IT202100023084A1 - Metodo e sistema per la navigazione autonoma di un veicolo agricolo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?METODO E SISTEMA PER LA NAVIGAZIONE AUTONOMA DI UN VEICOLO AGRICOLO?

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione ? relativa ad un metodo e al relativo sistema per la navigazione autonoma di un veicolo agricolo.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione nella navigazione autonoma in filare di un rover agricolo cingolato, cui la descrizione che segue far? esplicito riferimento senza per questo perdere in generalit?.

CONTESTO DELL?INVENZIONE

Sono note tecniche per la navigazione autonoma in campo di veicoli agricoli di grandi dimensioni. In particolare, per macchinari di grandi dimensioni (ad esempio dal peso superiore alla tonnellata) operanti in campi aperti e sostanzialmente privi di ostacoli, come le mietitrebbie (aventi strumenti larghi anche qualche metro), sono stati sviluppati sistemi di navigazione autonoma che sfruttano tecnologia satellitare di tipo noto per effettuare operazioni agricole senza la necessit? di essere condotte da un guidatore. Tuttavia, tali applicazioni sono certamente non adatte ad ambienti ristretti e provvisti di numerosi ostacoli (come ad esempio i filari dei frutteti). Inoltre, tali applicazioni sfruttano solitamente sistemi di localizzazione satellitari, i quali, nonostante abbiano tolleranze anche di qualche metro, viste le dimensioni e la carenza di ostacoli vengono comunque considerati affidabili.

L?attivit? agricola nei filari ? a tutt?oggi svolta sostanzialmente tramite veicoli di medie dimensioni (ad esempio un trattore trainante un rimorchio o un attrezzo con atomizzatore) condotti da un guidatore, il quale determina velocit? e soprattutto direzione del veicolo in base a quella che ? la sua percezione visiva. Pertanto, i suddetti veicoli necessitano in ogni caso di un apposito abitacolo e di una piattaforma di comando integrata in esso.

Negli ultimi anni, per tentare di automatizzare l?attivit? agricola nei filari, sono stati proposti diversi metodi di navigazione autonoma, i quali sono principalmente basati su dati rilevati da telecamere stereoscopiche e dispositivi laser di alta precisione, quali i LIDAR, coadiuvati solitamente da dispositivi ad alta precisione di localizzazione ad onde radio ad ampio raggio (ad esempio GPS). Questa tipologia di dispositivi permette di rilevare con precisione la posizione del veicolo e la conformazione tridimensionale del filare, tramite le quali, utilizzando dei noti algoritmi di computer vision (ad esempio la trasformata di Hough), ? possibile stimare distanza e orientamento della retta che meglio approssima il filare per una navigazione autonoma al suo interno.

Tuttavia, tali soluzioni sono soggette a molteplici svantaggi. In primis, l?elevato costo della sensoristica sopra descritta pone tali veicoli fuori da quelle che sono le diponibilit? del mercato agricolo formato solitamente da aziende di piccole/medie dimensioni caratteristico del panorama italiano ed europeo. Inoltre, nonostante tali veicoli siano capaci di muoversi agilmente all?interno di uno stesso filare, la loro capacit? di passare al filare successivo, una volta terminata la lavorazione nel filare attuale, non ? altrettanto affidabile, in quanto i campi a filare (ad esempio i frutteti o le vigne) spesso non hanno delle configurazioni perfettamente squadrate e geometriche (o in piano) e pertanto il veicolo deve basarsi solo su quello che percepisce. Tutto ci? determina lunghissimi tempi di addestramento che devono essere ripetuti per ogni installazione e ad ogni variazione (anche minima) della conformazione del campo.

In aggiunta, nel caso comune di campi o filari non perfettamente strutturati, ad esempio con alberi a chioma non lineare o interruzioni intermedie nei filari, i sistemi di arte nota faticano ad interpretare con chiarezza i dati rilevati dal LIDAR e pertanto a definire una traiettoria ottimale continua che si adatti alla disomogeneit? nella geometria del filare o del campo senza subire continuamente interruzioni nella lavorazione che devono essere gestiti dall?intervento di un operatore.

Scopo della presente invenzione ? di fornire un metodo e un relativo sistema per la navigazione autonoma di un veicolo agricolo, il quale sia almeno parzialmente esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia di semplice ed economica realizzazione.

SOMMARIO

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un metodo e un sistema per la navigazione autonoma di un veicolo agricolo secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni indipendenti che seguono e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti direttamente o indirettamente dalle rivendicazioni indipendenti.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la figura 1 illustra schematicamente in pianta (sezioni a-c) e frontalmente (sezioni d-f) diverse configurazioni di una prima forma di attuazione di un sistema in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 illustra schematicamente in pianta (sezioni a-b) e frontalmente (sezioni c-e) diverse configurazioni di una seconda forma di attuazione di un sistema in accordo con la presente invenzione;

- la figura 3 illustra una vista prospettica con particolari rimossi per chiarezza di una terza forma di attuazione di un sistema in accordo con la presente invenzione;

- la figura 4 illustra una vista schematica e in pianta di una sequenza di passi della forma di attuazione della figura 3 in una configurazione lineare;

- la figura 5 illustra una vista schematica e in pianta di una sequenza di passi della forma di attuazione della figura 3 in una configurazione curvilinea; e

- la figura 6 illustra schematicamente in pianta (sezioni a-b) e frontalmente (sezioni c-e) diverse configurazioni di una quarta forma di attuazione di un sistema in accordo con la presente invenzione; e

- la figura 7 illustra schematicamente una possibile forma di attuazione di un sistema in accordo con la presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure allegate, ? indicato nel suo complesso con 1 un sistema per la navigazione autonoma di un veicolo 2 agricolo.

