res AutoTrac. Para dicho ensayo seutilizó un tractor John Deere 7730equipado con apero KvernelandCLM, compuesto por cultivador pe-sado de 4 m de anchura con dos lí-neas de brazos (5 + 4 brazos), dis-cos dentados y dos rodillos jaulade 55 cm de diámetro (foto 1).

El guiado segúnJohn Deere

Como es conocido, John Deereofrece dos sistemas diferentespara la asistencia al guiado de trac-tores bajo la denominación globalAutoTrac: el sistema integrado que

Prueba en campo con el sistemade guiado integrado AutoTrac de

_J perriPILAR BARREIRO, BELÉN DIEZMA, Luis Ruiz, CONSTANTINO VALERO.Dpto. Ingeniería Rural, Universidad Politécnica Madrid.

El Centro de Formación de John Deere en Toledo ha sidoel lugar elegido para la realización de los ensayos de campocon el sistema AutoTrac de guiado automático.Los resultados muestran la eficacia del sistema y laimportancia que cobran operaciones como la regulacióndel apero para que el sistema ofrezca los resultadosrequeridos para trabajos de precisión.

E

l pasado 29 de agosto ainstancias de Vida Ruralse efectuó un ensayo decampo en el Centro de For-mación John Deere de To-

ledo, con el fin de comprobar insitu el funcionamiento del siste-ma de ayuda al guiado de tracto-

Tractor John Deere 7730equipado con apero Kverneland CLM,

compuesto por cultivador pesado de 4 mde anchura con dos líneas de brazos

(5 + 4 brazos), discos dentados y dosrodillos jaula de 55 cm de diámetro.

viene instalado de serie en los trac-tores de alta gama, y el sistemauniversal que puede instalarse encualquier tractor de esta u otramarca. La diferencia básica entreambos es que el primero actúa di-rectamente sobre el sistema hi-dráulico para la corrección de tra-yectoria, mientras que el sistemauniversal actúa sobre la periferiadel volante, gracias a un roda-miento y un motor eléctrico quese pueden adaptar a cualquiertractor, y de ahí su denominación.

Los componentes básicos deAutoTrac son la antena GPS Starfi-re iTC, que puede identificarse fá-cilmente por su color amarillo so-bre el techo de la cabina, y el mo-nitor GreenStar, además del equi-pamiento electrohidráulico o elmotor eléctrico al volante ya men-cionados. La antena receptorapuede captar corrección diferen-cial EGNOS, idéntica a la recibidapor cualquier navegador de auto-móvil, pero además John Deereofrece dos señales adicionalesemitidas por un satélite propio: laSF1 y la SF2. La primera es de re-

8/MAQ VR/SUPLEMENTO 15 de octubre 2007

ul Establecimiento de la trayectoria lineal.

1

4111~Ir

Detalle de una pantalla detrabajo del monitor Greenstar.

Trazado de trayectorias linealessiguiendo la marcada por el conjunto

de jalones y conos.

cepción gratuita, si bien generamenor precisión en el guiado (entorno a 30 cm); para captar la se-gunda es necesaria una suscrip-ción temporal, y la precisión resul-tante es de 10 cm según el fabri-cante. De forma adicional, la an-tena "Starfire" puede integrarseen un sistema de posicionamien-to RTK (Real Time Kinematics),para labores que requieran preci-sión centi métrica, como por ejem-plo la siembra.

El monitor Greenstar utilizadoen estos ensayos fue el modelo2600 (foto 2). Se trata de unapantalla de 26 cm (medidos dia-gonalmente), en color y táctil, loque facilita notablemente el ma-nejo por el operario. La calidad dela imagen y el alto contraste tam-bién son indispensables para queen una cabina luminosa y en undía claro, la información resulte le-gible y no canse la vista. Sin em-bargo, la característica más rele-vante de este monitor electrónicoes que está adaptado al estándarlsobus, lo que facilita su conexióncon cualquier dispositivo externoal tractor y lo convierte en unacentralita de información, no sólodel tractor o del sistema de guia-do, sino de cualquier otro aperocompatible. Las posibilidades deconexión se completan con puer-tos serie y USB, y un lector de tar-jetas de memoria compact flash(256 Mbytes). En nuestro casoempleamos estas conexionespara grabar los datos del GPS ypoder procesarlo posteriormente

evaluase el sistema realizandopasadas paralelas tanto en línearecta como en curva. Adicional-mente, en ambas configuracio-nes se trabajó a dos velocidades(7 y 15 km/h) y con SF1 o SF2, entodas las combinaciones posi-bles. La velocidad más elevadase eligió deliberadamente en ellímite superior de trabajo en cam-po, velocidad sólo alcanzablecon características muy defini-das, tales como las sembrado-ras de alta gama como, por ejem-plo, la Pbttinger Terrasem 3000,evaluada recientemente en unensayo de campo para esta mis-ma revista.

