BR102014013727A2

BR102014013727A2 - wearable glove for analysis and classification of agricultural products

Info

Publication number: BR102014013727A2
Application number: BR102014013727A
Authority: BR
Inventors: Ciro Martins Pinto; Lucas Cassiano Pereira Silva; Rafael Vidal Aroca; Rummenigge Rudson Dantas
Original assignee: Univ Fed De São Carlos Ufscar; Univ Fed Do Rio Grande Do Norte
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2016-01-26
Also published as: BR102014013727B1

Abstract

luva vestível para análise e classificação de produtos agrícolas. é um equipamento de auxílio para a colheita que conjuga as funções de análise da consistência e cor e classificação de maturação do produto agrícola, em especial frutas, cuja finalidade é promover a agilidade do processo de classificação de frutos e prevenir perdas de safra diminuindo as despesas e prejuízos, além de tornar a colheita mais rápida mantendo a qualidade e sendo mais viável economicamente. a luva é constituída de um microcomputador de placa única que possui um microtrolador no qual serão processadas as informações coletadas, sensor de flexão 2.2", sensores de pressão, responsáveis pela captação da consistência do produto agrícola, sensor de cor, cuja função é detectar a cor do produto e, por conseguinte, a sua maturação, emissor de som buzzer, de luz do tipo led e emissor de vibração responsáveis pela comunicação de aptidão, linhas condutivas, que farão o transporte das informações entre os sensores e o microcontrolador, e alimentação energética recarregável.wearable glove for analysis and classification of agricultural products. It is a harvesting aid that combines the functions of analysis of consistency and color and classification of ripeness of the agricultural product, especially fruits, whose purpose is to promote the agility of the fruit classification process and prevent crop losses reducing costs. and losses, and make harvesting faster while maintaining quality and being more economically viable. The glove consists of a single-board microcomputer that has a microtroller in which the collected information will be processed, 2.2 "bending sensor, pressure sensors, responsible for capturing the consistency of the agricultural product, color sensor, whose function is to detect the maturity, buzzer, led light and vibration emitter for conductivity communication, conductive lines, which will carry information between the sensors and the microcontroller, and power rechargeable energy

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LUVA VESTÍVEL PARA ANÁLISE E CLASSIFICAÇÃO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS".Report of the Invention Patent for "VESTABLE GLOVE FOR ANALYSIS AND CLASSIFICATION OF AGRICULTURAL PRODUCTS".

[001] A presente invenção refere-se a uma luva vestível inteligente que analisa a maturação e classifica a qualidade de produtos agrícolas a fim de diminuir as perdas e oferecer melhor aproveitamento na colheita.[001] The present invention relates to an intelligent wearable glove that analyzes maturity and classifies the quality of agricultural products in order to decrease losses and offer better harvesting performance.

[002] Atualmente é possível realizar a colheita manualmente baseada na utilização dos sentidos do ser humano e, como vantagem, apresenta a valorização da mão de obra humana, melhor manuseio dos produtos ocasionando uma diminuição das injúrias, um menor número de etapas na colheita, já que a seleção e o empacotamento podem ser realizados no campo. No entanto, apresenta como desvantagem o alto custo e a desqualificação da mão de obra, que podem gerar prejuízos, além da sazonalidade de oferta dessa mão de obra que pode ser um desafio para o setor.[002] Currently it is possible to perform the harvest manually based on the use of the senses of the human being and, as an advantage, it presents the valorization of the human labor, better handling of the products causing a reduction of the injuries, a smaller number of steps in the harvest, since selection and packaging can be done in the field. However, its disadvantage is the high cost and disqualification of labor, which can generate losses, in addition to the seasonality of labor supply that can be a challenge for the sector.

