Agricultural mobile robot (MAR): an architecture based on hierarchical and fuzzy behaviors for autonomous systems of guidance and navigation

Avanços positivos nas pesquisas em veículos agrícolas autônomos (VAA\'s) e de robôs agrícolas móveis (RAM\'s) têm sido conquistados nos últimos anos. Entretanto, um número limitado de trabalhos tem proposto sistemas robustos baseados em arquiteturas robóticas capazes de realizar operações múltiplas e idependentes, bem como adaptar-se às mudanças ambientais no campo. Por outro lado, em outras áreas de pesquisa, um número representativo de arquiteturas baseadas em comportamentos tem sido proposto para guiagem e para navegação autônomas de robôs móveis em ambientes não estruturados e/ou não explorados. No presente trabalho, uma arquitetura robótica baseada em comportamentos é desenvolvida para guiagem e navegação de RAM\'s e VAA\'s. Regras difusas são utilizadas para compor e coordenar comportamentos primitivos e comportamentos complexos. O desenvolvimento inclui: a implementação e a simulação da arquitetura em um mini-robô; a avaliação e a caracterização de sensores para o módulo perceptivo da arquitetura; e a aplicação de um método de análise baseado em um modelo matemático para auxiliar a composição de uma rede de comunicação digital baseada no protocolo CAN para sistemas de controle robóticos. Experimentos foram realizados para avaliar os comportamentos implementados e para avaliar a capacidade de operação da plataforma robótica em um ambiente agrícola simulado. Os resultados mostraram a viabilidade da abordagem proposta. A modularidade da arquitetura com a utilização de controladores difusos descentralizados simplificou a implementação da arquitetura. O processo de arbitragem difuso mostrou-se um método simples e viável para implementar a coordenação de comportamentos e para compor comportamentos complexos. A avaliação e caracterização de sensores, em especial de um sensor ultrassônico, permitiram a determinação de condições operacionais para a utilização desses sensores em VAA\'s ou em RAM\'s. A aplicação do modelo matemático para a rede permitiu a análise de desempenho da rede CAN para diferentes equipamentos e sob diferentes parâmetros de configuração para aplicação em um RAM.Positive advances on AVV (Agricultural Autonomous Vehicle) and MAR (Mobile Agricultural Robot) research are noticed in recent years. However, a limited number of works have proposed reliable systems based on a robotic architectures that are able to perform multiple and independent operations, as well as to self-adapt under changing environmental conditions in the field. In other hand, in other research areas a considerable number of behavior-based architectures have been proposed for mobile robot for autonomous guidance and navigation in unstructured and/or in unexplored environments. At this work, a robotic behavior-based architecture is developed for guidance and navigation of AAV and MAR. Fuzzy rules are used to compose and coordinate the primitive and the complex behaviors. The development includes: the implementation and the simulation of the proposed architecture on a mini-robot; the evaluation and characterization of sensors for the perceptive module of the architecture; and the application of an analysis method based on a mathematical model to assist the composition of a digital communication networks based on the CAN protocol for robot control systems. Experiments have been performed to evaluate the implemented behaviors and to evaluate the operation ability of the robotic platform on a simulated agricultural environment. The results show the feasibility of the proposed approach. The modularity of the architecture by using decentralized fuzzy controllers simplifies the implementation of the robotic architecture. The fuzzy arbitration process is an easy and a feasible method to implement the behavior coordination and to compose complex behaviors. The sensors evaluation and characterization, in particular of an ultrasonic sensor, have allowed establishing operational conditions for using them in AAV or in a MAR. The application of the network mathematical model has allowed the performance analysis of the CAN-based networks under differentiated equipment and configuration parameters for applications in a MAR