Se eligió una parcela con ras-trojo de cereal, con pendiente va-riable, para hacer todas las pa-sadas. En ella se dispusieron ja-lones cada 20 m, hasta comple-tar recorridos de 100 m, de for-ma que sirvieran como línea cen-tral de referencia para que el trac-torista pudiese trazar la trayecto-ria guía a ambos lados (fotos 3 y4). Igualmente se trazó el centroy el perímetro de un círculo de 50m de diámetro, para realizar reco-

con un ordenador. La velocidad demuestreo fue de 5 Hz (5 datos porsegundo).

Equipo empleado yplamficacion delensayo

Aunque los tractores disponi-bles no tenían instalados ni la an-tena ni el monitor al inicio de la jor-nada, sólo fueron necesarias unpar de conexiones (antena, moni-tor) y algunas tuercas de aprietepara la sujeción de los distintoselementos de manera que el trac-

tor reconociera los componentes yestuviera listo para arrancar. Parael ensayo pudimos alternar la se-ñal SF1 con la SF2 y comparar losresultados. Es importante resaltarque resulta imprescindible calibrarel sistema de acuerdo con el pro-cedimiento que se indicará másadelante cada vez que se instale elequipo en un tractor dado que lacorrección de inclinación es direc-tamente dependiente de las di-mensiones características deltractor.

En cuanto a la prueba en cam-po, se organizó de tal modo que se

SUPLEMENTO 15 de octubre 2007/MAQ VR/9

Apero trabajando apoca profundidad.

rridos similares a los que seefectuarían en un pívot. Poste-riormente se emplearon estasreferencias para hacer medidasen campo del rastro dejado porel tractor en su trabajo.

A la vista del parque de ma-quinaria disponible, se pensóque la realización de una laborvertical con un apero de tama-ño medio podría ser suficientepara marcar el terreno. Por ellose acopló al enganche tripuntalun cultivador de campo de 9brazos y 4 m de ancho de tra-bajo.

El apero disponíaademás de una fila dediscos dentados y dedos rodillos jaula tra-seros para desterro-nar. En este ensayo seestableció la alturadel conjunto de formaque la labor fuera muysomera, ya que hubie-ra sido impensable re-alizar una labor pro-funda a elevada velo-cidad (15 km/h) conel lastrado frontal dis-ponible (900 kg), ydada la potencia no-minal del tractor (140kW) (foto 5). A pesar

de que el terreno estaba bastan-te húmedo, la huella dejada porel apero no siempre fue suficien-temente clara para tomar las me-diciones establecidas en todaslas pasadas, aunque éstas supe-raron un número de siete medi-das por cada par de pasadasconsecutivas.

Es interesante destacar quela fijación de los brazos inferio-res del enganche mediante ten-sores adecuados y el correctocentrado del apero es un factorcrucial para obtener un buen re-sultado en una labor de guiadoasistido. Ante el empleo de un

sistema de autoguiado de las ca-racterísticas que nos ocupa conprecisiones según fabricante de10 cm, incidencias tales comoun descentrado del apero de di-cho orden de magnitud enmas-cara la bondad del sistema tal ycomo se describirá posterior-mente.

Calibración ypuesta a puntodel sistema

Como ya se ha indicado, unavez enganchados tanto el apero

Representación de lastrayectorias[longitud, latitud].

como los sistemas electrónicos,y antes de ponerse a labrar, esnecesario realizar una calibra-ción a tractor parado del sistemade guiado. Este procedimientoafecta a un componente del Au-toTrac llamado TCM (TerrainCompensation Module o módulode compensación del terreno)que es el encargado de estable-cer la pendiente del terreno encada instante, y consecuente-mente el ángulo de inclinaciónde los ejes longitudinal y trans-versal del tractor, realizando unacorrección de la posición deltractor adecuadamente.