[003] A colheita também pode ser totalmente mecanizada. Essa opção apresenta um baixo custo de mão de obra, já que a máquina desenvolve diversos processos de colheita e viabiliza uma colheita mais rápida, proporcionando redução de custos e aumento de rendimento. Todavia, não é possível utilizar esse método em todos os produtos agrícolas, já que muitos são sensíveis ao manuseio e não podem ter sua aparência externa danificada, pois esse é um importante atributo para a sua comercialização. Também é um método bastante oneroso, o que o torna inviável para pequenos produtores e pode ocasionar uma mudança no cenário social, pois as máquinas substituem a mão de obra humana, [004] Outro ponto importante é o aumento contínuo da população mundial que provoca uma maior demanda de alimentos. O aumento da produtividade na agricultura não depende apenas de maior área plantada, também é preciso grandes investimentos em inovações. Por isso, são necessárias medidas para minimizar as perdas que ocorrem desde a colheita até chegar ao mercado.[003] Harvesting can also be fully mechanized. This option has a low labor cost as the machine develops various harvesting processes and enables faster harvesting, reducing costs and increasing yield. However, it is not possible to use this method in all agricultural products, as many are sensitive to handling and cannot have their external appearance damaged, as this is an important attribute for their marketing. It is also a very costly method, which makes it unfeasible for small producers and can cause a change in the social landscape, as machines replace human labor. [004] Another important point is the continued increase in the world's population that causes higher food demand. Increasing productivity in agriculture not only depends on larger acreage, but also requires major investments in innovations. Therefore, measures are needed to minimize losses that occur from harvest to market.

[005] Diante dessa conjuntura, viu-se a necessidade de criar um equipamento que pudesse coletar o produto agrícola sem dano, de forma eficiente, que também pudesse valorizar a mão de obra humana e ser economicamente viável para o produtor rural.Faced with this conjuncture, there was a need to create equipment that could efficiently harvest the agricultural product without damage, which could also value human labor and be economically viable for the rural producer.

[006] A "Luva vestível para análise e classificação de produtos agrícolas" surge como um equipamento de auxílio para a colheita com o intuito de analisar a qualidade do produto com mais precisão, tornar ágil o processo de classificação desses produtos, prevenir perdas de safras, assim como diminuir despesas e prejuízos, além de levar tecnologia aos pequenos produtores que não possuem capital suficiente para comprar equipamentos muito caros.[006] The "Wearable Glove for Agricultural Product Analysis and Classification" emerges as a harvest aid to analyze product quality more accurately, streamline the product classification process, prevent crop losses as well as reducing expenses and losses, as well as bringing technology to small producers who do not have enough capital to buy expensive equipment.

[007] Luvas são muito usadas como dispositivos de entrada para computadores vestíveis, já que estes possuem um paradigma diferente de interface com o usuário. Luvas inteligentes (do inglês, smart gloves) ou luvas de dados são usadas como alternativas para substituir mouse e teclado em diversos trabalhos tanto para computadores desktop quanto para computadores vestíveis. São exemplos desse tipo de aplicação as luvas da patente US6304840 e da patente DE102005011432. Estes sistemas usam sensores para detectar toques discretos nas pontas dos dedos, sendo que alguns também incluem sensores de flexão dos dedos, bem como acelerômetros para capturar a orientação da mão e dos dedos.Gloves are widely used as input devices for wearable computers as they have a different user interface paradigm. Smart gloves or data gloves are used as alternatives to replace mouse and keyboard in various jobs for both desktop and wearable computers. Examples of such an application are gloves from US6304840 and DE102005011432. These systems use sensors to detect discrete fingertip touches, some of which also include finger flexion sensors as well as accelerometers to capture hand and finger orientation.

[008] Para pessoas com deficiência visual, foi proposta uma luva com sensores de ultrassom para medir a distância até objetos e avisar o usuário via resposta tátil, descrita na patente GB2448166. Da mesma forma, outra luva da patente US5535105 possui luzes nas pontas dos dedos para facilitar tarefas manuais relacionadas à medicina e outras atividades delicadas.[008] For visually impaired people, a glove with ultrasound sensors has been proposed to measure distance to objects and warn the user via tactile response, described in GB2448166. Similarly, another US5535105 patent glove has fingertip lights to facilitate manual medical and other delicate tasks.

