PEIXE-ROBÔ: Veículo Submergível Semiautônomo (Fase 2)

Abstract

A Embrapa Agricultura Digital, localizada em Campinas – SP, é um centro de pesquisa e desenvolvimento especializado no agronegócio, que busca fomentar o crescimento da piscicultura brasileira. Para isso, planeja utilizar veículos submergíveis semiautônomos. O projeto tem como objetivo aprimorar o projeto inicial de um Peixe-Robô, desenvolvido no Projeto Capstone em 2024.1, voltado para o monitoramento de tilápias. Fez-se uso da metodologia de Processo de Desenvolvimento de Produto, incluindo lista de requisitos, função global, estrutura de funções, matriz de soluções, variantes de solução, diagrama de blocos, Work Breakdown Structure e cronograma. Foi projetado uma estrutura física atualizada a fim de melhorar a vedação e manutenção do sistema. Além disso, a fim de atender o requisito de controle remoto sem fio, foram desenvolvidos subsistemas de comunicação UART entre um Arduino Nano responsável pela leitura dos sensores de qualidade da água e uma ESP acoplada a um módulo LoRa. O módulo LoRa transmite dados por ondas de rádio para um módulo LoRa externo para profundidades de até 1 m. Para alimentar o sistema, foi projetando também a alimentação por bateria interna, eliminando a necessidade de fonte de alimentação externa. Para a submersão, o robô controla a entrada e saída de água por um lastro e tem um controlador proposto por realimentação de estados utilizando um controlador de ação integral projetado por LQR juntamente com um filtro de kalman. A malha de controle é fechada por um sensor de pressão absoluta.

Embrapa Digital Agriculture, located in Campinas - SP, is a research and development centre specialising in agribusiness, which aims to promote the growth of Brazilian fish farming. To this end, it plans to use semi-autonomous submersible vehicles. The project aims to improve the initial design of a Fish Robot, developed in the Capstone Project in 2024.1, aimed at monitoring tilapia. Use was made of the Product Development Process methodology, including list of requirements, global function, function structure, solution matrix, solution variants, block diagram, Work Breakdown Structure and timeline. An updated physical structure was designed to improve the sealing and maintenance of the system. In addition, in order to meet the wireless remote-control requirement, UART communication subsystems were developed between an Arduino Nano responsible for reading the water quality sensors and an ESP coupled to a LoRa module. The LoRa module transmits data via radio waves to an external LoRa module for depths of up to 1 m. To power the system, an internal battery was also designed, eliminating the need for an external power supply. For submersion, the robot controls the entry and exit of water by a ballast and has a proposed state feedback controller using an integral action controller designed by LQR together with a Kalman filter. The control loop is closed by an absolute pressure sensor