In particolare, il sistema 1 per la navigazione autonoma consente al veicolo 2 agricolo, in particolare un rover, preferibilmente cingolato (vantaggiosamente a trazione elettrica), di muoversi in modo autonomo in una zona WZ di lavoro comprendente sia ambienti a campo aperto, sia ambienti vincolati (ovvero strutturati) come filari a geometrie diverse (sia rettilinei, sia curvilinei, paralleli e/o sfalsati, di lunghezza diversa o a distanze differenti). Pi? in particolare, il veicolo 2 agricolo comprende un implemento rimovibile e sostituibile per effettuare delle operazioni agricole quali trinciatura, irrorazione/spruzzatura, potatura, ecc. Ad esempio, nel caso della trinciatura l?implemento ? disposto anteriormente al veicolo 2 agricolo, mentre nel caso di irrorazione ? disposto posteriormente. Questo rende indifferente l?applicazione dell?algoritmo di navigazione e guida autonoma rispetto al senso di marcia del veicolo.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti con la stessa funzione.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda come descritta di seguito.

Nell?ambito della presente descrizione il termine ?secondo? componente non implica la presenza di un ?primo? componente. Tali termini sono infatti adoperati come etichette per migliorare la chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.

In particolare, il sistema comprende una infrastruttura 3 di campo, la quale comprende a sua volta almeno una pluralit? di marker 4, 4?, 4?? opportunamente disposti. In dettaglio, con il termine maker si intendono dei segni, ovvero degli oggetti, di forma e/o colore noto che il veicolo 2 ? in grado di rilevare e distinguere dal resto dell?ambiente che lo circonda.

Vantaggiosamente, i marker 4, 4?, 4?? sono disposti all?interno di una zona WZ di lavoro del veicolo 2 agricolo, specialmente in prossimit? di un percorso TP desiderato per il veicolo 2 agricolo.

In particolare, i marker 4, 4?, 4?? sono oggetti tridimensionali, preferibilmente simmetrici e di dimensione predefinita. Pi? precisamente, la dimensione dei marker 4, 4?, 4?? dipende dal tipo di vegetazione presente nella zona WZ di lavoro del veicolo 1 agricolo e dalle capacit? di rilevamento del rover, nonch? dalla distanza attesa di visione durante l?esecuzione della traiettoria.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, i marker 4, 4?, 4?? sono polifunzionali. In altre parole, oltre a svolgere la funzione di riferimento visuale per il veicolo 2 agricolo, i maker 4, 4?, 4?? possono svolgere la funzione di trappole per insetti, trappole utili per la lotta biologica, ovvero strutture dove alloggiare sistemi elettronici quali telecamere fisse o sistemi di trasmissione dati ambientali di campo.

Il sistema 1 comprende inoltre una strumentazione di bordo compresa nel veicolo 2 agricolo, la quale comprende a sua volta almeno un sensore 5 preferibilmente ottico (e/o LIDAR), in particolare una camera 6 (ad esempio una fotocamera o una videocamera), montato a bordo del veicolo 2 agricolo (in particolare in una porzione 7 frontale) e diretto almeno verso una direzione FD di marcia del veicolo 2 agricolo stesso. In particolare, il sensore 5 ottico ? configurato per rilevare almeno un marker 4, 4?, 4?? di riferimento prossimo al veicolo agricolo e all?interno del campo VOS visivo del sensore 5 ottico. Ovviamente, nelle figure allegate il campo VOS visivo del veicolo 2 ? illustrato schematicamente per far comprendere la direzione di rilevazione, ma ? ovviamente maggiormente esteso in termini di distanza dal veicolo 2.

Come illustrato nella non limitativa forma di attuazione della figura 1 (b), la camera 6 pu? essere una videocamera frontale (in particolare grandangolare) o anche una videocamera cosiddetta a 360?, ovvero configurata per rilevare quasi tutto l?intorno del veicolo 2 agricolo.

Preferibilmente, il sistema 1 comprende inoltre una unit? 8 di controllo, la quale ? configurata per determinare ciclicamente la posizione AP attuale e l?orientazione del veicolo 2 agricolo nello spazio rispetto al marker 4, 4?, 4?? di riferimento. In particolare, la posizione AP e l?orientazione ? del veicolo 2 vengono determinate in funzione di un sistema RF di riferimento solidale con il marker 4, 4?, 4?? di riferimento ed un sistema RF? di riferimento solidale con il veicolo 2 agricolo.

L?unit? 8 di controllo ? configurata per determinare ciclicamente almeno un punto PTP di passaggio che si trova davanti al veicolo 2 agricolo e ad una certa distanza D dal veicolo 2 agricolo stesso in funzione della posizione AP attuale e dell?orientazione del veicolo 2 agricolo nello spazio (ovvero nella zona WZ di lavoro) rispetto al marker di riferimento 4, 4?, 4??.

Vantaggiosamente, l?unit? 8 di controllo ? inoltre configurata per comandare il veicolo 2 agricolo per muoversi lungo una porzione 9 di percorso TP verso il (che transita nel) punto PTP di passaggio.