La figura 1 muestraesquemáticamente elefecto de la inclinacióntransversal sobre la esti-mación de las diferenciasentre pasadas consecuti-vas. Para realizar esta ca-libración es necesario co-locar el tractor en un pun-to de una superficie lomás plana y estable posi-ble (una báscula en nues-tro caso), tomar esa posi-ción como referencia, yvolver a calibrar situandoel tractor sobre el mismopunto pero en sentidocontrario. Los dos girós-copos y el acelerómetrodel TCM se encargan de

FIGURA 2.FIGURA 1.

Esquema de funcionamientode los sistemas ¡CM.Documentación John Deere

39 3-1365 -3536 .35355 -3535 .35345 -3534longitud ° VV

39 5234

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Z 395229

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Continua en pág. 12 •

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FIGURA 3.

Perfil de la velocidad de avance deltractor según información delcódigo NMEA.

FIGURA 4.

Representación del ángulo de trayectoria paracada dato muestreado en seis trayectorias rectasa 1 km/h con señal SF2 falta precisión, 10 cm].

3

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0medida

medir la inclinación deesta superficie de refe-rencia y compararla des-pués con las condicio-nes reales durante eltrabajo.

Ya en campo, la ope-ración de configuracióndel monitor para realizarpasadas paralelas esmuy intuitiva. En nuestrocaso introdujimos unaanchura de apero de 4 my una distancia entre pa-sadas de 5 m, para dejarfranjas sin marcar entrepasadas. Sin embargo,en condiciones norma-les el usuario establece-rá una distancia entrepasadas inferior a la an-chura de trabajo (necesi-dad de solapamiento)en un orden de magnitudigual a la precisión delsistema de georreferen-ciación incluida la co-rrección de la inclinaciónde los ejes del tractormediante el TCM. Selec-cionamos la marcaciónde la trayectoria de refe-rencia mediante el siste-ma A-B (marcación ma-nual de punto inicial y fi-nal de la pasada) y pedi-mos al tractorista quecondujera paralelo a losjalones dispuestos en laparcela. Igualmente en

Establecimiento de las distancias entre pasadas consecutivas.Arriba, lado derecho; abajo, lado izquierdo.

20

18

16

14

12

2 10E

8

2

14000 16000

el pívot se realizó la trayectoriade referencia conduciendo ma-nualmente a lo largo del períme-tro de la circunferencia marcada.

ResultadosAnálisis de la informaciónGPS registrada

La figura 2 ofrece una repre-sentación de los datos en gradosde longitud (Oeste —W—, de ahí elsigno negativo), y latitud (N, sig-no positivo). Todos ellos directa-mente decodificados del mensa-je CPGGA normalizado en el códi-go NMEA (Nacional Marine Elec-tronics Association). La líneaazul refiere la trayectoria, mien-tras que los puntos rojos indicanlas medidas registradas en elmensaje NMEA. Lo primero quedestaca es la existencia de zo-nas con puntos no disponiblesque coinciden en las distintaspasadas. Este hecho es atribui-ble al efecto de sombreo sobre laseñal de los satélites de la topo-grafía del terreno, a pesar de locual el sistema es capaz de fun-cionar y continuar el ajuste de lastrayectorias definidas.

En la parte superior derechase sitúan los ensayos en trayec-torias lineales con señal DGPSde mayor calidad (SF2, 10 cm deprecisión): seis pasadas a 7km/h y otras seis a 15 km/h;mientras que inmediatamentepor debajo figuran los dos experi-mentos realizados en trayecto-rias lineales con señal de menorprecisión (30 cm, SF1).

A primera vista el paralelismode las trayectorias resulta muymarcado, no apreciándose gran-des diferencias entre ellos. En lazona izquierda de la imagen seaprecian claramente las trayec-torias semicirculares efectua-das. Al igual que en el caso ante-rior se realizaron seis pasadas a15 km/h y otras seis a 7 km/hempleando para ello señal SF2(trayectorias semicirculares dela derecha), la zona más oeste(W) del círculo corresponde a pa-sadas con señal SF1 (de menorprecisión, 30 cm). En ambos ca-sos se decidió emplear las seistrayectorias exteriores de cada

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Sf SF2

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80

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DGPS

FIGURA 5.

