BR102016021917A2 - Dispositivo autônomo de indicação de nível para implementos agrícolas - Google Patents

Abstract

a presente invenção pertence ao setor tecnológico de implementos agrícolas e refere-se, mais especificamente, a um dispositivo autônomo de indicação de nível o qual consiste em um dispositivo eletrônico equipado com interface homem-máquina (ihm), o qual é colocado sobre um veículo. tal dispositivo possui o objetivo de indicar ao operador a posição do veículo no plano e ainda indica a ação a ser tomada para que o veículo se desloque em nível. levando em consideração que a realização de tarefas em nível, em áreas com topografia irregular, é uma tarefa complexa e difícil para o operador de uma máquina, o invento desenvolvido é capaz de analisar a inclinação lateral e frontal de uma máquina em relação à uma linha horizontal e uma linha reta a frentes imaginárias perfeitamente planas. além disso, existe a possibilidade de se configurar a inclinação dessas linhas no início do trabalho, para que a máquina, ao se deslocar, tenda a manter uma inclinação constante pré-definida, conforme a inclinação do momento inicial da tarefa.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS (51) Int. Cl.: A01B 59/041 (73) Titular(es): FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO, INELCA INDÚSTRIA ELETRÔNICA LTDA (72) Inventor(es): VILSON ANTONIO KLEIN; ANDRÉ GUILHERME DAUBERMANN DOS REIS; DANIEL LUIS MARTINS; LEANDRO CANAL BONFANTE (74) Procurador(es): LEÃO PROPRIEDADE INTELECTUAL (57) Resumo: A presente invenção pertence ao setor tecnológico de implementos agrícolas e refere-se, mais especificamente, a um dispositivo autônomo de indicação de nível o qual consiste em um dispositivo eletrônico equipado com interface homem-máquina (IHM), o qual é colocado sobre um veículo. Tal dispositivo possui o objetivo de indicar ao operador a posição do veículo no plano e ainda indica a ação a ser tomada para que o veículo se desloque em nível. Levando em consideração que a realização de tarefas em nível, em áreas com topografia irregular, é uma tarefa complexa e difícil para o operador de uma máquina, o invento desenvolvido é capaz de analisar a inclinação lateral e frontal de uma máquina em relação à uma linha horizontal e uma linha reta a frentes imaginárias perfeitamente planas. Além disso, existe a possibilidade de se configurar a inclinação dessas linhas no início do trabalho, para que a máquina, ao se deslocar, tenda a manter uma inclinação constante pré-definida, conforme a inclinação do momento inicial da tarefa.

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DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS

Setor tecnológico da invenção [01] De uma maneira geral a presente invenção pertence ao setor tecnológico de implementos agrícolas e se refere, mais especificamente, a um dispositivo autônomo de indicação de nível com interface homem-máquina (IHM) capaz de analisar a inclinação lateral e frontal de uma máquina em relação à uma linha horizontal e uma linha reta a frentes imaginárias perfeitamente planas.

Estado da técnica conhecido [02] A partir do desenvolvimento crescente no setor da agricultura diversas técnicas de plantio foram aprimoradas, assim como foram criados novos equipamentos que compreendem tecnologias inovadoras e que otimizam o processo de trabalho sobre o solo. Tendo isso em vista, é possível citar técnicas e dispositivos utilizados que buscam solucionar os problemas causados principalmente pela técnica de plantio “morro abaixo”, ainda observada em diversas regiões produtoras.

[03] Esta técnica possui o grande inconveniente de não respeitar as curvas de nível características da área de plantio e comumente favorece as perdas de solo pois o plantio é feito no sentido do declive do terreno. Desta maneira, as linhas se iniciam na porção alta da encosta terminando na porção baixa, sendo que essas linhas se tornam caminhos através dos quais a água tende a seguir, ganhando velocidade enquanto percorre o caminho e, por fim, cria-se um acúmulo de água na base do declive e, consequentemente, condições próprias para o surgimento de problemas de erosão do solo.

