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Article

1 - GÉNÉRALITÉS SUR LA ROBOTIQUE AGRICOLE

2 - SOLUTIONS DE PERCEPTION POUR LES ROBOTS EN MILIEU NATUREL

3 - MODÉLISATION DES DÉPLACEMENTS EN MILIEU TOUT-TERRAIN

4 - COMMANDE DE ROBOTS MOBILES EN MILIEU NATUREL

5 - SÉCURITÉ ET INTÉGRITÉ EN MILIEU NATUREL

  • 5.1 - Risques d’utilisation
  • 5.2 - Évaluation de la traversabilité

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : S7786 v1

Modélisation des déplacements en milieu tout-terrain
La robotique agricole : une (r)évolution ?

Auteur(s) : Roland LENAIN

Date de publication : 10 févr. 2018

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RÉSUMÉ

Les pratiques agricoles sont en perpétuelle évolution et ont toujours représenté un moteur de l'innovation technologique, permettant d'atteindre des niveaux de production importants, dans un domaine à fortes contraintes économiques, écologiques et humaines. Aujourd'hui confronté à la nécessaire limitation de l'impact environnemental des activités humaines, de nouveaux outils de production doivent être développés. La réalisation de tâches répétitives par des outils robotiques peut permettre, non seulement de réduire la pénibilité et la dangerosité des tâches, mais également d'envisager de nouvelles méthodologies de production, allant au-delà de l'agriculture de précision.

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ABSTRACT

Robotics in agriculture : a (r)evolution ?

Agricultural practices are constantly evolving and have always been a driver of technological innovation. Such progresses make it possible to reach high production levels in a field with strong economic, ecological and human constraints. Today faced with the necessary limitation of the environmental impact of human activities, new production tools must be developed. Performing repetitive tasks with robotic tools can not only reduce the penibility and the hazardousness of tasks, but also lead to new production methodologies, going beyond precision farming.

Auteur(s)

  • Roland LENAIN : Directeur de recherche Responsable de l’équipe Robotique et mobilité pour l’environnement et l’agriculture Affiliation Irstea, unité TSCF, Clermont-Ferrand, France

INTRODUCTION

L’agriculture est un secteur exigeant, pour lequel les travaux sont souvent difficiles et qui nécessitent des interventions avec différents outils et machines. La nature des terrains à traiter est également variée, avec des conditions très changeantes en fonction de la météorologie ou de l’humidité. La grande diversité des activités à traiter et la difficulté des interventions rendent les tâches agricoles pénibles, voire dangereuses. En effet, au-delà du risque immédiat lié à l’utilisation de machines de plus en plus imposantes, la pénibilité des travaux à mener et la toxicité des produits utilisés, en font l’une des activités les plus exposées aux risques socioprofessionnels. L’agriculture constitue néanmoins un pilier important de la société puisqu’elle doit être capable de nourrir une population mondiale grandissante. Soumise à des contraintes économiques de plus en plus importantes, la prise de conscience récente de la vulnérabilité de notre planète a ajouté une nouvelle contrainte sur l’impact environnemental des activités humaines. Dans ce contexte, il devient nécessaire pour l’agriculture de repenser son système de production afin de pouvoir conjuguer efficience économique, productivité et respect de l’environnement. La robotique apparaît ainsi une piste prometteuse pour résoudre de tels paradoxes. L’autonomie grandissante des robots rend aujourd’hui envisageable leur utilisation pour intervenir dans des zones difficiles ou pour la réalisation de tâches nécessitant l’emploi de matières dangereuses. En outre, la nécessaire réduction du recours à des produits phytosanitaires entraîne l’accroissement des précisions de traitement, et/ou la réalisation mécanique de certaines tâches requérant des temps de travail bien plus longs. L’introduction d’opérations robotisées rend une telle mutation envisageable et entraîne la vision d’un nouveau modèle de production agricole. Cet impact important est anticipé dans les analyses économiques concernant le développement du marché de la robotique. Une analyse de 2014 ( https://www.tractica.com) prévoit ainsi une croissance considérable des revenus dans ce domaine avec un chiffre s’élevant à 74 milliards de dollars en 2024, contre moins de 3 milliards en 2015, en faisant le deuxième marché de la robotique. Cependant, pour atteindre ces niveaux, les performances des robots doivent être compatibles avec la diversité des tâches à réaliser, ainsi qu’avec la forte variation des contextes de travail. Les conditions climatiques et les différents types de sol rencontrés tout au long de l’année dans le contexte agricole entraînent en effet de fortes disparités sur le comportement des robots, aujourd’hui performants lorsque les conditions d’interaction sont bien maîtrisées.

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KEYWORDS

agricultural robots   |   mobile robots   |   outdoor perception

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s7786


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3. Modélisation des déplacements en milieu tout-terrain

3.1 Représentation cinématique étendue pour le déplacement en milieu naturel

Le contrôle des déplacements d’un robot mobile repose classiquement sur un certain nombre d’hypothèses permettant de simplifier les expressions représentatives du déplacement du mobile dans un espace. Comme décrit dans [S7755], celles-ci concernent non seulement les propriétés géométriques du robot, mais également les conditions d’interaction avec l’environnement. En particulier, l’une des principales hypothèses utilisées en robotique mobile porte sur les conditions d’adhérence en considérant que les roues roulent sans glisser sur le sol. Cette hypothèse fondatrice est à la base des représentations cinématiques (dont une classification est proposée dans ) sur lesquelles reposent de nombreux travaux de robotique mobile. Néanmoins, cette hypothèse ne peut être physiquement satisfaite dans le cadre de l’évolution en milieu naturel en général, et est particulièrement pénalisante en agriculture. En effet, les perturbations induites par le glissement des roues sur le sol entraînent, pour les algorithmes classiques, des imprécisions importantes qui ne sont pas compatibles avec des applications agricoles. Si les représentations dynamiques permettent de caractériser finement l’adhérence, elles requièrent la connaissance de nombreux paramètres, notamment liés aux conditions de contact. En agriculture, ces conditions sont très variables et ne peuvent pas être prédites.

Afin de dépasser cette limitation, des...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRACONNIER (J.B.), LENAIN (R.), THUILOT (B.) -   Ensuring path tracking stability of mobile robots in harsh conditions : An adaptive and predictive velocity control.  -  In 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), pages 5268-5273. IEEE (2014).

  • (2) - CAMPION (G.), BASTIN (G.), D’ANDRÉA-NOVEL (B.) -   Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots.  -  In IEEE International Conference on Robotics and Automation, pages 462-469, Atlanta, Georgia (USA) (1993).

  • (3) - DEBAIN (C.), DELMAS (P.), LENAIN (R.), CHAPUIS (R.) -   Integrity of an autonomous agricultural vehicle according the definition of trajectory traversability.  -  In Ageng 2010, international conference on agricultural engineering, 06/09/2010, clermont-ferrand (2010).

  • (4) - HORNUNG (A.), WURM (K.M.), BENNEWITZ (M.), STACHNISS (C.), BURGARD (W.) -   Octomap : An efficient probabilistic 3d mapping framework based on octrees.  -  Autonomous Robots, 34(3) : 189-206 (2013).

  • (5) - IBAÑEZ-GUZMAN (J.), LAUGIER (C.), YODER...

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