object(stdClass)#26 (12) { ["id"]=> string(3) "580" ["id_rel"]=> string(3) "632" ["slug"]=> string(63) "diferentes-tipos-de-pilotos-automaticos-para-maquinas-agricolas" ["autor"]=> string(60) "Orlando Daniel Masnello e José Paulo Molin, USP/Esalq" ["indice"]=> string(2) "41" ["titulo"]=> string(84) "Diferentes tipos de pilotos automáticos para máquinas agrícolas" ["previa"]=> string(257) "<p>Os sistemas de direcionamento automático nas lavouras estão evoluindo a cada safra, passando de equipamentos simples que auxiliavam visualmente o operador até a possibilidade de completa autonomia das máquinas.</p>" ["descricao"]=> string(19386) "<figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/75fa8df262d918515c4a6c1ad189ecc2.jpg"></figure><p>É cada vez mais comum vermos notícias sobre veículos autônomos capazes de cuidar de todas as operações da lavoura com tratores, drones para pulverização, semeadoras e colhedoras que trabalham sem a interferência humana. Mas é importante entendermos onde estamos e como chegamos até aqui. Há muita complexidade tecnológica envolvida, mas mesmo assim é possível uma abordagem simples e sucinta. Todo avanço é resultado de uma série de acontecimentos de evolução gradativa que trazem novas oportunidades para novos avanços. Assim, entendendo os conceitos envolvidos nos passos desse processo podemos compreender todo o curso de evolução da tecnologia.</p> <h2>BARRAS DE LUZES E GEORREFERENCIAMENTO</h2> <p>No início da década de 1990, com a liberação do uso do GPS (sistema de posicionamento global norte-americano), surgiram nos EUA os primeiros sistemas de direcionamento via GNSS (sistemas de navegação global por satélites). Com o uso das barras de luzes na aviação agrícola e florestal substituíram-se os “bandeirinhas”, que eram os funcionários de campo que sinalizavam a linha a ser seguida pelo piloto. Obviamente era uma atividade insalubre, de risco e com exatidão limitada. Tamanho foi o impacto na aviação agrícola que as barras de luzes em poucos anos já estavam sendo largamente usadas em máquinas e operações agrícolas em solo, principalmente aquelas com maior dificuldade na delimitação das linhas de percurso, como é o caso da aplicação de sólidos a lanço e pulverização. </p> <p>As barras de luzes, como o próprio nome já diz, inicialmente eram formadas por painel com uma fileira de LEDs que sinalizavam ao operador se a máquina estaria na posição correta da linha de operação, acendendo os LEDs para a esquerda ou direita e indicando ao operador o desalinhamento. A interface evoluiu para tela, que mostra ao operador a faixa do percurso, especialmente mais eficaz em operações em curvas. O caminho é traçado com base na primeira passada, gerando infinitas passadas paralelas de largura delimitada pelo operador. </p><figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/684e33853b649b879db5c12784da3c1a.jpg" alt="Detalhes de um piloto automático instalado no próprio volante do trator" title="Detalhes de um piloto automático instalado no próprio volante do trator"><figcaption>Detalhes de um piloto automático instalado no próprio volante do trator</figcaption></figure> <h2>PRINCÍPIOS DO DIRECIONAMENTO AUTOMÁTICO EM TRATORES</h2> <p>A partir da evolução das barras de luzes surgiram os primeiros tratores com direção automática, que mantém o trator alinhado aos percursos estabelecidos para as passadas paralelas, baseado na mesma tecnologia das barras de luzes. Ainda é necessário realizar os desvios de obstáculos e manobras de cabeceira, mas o operador fica livre de manter o trator alinhado durante as passadas, reduzindo a fadiga e aumentando a qualidade do paralelismo das operações.</p> <p>Para isso são necessários sinais de posicionamento, que na grande maioria dos casos são dados exclusivamente por GNSS, que são processados para comandar o esterçamento do rodado e assim manter o trator alinhado ao percurso estabelecido. Assim, os sistemas de direção automática de tratores e demais veículos agrícolas consistem de um receptor GNSS, uma unidade processadora de dados (computador), um sensor inercial para compensação da inclinação do trator e sinalização de mudanças bruscas no direcionamento, um sensor de ângulo de esterçamento no rodado esterçante e um atuador no sistema de direção.