para el guiado GPS de tractores, (iii) un art铆culo que presenta un procedimiento para mejorar de una forma simple la precisi贸n en el guiado GPS de tractores, y (iv) mi colaboraci贸n con la empresa Tractordrive. A continuaci贸n, se presenta informaci贸n sobre estas cuatro contribuciones.

Sergio Alonso Garc铆a fue un alumno al que dirig铆 su Proyecto Final de Carrera, que present贸 en el a帽o 2007. En dicho proyecto, Sergio evalu贸 la precisi贸n que se consigue en el autoguiado GPS de tractores cuando se emplean receptores GPS econ贸micos, cuyo coste es menor que 100鈧. Realiz贸 este estudio evaluando tres diferentes leyes de control, y realizando las pruebas reales en el tractor de la explotaci贸n de su familia, al que tuvo que adaptar para que un ordenador moviese la direcci贸n. La Figura 1 muestra las adaptaciones realizadas. El estudio fue publicado en una revista de investigaci贸n (Alonso-Garcia, Gomez-Gil, and Arribas 2011).

Figura 1: Fotos del tractor del alumno Sergio, adaptado para ser guiado aut贸nomamente mediante un ordenador, donde se aprecia (a) la visi贸n del tractor desde el exterior con tres marcas el铆pticas que localizan los elementos principales del sistema de guiado aut贸nomo, (b) encoder que mire el 谩ngulo de direcci贸n de las ruedas delanteras del tractor, y (c) motor el茅ctrico con correa dentada para mover la direcci贸n.

En el a帽o 2008 realic茅 una estancia al Departamento de Ingenier铆a Mec谩nica de la Universidad de Delaware, EEUU, invitado por el profesor Sunil K. Agrawal. All铆 conoc铆 a Ji-Chul Ryu, un estudiante que investigaba bajo la direcci贸n de Agrawal, con quien trabajamos en la aplicaci贸n al campo del guiado GPS de tractores de una ley de control empleada por ellos en robots. Esta ley de control tiene la caracter铆stica de converger r谩pidamente en el guiado con orientaciones iniciales desviadas m谩s de 90潞 de la trayectoria deseada, caracter铆stica que no cumplen otras populares leyes de control empleadas en el autoguiado GPS de tractores. Realizamos juntos un estudio te贸rico de esta ley, y a mi vuelta a Espa帽a, realic茅, junto con Sergio Alonso Garcia, las pruebas reales en un tractor. El resultado del trabajo fue publicado en un art铆culo de revista (Gomez-Gil, Ryu, et al. 2011). Las Figuras 2 y 3 muestran dos im谩genes representativas de este art铆culo.

Figura 2: Diagrama de bloques del sistema implementado en el tractor para el testeo de la ley de control.

Figura 3: Trayectoria seguida por el tractor, cuando el error en distancia inicial del tractor es 5 metros, y cuando el rumbo inicial del tractor est谩 desviado con respecto al rumbo deseado 0潞, 90潞, -90潞 y 180潞.

Durante los a帽os 2005 al 2010 tuve la ocasi贸n de experimentar con sistemas de asistencia al guiado GPS de tractores, y con sistemas de autoguiado GPS de tractores. Realic茅 pruebas variando par谩metros del guiado, y variando la posici贸n de la antena con respecto al tractor. Observ茅 que, posicionando la antena adelantada, los sistemas eran m谩s sensibles a los cambios en direcci贸n. Esa observaci贸n me llev贸 a plantear un estudio sobre la influencia del adelanto en la posici贸n del receptor GPS en sistemas GPS para tractores. Este estudio fue publicado en una revista cient铆fica (Gomez-Gil, Alonso-Garcia, et al. 2011). La Figura 4 muestra im谩genes representativas de dicho estudio.

Figura 4: Diferentes posiciones de un receptor GPS Haicom HI-204III en pruebas de campo para el autoguiado GPS de un tractor. La posici贸n del receptor GPS est谩 resaltada con una circunferencia roja. (a) El receptor GPS est谩 colocado donde se une la vertical del centro del eje trasero del tractor con el techo de la cabina. (b) El receptor GPS est谩 colocado 3 metros adelantado con respecto al punto anterior. (c) El receptor GPS est谩 colocado 5 metros adelantado con respecto al punto inicial de (a).

El alumno Sergio realiz贸 conmigo su PFC y su Tesis doctoral, ambos proyectos sobre el guiado GPS de tractores. Adem谩s, en nuestras numerosas horas de trabajo juntos convers茅 con la empresa Agrogu铆a, empresa en la que yo colaboraba. Sergio, alumno trabajador y de car谩cter emprendedor, mont贸 y vendi贸 alg煤n equipo GPS para tractores a agricultores conocidos. El buen funcionamiento de esos equipos hizo que Sergio crease la empresa Tractordrive (www.tractordrive.es, ver Figura 8). Esta empresa comenz贸 con el desarrollo de sistemas de asistencia al guiado GPS de tractores, y a partir del a帽o 2016 est谩 ofreciendo sistemas de autoguiado GPS de tractores.

Figura 5: Capturado de pantalla de la web www.tractordrive.es.

Figura 5: Una oferta concreta que en el a帽o 2016 se pudo encontrar en la web www.tractordrive.es