BR102020006322A2 - Sistema de identificação dos locais de fornecimento de alimentos e produtos para nutrição animal - Google Patents

Abstract

O seguinte resumo para invenção se refere ao desenvolvimento de um sistema de identificação dos locais de fornecimento de alimentos e produtos para nutrição animal, que emprega câmeras (1) posicionadas nos veículos, por exemplo, um distribuidor de ração puxado por trator (2), onde dita câmera (1) é capaz de identificar marcadores de divisa de locais (3 e 3a) e marcadores intermediários (4), de modo que a cooperação entre as câmeras (1) e os marcadores (3, 3a e 4) permite calcular parâmetros de controle, por exemplo, quantidade de produto, velocidade de distribuição, quantidade total fornecida, sendo o produto demandado do distribuidor de ração (5), através de uma bica de fornecimento (6) para o cocho ou comedouro (7) posicionado ao longo das baias para os animais (8).

Description

SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO DOS LOCAIS DE FORNECIMENTO DE ALIMENTOS E PRODUTOS PARA NUTRIÇÃO ANIMAL CAMPO TÉCNICO

[001] O seguinte relatório descritivo para invenção se refere ao desenvolvimento de um sistema de identificação dos locais de fornecimento de alimentos e produtos para nutrição animal, através da utilização de câmeras de vídeos que, aliado a técnicas de processamento de imagens, visa melhorar a acurácia ou diminuir os custos, quando comparado a outros sistemas de identificação de locais utilizados nos sistemas de fornecimento para nutrição animal.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A produção de alimentos no Brasil, e no mundo, se utiliza de equipamentos automatizados ou semiautomáticos, cujo objetivo é melhorar a eficiência da produtividade e/ou diminuir os custos produtivos.

[003] Os produtos e alimentos fornecidos aos animais correspondem a uma alta parcela dos custos produtivos totais, pois geralmente correspondem a mais de 50% (cinquenta por cento) dos custos produtivos sendo, portanto, crucial a correta dosagem desses produtos para que se tenha a eficiência produtiva desejada.

[004] Identificar a localização exata de fornecimento dos alimentos na automação, a um custo baixo e baixa taxa de falhas ou erros, está entre os diversos desafios para o correto fornecimento de alimentos e produtos aos animais, sendo foco deste documento a descrição de um sistema por câmeras.

[005] A nutrição de criações de animais representa boa parte dos custos produtivos, o que torna muito importante o fornecimento controlado dos produtos alimentares aos animais. Uma vez que os animais são agrupados em um número pequeno e homogêneo durante sua criação até o abate, estes animais são confinados a locais restritos e identificados. Devido a este fato, um sistema de identificação destes locais de forma automática se faz necessário em sistemas de fornecimento de alimentos e produtos focados em alta eficiência.

[006] Os sistemas de fornecimentos de alimentos e produtos para nutrição animal geralmente se baseiam em um veículo de transporte, como trator, caminhão ou balsa, e um vagão de fornecimento, como um vagão misturador, caçamba misturador ou de fornecimento, ou outro sistema de armazenamento e fornecimento, incluindo vagões do tipo rotomix, que permitem tanto fabricar (misturar) quanto fornecer ração e alimentos.

[007] Tecnologias de controle, monitoramento empregando inteligência artificial são conhecidas e aplicadas em diversos sistemas de alimentação animal.

[008] Comercialmente, são conhecidos os robôs alimentadores para gado, como no caso do Triomatic T40, que pode ser suspenso ou se movimentar por meio de rodas, realizando a distribuição automática da ração para o gado.

[009] O MixFeeder da GEA também faz o mesmo trabalho, distribuindo a quantidade certa de ração para cada um dos animais.

