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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

Solutions de perception pour les robots en milieu naturel
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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2. Solutions de perception pour les robots en milieu naturel

2.1 Localisation absolue

La première étape pour l’autonomie d’un robot mobile réside dans la tâche de localisation. Le point de vue le plus naturel consiste à utiliser des capteurs donnant une position absolue. L’avènement du GPS a rendu possible la localisation en tout point de la terre de façon instantanée avec différentes précisions selon la technologie employée. Le système de positionnement par satellite est un outil privilégié lors des travaux agricoles en champs ouvert compte tenu du dégagement des champs vis-à-vis des signaux satellites. Aussi, de nombreux systèmes de localisation sont utilisés depuis longtemps en agriculture afin d’obtenir différentes cartes de rendement et de productivité. Les activités culturales nécessitent pour nombre d’entre elles une précision centimétrique qui ne peut être atteinte qu’avec l’aide de corrections différentielles, tel que le mode RTK (Real Time Kinematic), apportées par le biais d’une station de référence. Celle-ci doit être située à moins de 10 km du récepteur mobile installé sur le robot et il ne doit pas y avoir d’interférence. Ce dispositif entraîne par ailleurs un surcoût significatif. Néanmoins, plusieurs réseaux proposent aujourd’hui des corrections différentielles par l’intermédiaire de communications 3G et la couverture tend à se généraliser afin de pallier l’installation de stations de référence.

La disponibilité du signal GPS-RTK n’est cependant pas garantie de façon permanente et des interruptions ponctuelles peuvent être enregistrées. En outre, le passage près de zones de végétation haute ou de bâtiments peut entraîner des pertes locales de précision préjudiciables. Il devient alors intéressant de coupler les informations de géolocalisation avec les capteurs odométriques, voire inertiels. Ces techniques de fusion, comme le filtre de Kalman , sont très utilisées en robotique mobile sans être spécifiques à l’application agricole.

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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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