Fisicamente, l?unit? 8 di controllo pu? essere composta da un solo dispositivo oppure da pi? dispositivi tra loro separati e comunicanti attraverso la rete locale (di per s? nota e non maggiormente dettagliata in questa sede) del veicolo 2 agricolo.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, il sistema 1 per la navigazione in ambienti a campo aperto si basa principalmente sui dati rilevati da un sistema di localizzazione satellitare, ad esempio GNSS, in particolare GPS. Pertanto, il percorso TP desiderato da inseguire per il veicolo 2 agricolo viene impostato tramite l?unit? 8 di controllo, la quale ? configurata per definire i punti PTP di passaggio (waypoints) attraverso i quali il veicolo 2 deve transitare o comunque verso i quali si deve muovere.

In alternativa o in aggiunta, il percorso TP desiderato da inseguire in ambienti a campo aperto ? definito utilizzando una opportuna sequenza di marker 4, 4?, 4?? (maggiormente descritti nel seguito) posizionati lungo il percorso TP per raggiungere un campo o un filare da trattare.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il percorso TP desiderato ? formato da un insieme di porzioni 9 consecutive.

In alcuni casi non limitativi, le porzioni 9 sono dei tratti rettilinei, in altri casi non limitativi, in alternativa o in aggiunta, le porzioni 9 sono dei tratti curvilinei.

Vantaggiosamente, il punto PTP di passaggio viene ciclicamente aggiornato a seguito dell?ingresso di almeno un marker 4, 4?, 4?? di riferimento successivo nel campo VOS visivo del sensore 5 mentre il veicolo 2 si muove lungo il percorso PT desiderato (ovvero lungo l?ultima porzione 7 elaborata) verso il punto PTP di passaggio precedentemente determinato. In particolare, il percorso TP desiderato comprende almeno parzialmente il transito lungo un filare 10, in particolare comprendente una pluralit? di corridoi 11 compresi tra due spalle 12.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, come quelle illustrate nelle figure allegate, i marker 4, 4?, 4?? hanno una conformazione tridimensionale e preferibilmente simmetrica, in modo da poter essere facilmente identificati dal sensore 5 ottico senza essere confusi con lo sfondo delle immagini da esso rilevate.

In alcuni casi non limitativi, i marker 4, 4?, 4?? hanno una forma sostanzialmente sferica.

Secondo alcune preferite ma non limitative forme di attuazione, i marker 4, 4?, 4?? sono biodegradabili. In tal modo, pur consentendo un?immediata fruibilit? e implementazione (deployment) viene compensato l?impatto ambientale che avrebbero dei marker 4, 4?, 4?? realizzati in materiali non biodegradabili.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, come quella illustrata nella figura 1, i marker 4 sono disposti lungo una mezzeria 13 di un filare 10 (ovvero di un corridoio 11), in particolare agganciati ad un elemento 14 di supporto posto ad un?altezza superiore a quella del veicolo 2 agricolo. In alcuni casi non limitativi, l?elemento 14 di supporto ? un cavo 15 che collega un palo 16 di una prima spalla 12 ad un palo 16 di una seconda spalla 12 controlaterale alla prima (ovvero delimitante uno stesso corridoio 11). In alternativa o in aggiunta, l?elemento 14 di supporto ? una rete antigrandine (di tipo noto e per questo non ulteriormente dettagliata) la quale ? gi? presente come limite superiore (cielo) della zona WZ di lavoro lungo il filare 10 e pertanto permetterebbe di evirare di aggiungere componenti aggiuntive all?infrastruttura 3.

In questi casi, il marker 4 di riferimento rappresenta la direzione FD di marcia verso cui il veicolo 2 mira nel momento in cui il detto marker 4 di riferimento entra nel campo VOS visivo del sensore 5. In particolare, la figura 1 mostra una collocazione opportuna nel caso di navigazione centrale desiderata in filare. In altre parole, in tale scenario l?unit? 8 di controllo si limita a individuare il marker 4 pi? ravvicinato di fronte al veicolo 2 agricolo e a posizionarlo nel sistema RF? di riferimento solidale con esso. L?unit? 8 di controllo ? configurata pertanto per comandare il veicolo 2 in modo da regolare l?attitudine del veicolo 2 stesso tenendo centrato il marker 4 nella visuale del sensore 5, ovvero nel sistema RF? di riferimento del veicolo 2 agricolo, determinando sostanzialmente lungo la porzione 9 sulla direzione FD di marcia il punto PTP di passaggio.

Preferibilmente, nel caso di pi? di un marker 4, 4?, 4?? all?interno del campo VOS visivo del sensore 5, i punti PTP di passaggio vengono elaborati in modo da generare una traiettoria TJ interpolando le informazioni fornite dai marker 4, 4?, 4?? visibili dal sensore 5.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, la distanza tra due marker 4, 4?, 4?? successivi ? tale per cui almeno un marker 4, 4?, 4?? sia sempre nel campo VOS visivo (ovvero di rilevamento) del sensore 5 e funga quindi da marker 4, 4?, 4?? di riferimento per la determinazione di un prossimo punto PTP di passaggio.