[010] O documento US 20150343403 divulga um aparelho, sistemas e métodos de controle remoto para equipamento de mistura operado por um operador. A unidade remota é usada para controlar o equipamento de mistura acionado, associado a um veículo de carregamento que possui um posto de operação. A unidade remota está em comunicação com o equipamento de mistura e é operável pelo operador para controlar um ciclo de mistura do equipamento de mistura, sem a necessidade de o operador sair do veículo de carregamento. O ciclo de mistura é definido para misturar o material no equipamento de mistura com o mesmo número de rotações do equipamento de mistura para cada carga ou com a mesma quantidade de tempo decorrido para reduzir as variações no produto final misturado de carga em carga.

[011] Também, é conhecido um método para controlar autonomamente um veículo, em particular um veículo de mistura de ração e a um veículo com controle autônomo. O veículo autônomo compreende um chassi, elementos de trabalho, scanners e/ou sensores, além de um computador. Os sistemas de controle de veículos autônomos conhecidos frequentemente não são capazes de adaptar os processos de trabalho a diferentes situações. Eventos que se desviam do estado normal simplesmente fazem com que o veículo desligue. De acordo com a invenção, há previsão de que o scanner e/ou sensor detecte dados espaciais do ambiente e gere um mapa 3D da corrente geometria circundante. A geometria atual envolvente está relacionada a uma região liberada para viagens e, portanto, a rota do veículo autônomo pode ser verificada para determinar se ele pode ser conduzido e, se não puder ser percorrida, pode ser adaptada de forma autónoma às exigências do ambiente espacial e substituída por uma rota alternativa.

[012] Uma máquina automotora para trabalhos autônomos ou semiautônomos, em particular uma máquina agrícola automotora, tal como um misturador de alimentação automotora, é descrita no DE 102017127824 que compreende um chassi com um acionamento e um chassi transportado com unidades de trabalho, em que é fornecido pelo menos um meio de acionamento para o acionamento de tração e para as unidades de trabalho. Dispositivos de segurança são fornecidos para evitar situações perigosas, é fornecido um controle que controla o dispositivo de acionamento e/ou o acionador de tração acionado pelo dispositivo de acionamento e pelas unidades de trabalho, bem como pelos dispositivos de segurança.

[013] A fim de reduzir o esforço, especialmente para a verificação de segurança após a implementação das medidas de adaptação, propõe-se que o controle compreenda pelo menos dois controles separados, nos quais os primeiros meios de controle são usados para controlar os meios de acionamento e de tração e/ou as unidades de trabalho e os segundos meios de controle para interromper do primeiro dispositivo de controle para os meios de acionamento e/ou o acionador de tração e/ou as unidades de trabalho podem ser sinais de controle transmitidos. O segundo dispositivo de controle forma assim um controle de segurança por meio do qual o dispositivo de acionamento e/ou o acionador de tração e/ou as unidades de trabalho são comutáveis em situações perigosas, de preferência desligadas.

PROBLEMAS DA TÉCNICA

[014] Os sistemas de fornecimentos de alimentos para animais se utilizam de GPS ou identificação por radiofrequência, através de leitores RFID. Entretanto, estas tecnologias trazem consigo algumas limitações para a aplicação em pecuária, piscicultura e outros sistemas de criação de animais.

[015] O sistema de localização GPS (Global Positioning System) ou até mesmo o GNSS (Global Navigation Satellite System) possuem inconvenientes, tais como o alto custo para se ter acurácia na localização, ou alto erro em equipamentos de baixo custo e problemas de funcionamento em locais com cobertura, principalmente metálica.

[016] Os leitores RFID possuem melhor acurácia a um custo mais baixo que os GPS e GNSS de precisão, mas possuem o inconveniente do custo das etiquetas (tags), pois este custo não é insignificante, principalmente quando utilizado em propriedades com grande número de locais a serem identificados, onde o valor total das etiquetas RFID costuma facilmente exceder o valor do equipamento em si, além de terem uma vida útil limitada devido ao ambiente a que são submetidos.