[04] Para solucionar os inconvenientes desta técnica iniciou-se o plantio em nível, também chamado de plantio em contorno e que atualmente consiste em uma das medidas mais aplicadas nos processos de preparo para plantio quando buscam-se resultados eficazes quanto à conservação do solo. Essa técnica propõe que as linhas de plantio sigam as curvas de nível presentes no terreno, respeitando linhas que compreendam a mesma altitude, ordenadas perpendicularmente à inclinação

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2/9 da encosta. Consequentemente, cada linha das curvas de nível atua como obstáculo para a descida de água, formando-se pequenos sulcos e cristas, o que resulta em um tempo maior para o escoamento da água pelo solo durante o processo de infiltração, diminuindo a velocidade de descida da água, o que evita que o cultivo perca minerais e nutrientes essenciais, assim como evita possíveis deslizamentos e o risco de erosão (BENNETT, 1940). Portanto, a técnica de produção ordenada por meio de linhas de acordo com as diferentes altitudes do terreno é essencial para a otimização da produção em áreas íngremes.

[05] A partir desta prática, Meenan (1940) descreve as vantagens do cultivo em contorno e desenvolve um sistema mecânico que, acoplado a um trator ou implemento agrícola, indica o nível adequado da linha de cultivo ao operador permitindo assim o cultivo em contorno. Na descrição da patente de invenção de dito sistema, n° US 2,216,086 - “Attachment for contour farming apparatus”, é descrito um instrumento automático com indicação de nível o qual compreende uma estrutura dotada de um pêndulo articulada a ela e um indicador de nível que controla a oscilação. O sistema mecânico revelado é bastante complexo e em função disso apresenta um valor elevado, o que aumenta o custo do processo de plantio, assim como o valor do produto final comercializado.

[06] Outra alternativa descrita na patente de invenção americana n° US 9,222,770 - “Gradient measuring apparatus and system” apresenta um aparelho de medição de inclinação o qual inclui um conjunto cardan que compõe um veículo de construção e fornece ao operador direções a partir de indicações de nível na frente/atrás do veículo e nas laterais. Já a patente n° US 3,556,225 - “Automatic level control system for earth moving machines” revela um sistema de controle de nível que pode ser eficazmente utilizado em máquinas para suavizar os cursos de solo, sendo concebido de modo a controlar automaticamente o nível de ferramenta de trabalho da máquina de terraplanagem.

[07] Estas duas alternativas citadas apresentam grandes diferenças em relação ao invento, objeto do presente relatório descritivo, tendo em vista o invento aqui proposto resulta em uma facilidade de operação e grande confiabilidade do

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3/9 resultado, e ambas as patentes citadas consistem em sistemas mecânicos, onde qualquer pequena avaria influencia na obtenção das informações de nível e o resultado torna-se impreciso. Já o dispositivo proposto, apresenta todos os componentes eletrônicos, fato que o torna menos suscetível à erros e problemas no seu manuseio, que é sempre passível de acidentes (batidas, torções...) e, consequentemente, garante a confiabilidade no seu resultado.

[08] Conforme esclarecido acima, uma das práticas mais consolidadas de conservação do solo e de prevenção da erosão é a realização de práticas em nível e, em especial, a semeadura juntamente com outras práticas conservacionistas. Em termos de conservação, em locais onde a pluviosidade é baixa, o cultivo em contorno é importante para distribuir melhor a água disponível, enquanto em solos de regiões onde a pluviosidade é alta, o cultivo em contorno tem como principal função reduzir as perdas de solo (BENNETT, 1940). É observado, no entanto, que a eficácia do cultivo em nível, no que tange a redução na perda de solo, varia com o comprimento e declive dependente do terreno (MORGAN, 1997). Nesse sentido, não se recomenda que o cultivo em contorno seja o único método conservacionista adotado em terrenos com pendentes com comprimento maiores que 180m (MORGAN, 1997).

