Tour d horizon de la robotique agricole Eléments de réflexion et de partage Michel Berducat UR TSCF-Clermont-Ferrand Département Ecotechnologies www.irstea.fr 10 juillet 2014 Journée «Machinisme agricole, Robotique Agricole et TIC» Station des Cormiers (35)
La Robotique partie prenante des technologies de rupture Source : 7eme Workshop MANUFUTURE - AET - Hanover 8 nov 2013 2 Source : 7eme Workshop MANUFUTURE - AET Hanover 8 nov 2013
La Robotique pour répondre aux challenges sociétaux? Source : 7eme Workshop MANUFUTURE - AET - Hanover 8 nov 2013 3 Source : 7eme Workshop MANUFUTURE - AET Hanover 8 nov 2013
Robotique agricole 4 Dr Peter Pickel Secrétaire plateforme MANUFUTURE AET (Agricultural Engineering and Technologies) 14 juin 2012 SmartAgrimatics - Paris La Robotique de service à usage professionnel se différencie de la Robotique de service à usage personnel (ex aspirateur, compagnon d assistance à la personne, ) par le fait qu elle participe à une activité commerciale par le travail ou la production marchande qu elle génère directement ou indirectement voir http://www.ifr.org/service-robots/ source : Fédération Internationale de Robotique (Marché mondial robot de traite : 5000 robots/an)
5 Evolution des systèmes de production agricole? une tendance lourde : la «durabilité»
Attentes pour des systèmes à moindre impact environnemental, plus sobres, économes en ressources dans un contexte : 6 (ref CRAB et AXEMA 9/07/2013) - Démographique: - nombre d exploitations agricoles en baisse constante [- 3% en moyenne par an depuis 93 700 000 (93) -> 400 000 (2013)] - Economique: - raréfaction main d œuvre qualifiée - Social: - réduction pénibilité du travail /travaux répétitifs /santé opérateurs - véhicules conducteurs marchants et risques TMS - attractivité secteur activité par intégration nouvelles technologies - Agronomique: - maitrise plus fine des intrants - réduction du tassement des sols - nouvelles pratiques (ex: cultures associées) - Règlementaire: - suppression traitements aériens - Conditions réunies pour repenser la mécanisation agricole? - Rôle à jouer par la robotique?
7 Systèmes robotisés en milieux ouverts : 1/ Bases-plateformes mobiles
Un développement pléthorique de plateformes mobiles sans poste de conduite embarqué 8 Exemples : Spirit Tractor Autonomous Tractor Corp USA Power is supplied by twin 202-hp, 5.2-liter Isuzu diesel engines, which drive dual generators that provide power to four oil-cooled electric wheel motors (Source : http://farmindustrynews.com/tractors/ spirit-autonomous-tractor-eliminates-need-driver) Hybrid implement carrier Petrol engine (23 KW, 900 cm3), electric traction drive system, 2 generators, 4 traction drive units (source : J. Karner 06-2013 Wieselburg Autriiche science.claas.com) PG prototype Champagne
Un développement pléthorique de plateformes mobiles sans poste de conduite embarqué 9 Exemples : elwobot a Diesel-Electric Robot for Orchads and Vineyards University of Applied Sciences Osnabrueck, Technical University Dresden, Geisenheim University and the companies Karl E. Brinkmann GmbH, Raussendorf Machinen und Gerätebau GmbH, Obstland Dürrweitzschen (source : MCG2014 Mars 2014 Braunschweig Allemagne) Tarim robot - EGE Univ Turquie (Izmir) (Sep 2013) TarimRob.wmv Broyeur radiocommandé ROBOGREEN IZARD 40-130L DARIO Développement (31 Saint Jory) Le moteur diesel de 45cv entraine une génératrice de courant (400 V) alimentant les électro réducteurs des chenilles et le moteur du groupe de broyage