Valores medios de las distancias entre pasadasmedidos alternativamente (lado izquierdo, ladoderecho] en las trayectorias lineales.

FIGURA G.

Valores medios de las distancias entre pasadaspor distinta velocidad y nivel de precisiónde señal en las trayectorias circulares.

SF2II

semicírculo para los experimen-tos a mayor velocidad (15 km/h).Cabe destacar que en las trayec-torias curvas ya es visible la irre-gularidad entre pasadas (noapreciable en trayectorias rec-tas), observándose además unamayor irregularidad con la señalSF1 que con la SF2, y a mayorque a menor velocidad.

La figura 3 muestra el perfilde velocidad de avance del trac-tor (km/h), tal y como se decodi-fica en el mensaje CPVTG delmencionado código normalizadoNMEA.

En dicha figura se aprecianclaramente los distintos rangosde velocidad ensayados 7 y 15km/h. El orden de ensayo: 7-15-15-7,15-7-7-15 se correspondecon las pasadas lineales en pri-mer lugar y curvas en último tér-mino. El número de determina-ciones registradas (16.000)atestigua la capacidad de lossistemas actuales de procesar yalmacenar en tiempo real, volú-menes de información inimagi-nables hace tan solo unos años.

Realizado este primer análi-sis somero de los datos, resultapertinente intentar desentrañarhasta qué punto las trayectoriaslineales se asemejan o difieren.Empleamos para ello rutinas,especialmente programas enentorno Matlab (Mathworks lnc)que es un lenguaje desarrollado

para trabajar con matrices dedatos de muy elevadas dimen-siones, y de ahí el acrónimo Ma-tlab (Matrix Laboratory).

La primera rutina que se hadesarrollado permite identificarlos ángulos de trayectoria másfrecuentes en un ensayo y a par-tir de ello identificar los puntosque no pertenecen a virajes nicambios de experimento. La fi-gura 4 muestra, para cada unode los 1.800 datos del ensayo a7 km/h con señal SF2, el ángulode trayectoria. Los puntos mar-cados en negro no pertenecen a

ninguna de las seis pasadas rec-tas, mientras que los puntos ver-des refieren a aquellos emplea-dos en el establecimiento de lacalidad del autoguiado. Las líne-as horizontales marcan los lími-tes superior e inferior que sehan considerado indicativos delinicio de un viraje.

Cabe destacar en esta figuraque las idas y vueltas difieren (n= 3,14159) radianes de ángulo,como es lógico desde el puntode vista geométrico (se alternanángulos positivos y negativos).

Una vez identificados los tra-

DGPS

mos sometidos a guiado auto-mático se realiza un primerprocedimiento de verificaciónque consiste en establecer elnivel de ajuste a una línea rec-ta. En los ensayos con trayec-torias lineales este nivel deajuste se situó en todos los ca-sos entre el 99,2% y el 99,9%,independientemente de la ve-locidad o del tipo de señalDGPS.

Una segunda comproba-ción establece además si to-das las rectas son perfecta-mente paralelas a la trayecto-

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igg Velocidad (km/h)

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ria guía. En contra de lo que po-dría parecer, la disimilitud no im-plica necesariamente fallopuesto que el ajuste a una rectaes casi perfecto, lo que parecerevelar en cambio es la actua-ción del sistema TCM cuyo obje-tivo es paliar el efecto de la to-pografía sobre el sesgo en el re-gistro de la señal DGPS. En tér-minos generales la correcciónde la pendiente en este ensayose ha situado entre un 0,95% yun 1,9 %. Cabe plantearse cualhubiera sido el efecto sobre elautoguiado de no efectuar estacorrección. La respuesta pudi-mos comprobarla en directo porla tarde, cuando se desplazó elequipo de autoguiado a otrotractor sin efectuar la precepti-va calibración. En este caso, alintentar realizar trayectorias pa-ralelas a un cordón de hierba deun pívot se detectó claramentecomo ya en la segunda vuelta larueda delantera del tractor pisóclaramente el cordón.

Ante la imposibilidad dedisponer de los datos del do-ble giróscopo para efectuar elcómputo de la señal corregidadel DGPS en relación a la topo-grafía (señal que emplea inter-namente el sistema de auto-guiado) se decidió proceder aun análisis manual de la cali-dad de la labor.