[009] Como ferramenta para melhorar e facilitar tarefas manuais, também foram propostas luvas com câmeras fixadas na parte superior da mão, como a luva da patente JP10225315, que permite aos usuários tirar fotos usando comandos na forma de gestos dos dedos, deixando assim as mãos do usuário livres. Usando câmeras baseadas na patente JP2003018443 policiais podem ter as mãos livres para dirigir motocicletas com a possibilidade de rapidamente tirar uma foto quando necessário.[009] As a tool for improving and facilitating manual tasks, gloves have also been proposed with cameras attached to the upper hand, such as the JP10225315 patent glove, which allows users to take pictures using commands in the form of finger gestures, thus leaving the hands glued. free user hands. Using cameras based on patent JP2003018443 police can have their hands free to drive motorcycles with the ability to quickly take a photo when needed.

[010] Sistemas baseados em luva também são usados para treinamento e ensino, como uma luva que analisa o swing de jogadores e aprendizes de Golf usando sensores de pressão, descrita na patente US5733201. Em aplicações de segurança, foi proposta uma luva que pode detectar se um motorista está dormindo ou sonolento através da medida da força com que ele segura a direção de um veículo, e emitindo um alarme se necessário (patente US6016103).[010] Glove-based systems are also used for training and teaching, such as a glove that analyzes the swing of golf players and learners using pressure sensors, described in US5733201. In safety applications, a glove has been proposed that can detect whether a driver is sleeping or drowsy by measuring the force with which he holds the steering of a vehicle, and sounding an alarm if necessary (US6016103).

[011] A presente patente tem como objetivo embarcar diversos sensores na luva proposta para permitir a realização de medidas não destrutivas da maturidade de produtos hortícolas. Em geral, frutas e vegetais podem ser classificados usando técnicas invasivas ou não invasivas. Técnicas invasivas necessitam que pontas de prova sejam inseridas dentro do produto a ser analisado, ou que partes deste produto sejam extraídas, enquanto técnicas não invasivas são baseadas somente em medidas feitas externamente. Outra técnica é chamada de análise não destrutiva, uma variação das técnicas não invasivas, que consiste no uso de sensores que podem tocar a fruta sem destruí-la.[011] The present patent aims to embed several sensors in the proposed glove to allow non-destructive measurements of vegetable maturity. In general, fruits and vegetables can be classified using invasive or noninvasive techniques. Invasive techniques require probes to be inserted into the product to be analyzed, or parts of this product to be extracted, while noninvasive techniques are based only on externally measured measurements. Another technique is called non-destructive analysis, a variation of noninvasive techniques, which is the use of sensors that can touch the fruit without destroying it.

[012] Cor, forma e tamanho são frequentemente usados para avaliar fatores de qualidade de frutas e vegetais. Entre as várias técnicas para medir propriedades mecânicas de frutas, a firmeza é considerada um dos parâmetros de qualidade mais importantes. Normalmente as medidas de firmeza são baseadas em sistemas invasivos, como o penetrômetro. Em busca de formas não destrutivas de medir firmeza, pesquisadores desenvolveram outras soluções. Muitas delas são mecânicas, e outras baseadas em ultrassom ou espectroscopia. Uma alternativa interessante foi proposta pela patente PI 0705830-6 A2. Eles apresentam dois dispositivos para medida simples e precisa da firmeza de frutas de forma não destrutiva com base na pressão de turgescência de células, que é baseada na diferença de pressão entre o interior de uma célula e a pressão barométrica. Os sistemas propostos por eles consistem em uma base para colocar a fruta a ser analisada, e uma placa aplanadora que é posicionada em cima da fruta. Depois de colocar a placa aplanadora sobre a fruta, o usuário espera um ou dois minutos e mede a área amassada do produto, que é relacionada com sua firmeza. Embora este método seja simples e prático, esta técnica ainda não é usada em instrumentos comerciais para medir turgescêncía.[012] Color, shape and size are often used to evaluate fruit and vegetable quality factors. Among the various techniques for measuring mechanical properties of fruit, firmness is considered one of the most important quality parameters. Firmness measurements are usually based on invasive systems such as the penetrometer. In search of non-destructive ways to measure firmness, researchers have developed other solutions. Many of them are mechanical, and others based on ultrasound or spectroscopy. An interesting alternative has been proposed by patent PI 0705830-6 A2. They feature two devices for simple and accurate measurement of fruit firmness non-destructively based on cell turgor pressure, which is based on the pressure difference between a cell interior and barometric pressure. The systems proposed by them consist of a base for placing the fruit to be analyzed, and a planing plate that is positioned on top of the fruit. After placing the flattening plate on the fruit, the user waits a minute or two and measures the crumpled area of the product, which is related to its firmness. Although this method is simple and practical, this technique is not yet used in commercial instruments for measuring turgescence.

