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WO2014111387A1 - Dispositif agricole automatisé autonome - Google Patents

Dispositif agricole automatisé autonome Download PDF

Info

Publication number
WO2014111387A1
WO2014111387A1 PCT/EP2014/050616 EP2014050616W WO2014111387A1 WO 2014111387 A1 WO2014111387 A1 WO 2014111387A1 EP 2014050616 W EP2014050616 W EP 2014050616W WO 2014111387 A1 WO2014111387 A1 WO 2014111387A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
agricultural
geometry
obstacles
cultivation
crops
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/050616
Other languages
English (en)
Inventor
Gaëtan SÉVERAC
Aymeric BARTHES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naio Technologies SAS
Original Assignee
Naio Technologies SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naio Technologies SAS filed Critical Naio Technologies SAS
Publication of WO2014111387A1 publication Critical patent/WO2014111387A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/001—Steering by means of optical assistance, e.g. television cameras

Definitions

  • the present invention relates to the field of agricultural devices, and more particularly to an autonomous automated agricultural device. More specifically, the invention relates to an autonomous automated agricultural device for row crops.
  • Crops of all types be it crops, fruits, vegetables, vines require many operations such as weeding, sowing, hoeing, mowing, mowing, spraying. On some of these cultures it is also necessary to make samples, color analyzes, taste.
  • Tractors or tillers allow the use of different types of tools including cultivators, seeders, spades, rotary harrows, spreaders, weeders.
  • Patent application FR2923674 describes one of these devices.
  • the device described in this document allows the maintenance of a wine property. It comprises energy supply means, displacement means, obstacle detection means, navigation means, cutting means and automated means for varying the height of the cutting means. It works inside a predefined virtual space and moves randomly.
  • the disadvantage of this type of random displacement device comes precisely from the fact that the random displacement is not optimized. Indeed, the device will have to pass several times in the same place before covering the entire virtual surface. It also requires the definition of a virtual perimeter which complicates the use of the device.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the prior art by providing an automated device, robot type, which moves alone and optimally on agricultural plots. Presentation of the invention
  • the present invention proposes an autonomous automated agricultural device comprising at least energy supply means and displacement means, the displacement optimization means allowing it to use the geometry of the obstacles which are on the plot of culture, in which it is arranged, to move non-randomly.
  • Geometry is here formed of straight or curved “lines”, often parallel. There are appropriate algorithms to detect this: “Hough” -brands filed-, “linear regression / affine”, “brute force” (identification of known shapes, here lines). In our case the interesting "obstacles” are therefore the crops (in rows, in bute, boards %) which form lines.
  • the obstacles are formed by plantations.
  • the displacement optimization means are formed by vision means and image analysis means associated with a set of computer means.
  • the agricultural device comprises data collection means.
  • the agricultural device is configured to be manually controlled, or to receive instructions via a wireless control interface.
  • the agricultural device comprises means for monitoring, unloading the crop and weighing, enabling it to follow a user during a harvest and to unload the harvest in a autumn.
  • the invention also relates to the use of the device according to the invention for the cultivation of agricultural parcel.
  • the invention also relates to the use of the device according to the invention for data collection.
  • the invention also relates to a method of assisting the cultivation of agricultural parcels, implementing the device according to the invention for performing at least one maintenance operation of an agricultural plot.
  • the method consists of:
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a profile view of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic representation of two examples of plantation geometry. Detailed description of an embodiment of the invention
  • the device 1 according to the invention, illustrated in FIG. 1, is an autonomous automated device, also called a robot, for assisting the cultivation of agricultural parcels.
  • the size of the device 1 is adapted so that it can move on the parcel between rows or plants of culture, or that it can span the plants of culture. In general, it involves stepping over planks of crops, grown in planks from 1 to 1 m50 wide. There are in this case several rows of crops per board, and the robot spans an entire board. This means that it has ground support means and moving on either side of the row.
  • Size means the dimensions: height, length and width, as well as the shape.
  • the device is used for a wine growing, its dimensions are smaller than those of a device used for an arboricultural crop such as apples.
  • This device 1 comprises at least energy supply means 13, means 12 for moving, obstacle detection means, navigation means.
  • the device 1 comprises other means 21 which differentiate it from the devices of the prior art. These means 21 are means allowing it to optimize its movement so that it does not move randomly. More specifically, these means 21 allow the device 1 to use the geometry of the obstacles that are on the crop plot in which it is arranged to move.