[09] Tendo isso em vista, outras tecnologias foram desenvolvidas ao longo do tempo visando guiar veículos agrícolas, tais como: GPS, GDS, laser radar, sensores mecânicos, sensores ultrassônicos, laser scanner, entre outros (Li et al., 2009). Todas estas alternativas apresentam características próprias e diferem quanto à precisão dos dados. De maneira geral os sistemas DGPS, por ter grande acurácia, são sistemas caros que precisariam de maior refinamento para que seus benefícios sejam maximizados para a aplicação no processo de cultivo em contorno (Gan-mor et al., 2007). Além disso, para que esses sistemas funcionem, com a precisão geralmente de 1 cm, é necessário que existam estações próximas ao local de operação, o que adiciona mais custos ao sistema (Gan-mor et al., 2007). Apesar de proporcionar eficiência às práticas, tem-se que, quando são utilizados implementos agrícolas longos, ocorrem desvios laterais que acabam excedendo os

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4/9 níveis toleráveis (Gan-Mor et al., 1997). Outro problema consiste no fato de que os sistemas em GPS são limitados a áreas que não tenham barreiras de sinal, portanto, não provê boa precisão em locais com construções, árvores ou terrenos declivosos, que apresentem interrupção no sinal do satélite (Li et al., 2009).

[010] Outro sistema utilizado é o sistema de sensores em laser. Esses sistemas necessitam de três ou mais refletores no entorno da área a ser trabalhada (Li et al., 2009). Um dos maiores inconvenientes desta solução é que o sistema não funciona bem se a posição de algum dos marcos artificiais é alterada, e, além disso, existe a ocorrência de ruídos durante a mensuração a laser quando o veículo está trafegando em terrenos declivosos (Li et al., 2009).

[011] Por fim, o mais comum no cultivo em contorno, é a determinação de forma visual das linhas de cultivo em nível pelo agricultor, o que acarreta em erros grosseiros quanto à homogeneidade de distribuição das linhas. A NRCS (Natural Resources Conservation Service - 2008) recomenda o uso de dispositivos de nível comuns, com a realização de marcações no terreno sem a utilização de dispositivos eletrônicos para auxiliar o operador, provavelmente em função da ausência de um dispositivo que possa realizar esta tarefa eficazmente e apresente uma boa relação custo-benefício. A partir disso, havendo a intenção de definir uma linha em nível para a máquina agrícola isto precisaria ser feito com um nível ótico topográfico, uma régua, dois indivíduos auxiliares, além do operador realizando esta tarefa e a mesma teria que ser repetida a cada cultivo.

[012] Com isso, a partir de todos os inconvenientes existentes nos sistemas e equipamentos atualmente utilizados e descritos acima no estado da técnica, é visível a existência de uma lacuna na criação de um dispositivo de baixo custo, desenvolvido para indicar ao operador da máquina agrícola se a máquina está se deslocando em nível. Além disse, não se conhece no atual estado da técnica alternativas que indiquem também as ações e/ou direções que devem ser tomadas para que isto ocorra.

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Novidades e objetivos da invenção [013] Com o objetivo de sanar as falhas do estado atual da técnica destacadas acima, a presente patente de invenção visa propor uma solução para o problema principal envolvendo a dificuldade de definição das linhas de contorno em terrenos para plantio. A invenção se refere a um dispositivo eletrônico equipado com interface homem-máquina (IHM), o qual é implementado sobre um veículo agrícola visando indicar ao operador a posição do mesmo no plano e indicando a ação a ser tomada para que o veículo se desloque em nível.

[014] Sabe-se que realizar tarefas em nível, em áreas com topografia irregular, quer seja um eventual preparo do solo, semeadura direta ou colheita, é uma tarefa complexa e difícil para o operador de uma máquina. Assim sendo, o diferencial do dispositivo desenvolvido é a simplicidade de configuração, a fácil instalação e o baixo custo.