Verificación manual dela distancia entre pasadas

En lo relativo a las medicio-nes realizadas sobre el terre-no, el descentrado del apero yel balanceo lateral se hace pa-

tente en la figura 5, en la que sedistinguen las distancias medi-das entre las pasadas 1-2, 3-4 y5-6 (lado izquierdo) y las distan-cias medidas entre las pasadas2-3 y 4-5 (lado derecho). No seobservan diferencias significati-vas en la dispersión de las dis-tancias entre las trayectoriascon señal libre y las trayectoriascon señal de pago.

Tal y como se ha indicadopreviamente, el ancho entre pa-sadas se fijó en 5 m (1 m supe-rior al ancho de trabajo) de ma-nera que quedaran 0,5 m sin la-brar tanto a izquierda como a de-recha en cada pasada, es decir,1 m sin labrar entre pasadas con-secutivas

Los resultados de la figura 5muestran a las claras que el ape-ro estaba descentrado puestoque existe una gran diferenciaentre pasadas pares e impares:entorno a 115-120 cm a unlado, y 80-85 cm en el extremocontrario. El valor medio entreambas se sitúa en 97,5+5 cmcon señal SF1 (de menor cali-dad), y 102,5+5 cm con señalSF2 de mayor calidad (foto 6). Entrayectorias rectas no se obser-va por tanto ventaja comparativade la elevada precisión, y sin em-bargo cobra absoluta relevanciala pericia del operario a la hora deregular el apero.

La figura 6 compara los resul-tados obtenidos en trayectoriascurvas a dos velocidades distin-tas (7 km/h y 15 km/h). En estecaso se ha seleccionado un nú-mero equilibrado de medidas envueltas pares e impares de ma-

nera que se expresa un valor me-dio. Lo primero que destaca esque tanto con señal SF1 comocon señal SF2 los valores distanmás de los 100 cm programadosque en los valores medios co-rrespondientes obtenidos contrayectorias lineales. Así a 15km/h con señal SF1 la franja me-dia sin labrar se sitúa en 86 + 7cm, alcanzando hasta 116 + 7cm cuando se emplea señal SF2(nótese la diferencia respecto a92,5 y 102,5 cm obtenidos entrayectorias lineales respectiva-mente). Las diferencias entreambos tipos de señal se atenúana 7 km/h (96 cm de media conSF1 y 106 cm de media con SF2).

En este ensayo, tanto en tra-yectorias rectas como en trayec-torias curvas, la señal SF2 tiendea sobredimensionar las distan-cias (mayores de 100 cm en to-dos los casos) mientras que laSF1 tiende a subdimensionar ladistancia entre pasadas (valoresmedios siempre inferiores a 100cm).

A modo deconclusión

En esta prueba de campo nosgustaría destacar:

• El sistema AutoTrac nos hapermitido trabajar con una muyelevada precisión y errores dedistancia entre pasadas inferio-res al 3% en trayectorias linea-les tanto a baja (7 km/h) comoalta velocidad (15 km/h) e inde-pendientemente del tipo de se-ñal DGPS SF1 (+30 cm) o SF2(+10 cm).

• En la realización de tra-yectorias curvas el error se in-crementa hasta el 16%. Espe-cialmente en este tipo de tra-yectorias el efecto de la veloci-dad de trabajo es muy destaca-ble siendo notablemente mejorel ajuste a 7 km/h que a 15km/h.

• La calibración del siste-ma TCM que compensa el efec-to de la topografía sobre la se-ñal GPS es fundamental en lossistemas de guiado. Hay querecalibrar siempre que se tras-lada el sistema de un tractor aotro. Resulta inútil intentar em-plear este sistema de formaautónoma si no se toman lasdebidas precauciones.

• Lo más importante en laaplicación de estas nuevas tec-nologías es que su utilidad de-pende de la pericia del opera-dor en todas las tareas que deella dependan. En este ensayode campo la fiabilidad del Auto-Trac se ha visto claramente dis-torsionada por la existencia deun descentrado en el aperoque origina solapados incorrec-tos. Otros condicionantescomo el lastrado son funda-mentales para garantizar elagarre en la tracción delanteray por tanto el correcto controlde la dirección.

• De modo general, la regu-lación del apero, contrapesadodel tractor, estado del terreno yde los neumáticos, resultanelementos clave para que elsistema ofrezca los resultadosrequeridos para trabajos deprecisión. •