[013] Como uma solução ainda mais simples, os autores da patente W02013097011 propuseram mais recentemente um sensor miniaturizável para medir a turgescêncía das células, que é um componente importante da firmeza de frutas. Esta técnica pode ser usada para construir um dispositivo portátil que pode ser manualmente pressionado contra frutas para obter suas firmezas de forma instantânea. Eles ainda dizem que frutas maduras devem apresentar pressões entre 0,2 e 1 kgf/cm2 e frutas em amadurecimento devem apresentar pressões entre 1,5 e 4 kgf/cm2. Em todos os casos, pressões com valores próximos a zero indicam que a fruta já está inadequada para o consumo.As an even simpler solution, the authors of patent W02013097011 have most recently proposed a miniaturizable sensor to measure cell turgidity, which is an important component of fruit firmness. This technique can be used to build a portable device that can be manually pressed against fruits to get their firmness instantly. They also say that ripe fruits should have pressures between 0.2 and 1 kgf / cm2 and ripening fruits should have pressures between 1.5 and 4 kgf / cm2. In all cases, pressures close to zero indicate that the fruit is already unsuitable for consumption.

[014] A utilização da invenção como equipamento de auxílio na colheita fornece precisão e rapidez, além de evitar o desperdício dos hortícolas. Ou seja, possibilita refrear os danos e possíveis injúrias aos produtos causados por maquinário ou por desconhecimento de quem manuseia. Para obtenção dos dados de maturação e qualidade do produto não se faz necessário aplicação de grande força. A obtenção dos dados funciona a partir de um leve toque no fruto, evitando danificações no fruto como um todo.[014] The use of the invention as harvest aids provides precision and speed as well as avoiding vegetable waste. That is, it makes it possible to curb damage and possible injuries to products caused by machinery or ignorance of those who handle it. In order to obtain the product maturity and quality data, it is not necessary to apply high force. Obtaining data works from a light touch on the fruit, avoiding damage to the fruit as a whole.

[015] Outra importante vantagem é o melhoramento das condições de trabalho para o operador, pois a luva é leve e compacta; maior rapidez no processo, já que apresenta mecanismos que permitem o ajuste, a (re)configuração, a (re)programação para atender desde indivíduos sem conhecimento na área, até o mais avançado profissional. Outra vantagem é a utilização de baterias recarregáveis como forma de alimentação. Assim, o operador poderá manusear a luva e utilizá-la sem dificuldades e com uma determinada autonomia para percorrer o campo de colheita. Também proporciona redução de custos da colheita, pois não é necessário mão de obra qualificada e, além disso, a luva apresenta um baixo custo. Dessa forma, os produtores rurais de baixa renda poderão evoluir seu negócio e aumentar suas demandas.[015] Another important advantage is improved working conditions for the operator as the glove is light and compact; faster in the process, as it has mechanisms that allow adjustment, (re) configuration, (re) programming to serve from individuals without knowledge in the area, to the most advanced professional. Another advantage is the use of rechargeable batteries as a power source. This allows the operator to handle the glove and use it without difficulty and with a certain autonomy to travel the harvesting field. It also provides reduced harvesting costs because skilled labor is not required and the glove is low in cost. In this way, low-income farmers can evolve their business and increase their demands.