</p> <p>As diferenças na qualidade desse sistema de direcionamento são basicamente provenientes dos receptores GNSS e dos atuadores de direção. Mas também deve-se considerar a existência ou não de alguns dos demais componentes, especialmente sensor inercial e de ângulo de esterçamento.</p> <p>A atuação pode ser diretamente no esterçamento ou no volante. As válvulas eletro-hidráulicas e, mais recentemente, os atuadores elétricos acoplados ao sistema de direção, são mais acurados e eficientes em comparação aos atuadores de volante ou diretamente na coluna da direção. Estes são sujeitos às folgas do conjunto e requerem maior tempo de resposta para as correções de direcionamento. No entanto, são mais baratos e podem ser acoplados a veículos que não foram projetados com sistema de direcionamento automático, sendo recomendados para operações que não exijam elevada exatidão, como aplicações de insumos a lanço, por exemplo.</p> <p>As especificações do receptor GNSS definem a exatidão possível de ser atingida pelo sistema. Essas especificações definem a faixa de valor a ser pago, que certamente é mais alto quanto maior for a acurácia desejada. Esse incremento na acurácia deve ser acompanhado pelo atuador de direção, uma vez que atuadores de volante não representam ganhos proporcionais à melhoria do posicionamento proporcionado por receptores GNSS mais exatos.<span></span></p><figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/bf5d975e064d385ffa0f9dfd40129c58.jpg" alt="Figura 1 - Definição de um primeiro percurso reto com base na demarcação dos pontos A e B. Os demais são então gerados automaticamente e o operador os segue. (Fonte: Folheto Raven)" title="Figura 1 - Definição de um primeiro percurso reto com base na demarcação dos pontos A e B. Os demais são então gerados automaticamente e o operador os segue. (Fonte: Folheto Raven)"><figcaption>Figura 1 - Definição de um primeiro percurso reto com base na demarcação dos pontos A e B. Os demais são então gerados automaticamente e o operador os segue. (Fonte: Folheto Raven)</figcaption></figure><p><br></p> <h2>CONTROLANDO OPERAÇÕES</h2> <p>Um aspecto importante para os sistemas de direcionamento automático, especialmente em tratores, é o alinhamento entre este e a máquina ou implemento a ser tracionado ou montado. Em trajetos curvos ou com inclinação lateral ocorre o desalinhamento, especialmente em equipamentos de arrasto, interferindo no percurso desejado. Existem no mercado soluções que minimizam este problema, algumas com atuadores no equipamento, denominados de sistemas ativos, e outras sem atuadores, ou sistemas passivos.</p> <p>Nos sistemas passivos o alinhamento do equipamento rebocado é priorizado na rota, calculando o percurso do trator para compensar os desvios deste, sem a necessidade de atuadores para governar a orientação do equipamento que executa a operação. Contudo, isso faz com que o trator e o equipamento estabeleçam caminhos diferentes, não podendo ser utilizados em casos de controle de tráfego. O equipamento obedece aos percursos, mas o trator não, o que causa tráfego em locais indesejados e danos às culturas em operações de tratos culturais.</p> <p>Os sistemas ativos consistem de atuadores para corrigir os desvios do equipamento e permitir que ele e o trator sigam o mesmo trajeto. Dependendo do tipo de máquina e de acoplamento, esse atuador pode ser hidráulico (pistão), realizando a movimentação lateral da barra de engate em relação ao trator ou mesmo deslocamento transversal em acoplamento ao engate de três pontos. Para equipamentos de preparo de solo é utilizado um ou mais discos lisos de ancoragem, que servem como referência ao alinhamento e atuadores hidráulicos como os anteriores. No caso de equipamentos com rodado (carretas, semeadoras, plantadoras, adubadoras, pulverizadores), podem ser utilizados atuadores hidráulicos para esterçamento diretamente no seu rodado. A maioria destas soluções, tanto de sistemas passivos como ativos, requer duas antenas GNSS, uma para o equipamento e outra para o trator.