SOLUÇÃO PROPOSTA

[017] O princípio básico de funcionamento no sistema de identificação de locais por câmera, ocorre por meio do reconhecimento de marcadores que são fixados nas divisas destes locais, como códigos QR, códigos de barras, marcador fiducial ou qualquer outro marcador visual que se mostre adequado para identificação destes locais, onde estes marcadores são identificados por uma câmera instalado em um veículo de fornecimento.

[018] O veículo ou equipamento móvel, destinado ao fornecimento de alimento a animais, pode ser desde uma carreta misturadora e de fornecimento tracionada por veículo automotor, como um robô autopropelido, um trator com um vagão de fornecimento ou roto-mix, um caminhão equipado com caçamba de fornecimento ou roto-mix, ou qualquer outro dispositivo com capacidade de transportar e distribuir os elementos necessários.

[019] Estes marcadores são localizados por uma câmera instalada no veículo que efetuará o fornecimento de produtos, sendo analisados sua posição e sentido de movimento, sendo importante o correto posicionamento dos marcadores nas divisas dos locais.

[020] Se pode instalar também, marcadores adicionais intermediários, o que possibilita a verificação de distância percorrida no local de trato, permitindo calcular a quantidade total que será fornecida se baseando no estado atual de velocidade de deslocamento, quantidade de produto sendo despejado por unidade de tempo e distância restante até o fim do local atual de fornecimento.

[021] Há duas variações possíveis para o sistema de identificação de locais de fornecimento por câmera de vídeo, sendo um sistema somente utilizando a câmera e outro, onde se pode utilizar a câmera conjugada com um receptor GPS de baixo custo, sendo que neste segundo modelo, o marcador é simplificado e não é único, reduzindo a demanda de recursos computacionais para o processamento de imagens, o que poderá baixar custos.

[022] O sentido de fornecimento pode ser verificado pelo movimento do marcador no vídeo da câmera. O sentido do movimento do marcador pode ser identificado utilizando técnicas como fluxo ótico, template matching, comparação de Fourier de segunda ordem, visual Differences Predictor, ou outro algoritmo que permita a detecção de movimento em modo contínuo.

DESCRIÇÃO

[023] A caracterização da presente invenção é feita por meio de figuras representativas do sistema de identificação dos locais de fornecimento de alimentos e produtos para nutrição animal, através da utilização de câmeras de vídeos, de tal modo que produto possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada, permitindo plena caracterização da funcionalidade do objeto pleiteado.

[024] A partir das figuras elaboradas que expressam a melhor forma ou forma preferencial de se realizar o produto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde a mesma esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pela representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção ora pretendida.

[025] Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente pleiteado.

[026] Neste caso se tem que:

• - A FIGURA 01 mostra um exemplo de montagem de câmera e marcadores em vagões tracionados por trator;
• - A FIGURA 02 mostra um Exemplo de montagem de câmera e marcadores intermediários;
• - A FIGURA 03 mostra uma Estrutura como marcador de divisa, com cor não presente na paisagem local;
• - A FIGURA 04 mostra a visão da câmera com marcador único QR Code, onde o retângulo cinza revela a área de imagem filtrada/ignorada pelo sistema de processamento de imagem por não pertencer ao marcador; e
• - A FIGURA 05 mostra a visão da câmera para marcador fiducial simples, onde o retângulo cinza revela a área de imagem filtrada/ignorada pelo sistema de processamento de imagem por não pertencer ao marcador.

EXEMPLO 01

[027] Identificação de local apenas por câmera (fig. 04): Este modelo utiliza apenas a imagem da câmera para identificar o sentido de movimento do veículo, o ponto exato da divisa e o próprio local (código do local) que receberá os produtos. Neste caso, cada marcador deverá ser único, permitindo que o sistema entenda qual local está vinculado ao marcador apenas pela imagem da câmera, bem como a sua movimentação em frente a câmera permitirá a definição do sentido de movimento, se o movimento será progressivo ou regressivo, como exemplificado na figura a seguir, onde se utiliza o código QR.