Secondo forme di attuazione non limitative alternative o aggiuntive, come quelle illustrate nelle figure 2 e 3, i marker 4?, 4?? sono disposti a sinistra e/o a destra della zona WZ di lavoro, ad esempio in corrispondenza di una spalla 12 del filare 10 (non necessariamente planare, come illustrato nella figura 2 (b) e nella figura 5), in particolare in corrispondenza di una porzione di una pianta 17, ovvero di una chioma 18 e/o un fusto 19.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, i marker 4?, 4?? sono disposti in maniera tale che almeno un marker 4?, 4?? della spalla 12 sinistra e almeno un marker 4?, 4?? della spalla 12 destra (non necessariamente disposti tra loro affacciati) siano all?interno del campo VOS visivo (ovvero di rilevamento) del sensore 5.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, come quella illustrata nella figura 2 (a), alcuni marker 4? sono disposti in corrispondenza di interruzioni di un filare 10 (ovvero di una spalla 12) con un ruolo riempitivo, compensando una mancanza di piante 17.

Secondo forme di attuazione non limitative alternative o aggiuntive, i marker 4?, 4?? sono disposti in corrispondenza di un supporto 20 disposto opportunamente in prossimit? del percorso TP desiderato, in modo che lo stesso rientri nel campo VOS visivo del sensore 5. In particolare, tali maker 4?, 4?? possono essere utilizzati per colmare vuoti lungo le spalle 12 del filare 10.

Secondo forme di attuazione non limitative alternative o aggiuntive, come quelle illustrate nella figura 6, i marker 4?, 4?? sono disposti in corrispondenza di una fine 21 del filare 10, in particolare su un cavo 22 di tensionamento di una spalla 12 del filare 11 e/o su un ultimo palo 16? del filare e/o su un apposito 20 supporto disposto alla fine 21 del filare 10.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, ciascun marker 4, 4?, 4?? detiene un?informazione visiva contenuta nella forma, nel colore, nella struttura o come codice identificativo stampato sul marker 4, 4?, 4?? stesso e leggibile dal sensore 5 ottico in modo che l?unit? 8 di controllo possa modificare il punto PTP di passaggio e/o la porzione 7 di percorso TP del veicolo 2 verso il punto PRP di passaggio.

Nella non limitativa forma di attuazione delle figure 6 e 7, i maker 4?? sono dei marker isolati che fungono da ancoraggio virtuale per la navigazione del veicolo 2 agricolo lungo traiettorie TJ?, TJ??, TJ??? di riferimento selezionate in funzione dell?informazione visiva contenuta nel marker 4?? e sulle quali viene determinato il prossimo punto PTP di passaggio.

In alcuni casi non limitativi, la distanza dal marker 4?? ? mantenuta costante dall?unit? 8 di controllo (sostanzialmente percorrendo una traiettoria TJ che gira circolarmente attorno al marker 4??).

In altri casi non limitativi, la distanza dal marker 4?? ? variabile e l?unit? 8 di controllo comanda il veicolo 2 agricolo cos? da percorrere traiettorie predefinite, ad esempio una spezzata che circumnaviga il marker 4??, una retta che transita lateralmente al marker 4??, una polinomiale, una spline, ecc.

In alternativa o in aggiunta, la traiettoria TJ (ovvero i punti PTP di passaggio) viene definita in funzione dell?informazione contenuta nel maker 4?? (ad esempio ad un certo numero di serie o ad un codice QR, ARUCO, RFID, ecc. viene associata una determinata traiettoria, ad esempio programmabile o definita a priori, la quale viene eseguita dal veicolo 2 agricolo non appena il marker 4?? viene rilevato dal sensore 5).

Vantaggiosamente ma non necessariamente, in questi casi, almeno un marker 4?? ? sempre presente nel campo VOS visivo del sensore 5.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, viene fornito un metodo per la navigazione autonoma del veicolo 2 agricolo.

Il metodo comprende almeno le fasi di:

- disporre una tantum (in particolare in una fase inziale di installazione e/o training) una pluralit? di marker 4, 4?, 4?? all?interno della zona WZ di lavoro del veicolo 2 agricolo, in prossimit? del percorso TP desiderato per il veicolo 2 agricolo;

- rilevare ciclicamente, tramite almeno il sensore 5 ottico del veicolo 2 agricolo (diretto almeno verso la FD direzione di marcia del veicolo 2 agricolo stesso), almeno un marker 4, 4?, 4?? di riferimento prossimo al veicolo agricolo e all?interno del campo VOS visivo del sensore 5 ottico;

- determinare ciclicamente la posizione AP (attuale) e l?orientazione del veicolo 2 agricolo nello spazio rispetto al marker 4, 4?, 4?? di riferimento;

- determinare ciclicamente almeno un punto PTP di passaggio che si trova davanti al veicolo 2 agricolo e ad una certa distanza D dal veicolo 2 agricolo stesso in funzione della posizione AP e dell?orientazione del veicolo 2 agricolo nello spazio rispetto al marker 4, 4?, 4?? di riferimento; e

- comandare il veicolo 2 agricolo per muoversi lungo una porzione 7 (frontale) di percorso TP verso il (che transita nel) punto PTP di passaggio.

Vantaggiosamente, il punto PTP di passaggio viene ciclicamente aggiornato a seguito dell?ingresso di almeno un marker 4, 4?, 4?? di riferimento successivo nel campo VOS visivo del sensore 5 mentre il veicolo 2 si muove lungo il percorso TP desiderato verso il punto PTP di passaggio precedentemente determinato.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, come precedentemente accennato, la zona WZ di lavoro del veicolo 2 agricolo ? un filare 10, in particolare comprendente una pluralit? di corridoi 11 compresi/delimitati dalle due spalle 12 laterali.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, come quelle illustrate nella figura 1, il punto PTP di passaggio viene determinato (dall?unit? 8 di controllo) al di sotto (ovvero ad una altezza inferiore) del marker 4 di riferimento. In particolare, il punto PTP di passaggio si trova verticalmente al di sotto del marker 4 di riferimento.