[016] Cada fruto possui um nível diferente para ser considerado apto para a colheita. O sensor, através de gráficos, busca relatar se o objeto está próprio para o consumo. Como a luva é flexível, consegue analisar diversos produtos agrícolas com alta precisão do resultado. Assim, o produtor pode diversificar a sua plantação e ter segurança na colheita.[016] Each fruit has a different level to be considered fit for harvest. The sensor, through graphics, seeks to report if the object is fit for consumption. As the glove is flexible, it can analyze various agricultural products with high precision of the result. This allows the farmer to diversify his crop and be safe to harvest.

[017] A invenção consiste em uma luva vestível de tecido dotada de um microcomputador de placa única, que possui um microcontrolador integrado por sensores de Flexão 2.2", de pressão e de cor, emissor de luz do tipo LED, emissor de som do tipo Buzzer, e emissor de vibração, um conjunto de software programável e linhas condutivas responsáveis pela comunicação entre os sensores (e emissores) e o microcomputador.[017] The invention consists of a wearable fabric sleeve with a single-plate microcomputer, which has a microcontroller integrated with color and pressure 2.2 "Flexion sensors, LED light emitter, type sound emitter. Buzzer, and vibration emitter, a programmable software suite and conductive lines responsible for communication between the sensors (and emitters) and the microcomputer.

[018] Antes de iniciar a colheita de um determinado produto agrícola, em especial frutas, o operador deve vestir a luva e segurar um exemplar do produto, que esteja em boa condição para colheita, com a finalidade de calibrar a luva. Os sensores de pressão captarão a consistência, o sensor de cor captará a coloração do produto agrícola e, de acordo com a calibragem dos sensores de flexão para a mão do usuário, é estimado o diâmetro médio da fruta. As linhas condutivas levarão essas informações ao microcontrolador para serem lidas e armazenadas como referência de qualidade para essa determinada fruta. Depois de realizada a configuração da luva, é possível iniciar a colheita. Ao segurar o produto agrícola/fruta, a luva analisará todas as informações de consistência, coloração e diâmetro. Apresentando dados compatíveis, a luva sinalizará como apta a partir da emissão de som e luz. Caso contrário, é acionado um alerta de vibração para informar que a fruta não deve ser colhida.[018] Before beginning to harvest a particular agricultural product, particularly fruit, the operator must wear the glove and hold a copy of the product that is in good condition for harvesting in order to calibrate the glove. The pressure sensors will capture the consistency, the color sensor will capture the color of the agricultural product and, according to the calibration of the flexural sensors for the user's hand, the average fruit diameter is estimated. Conductive lines will take this information to the microcontroller to be read and stored as a quality reference for this particular fruit. Once the glove has been configured, harvesting can begin. When holding the crop / fruit, the glove will analyze all consistency, color and diameter information. Featuring compatible data, the glove will signal as fit from sound and light output. Otherwise, a vibration alert is triggered to inform you that the fruit should not be harvested.

[019] Através de testes realizados notou-se que a luva é leve, tem fácil manuseio e controle do sistema devido à utilização de linhas condutivas para comunicação, que são eficazes, pois não há perda de dados durante a transferência. Como também a luva é compacta, não há interferência pelo sistema dos dados adquiridos, tornando a pressão precisa. Os sensores são altamente sensíveis e enviam os dados em aita velocidade. Todas essas características gerarrrconfiança no resultado retornado para o usuário.[019] Through tests it has been noted that the glove is lightweight, has easy handling and system control due to the use of conductive lines for communication, which are effective as there is no data loss during transfer. Since the glove is also compact, there is no interference by the system with the acquired data, making the pressure accurate. The sensors are highly sensitive and send data at a high speed. All these features generate confidence in the result returned to the user.

[020] A invenção poderá ser mais bem compreendida através da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde: [021] A FIGURA 1 representa uma vista dorsal da luva.[020] The invention may be better understood by the following detailed description, in accordance with the accompanying figures, where: [021] FIGURE 1 is a back view of the glove.

[022] A FIGURA 2 representa uma vista palmar da luva.FIGURE 2 represents a palm view of the glove.