  • the obstacles are formed by the plantations 16 illustrated in FIG.
  • the obstacles are formed by stakes used for plantations 16, or any other type of obstacles such as watering equipment.
  • the geometry (illustrated in FIG. 4) of the obstacles used by the device is an on-line geometry. That is, to say that the planting alleys or stakes are arranged so as to form straight lines which are parallel to each other.
  • the aisles are in line but not parallel to each other.
  • the aisles form curved lines 18 or form sinusoids, parallel or non-parallel to each other.
  • the means 21 for optimizing the displacement comprise at least vision means 211. These vision means 211 are associated with means 212 for image analysis. These means 211 of vision in cooperation with the image analysis means 212 allow the device to perform a path recognition by detecting the lines and contours formed by the rows of plantations or stakes to identify and track or to avoid.
  • the vision means 211 are formed by one or more cameras.
  • This camera can be a simple camera or 3D (3 dimensions).
  • the vision means 211 are formed by a scanning laser.
  • Ultrasonic sensors are interesting for obstacle detection, but are not suitable for precise tracking of rows, their distance measurement is not precise enough and they have a detection cone too wide.
  • Infrared sensors are more accurate than ultrasound and have a very thin cone. They work precisely (2 to 5 cm) only at short range (less than 50 cm). Moreover they are very strongly disturbed by the sunlight and give incoherent measurements when they detect nothing. Their use is therefore possible but complex, and require the use of many sensors (at least 3 per zone of interest) to be able to average and filter the measurements in order to deduce a coherent and reliable information.
  • LIDAR laser
  • the use of laser (LIDAR) is very interesting because accurate and long-range, with a small disturbance due to the sun on the short distance.
  • the measurement beam is then very fine and very precise (typically 1 mm). It is an ideal sensor for outdoor work in fields and foliage. It makes it possible to detect and follow a row of crops and even to detect parallel rows through the foliage of the first row. In this way, the laser sensor acquires, through the holes of the rows immediately surrounding the device, points on the immediately parallel rows, thus allowing the geometric determination of said rows in addition to the rows immediately surrounding the device, which allows a control of the movement of the device between these rows and a more reliable trajectory stabilization.
  • the image analysis means 212 use, in particular, a thresholding method consisting in isolating colors in an image, coupled with a line and contour detection method which makes it possible to differentiate between the cultures and their different parts, fruits, feet, leaves, areas of land, obstacles (pebbles, plastic sheets, pipes, poles, stakes, humans ...) or targets of the robot (treated areas, charging station ).
  • the analysis means 212 can also use a method for segmenting colors and textures. These thresholding and segmentation methods are followed by a classification step. These image analysis methods are well known to those skilled in the art.
  • the device 1 records the geometry of the aisles and moves according to this geometry through the analysis of the images made by the image analysis means 212.
  • the result of the data recorded and analyzed by the image analysis means are then transmitted to the displacement means 12 which will thus follow the determined direction so as not to encounter obstacles.
  • the device 1 can thus move without problem, regardless of the width between the two aisles.
  • the device 1 comprises means for starting the motors, means of the accelerometer and magnetometer type, and means guidance type GPS (for Global Positioning System according to English terminology) or any other means of localization well known to those skilled in the art.
  • the device 1 is thus located in real time in the plot.
  • the means 12 for moving the device are configured to adapt to any type of crop geometry.
  • the displacement means 12 thus allow the device to move forward, backward to make a total half-turn on site, to step over the crop plants.
  • the displacement means 12 are formed by wheels 12 illustrated in FIG.
  • the means 12 for moving the device are formed by at least one crawler (not shown), to have better adhesion and reduce soil compaction.
  • the means 12 for moving the device are formed by leg systems inspired by animals or insects that will allow it to step over the plants and to be able to move in uneven terrain, no accessible to wheels or tracks.
  • the displacement means 12 are associated with engines that allow it to advance at a predetermined speed and adapted to the constraints of the terrain and the culture in which the device moves.
  • the power supply means 13 supply the energy required by the motors to advance the device 1. These means 13 of power supply are formed by any type of means known to those skilled in the art, allowing the device to be autonomous the time required to perform the desired operations.
  • the device 1 When the energy level of the power supply means 12 is too low, the device 1 according to the invention returns to automatically load on a charging station.