In alcuni preferiti casi non limitativi, il punto PTP di passaggio viene determinato (ed eventualmente traslato) in modo tale da essere al centro del corridoio 11 del filare 10.

Secondo la non limitativa forma di attuazione della figura 2, il metodo comprende inoltre la fase di elaborare un segmento 23 che collega due marker 4? consecutivi e/o contrapposti (ovvero su spalle 12 tra loro affacciate) all?interno del campo VOS visivo del sensore 5 ottico. In particolare, il segmento 23 determina un varco 24 fisico, lungo il quale viene definito il punto PTP di passaggio. Pi? in particolare, il punto PTP di passaggio viene definito come punto medio del varco 24 fisico, ovvero del segmento 23. In dettaglio, il varco 24 fisico pu? essere disposto ad altezze tra loro diverse, come illustrato nelle figure 2 (c) e 2 (d).

In alternativa o in aggiunta, come illustrato nella non limitativa forma di attuazione delle figure 3 e 4, il metodo comprende l?ulteriore fase di elaborare, in funzione della posizione del marker 4? successivo un marker 25 virtuale contrapposto al marker 4? di riferimento e con il quale determina un varco 26 virtuale attraverso il quale transita il percorso TP del veicolo 2 agricolo. In particolare, il punto PTP di passaggio viene definito sul varco 26 virtuale.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, utilizzando algoritmi di elaborazione delle immagini di tipo noto e pertanto non ulteriormente dettagliati in questa sede, il metodo prevede la fase di determinare il marker 25 virtuale, tramite l?unit? 8 di controllo, mediante una o pi? proiezioni 27, 27?, 27?? del marker 4? successivo della spalla 12 opposta a quella del marker 4? di riferimento in base al quale viene elaborato il varco 26 virtuale. In particolare, durante tale fase viene determinata una prima proiezione 27? del marker 4? successivo lungo la retta che congiunge il detto marker 4? successivo al veicolo 2 agricolo, in particolare al sensore 5, avvicinando la proiezione 27? fin tanto che la stessa non raggiuge le stesse dimensioni del marker 4? di riferimento (dal quale viene tracciato un arco A di raggio R ? figure 3 e 4 ? in cui R ? uguale alla distanza tra il veicolo 2 e il marker 4? di riferimento). Nella non limitativa forma di attuazione della figura 3, la proiezione 27? e la proiezione 27?? hanno dimensioni inferiori al marker 25 virtuale.

In altre parole, come illustrato nella non limitativa forma di attuazione della figura 4, il varco 26 virtuale ha come estremi di destra e sinistra il marker 4? pi? vicino (ovvero di riferimento) al veicolo 2 agricolo e la proiezione 27 del marker 4? successivo e contrapposto maker al pi? vicino (figure 3 e 4). Tale proiezione 27 ? matematicamente uguale al marker 25 virtuale e ottenibile dalla conoscenza a priori della dimensione del marker 4? e della larghezza del filare 10 assunta nota, precedentemente calcolata, o comunque rilevabile (ovvero di una carreggiata virtuale che si vuole creare in assenza di filare). Nello scenario di marker 4? posti frontalmente (stessa distanza dal rover), la proiezione diventa triviale e la conoscenza della larghezza del filare non pi? necessaria.

Secondo la non limitativa forma di attuazione della figura 3, a seguire, nel caso in cui la proiezione 27? non rappresenta gi? una corretta stima del marker 25 virtuale (come illustrato nella sequenza di immagini della figura 4) viene calcolata una seconda proiezione 27??, in cui, mantenendo le dimensioni della prima proiezione 27?, ovvero del marker 4? di riferimento, la stessa viene traslata lungo l?arco A fino a raggiungere una posizione controlaterale/opposta al marker 4? di riferimento. Nel caso in cui la proiezione 27?? cada al di fuori di una delimitazione predefinita del percorso TP desiderato, la stessa viene a sua volta traslata lungo una direzione T trasversale al percorso TP stesso, fino a definire il marker 25 virtuale lungo la detta delimitazione e quindi il varco 26 virtuale lungo il quale definire (ad esempio centralmente) il punto PTP di passaggio.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, in cui il sensore 5 rileva un?informazione visiva o radio contenuta nella forma, nel colore o nella struttura del marker 4, 4?, 4?? (ad esempio un QR code, un codice ARUCO, un dispositivo RFID, il numero di serie del marker 4, 4?, 4??, la sua posizione satellitare approssimata, ecc.) in modo da modificare il punto PTP di passaggio e/o il percorso TP del veicolo 2 verso il punto PTP di passaggio in funzione dell?informazione rilevata. Ad esempio, l?informazione contenuta nei marker 4, 4?, 4?? comprende una velocit? massima per certe aree, una traiettoria da seguire, l?identificazione di un punto di svolta o la comunicazione della fine di un filare o di un campo.

In alcuni casi non limitativi, specialmente nel caso in cui i marker 4, 4?, 4?? sono biodegradabili o devono essere rimossi dopo un certo lasso di tempo, il metodo comprende inoltre una fase di registrare (in particolare in una unit? 28 di memorizzazione a bordo del veicolo 2), durante uno o pi? giri nella zona WZ di lavoro del veicolo 2 autonomo, una pluralit? di dati di campo, i quali sono comprensivi di specificit? locali della zona WZ di lavoro e sono rilevati almeno tramite il sensore 5 ottico. In alcuni casi non limitativi, i dati di campo sono rilevati anche tramite altri sensori, quali stereocamere e/o LIDAR (i quali possono essere successivamente rimossi a seguito di una acquisizione sufficiente di dati di campo).