10 Systèmes robotisés en milieux ouverts: 2/ Quels niveaux de coopération avec l opérateur?
( Premier reflexe : «plateforme télécommandée» = du «temps perdu»!!! ) 11 Teleoperated compost spreader and operator Operator-Machine Interaction: Ergonomic Evaluation of a Vineyard Teleoperated Machine Ester Ferrari, Eugenio Cavallo* Institute for Agricultural and Earth Moving Machines (IMAMOTER), Italian National Research Council (CNR), Strada delle cacce, 73 10135 - TORINO, Italy AgENg 2012 Valencia - Espagne
Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 12 Exemples : Cäsar robot RAUSSENDORF Gmbh Univ Dresde Fraunhofer Ml Naïo technologie Source : NaîoTechnologies (F) INRA-ARVALIS MECA3D-EFFIDENCE (2013) Phenotypage.wmv opérationnelles - sur sols plats, - faibles vitesses Motor (kw) :Kubota V2607 (49 KW/2700 rpm) Dimensions L x W x H: 3000 x 1300 x 980 mm Weight:1600 kg Source : http://www.raussendorf.de/ pdf/raussendorf-obstroboter-01.pdf Cäsar.wmv
et beaucoup d autres développements en cours : Exemples : Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 13 GrassBots project KONGSKILDE (2013-2015) Specifications Cutting width: 3 m Weight: Approx. 2.000 kg Propulsion: Hydraulic driven tracks, 100 hp. Power source: Generator. Kongskilde.wmv (2013-2015) Gestion innovante de pâturage rationné pour optimiser l alimentation de troupeau en pâture - LFL - DSP - - Ege University - Effidence - Irstea http://www.vinerobot.eu/project/ (2014-2016) U-Go robot Univ Catania (Italie)
Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 14 et beaucoup d autres développements en cours : Exemples : KONGSKILDE Robotti ( Conference RHEA2014 - Mai Madrid ) Kongskilde Industries Soro Danemark University of Southern Denmark Odense Danemark Aarhus University,- Aarhus, Danemark Agritechnica 2013 Weight : 500 kg Diesel ou Electrical motorization Effective traction 10 hp Vmax : 10 km/h
De la «plateforme mobile autoguidée» vers la «plateforme robotique*» Niveaux d autonomie : Classification «SAE» dans le domaine de l automobile Ref - Véhicule Autonome plan industriel - Niveaux définis par le document SAE SURFACE VEHICLE INFORMATION REPORT J3016 JAN2014 Issued 2014-01 «Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems 15 Niveau 3: Automatisation conditionnelle Activité de surveillance : Le conducteur n a pas à surveiller le système en permanence. Limitations : Le système identifie la limite de ses performances, cependant il n est pas capable de ramener seul le système dans un état de risque minimum pour toutes les situations. Niveau 4: Automatisation haute Activité de surveillance : Le conducteur n a pas à surveiller le système en permanence. Limitations : Le système identifie la limite de ses performances, et peut automatiquement faire face à toute situation survenant lors du cas d usage. A l issu du cas d usage, le conducteur doit être en mesure de reprendre le contrôle du véhicule. * «Systèmes dotés d un certain degré d intelligence et des moyens de perception et de commande associés permettant de réagir seuls à un changement de circonstances (dont situations imprévues) dans l environnement de travail»
Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 16 Marges de progrès nécessaires : Accroissement des performances en terme de mobilité des plateformes : - travaux en pente - en présence de glissements, - vitesse d avancement - rangs étroits (vignes) -
Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 17 Une question clef : Quelle place de l operateur (dans son nouveau rôle de superviseur) dans la boucle de contrôle du robot dans sa tâche? 1/ Présence physique de l opérateur sur le chantier : - surveillance constante ou partielle? (occupation à des tâches parallèles) - nombre de machines robotisées supervisées? - quels moyens de monitoring/interventions à distance? John-Deere / Carnegie Mellon Univ Pittsburgh USA Chantier de récolte automatisé de tourbière Source Journal of Field Robotics June/July2009 ) Development and implementation of a Team of Robotic tractors for autonomous Peat Moss harvesting PeatMosstHarv.wmv (Mars 2011)
Plateformes semi-autonomes dotées de degrés d interactions plus ou moins poussés au sein du triptyque «systèmes robotisés/environnement/operateur» 18 Une question clef : Quelle place de l operateur (dans son nouveau rôle de superviseur) dans la boucle de contrôle du robot réalisant sa tâche? 2/ Opérateur hors du chantier Cyprus Univ Greece A reality-based interaction interface for an agricultural teleoperated robot sprayer RHEA2014 May 21-23 Madrid - hormis les considérations de «preuves de garantie» en terme de sécurité à apporter, un contexte d utilisation paradoxalement favorable!!!
19 Systèmes robotisés en milieux ouverts: 3/ Sécurité et Accroissement de l autonomie des machines
Groupes de Travail 20 1/ ISO 2/ DGCIS : plan industriel «Véhicule Autonome» - Groupe Usage «Véhicules industriels» «Objectif : Identifier et résoudre les verrous, en particulier techniques et règlementaires, permettant le développement d une offre française de véhicules plus intelligents et autonomes»
De la «plateforme mobile autoguidée» vers la «plateforme robotique*» 21 Cœur de l autonomie : connaitre et maitriser en permanence l environnement d évolution tout autour de la machine et sur un grand périmètre - ex: Nouveaux capteurs et algorithmes associés pour la construction de modèles d environnements (MNT) Velodyne.wmv Irstea-IP Cartographie 3D à partir Capteur laser multi-nappes Avril 2014 Equipex ROBOTEX - Réseau national CNRS Carto3D.wmv «Systèmes dotés d un certain degré d intelligence et des moyens de perception et de commande associés permettant de réagir seuls à un changement de circonstances (dont situations imprévues) dans l environnement de travail»
De la «plateforme mobile autoguidée» vers la «plateforme robotique*» 22 Cœur de l autonomie : connaissance de modèles d environnement et capacité de décision - Construction / réactualisation de modèles (MNT, obstacles, traversabilité,...) au service des tâches de surveillance, de navigation d un (ou plusieurs) robot(s) S Lacroix, LAAS Toulouse «Perception et Localisation pour les robots mobiles en milieux naturels» ECOTECHS2014 Irstea 16&17 avril 2014 http://www.ecotechs.irstea.fr/ - Niveaux décisionnels adaptés pour la recherche de schémas d évolution de la mission en cours d exécution par rapport à des objectifs cibles à réaliser/atteindre, à l optimisation de critères «Systèmes dotés d un certain degré d intelligence et des moyens de perception et de commande associés permettant de réagir seuls à un changement de circonstances (dont situations imprévues) dans l environnement de travail»