  • the device is equipped with means for locating the charging station through a transmitter / receiver beacon system and / or visually and / or pre-recorded coordinates.
  • the device 1 comprises an electrical connection system enabling it to connect automatically, without human intervention.
  • the device according to the invention is equipped with a set of integrated computer means 20 illustrated in FIG.
  • This set of means computer includes a computer, a minicomputer, or any other element of the same type, which will allow to control all the means of the device 1 to allow it to operate alone.
  • the device 1 is also configured to allow the automatic adjustment of the desired position of the tools according to, for example, the working depth of the ground, the cutting height of the grass, the spatial coordinates to be reached. This adjustment is achieved by means of adjusting the position of the tools.
  • the device 1 can thus raise the tools to move without working the ground or to overcome obstacles, and down to return to a working position.
  • the device 1 If the device 1 is blocked because of a tool, it can thus change the position of the latter and / or back to unlock without intervention of a user.
  • the means controlled by the computer unit via the mini-computer allow the device to move alone and to carry out the operation. all the operations necessary for the cultivation of agricultural parcels.
  • the device 1 comprises means 14 for hooking agricultural tools 15 generic or easily adaptable so as to change tools easily.
  • These tools can be active, for example shears, wire cutters, grippers, grippers, or passive, for example, plowshares 15, illustrated in FIG. 3, harrows, cameras, specialized sensors.
  • the position of the agricultural tools on the device is defined at least according to the tool itself, the shape of the device and the geometry of the parcel.
  • the device also comprises data collection means of color, odor, temperature, humidity, pressure, sunlight or any other useful data for the analysis of plantations. Once collected, this data is transmitted over a wireless network. These data can also stored in the device on removable media or not, for later use.
  • the device 1 can be controlled manually, or receive orders / objectives via a wireless control interface, which can be constituted by a smart mobile phone or a touch pad.
  • a wireless control interface which can be constituted by a smart mobile phone or a touch pad.
  • This interface of the human-machine interface type is also used by the user to receive and view information for monitoring and decision support concerning his crops.
  • This information is sent by the device 1 as and when the agricultural work (maturity of crops, disease detection, soil moisture, need fertilizer ...) and processed before display to synthesize and simplify understanding.
  • All the means - image analysis, means of vision, GPS, GSM, accelerometer, magnetometer, odometry - of the device 1 thus allow it to be identified in the culture.
  • the virtual lines are formed by the rows of cultivated plants.
  • the device 1 can detect one or more of these lines by means of image analysis and proximity and / or contact sensors. It thus performs non-random displacements to allow to work on a maximum of surface in a minimum of time, whatever the size of the parcel to be treated, without it needing to be defined in advance.
  • the device 1 is capable of detecting the end of one row and positioning itself on the next. Either by detecting it by itself, or because we have placed in advance a tag (visual or electronic) indicating the next row. Arrived at the end of a parcel (more lines of culture to follow) the device 1 stops or starts the course again.
  • the device 1 according to the present invention comprises automatic guiding means.
  • the method for processing the raw measurement data of the distance sensor measurements comprises the following steps, in the order:
  • Device 1 uses row identification from measurements using anisotropic segmentation.
  • the device uses a gyroscope and coding wheels.
  • the mode of movement of the device includes means to avoid maneuvering on site, performing a "turn around in three times".
  • the control method of the device comprises taking several points / measuring zones: at the machine, slightly ahead of the machine, a little further forward, far ahead of the machine. This is more effective than using rangefinders only on the side of the machine. This really makes it possible to hold the axis much more stable, with identification of the leak points. This allows the device to anticipate its evolution.
  • the method uses raw data filtering before averaging or otherwise processing.
  • the method comprises a step of calculating the center of the aisle. Then the device can position itself with respect to this calculated center. However the device is not obliged to follow it, it can shift to work closer to crops and cover in several passages on the same row, at different positions of the center, the entire surface to work.
  • the method uses an efficient classification algorithm implementing a "boost" method.
  • the process uses the texture of objects and depth, relief (via 3D vision or information obtained by laser sensors) to help classification.
  • the method uses an algorithm of the "visual odometry” type (detection of the difference between two shots to estimate a displacement), to follow the movement of the machine.
  • the control method uses an image analysis algorithm with the following features:
  • the agricultural device 1 is configured to receive at least one tray-type tray on its upper surface. More specifically, according to one embodiment of the invention, the device comprises a location 35 for laying at least tray to, for example, help, during harvesting, to carry crates-type loads.