In particolare, il metodo comprende inoltre la fase di utilizzare i detti dati di campo per addestrare una rete neurale artificiale in modo da permettere al veicolo 2 agricolo di orientarsi nella zona WZ di lavoro tramite almeno le specificit? locali. In tal modo, il sistema 1 per la navigazione autonoma ? in grado di comandare il moto del veicolo 2 agricolo in modo completamente autonomo e indipendente dall?infrastruttura 3 e dai marker 4, 4?, 4??, i quali saranno in tal senso utilizzati solamente per la fase di addestramento della rete neurale (in particolare tramite autoapprendimento non supervisionato, fornendo un cosiddetto ?ground truth? momentaneo).

In dettaglio, specialmente in un?ottica di riduzione dei costi e configurazione del sistema sulla base delle specificit? locali della zona WZ di lavoro, viene addestrata la rete neurale per effettuare il riconoscimento sia dei marker 4, 4?, 4??, sia dell?orientamento e distanza dai filari basandosi unicamente sulla camera 6 singola (senza quindi l?uso del LIDAR e/o stereocamera). In particolare, la rete viene alimentata/addestrata con una serie temporale di immagini successive (ad esempio un frame ogni 0,2/1 sec, utilizzando una finestra mobile di 10 frames). Pi? in particolare, la rete neurale fornisce in uscita la stima dell?angolo ? tra il filare 10 e il veicolo 2, nonch? una relativa distanza.

Secondo alcune forme di attuazione non limitative, l?addestramento della rete neurale ? supervisionato. In particolare, una volta raggiunto un livello di confidenza soddisfacente (ad esempio con possibilit? di errore inferiore al 10%, in particolare al 5%), ? possibile eliminare l?insieme di sensori maggiormente costosi utilizzati per rilevare i dati di campo (come il LIDAR e l?eventuale stereocamera utilizzati per l?addestramento della rete) per proseguire la navigazione autonoma utilizzando unicamente la camera 6 singola che rileva le specificit? della zona WZ di lavoro.

Secondo ulteriori forme di attuazione non limitative, il metodo prevede inoltre di utilizzare algoritmi di deep learning per generare comandi di navigazione autonoma partendo dalla posizione fornita dal dispositivo di localizzazione (ad esempio GPS) e dalla consapevolezza della zona WZ di lavoro (tramite il sensore 5 e/o un dispositivo LIDAR). In particolare, per l?addestramento vengono utilizzate le informazioni contenute nei marker 4, 4?, 4?? in modo tale che gli stessi siano rimovibili ad addestramento avvenuto e la navigazione autonoma possa continuare con le sole informazioni provenienti dall?algoritmo di deep learning addestrato.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, il metodo prevede inoltre di monitorare un livello di carica elettrica di almeno un pacco batterie del veicolo 2 agricolo (o il livello di carburante nel caso di veicolo a trazione non elettrica o attuazione non elettrica dell?implemento). Nel caso in cui, durante la percorrenza del percorso TP desiderato il livello di carica elettrica del veicolo 2 scende sotto una soglia predefinita, il veicolo 2 agricolo viene comandato dall?unit? 8 di controllo verso una stazione 29 di ricarica o rifornimento (alloggiata in una apposita struttura 30 raggiungibile dalla zona WZ di lavoro, ad esempio un capanno o un rimessaggio) lungo un percorso RP di rientro diverso e pi? corto rispetto percorso PTP desiderato (che si ? gi? percorso).

In alcuni casi non limitativi e non illustrati, il metodo prevede inoltre di rilevare dei dati utili alla navigazione (ad esempio parte dei dati di campo) tramite un dispositivo volante (in particolare un drone di tipo noto e non illustrato, ad esempio un quadricottero) che utilizza il veicolo 2 agricolo stesso come stazione base (in particolare per ricaricarsi e/o decollare e/o atterrare).

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, viene fornito un veicolo 2 agricolo configurato per eseguire il metodo in accordo con quanto precedentemente descritto.

In uso, come illustrato nella non limitativa forma di attuazione della figura 7, il veicolo 2 agricolo parte preferibilmente dalla stazione 29 di ricarica sita in corrispondenza della struttura 30 e si dirige tramite la suddetta navigazione autonoma verso un primo filare 10? (o campo) percorrendolo per effettuare le suddette operazioni agricole quali trinciatura, irrorazione, ecc. tramite una sequenza di maker 4, 4?, 4?? dei quali almeno uno ? preferibilmente sempre presente nel campo VOS visivo del veicolo 2 (in alternativa, per alcuni tratti, ad esempio a campo aperto, il veicolo 2 si muove utilizzando dati di posizionamento satellitare come in precedenza descritto).

Vantaggiosamente ma non necessariamente, una volta completata l?operazione agricola per il quale ? predisposto (in base all?implemento montato) all?interno del primo filare 10?, il veicolo 2 transita lungo un percorso LP di collegamento per muoversi verso un secondo filare 10??. Il percorso LP di collegamento ? parte del percorso TP desiderato, in corrispondenza del quale sono difatti disposti una sequenza di marker 4?, 4?? (con apposite strutture, si potrebbero disporre anche dei marker 4).