</p><figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/d1d8e9041f6c93677821a1f4a5a71936.jpg" alt="Figura 2 - Componentes de um sistema de direção automática de controle eletro-hidráulico: receptor GNSS (a); computador (b); sensor inercial (c); válvula atuadora eletro-hidráulica da direção (d); sensor de angulação do esterçamento (e) " title="Figura 2 - Componentes de um sistema de direção automática de controle eletro-hidráulico: receptor GNSS (a); computador (b); sensor inercial (c); válvula atuadora eletro-hidráulica da direção (d); sensor de angulação do esterçamento (e) "><figcaption>Figura 2 - Componentes de um sistema de direção automática de controle eletro-hidráulico: receptor GNSS (a); computador (b); sensor inercial (c); válvula atuadora eletro-hidráulica da direção (d); sensor de angulação do esterçamento (e)</figcaption></figure> <h2>EVOLUÇÃO NA AUTOMAÇÃO DOS VEÍCULOS AGRÍCOLAS</h2> <p>Até meados dos anos 2000 chegou-se aos equipamentos capazes de seguir percursos predefinidos e manter o alinhamento, mas ainda dependentes do operador. Paralelamente já se trabalhava com a perspectiva de tê-los autônomos. Para isso é necessário contar, dentre outros, com a habilidade de execução autônoma das manobras, o que não é trivial.</p> <p>Alguns itens importantes para se automatizar essa etapa são os comandos de cabine para a saída e reentrada do conjunto na lavoura. Essa automação aconteceu ainda na década de 1990, especialmente na Europa, onde as lavouras são predominantemente menores e as manobras mais demandadas. Tratam-se aqui dos comandos de erguer e desligar o acionamento da máquina acoplada ao trator, com ajustes de velocidade, rotação e algo mais, e logo após a manobra, refazer esse processo em ordem inversa para reentrar na lavoura executando a operação.</p> <p>O outro processo é exatamente o percurso de manobra, que pode ser de diversos formatos, mas todos requerem espaço e tempo para a sua execução. Mas como os percursos já estão definidos, o retorno não precisa obrigatoriamente acontecer na passada seguinte, permitindo otimizações nesse sentido.</p> <p>Da mesma forma, já vêm sendo largamente adotados planejamentos de rotas mais eficientes em alguns tipos de lavouras. Esse planejamento é feito a partir de dados topográficos das lavouras e com otimização do uso dos espaços e das máquinas. Com o arquivo dessas rotas o veículo opera de forma ainda mais independente do operador.</p><figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/c4d0c95e51fdc82066012afea11a4fbf.jpg" alt="Figura 3 - Equipamento de arrasto sem sistema de direção automática (a) e com sistema de direção automática e antena de GNSS independente, indicada pela seta, da mesma forma que sobre o trator (b) " title="Figura 3 - Equipamento de arrasto sem sistema de direção automática (a) e com sistema de direção automática e antena de GNSS independente, indicada pela seta, da mesma forma que sobre o trator (b) "><figcaption>Figura 3 - Equipamento de arrasto sem sistema de direção automática (a) e com sistema de direção automática e antena de GNSS independente, indicada pela seta, da mesma forma que sobre o trator (b) </figcaption></figure><p>De forma contínua e com certa velocidade, avança-se para os veículos efetivamente autônomos. Boa parte da tecnologia aqui aplicada tem como base a automação dos veículos rodoviários. Nesses, a programação da tomada de decisão é basicamente dividida em três camadas de processamento: camada controladora, responsável pelos comandos básicos, frear, acelerar, esterçar; camada sequenciadora, responsável por criar a sequência das ações a serem realizadas, por exemplo a sequência de etapas da saída, manobra de cabeceira e reentrada na lavoura; e camada deliberadora, em que é lida a rota predefinida e calculados eventuais desvios de rota por obstáculos, sempre verificando se a rota principal está sendo cumprida.