  • the standard dimensions of the crates are 40cm x 60cm.
  • the device 1 comprises means for monitoring the user allowing him to follow a person / user during the harvest of fruits or vegetables. These means are configured to turn on the robot when the person moves forward and stop when the person stops.
  • the device 1 comprises means enabling it to autonomously discharge the fruits or vegetables harvested and contained in the tank at the end of an alley.
  • the operating mode is identical to that which allows the device 1 to go recharge its battery autonomously.
  • the device 1 also comprises weighing means enabling it to define whether the container is full and needs to be emptied.
  • the monitoring, discharging and weighing means comprise sensors and / or cameras, associated or not with registration terminals, controlled by the computer means of the device 1.
  • monitoring, discharging and weighing means are, according to a variant of the device according to the invention, remotely controlled.
  • the present invention also relates to the use of a device 1 for the cultivation of agricultural parcels, the device being configured according to the type of parcel to be cultivated.
  • the present invention also relates to the use of a device according to the invention for the cultivation of vegetable parcels, and for the collection of data.
  • the present invention also relates to a method of assisting the cultivation of agricultural parcels, and more specifically a method of maintaining agricultural parcels.
  • This process consists of:
  • the device 1 consists of a rectangular body 10 illustrated in Figure 2, the length, width, height dimensions are adapted to move in the aisles of most vegetable plots.
  • the length of the body of the device is between 0.50 m and one meter, preferably between 0.65 and 0.90 m and very preferably is equal to 0.70 m.
  • the width of the body of the device is between 0.20 and 0.80 m, preferably between 0.30 and 0.50 m and very preferably is equal to 0.40 cm.
  • the height of the device is between 0.30 and 0.80 m, preferably between 0.45 and 0.65 m and very preferably is equal to 0.55 m.
  • the highest part of the device is at man's height, that is to say about 0.60 m.
  • the frame of the body of the device is configured to be positioned at a minimum height of between 0.06 m and 0.10 m, preferably at a minimum height of 0.075 m from the ground. In this way, the device is not blocked by clods, holes or pebbles and can circulate freely in the garden aisles.
  • the device is heavy enough to pull a tool without problems, that is to say without skating. It must be light enough to be carried by two people. More specifically, the weight of the device is between 1 and 120 kg, and is, for example, equal to 100 kg.
  • the device comprises grip means 11 of handle type or gripping means formed directly in the body of the device.
  • gripping means 11 allow users, who are generally farmers, to lift and move the device 1 according to the invention when for example the wheels are blocked by the power off of the engine.
  • the device 1 can be ballasted.
  • the ballasting may be carried out with, for example, tanks integrated in the device 1 that can be filled with water or any other equivalent liquids.
  • the ballasting can also be carried out using solid charges which will be arranged on the device 1.
  • the displacement means 12 comprise at least four wheels 12, two wheels on the left and two wheels on the right, the left and the right being defined with respect to the direction of travel of the device 1 and more precisely when the device 1 is in forward motion.
  • the wheels 12 are driving wheels.
  • the two wheels 12 arranged on the left are independent in terms of motorization of the two wheels 12 arranged on the right. That is, the device 1 has at least two motors for operating the four wheels.
  • the four wheels 12 are independent in terms of motorization. In the latter case the device 1 comprises at least four motors each operating a wheel 12.
  • the wheels 12 of the device comprise crampons 121, visible in Figures 2 and 3, allowing it to move without problems on both wet soil and very dry ground.
  • the motors of the device 1 are electric motors DC and voltage controllable. They are configured to provide a working power of approximately 600W.
  • the motors are protected by fuses. They are also configured to be blocked by force for example a half-turn or a shock with an obstacle. In a non-limiting example, the blocking time is ten seconds maximum.
  • the device is configured to withstand various factors.
  • it is configured to withstand temperatures ranging from -60 ° C to + 60 ° C. It is also configured to withstand light showers, puddles or mud, dust and vibration due to its operation.
  • the power supply means 13 are formed by at least one battery 13.
  • the battery 13 here has a working autonomy of at least four hours.
  • the life of the battery 13 is 500 to 1000 cycles of use, knowing that a minimum use of 3 days, three times per month, for five years, represents about 300 cycles, which is the nominal use of device. Over five years this represents a running time of the device of approximately 4320 hours.