[028] O código QR pode ser substituído por qualquer outro marcador fiducial que seja adequado para a sua identificação pela câmera e sistema de processamento de imagem, desde que seja único.

EXEMPLO 02

[029] Identificação de local apenas por câmera e GPS/GNSS de baixo custo: Outra possível modificação é o uso da câmera em conjunto com o GPS comum, ou outro sistema de posicionamento. Neste caso, a câmera apenas detectará a divisa dos locais com maior precisão, não sendo necessário a identificação do próprio local pela imagem da câmera, pois o GPS apresentará as coordenadas que possibilitam verificar o local sendo utilizado. Isso permite usar marcadores mais simples e repetidos, diminuindo o poder computacional necessário para o reconhecimento dos marcadores.

[030] Este sistema de câmera conjugado com GPS torna possível utilizar até mesmo a própria estrutura do local, como a cerca de divisa, através do uso de cor não presente no cenário visto pela câmera nestas estruturas, o que permitirá uma redução de custos do sistema.

[031] Neste modelo, quando a câmera detecta uma divisa, a identificação do local de fornecimento se dará, além do sentido de movimento, pela posição GPS, onde o sistema localizará os dois locais mais próximos da coordenada atual, sendo estes locais o local anterior e posterior. A seleção do local anterior ou posterior se dará pelo sentido de movimento do veículo detectado pela câmera.

EXEMPLO 03

[032] Substituição dos Marcadores Intermediários pelo CANBUS: Os veículos mais recentes, como os caminhões, possuem um barramento de comunicação interno denominado de CANBUS, ao qual é possível capturar diversas informações, dentre elas, a posição do câmbio, hodômetro e velocidade.

[033] Isso torna possível substituir os marcadores intermediários pela aquisição de informações de velocidade e/ou hodômetro do próprio veículo. Quando o sistema já possui as distâncias armazenadas previamente de cada local, a velocidade, sentido de movimento e tempo após a passagem do sistema pelo marcador permite calcular a distância do sistema em relação ao início do local de trato, o que possibilita a verificação do progresso do fornecimento.

[034] O uso de marcadores intermediários ou informações capturadas pelo CANBUS, junto com a taxa de variação do peso da balança (taxa de fornecimento de produto), podem prover informações necessárias para gerar indicadores ao operador/motorista, como a quantidade estimada que será fornecida no local atual dado as condições atuais de velocidade do veículo e taxa de fornecimento do produto.

[035] Utilizando estas mesmas informações armazenadas por um breve histórico do fornecimento atual permite também calcular a uniformidade da distribuição do produto no local.

[036] Uma forma preferencial de realização do sistema compreende o emprego de câmeras (1) posicionadas nos veículos, por exemplo, um distribuidor de ração puxado por trator (2), onde dita câmera (1) é capaz de identificar marcadores de divisa de locais (3 e 3a) e marcadores intermediários (4), de modo que a cooperação entre as câmeras (1) e os marcadores (3, 3a e 4) permite calcular diversos parâmetros de controle, por exemplo, quantidade de produto, velocidade de distribuição, quantidade total fornecida, sendo o produto demandado do distribuidor de ração (5), através de uma bica de fornecimento (6) para o cocho ou comedouro (7) posicionado ao longo das baias para os animais (8), sendo o trator (2) dotado de GPS (9).

[037] Para a identificação de local apenas por câmera, o sistema utiliza o QR Code (10) empregado como marcador de divisa (11), capaz de ser identificado pelo processamento de imagem, onde cada marcador deverá ser único, permitindo que o sistema entenda qual local está vinculado ao marcador apenas pela imagem da câmera, bem como a sua movimentação em frente a câmera permitirá a definição do sentido de movimento (12), se o movimento será progressivo ou regressivo.