[015] Neste contexto, o dispositivo de baixo custo desenvolvido se propõe a indicar ao operador da máquina agrícola se a máquina está se deslocando em nível, indicando também as ações que devem ser tomadas para que isto acorra, preservando o solo a partir da correta indicação das linhas da cultura, de forma que compreendam a mesma altitude. Desta maneira, são evitados os problemas de erosão do solo, consistindo em uma solução adequada para evitar problemas socioambientais, como deslizamentos, enchentes, redução da biodiversidade e da área de plantio, dentre outros, além do fato de que a tecnologia proposta no presente pedido de patente visa conservar a cobertura vegetal do solo.

Descrição dos desenhos anexos [016] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será descrita de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base os desenhos anexos, que a ilustram e subsidiam abaixo listados:

[017] Figura 1 representa o diagrama de blocos do funcionamento do sistema eletrônico proposto, de acordo com a presente invenção.

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6/9 [018] Figura 2 representa exemplificativamente o trajeto realizado pelo veículo agrícola com a utilização do dispositivo, conforme a elevação do terreno.

[019] Figura 3 representa o esquema de funcionamento do painel de Interface Homem-Máquina (IHM), conforme a elevação do terreno, de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada da invenção [020] Visando a otimização no processo de determinação das linhas no cultivo em contorno, a presente invenção revela um dispositivo capaz de analisar a inclinação lateral e frontal de uma máquina agrícola em relação à uma linha horizontal e uma linha reta a frentes imaginárias perfeitamente planas, desde que seja realizada a aplicação da cota em uma superfície plana, através de um botão de nível (2) disposto no painel de Interface Homem-Máquina (IHM), representado na figura 3. [021] A análise da inclinação se dá por meio de um sensor micro eletromecânico, que possui os parâmetros necessários para saber a inclinação a partir de uma inclinação inicial pré-definida (cota 0 ou tara 0). O estabelecimento da cota inicial é efetuado a partir do pressionamento do botão de nível (2), conforme citado acima. Esse botão, assim que pressionado, insere a inclinação no sensor como sendo a inclinação a ser seguida pelo veículo. Tendo isso em vista e, a partir da movimentação do veículo sobre o terreno, o sensor analisará a variação de inclinação em relação ao ponto definido como cota 0 e desta maneira apresentará, por meio de indicadores de LED (diodos emissores de luz) a direção a ser tomada pelo operador (subir ou descer o terreno).

[022] A possibilidade de se configurar uma inclinação pré-definida dessas linhas no início do trabalho, através do botão de nível (2), consiste em estacionar o veículo no início da linha de trabalho, de modo que o veículo encontre-se no ângulo de inclinação que deverá ser seguido pelo operador durante o processo. Logo após, basta pressionar o botão de nível (2), assim a máquina ao se deslocar tende a manter constantemente a inclinação do momento inicial da tarefa, caso contrário, os indicadores de LED informam ao operador que deve ser realizada uma ação de correção de sua trajetória, a fim de manter o ângulo inicial.

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7/9 [023] Caso o operador esteja durante seu trajeto, mantendo a mesma inclinação configurada no início do trabalho, a interface homem-máquina (IHM), indicará ao condutor que o nível está “ok” por meio de uma barra/linha central (1) de indicadores de LED, a qual pode ser composta por três LEDs dispostos na região central do painel de IHM, que se estiverem acesas indicam que o veículo está percorrendo o nível correto. Além disso, conforme observado na figura 3, o painel compreende também duas barras dispostas paralelamente e transversais à barra central (1), sendo que, acima da barra central (1) indicam a situação de “subir”, para o operador conduzir o veículo para uma altitude acima adequando-o ao nível pré-definido. Exemplificativamente podem apresentar cinco indicadores de LED em cada uma das barras paralelas, conforme observado na figura 3. Está mesma configuração de barras também é verificada abaixo da barra/linha central (1) para a situação de “descer”, na qual o operador deverá conduzir o veículo para uma altitude menor a fim de retornar para o nível correto pré-definido.