Preferibilmente, una volta raggiunto il secondo filare 10??, il veicolo 2 prosegue le operazioni agricole per cui ? predisposto per tutto il secondo filare 10?? e per eventuali filari 10 successivi.

Vantaggiosamente, nel caso in cui il livello di carica o di carburante del veicolo 2 raggiunga un certo valore soglia predefinito, il veicolo 2 agricolo interrompe le operazioni agricole in atto e si dirige tramite il percorso RP di rientro verso la stazione 29 di ricarica; in particolare per poi proseguire, una volta carico/rifornito, le operazioni agricole da dove erano state interrotte.

In alcuni casi non limitativi, il veicolo 2 agricolo transita per la struttura 30 nel dirigersi da un filare 10, 10?, 10?? all?altro, in modo da ricaricarsi/rifornirsi presso la stazione 29 di ricarica o cambiare autonomamente implemento nel caso in cui filari diversi necessitino di operazioni agricole diverse.

Bench? l?invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad un esempio di attuazione ben preciso, essa non ? da ritenersi limitata a tale esempio di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni coperte dalle rivendicazioni allegate, quali ad esempio un diverso tipo di veicolo, un diverso tipo di sensore o di geometria dell?infrastruttura, ecc.

Il sistema, il veicolo e il metodo sopra descritti comportano numerosi vantaggi.

Innanzitutto, consentono la navigazione autonoma di un veicolo agricolo sia in filare, sia in campo aperto, senza l?obbligatoriet? di un utente che metta al rischio la sua salute nel caso di operazioni potenzialmente pericolose quali l?irrorazione di pesticidi e la trinciatura.

In aggiunta, consentono di ridurre notevolmente i costi del veicolo agricolo utilizzando componentistica economica (ad esempio una singola camera o una stereocamera, senza necessit? di ulteriori sensori quali LIDAR o satellitari ad altissima precisione).

Inoltre, permettono la messa in servizio del sistema e del veicolo in tempi estremamente inferiori rispetto alle tecniche di arte nota che si basano su lunghissimi addestramenti.

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE

1 sistema

2 veicolo

3 infrastruttura

4 marker

4' marker

4'' marker

5 sensore ottico

6 camera

7 porzione frontale

8 unit? di controllo

9 porzione di percorso

10 filare

11 corridoio

12 spalla

13 mezzeria

14 elemento di supporto

15 cavo

16 palo

16' ultimo palo

17 pianta

18 chioma

19 fusto

20 supporto

21 fine del filare

22 cavo di tensionamento

23 segmento

24 varco fisico

25 marker virtuale

26 varco virtuale

27 proiezioni

28 unit? di memorizzazione 29 stazione di ricarica

30 struttura

A arco

AP posizione attuale

D distanza dal veicolo di PTP FD direzione di marcia

LP percorso di collegamento PTP punto di passaggio

R raggio

RF sistema di riferimento RF' sistema di riferimento RP percorso di rientro

TJ traiettoria

TP percorso desiderato VOS campo visivo

WZ zona di lavoro

Claims (15)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per la navigazione autonoma di un veicolo (2) agricolo comprendente le fasi di:

- disporre una tantum una pluralit? di marker (4, 4?, 4??) all?interno di una zona (WZ) di lavoro del veicolo (2) agricolo, in prossimit? di un percorso (TP) desiderato per il veicolo (2) agricolo;

- rilevare ciclicamente, tramite almeno un sensore (5) preferibilmente ottico del veicolo (2) agricolo diretto almeno verso una direzione (FD) di marcia del veicolo (2) agricolo stesso, almeno un marker (4, 4?, 4??) di riferimento prossimo al veicolo (2) agricolo e all?interno del campo (VOS) visivo del sensore (5) preferibilmente ottico;

- determinare ciclicamente la posizione (AP) attuale e l?orientazione del veicolo (2) agricolo nello spazio rispetto al marker (4, 4?, 4??) di riferimento;

- determinare ciclicamente almeno un punto (PTP) di passaggio che si trova davanti al veicolo (2) agricolo e ad una certa distanza dal veicolo (2) agricolo stesso in funzione della posizione (AP) e dell?orientazione del veicolo (2) agricolo nello spazio rispetto al marker (4, 4?, 4??) di riferimento;

- comandare il veicolo (2) agricolo per muoversi lungo una porzione (9) di percorso verso il punto (PTP) di passaggio;

in cui il punto (PTP) di passaggio viene ciclicamente aggiornato a seguito dell?ingresso di almeno un marker (4, 4?, 4??) di riferimento successivo nel campo (VOS) visivo del sensore (5) mentre il veicolo (2) si muove lungo il percorso (TP) desiderato verso il punto (PTP) di passaggio precedentemente determinato.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui almeno parte della zona (WZ) di lavoro del veicolo (2) agricolo ? un filare (10), in particolare comprendente una pluralit? di corridoi (11) compresi tra due spalle.

3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il punto (PTP) di passaggio viene determinato al di sotto del marker (4, 4?, 4??) di riferimento.

4. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, e comprendente la fase di elaborare un segmento (23) che collega due marker (4, 4?, 4??) consecutivi e/o contrapposti all?interno del campo (VOS) visivo del sensore (5) preferibilmente ottico; in cui il segmento (23) determina un varco (A) (24) fisico, lungo il quale viene definito il punto (PTP) di passaggio, in particolare, il punto (PTP) di passaggio viene definito come punto medio del varco (A) (24) fisico.

5. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, e comprendente l?ulteriore fase di elaborare, in funzione della posizione (AP) del marker (4, 4?, 4??) successivo, un marker (4, 4?, 4??) virtuale contrapposto al marker (4, 4?, 4??) di riferimento e con il quale determina un varco (A) (26) virtuale attraverso il quale transita il percorso del veicolo (2) agricolo; in particolare il punto (PTP) di passaggio viene definito sul varco (A) (26) virtuale

6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore (5) rileva un?informazione visiva o radio contenuta nella forma, nel colore o nella struttura o codice del marker (4, 4?, 4??) in modo da modificare il punto (PTP) di passaggio e/o il percorso del veicolo (2) verso il punto (PTP) di passaggio.

7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e comprendente una fase di registrare, durante uno o pi? giri nella zona (WZ) di lavoro del veicolo (2) autonomo, una pluralit? di dati di campo, i quali sono comprensivi di specificit? locali della zona (WZ) di lavoro e sono rilevati almeno tramite il sensore (5) preferibilmente ottico; il metodo comprendendo inoltre la fase di utilizzare i detti dati di campo per addestrare una rete neurale artificiale in modo da permettere al veicolo (2) agricolo di orientarsi nella zona (WZ) di lavoro tramite almeno le specificit? locali; in particolare, i maker essendo biodegradabili.

8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni, in cui, se durante la percorrenza del percorso (TP) desiderato un livello di carica elettrica del veicolo (2) scende sotto una soglia predefinita, il veicolo (2) agricolo viene comandato verso una stazione di ricarica lungo un percorso di rientro pi? corto del percorso (TP) desiderato.

9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il veicolo (2) uno rileva dei dati utili alla navigazione tramite un dispositivo volante che utilizza il veicolo (2) agricolo stesso come stazione base.

10. Sistema (1) per la navigazione autonoma di un veicolo (2) agricolo; il sistema (1) comprende:

- una infrastruttura (3) comprendente pluralit? di marker (4, 4?, 4??) disposti all?interno di una zona (WZ) di lavoro del veicolo (2) agricolo in prossimit? di un percorso (TP) desiderato per il veicolo (2) agricolo;

- almeno un sensore (5) preferibilmente ottico montato a bordo del veicolo (2) agricolo e diretto almeno verso una direzione (FD) di marcia del veicolo (2) agricolo stesso, in cui il sensore (5) preferibilmente ottico ? configurato per rilevare almeno un marker (4, 4?, 4??) di riferimento prossimo al veicolo (2) agricolo e all?interno del campo (VOS) visivo del sensore (5) preferibilmente ottico;

- almeno una unit? (8) di controllo, configurata per determinare ciclicamente la posizione (AP) e l?orientazione del veicolo (2) agricolo nello spazio rispetto al marker (4, 4?, 4??) di riferimento;

in cui l?unit? (8) di controllo ? configurata per determinare ciclicamente almeno un punto (PTP) di passaggio che si trova davanti al veicolo (2) agricolo e ad una certa distanza dal veicolo (2) agricolo stesso in funzione della posizione (AP) e dell?orientazione del veicolo (2) agricolo nello spazio rispetto al marker (4, 4?, 4??) di riferimento;

in cui l?unit? (8) di controllo ? configurata comandare il veicolo (2) agricolo per muoversi lungo una porzione (9) di percorso verso il punto (PTP) di passaggio;

in cui il punto (PTP) di passaggio viene ciclicamente aggiornato a seguito dell?ingresso di almeno un marker (4, 4?, 4??) di riferimento successivo nel campo (VOS) visivo del sensore (5) mentre il veicolo (2) si muove lungo il percorso (TP) desiderato verso il punto (PTP) di passaggio precedentemente determinato; in particolare, il percorso (TP) desiderato comprende almeno parzialmente il transito lungo un filare (10), in particolare comprendente una pluralit? di corridoi (11) compresi tra due spalle.

11. Sistema (1) secondo la rivendicazione 10, in cui i marker (4, 4?, 4??) hanno una conformazione simmetrica, in particolare sferica.

12. Sistema (1) secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui i marker (4, 4?, 4??) sono biodegradabili.

13. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui i marker (4, 4?, 4??) sono disposti:

- lungo una mezzeria (13) di un filare (10), agganciati ad un elemento (14) di supporto disposto ad una altezza superiore del veicolo (2) agricolo; e/o

- in corrispondenza di una spalla (12) del filare (10), in particolare in corrispondenza di una porzione (9) di una pianta (17), ovvero di una chioma (18) e/o un fusto (19); e/o

- su un apposito supporto disposto opportunamente in prossimit? del percorso (TP) desiderato; e/o

- in corrispondenza di una fine del filare (10), in particolare su un cavo (15) di tensionamento di una spalla (12) del filare (10) e/o su un ultimo palo (16) del filare (10) e/o su un apposito supporto disposto alla fine del filare (10).

14. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 13, in cui ciascun marker (4, 4?, 4??) detiene un?informazione visiva contenuta nella forma, nel colore o nella struttura o codice del marker (4, 4?, 4??) stesso e leggibile dal sensore (5) preferibilmente ottico in modo che l?unit? (8) di controllo possa modificare il punto (PTP) di passaggio e/o la porzione (9) di percorso del veicolo (2) verso il punto (PTP) di passaggio.

15. Veicolo (2) agricolo configurato per eseguire il metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9.