<br></p> <p>Este tipo de processamento é baseado em inteligência artificial, que possibilita a entrada de dados de diversas fontes diferentes e busca a saída mais eficiente possível. Assim, é capaz de melhorar as tomadas de decisão do veículo conforme mais é utilizado, por processos de aprendizado de máquina.</p> <p>Paralelamente, os sistemas de injeção eletrônica nos motores e câmbio automático trouxeram a possibilidade de controlar a velocidade e a potência dos veículos. Somado a isso têm-se dados de múltiplos sensores espalhados pelas máquinas para informar o sistema e aumentar a eficiência das operações. É possível, por exemplo, variar a velocidade de colhedoras de cereais com base no volume de biomassa ou produtividade da cultura de modo que a mesma sempre trabalhe com a melhor taxa de alimentação para a máxima eficiência e com perda de grãos limitada.</p><figure><img src="http://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/plugin/imagens/8e0bbad6e067a265caba3649852b6ddb.jpg" alt="Figura 4 - Ilustração de comunicação entre máquinas e gestão de dados em fazendas" title="Figura 4 - Ilustração de comunicação entre máquinas e gestão de dados em fazendas"><figcaption>Figura 4 - Ilustração de comunicação entre máquinas e gestão de dados em fazendas</figcaption></figure> <h2>DESAFIOS E PERSPECTIVAS</h2> <p>Tudo indica que o mercado esteja caminhando para a automação plena em sistemas agrícolas mecanizados nas próximas décadas. Para isso, as tecnologias ainda precisam evoluir para que o operador não seja mais necessário, passará a ser um gestor. Porém, gradativamente todo o sistema produtivo terá as ações realizadas pelas máquinas, sem a necessidade de supervisão humana.</p> <p>Os ambientes com condições controladas, como cultivos protegidos, por exemplo, serão os primeiros a apresentar soluções comerciais viáveis de veículos totalmente autônomos. Os caminhos a serem percorridos são definidos pela estrutura espacial dos cultivos, o que facilita o controle dos equipamentos e de suas ações no espaço. Além disso, a disponibilidade de dados ambientais precisos também pode auxiliar na tomada de decisão dos robôs.</p> <p>A integração entre as máquinas, de um sistema mecanizado, no campo, já é perseguida, e quando plenamente implementada fará com que as ações de uma máquina em operação influenciem diretamente as demais. Em colheita de grãos ou de cana, por exemplo, o fluxo dos transbordos poderá ser contínuo e comandado por sinais emitidos pelas colhedoras.  </p> <p>Para isso é necessária a conectividade entre as máquinas, com padronização de formatos entre diferentes fabricantes.  Especificamente, entre o trator e o equipamento acoplado já existe um pacote normativo desde a década de 1990, com a norma ISO 11783 (Isobus), a qual ainda não é de uso limitado no Brasil.</p> <p>Existe também uma discussão acerca da redução do porte dos equipamentos, os quais trabalhariam de maneira coordenada e com maior agilidade e acurácia em comparação com equipamentos grandes que dominam hoje o mercado. Esta tendência já pode ser visualizada em operações de coleta de dados e mesmo de pulverização utilizando drones. Estes já são autônomos, mas a partir de percursos programados, e apesar de ser uma tecnologia relativamente nova, está se popularizando rapidamente. </p> <p>A maior limitação para a adoção ampla desses equipamentos na agricultura ainda são os custos, com a baixa lucratividade e na maioria das vezes os usos sazonais dos equipamentos. Com isso, o processo de desenvolvimento dessas tecnologias deve levar em conta principalmente as demandas de cada tipo de lavoura, o perfil dos usuários e as realidades regionais.</p> <p> </p> <p>Orlando Daniel Masnello e José Paulo Molin, USP/Esalq</p>" ["imagem"]=> string(36) "5c6956abcb4d2e20524e5f3ce17fd8d4.jpg" ["data_ano"]=> string(4) "2020" ["data_mes"]=> string(2) "12" ["revista"]=> string(1) "2" }