[024] Essas barras paralelas são responsáveis por indicar o distanciamento do nível correto inicial que o operador conduz o veículo, indicando se o objetivo do processo, que consiste na manutenção do ângulo de inclinação inicial, está sendo alcançado. Caso haja algum desvio e o veículo passe a descer o terreno, a IHM alertará o condutor através do acendimento proporcional das barras compostas de indicadores de LED. Caso as indicações acendam acima da barra central (1) o operador deverá subir o terreno, ou descer o terreno, caso acendam os indicadores abaixo da barra central (1), representando a necessidade de corrigir o trajeto, sendo que o mesmo ocorre caso o operador encaminhe-se para a direção contrária e passe a subir acidentalmente o terreno. Quanto mais o veículo se distancia do nível correto de trabalho, os indicadores vão acendendo progressivamente, representando um desvio máximo quando atingem os extremos do painel IHM, representado na cor vermelha na figura 3.

[025] Na Figura 1, é representado o diagrama de blocos do funcionamento do hardware do sistema de indicação de nível o hardware do invento compreende um processador, sensor micro eletromecânico, painel de Interface Homem-Máquina

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8/9 (IHM), controle manual e fonte de alimentação. A fonte de alimentação é a responsável por gerenciar a carga elétrica que chegará em todos os demais componentes do equipamento. Enquanto o sensor micro eletromecânico é o componente que fará o recebimento e a análise dos dados de nível e os fornecerá ao processador, para que trate esses dados, de acordo com os parâmetros programados, e apresente uma saída na IHM de qual a direção que o operador deverá tomar para que o veículo siga no nível pré-determinado, ou seja, se deverá subir ou descer o terreno. Já o controle manual consiste no botão de nível (2), designado para parametrizar o nível que o processador entenderá como cota inicial (cota 0), e a partir daí perceberá alterações de inclinação.

[026] Já na Figura 2 é, exemplificativamente, representado o trajeto realizado pelo veículo agrícola com a utilização do dispositivo, conforme a elevação do terreno, no qual os valores representam a elevação do terreno, onde o anel mais externo demonstra um terreno a 100m acima do nível no mar e os demais, conforme valores apresentados. Assim contata-se que, com a utilização do equipamento aqui especificado, torna-se viável a realização de um trajeto em um veículo sem que seja alterada sua altitude em um determinado terreno, já que, se corretamente utilizado, o equipamento indicará ao operador se está mantendo o nível durante o trajeto ou não.

[027] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.

[028] Tratou-se no presente relatório descritivo de um aperfeiçoamento aplicado à dispositivo indicação de nível para implementos agrícolas, dotado de novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva, aplicação industrial e,

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9/9 consequentemente, revestido de todos os requisitos essenciais para a concessão do privilégio pleiteado.

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Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1 - DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS o qual compreende o uso de sensor de nível, fonte de alimentação e processador caracterizado por compreender sensor micro eletromecânico de recebimento e análise de dados de variação, painel de Interface Homem-Máquina (IHM) dotado de barras paralelas de indicadores de LED e barra central (1) de indicação de nível correto disposta transversalmente às barras paralelas, botão de nível (2) de pré-definição da inclinação inicial.
2. 2 - DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pelas barras paralelas de indicadores de LED de direção de subida e direção de descida.
3. 3 - DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS, de acordo com as reivindicações 1, e ainda caracterizado pelo botão de nível (2) pré-definir a inclinação inicial a partir do seu pressionamento no início da linha de trabalho.
4. 4 - DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pelas barras paralelas indicadoras de direção acenderem proporcionalmente com a variação de distanciamento em relação ao nível prédefinido.
5. 5 - DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE INDICAÇÃO DE NÍVEL PARA IMPLEMENTOS AGRÍCOLAS, de acordo com a reivindicação 1, e ainda caracterizado pelo processador compreender a comparação dos dados obtidos dos sensores micro eletromecânicos com os dados iniciais pré-definidos acionando uma saída de indicação de nível no painel IHM.

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   CONTROLE

   MANUAL

   FONTE DE ALIMENTAÇÃO