[038] Para a identificação local apenas por câmera e GPS/GNSS de baixo custo, é empregado a câmera (1) em conjunto com o GPS (9) e um marcador (3a) fixado na divisa, sendo que a câmera (1) detecta a divisa dos locais com maior precisão, permitindo usar marcador fiducial simples, que pode ser uma cor (15) ou imagem simples (13), onde a seleção do local anterior ou posterior se dará pelo sentido de movimento (14) do veículo (2) detectado pela câmera (1).

[039] O emprego do sistema com câmeras e marcadores intermediários apresenta diversas vantagens em comparação aos outros sistemas. Este sistema auxilia na resolução dos seguintes problemas:

• - Localização dos locais e suas divisas de modo mais preciso a um custo mais baixo
• - Permitir se calcular a estimativa do total que será fornecido baseado nos parâmetros atuais de velocidade, posição atual e variação de peso atual que indica a quantidade de produto fornecido por unidade de tempo, possibilitando se construir um índice para informar o operador se ele deve aumentar ou diminuir o fornecimento atual, ou até mesmo controlando um mecanismo que ajuste este fornecimento.
• - Permite se medir a uniformidade da distribuição de alimento ou produto fornecido em um local, que deverá ser utilizado para evitar situações de má distribuição, como por exemplo, acúmulo excessivo de produto no início do local e a falta de produto no fim.
• - Facilidade de instalação, permitindo ajustes visuais para configuração da câmera, pois o sistema poderá mostrar a visão da câmera para o operador, e o operador poderá verificar o alinhamento dos marcadores através da imagem da câmera.
• - Dependendo da posição em que a câmera e o marcador é instalado, este sistema poderá mostrar também a imagem do fornecimento atual e informações de fornecimento “on screen”, permitindo o motorista ou operador olhar apenas para a frente e para a tela com imagem da câmera, pois atualmente ele precisa prestar atenção na estrada, na tela da balança e no retrovisor para ver se o produto está caindo de maneira uniforme e se está caindo dentro do local de alimentação dos animais.
• - Baixo custo de manutenção.
• - Baixo custo de adição de novos locais, pois os marcadores podem ser impressos ou pintados em placas.

Claims (3)

1. SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO DOS LOCAIS DE FORNECIMENTO DE ALIMENTOS E PRODUTOS PARA NUTRIÇÃO ANIMAL, caracterizado por empregar câmeras (1) posicionadas nos veículos, por exemplo, um distribuidor de ração puxado por trator (2), onde dita câmera (1) é capaz de identificar marcadores de divisa de locais (3 e 3a) e marcadores intermediários (4), de modo que a cooperação entre as câmeras (1) e os marcadores (3, 3a e 4) permite calcular parâmetros de controle, por exemplo, quantidade de produto, velocidade de distribuição, quantidade total fornecida, sendo o produto demandado do distribuidor de ração (5), através de uma bica de fornecimento (6) para o cocho ou comedouro (7) posicionado ao longo das baias para os animais (8).
2. SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pelo sistema utilizar o QR Code (10) como marcador de divisa (11), onde:

   • a) - ser capaz de ser identificado pelo processamento de imagem;
   • b) - empregar apenas um único marcador;
   • c) - permitir que o sistema entenda qual local está vinculado ao marcador apenas pela imagem da câmera; e
   • d) - determinar o sentido de movimento (12).
3. SISTEMA DE IDENTIFICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pelo sistema de identificação local apenas por câmera e GPS/GNSS:

   • a) - empregar a câmera (1) em conjunto com o GPS (9) e um marcador (3a) fixado na divisa;
   • b) - permitir usar marcador fiducial simples (3a), onde a seleção do local anterior ou posterior se dará pelo sentido de movimento do veículo (14) detectado pela câmera (1); e
   • c) - o marcador fiducial simples (3a) pode ser uma cor (15) ou uma imagem simples (13).

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