Sistema de navegación autónoma para robots móviles tipo oruga en cultivos de tomate

Abstract

La agricultura colombiana enfrenta pérdidas significativas por ineficiencia y baja tecnificación, especialmente en cultivos hortícolas como el tomate. Ante este contexto, se diseñó e implementó un sistema de navegación autónoma para un robot móvil tipo oruga orientado a operar en un invernadero de tomate simulado. El objetivo fue garantizar desplazamientos seguros y eficientes mediante técnicas de localización y mapeo simultáneos (SLAM) —con el algoritmo LOAM ejecutado en modo offline— y la planificación óptima de rutas basada en un A* híbrido posteriormente optimizado con TEB, cumpliendo restricciones cinemáticas y distancias de seguridad.

La metodología integró un entorno virtual de alta fidelidad construido en Unreal Engine 5 y acoplado a Simulink para la comunicación y el control; se modeló el robot, su sensórica (LiDAR 3D e INS/GNSS) y el invernadero. La validación se realizó en cuatro escenarios (normal/irregular, con/sin obstáculos) y cuatro sets de trayectorias por escenario, evaluando exactitud de seguimiento y eficiencia de ruta.

Los resultados muestran mapas precisos (error medio ~3%) y un seguimiento de trayectoria con errores promedio inferiores al 0,3% usando Pure Pursuit. El A* híbrido puro presentó colisiones en escenarios con obstáculos, mientras que la versión optimizada con TEB añadió márgenes de seguridad y completó exitosamente todas las pruebas, reduciendo hasta un 53,6% el error promedio en terrenos irregulares. Se concluye que la arquitectura propuesta es robusta para entornos estáticos previamente mapeados y sienta bases para futuras extensiones online y en campo real.