[023] A FIGURA 3 representa o fluxograma do software que está embarcado no microcomputador de placa única da luva.FIGURE 3 depicts the software flowchart that is embedded in the glove single board microcomputer.

[024] Com referência a estas figuras, pode-se observar a luva de tecido (6) com um microcontrolador (1) acoplado a ele com alimentação (7), e dotado de emissor de som - Buzzer (8), de emissor de luz tipo LED (9), e um emissor de vibração (10). Os sensores de pressão (3), de Flexão 2.2" (2) e de cor (4), capazes de captar as características do produto, estão conectados ao microcontrolador (1) através das linhas condutivas (5).[024] With reference to these figures, it is possible to observe the fabric glove (6) with a microcontroller (1) coupled to it with power (7), and equipped with sound emitter - Buzzer (8), LED light (9), and a vibration emitter (10). Pressure (3), Flexion 2.2 "(2) and color (4) sensors, capable of capturing the characteristics of the product, are connected to the microcontroller (1) through the conductive lines (5).

[025] O funcionamento da luva consiste em ajustar, configurar e programar a luva (6) para um produto específico, Esse processo se inicia quando o usuário veste a luva e segura o produto agrícola em condição boa para colheita de forma suave para não machucá-lo. O produto entra em contato com o sensor de pressão (3), que verifica a consistência, e com o sensor de cor (4), que capta a coloração do produto. O sensor de Flexão (2) verifica a média do diâmetro do produto. Essas informações são levadas ao microcontrolador (1) por meio das linhas condutivas (5). O microcontrolador (1) recebe e armazena os dados como padrão para produto apto para colheita.[025] The glove works by adjusting, configuring and programming the glove (6) for a specific product. This process begins when the user wears the glove and holds the crop in good condition for gentle harvesting so that it does not hurt. him. The product contacts the pressure sensor (3), which checks the consistency, and the color sensor (4), which captures the coloration of the product. The bending sensor (2) checks the average diameter of the product. This information is fed to the microcontroller (1) via conductive lines (5). The microcontroller (1) receives and stores the data as standard for harvestable product.

[026] Com a luva (6) calibrada para um produto específico, a colheita pode ser iniciada. No momento que o usuário segura a fruta, os sensores de pressão (3) e de cor (4) captam as informações. Se as informações forem compatíveis com os dados das medições de uma fruta boa — consistência, coloração e o diâmetro adequados — a luva emitirá luz (9) e som por meio do Buzzer (8) para informar que o produto está pronto para colheita. Caso a fruta não apresente essas medições de uma fruta boa, a luva (6) aciona um alerta de vibração (10) para informar que o produto não deve ser colhido. O software completo pode ser visualizado na FIGURA 3. O usuário poderá utilizar a luva (6) no campo de colheita com uma determinada autonomia, pois possui alimentação (7) recarregável.[026] With the glove (6) calibrated for a specific product, harvesting can be started. The moment the user holds the fruit, the pressure (3) and color (4) sensors capture the information. If the information is consistent with the good fruit measurement data - proper consistency, color and diameter - the glove will emit light (9) and sound through the Buzzer (8) to inform that the product is ready for harvest. If the fruit does not show these measurements of a good fruit, the glove (6) triggers a vibration alert (10) to inform that the product should not be harvested. The complete software can be seen in FIGURE 3. The user can use the glove (6) in the harvest field with a certain autonomy, since it has rechargeable power (7).

REIVINDICAÇÃOCLAIM

Claims

1.

FABRIC GLOVE FOR ANALYSIS AND CLASSIFICATION OF AGRICULTURAL PRODUCTS, characterized by the fact that it consists of a fabric glove (6), with 2.2 "[2), pressure (3) and color (4) bending sensors, sound emitter (8), LED light emitter (9), vibration emitter (10) connected to a single board microcomputer (1) which has a microcontroller internally (1), where the connection between the single board microcomputer and the The set of sensors and emitters is made by conductive lines (5), which operate from rechargeable power (7).