Offroad Autonomous Vehicle Project in Brazil

Rota 2030 - Linha V

Desenvolvimento de Sistema de Segurança para Veículo Autônomo em Aplicação Agrícola

ICTs Participantes:

UFABC, POLI USP, FATEC Santo André

Empresas Participantes:

Mercedes Benz do Brasil (MBB), Bosch, Grunner

Coordenação

Coordenador Geral: Prof. Dr. Luiz Antonio Celiberto Junior (UFABC)

Coordenador Associado: Prof. Dr. Leopoldo Rideki Yoshioka (POLI USP)

Coordenador Associado: Prof. Dr. Edson Caoru Kitani (FATEC Santo André)

Coordenador Técnico: Eng. Cirilo Silva (MBB)

Coordenador Técnico: Eng. Bruno Mori (Bosch)

Coordenador Técnico: Eng. Felipe Silva (Grunner)

Equipe

Prof. Dr. Ugo Ibuski (UFABC); Prof. Dr. Francisco Zampirolli (UFABC)

Eng. Nouriandres Silva (MBB), Admar Gregoruti (MBB)

Eng. Bruno Lui (Bosch), Eng. Leimar Mafort (Bosch)

Eng. Renan Sotero (Grunner)

Mestrandos UFABC: André Padilha, Renato Avila Lopes

Iniciação Científica UFABC: Bruno Bueno Furquim, Vinicius Mafra

Mestrando POLI USP: Gabriel Zucchi

SUMÁRIO

No Brasil já existem veículos autônomos aplicados para plantio e/ou colheita de grandes monoculturas como a cana-de-açúcar. E alguns fabricantes já oferecem caminhões e implementos agrícolas com algum grau de automação. Entretanto, as soluções disponíveis no mercado ainda apresentam algumas limitações de operação e de segurança, entre elas a capacidade de operar 24 horas por dia, 7 dias por semana sem a assistência humana ou garantir a segurança de eventuais animais silvestres ou mesmo pessoas que cruzem com o caminhão. Por isso, ainda é necessário a presença de um motorista que monitora a condução do veículo e intercede quando visualiza a possibilidade de risco.

Com o objetivo de aumentar o grau de segurança na operação de um caminhão agrícola autônomo, esta proposta objetiva aumentar o conjunto de sensores e implementar uma arquitetura de software e hardware que eleve o grau de automação do caminhão, que hoje está em SAE-2 para o nível SAE-3. O novo conjunto realizará a monitoração de segurança do perímetro do caminhão e fará a tomada de decisão se deve ou não parar o veículo. E com a implementação do SAE-3 num caminhão comercial, além da elevação do grau de segurança, permitirá a condução autônoma do veículo da área de colheita diretamente para a área de transbordo da cana-de-açúcar, visto que essa operação, atualmente, é realizada manualmente.

Os sensores que serão adicionados são: 2 câmeras de vídeo, 1 radar de médio alcance, 2 LASERs 2D e 12 sensores ultrassom. Juntamente com esses sensores, a nova arquitetura de controle usará os sensores já existentes no veículo comercial tais como: GPS, IMU e vários sinais de sensores do veículo – velocidade, rotação etc. Todo esse conjunto de sinais serão processados em dois computadores INTEL NUC e duas GPUs externas AGX Xavier, que serão embarcadas no caminhão para controlar a direção, aceleração, frenagem e outros recursos através da rede CAN do veículo. Os dois computadores e as duas GPUs Xavier se comunicam via rede Ethernet, rodando Linux e ROS. Desta maneira, um computador controla os sensores e ações do caminhão, enquanto o outro computador juntamente com as duas GPUs farão o processamento dos sinais das câmeras para identificar objetos e o caminho à frente do veículo. A construção do software será baseada na clássica arquitetura de 3 camadas, Percepção, Planejamento e Ação (Gat, 1998).

A equipe de projeto será composta por 3 ICTs (UFABC – Coordenadora Geral e FATEC Santo André e Escola Politécnica da USP - Coordenadores Associados) que possuem vários projetos de automação veicular em conjunto, como exemplo: a coordenação conjunta da primeira competição nacional de veículos elétricos autônomos em escala, diversos projetos com robôs autônomos e larga experiência em tecnologia veicular. Em conjunto com as 3 empresas do setor automotivo (Mercedes-Benz, Bosch e Grunner) buscará complementar as competências necessárias para o desenvolvimento do projeto em questão, respectivamente aportando tanto conhecimento técnico/científico como contrapartidas econômicas de alta relevância para sucesso do projeto (veículo para teste, sensores e campo de provas).

Objetivos do Projeto

O objetivo geral deste projeto é o desenvolvimento da tecnologia de automação veicular que leva um caminhão comercial de uso agrícola, que se encontra no nível de automação SAE-2, para o nível de automação SAE-3. Elevar a automação do caminhão para o nível SAE-3 aumentará a segurança de operação do equipamento, tornará o produto mais competitivo, aumentará as competências técnicas e científicas do grupo de trabalho, aumentará a transferência de conhecimentos entre os participantes e permitirá até mesmo a criação de startups que ofereçam produtos para automação de outros equipamentos off-road.

Para tanto, este projeto de pesquisa terá como propósito implementar a automação em um caminhão de uso agrícola com um conjunto mínimo de sensores que permita navegar autonomamente com segurança na área da colheita, protegendo animais silvestres, pessoas e evitando obstáculos, e que também possa retornar para a área de transbordo da cana-de-açúcar de forma autônoma. Vale destacar que não há no mercado nacional nenhum produto ou pesquisa com este objetivo.

O resultado esperado com a execução desse projeto é atingir um protótipo funcional pleno com nível de maturidade tecnológica de intermediário a avançado (TRL7 – protótipo funcional validado em ambiente de simulação e de operação) que viabilize a sua especificação para aplicação no ambiente real de operação.