Cooperative Path Planning for Multiple Agricultural Field Machines Performing Sequentially Dependent Tasks
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2018-12-17
Department
Major/Subject
Control, Robotics and Autonomous Systems
Mcode
ELEC3025
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
118+8
Series
Abstract
Coverage path planning is the task of finding a collision free path that passes over every point of an area or volume of interest. In agriculture, the coverage task is encountered especially in the process of crop cultivation. Several tasks are performed on the field, one after the other, during the cultivation cycle. Cooperation means that multiple agents, in this case vehicles, are working together towards a common goal. Several studies consider the problem where a single task is divided and assigned among the agents. In this thesis, however, the vehicles have different tasks that are sequentially dependent, that is, the first task must be completed before the other. The tasks are performed simultaneously on the same area. The literature review suggests that there is a lack of previous research on this topic. The objective of this thesis was to develop an algorithm to solve the cooperative coverage path planning problem for sequentially dependent tasks. A tool chain that involves Matlab, Simulink and Visual Studio was adapted for the development and testing of the solution. A development and testing architecture was designed including a compatible interface to a simulation and a real-life test environment. Two different algorithms were implemented based on the idea of computing short simultaneous paths at a time and scheduling them in real-time. The results were successfully demonstrated in a real-life test environment with two tractors equipped with a disc cultivator and a seeder. The objective was to sow the test area. The test drives show that with the algorithms that were developed in this thesis it is possible to perform two sequentially dependent agricultural coverage tasks simultaneously on the same area.Kattavassa reitinsuunnittelussa yritetään löytää polku, jonka aikana määritelty ala tai tilavuus tulee käytyä läpi niin että alueen jokainen piste on käsitelty. Maataloudessa tämä tehtävä on merkityksellinen erityisesti peltoviljelyssä. Useita peltotöitä suoritetaan yksi toisensa jälkeen samalla alueella viljelyvuoden aikana. Useissa tutkimuksissa käsitellään yhteistyönä tehtävää reitinsuunnittelua, jossa yksi tehtävä on jaettu osiin ja osat jaetaan useiden tekijöiden kuten robottien kesken. Tässä diplomityössä peltotyökoneilla on kuitenkin omat erilliset tehtävänsä, joilla on määrätty järjestys, eli niiden suorittaminen riippuu työjärjestyksestä. Työkoneet työskentelevät samanaikaisesti samalla alueella. Diplomityössä tehty kirjallisuuskatsaus viittaa siihen, että vastaavaa aihetta ei ole aiemmin tutkittu. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää algoritmi, jolla voidaan toteuttaa reitinsuunnittelu määrätyssä järjestyksessä tehtäville peltotöille usean peltotyökoneen yhteistyönä. Algoritmikehitystä ja testausta varten suunniteltiin yhtenäinen rajapinta, jolla algoritmia voitaisiin testata sekä simulaatiossa että todellisessa testitilanteessa. Algoritmikehityksessä käytettiin työkaluina Matlab, Simulink ja Visual Studio -ohjelmia. Työssä toteutettiin kaksi algoritmia, jotka perustuvat samaan ideaan: suunnitellaan kerrallaan kaksi lyhyttä samanaikaista polkua, jotka ajoitetaan reaaliajassa. Algoritmeja testattiin todellisessa testiympäristössä kahden työkoneen yhteistyönä, kun tavoitteena on kylvää koko testialue. Ensimmäinen työvaihe suoritettiin lautasmuokkaimella ja toinen kylvökoneella. Testiajot osoittavat, että diplomityössä kehitetyillä algoritmeilla voidaan ohjata kahden toisistaan riippuvaisen peltotyön toteutus samanaikaisesti samalla peltoalueella.Description
Supervisor
Oksanen, TimoThesis advisor
Oksanen, TimoKeywords
mission planning, coverage path planning, simultaneous cooperation, sequentially dependent tasks, agriculture