  • the charging time of the battery 13 used in the device according to the invention is eight hours maximum.
  • a working day of the device is thus composed of two cycles, work (4h) then load (8h), consecutive.
  • the device comprises security means in the form of a circuit breaker.
  • this circuit breaker is formed by a safety switch or emergency stop button well known to those skilled in the art.
  • the circuit breaker is formed by a circuit breaker contact belt.
  • the hooking means 14 are arranged at the rear of the device 1, the rear of the device 1 being defined with respect to the direction of movement in the forward direction of the device.
  • These hooking means 14 cooperate with removable fastening means carried directly by the garden tools.
  • These means of Removable fasteners use conventional technologies such as tubes, sleeves and pins.
  • the tools include a means of automatic disengagement. These disengagement means are controllable by an electrical relay to move to the low position of work and high position of rest. When the tool is in the low position, it must not be lower than the frame of the body of the device 1, ie there must not be less than 0.075 m between the tool and the ground.
  • the working width of the tool is between 0.30 and 0.60 m, and preferably is equal to 0.35 m.
  • the tool has a stop to prevent its insertion into the ground, while leaving a vertical degree of freedom of about 0.10 m so that it can best follow the relief of the ground. This also allows the tool to disengage if it is blocked by a stone, root or other, and thus not to block the entire device and not to damage the tool.
  • the device also comprises infrared proximity sensors arranged around its body at different heights.
  • a first series 32 forms a belt disposed at 15 cm from the ground
  • a second series 31 forms a belt disposed at thirty centimeters from the ground.
  • the camera 33 is disposed between these two belts.
  • the sensors include glass or plexiglass plate type protection means to protect them from water or light.
  • the device comprises a row of diodes or low energy bulbs that can be powered by the battery or by means specific to diodes or bulbs.
  • the device also includes one or more status diodes, visible to the user.
  • the device includes sensors for temperature and humidity, air or earth pressure and brightness.
  • a specialized tool can be embedded to work between the feet of the plants. This work can also be done by a smaller device less than 20 cm wide.
  • the various specialized devices communicate with each other to transmit information and coordinate their work. They then comprise inter-device communication means.
  • the device comprises a weeding tool on the crop row, adapted to the reduced speed of movement of the machine: consisting of an inclined skimmer (which can work in addition to a hoeing tool) which Harvests loose soil on the surface (3 to 5 cm) and drives it mechanically / passively, thanks to the advancement of the machine to deposit it at the foot of the rows of crops and make a "boot". This helps to reduce weeding at the foot of crops by stirring the soil to uproot weeds, and covering and smothering weeds.
  • This rigid skimmer ends with a softer part (plastic or metal bristles for example) that allows you to deposit the soil as close to the crop roots without damaging them.
  • the rigidity of this flexible part is to choose to find the best compromise, to move as much soil as possible, without damaging crops.
  • the skimmer is tilting and adjustable from top to bottom (see map) to manage the height of the created bute, or to maintain existing mounds.
  • This tool is also particularly suitable for the maintenance of the edge of plastic mulches (tarpaulins). By bringing and working the ground flush with the place where the tarpaulin is buried in the ground, in the same way as for the rows of plants. To be as effective as possible, this tool must be passed regularly (at least every 15 days in hot and humid conditions).
  • An effective use of the tool is to pass a first time to create the hillock on the rank (boot), then to pass the second time (15j after) by adjusting the razor a little higher to "destroy / descend" this bute thanks to the soft bristles (heaving), then to iron after a few days to go up this hill with a lower use of the skimmer (boot), and so on.
  • the alternation of shoes / heaving thus makes it possible to prevent the weeds to take root and to keep a soft and aerated earth.
  • One of these devices is placed on each side of the robot to work the sides of the rows / buttes / boards / tarpaulins between which it passes.
  • the device comprises safety bumpers for detecting a contact and preventing any accident, either with the addition of sensitive edges around the robot, or by integrating force sensors and sensors. contact to his bodywork. When this bumper mechanism is engaged by a contact, the power in the motors is cut off.
  • the robot is used to tow objects (trailers, roulette seats for example).
  • the device comprises a small deer harrow tilting and offset. It is adapted to the robot that passes between the rows and between the mounds.
  • the device uses a small classic tine harrow. It is positioned on a remote support adjustable in width (for the remote robot) and tilting, to allow it to work on the row of crops, and on the sides and top of the hillocks (potatoes for example).
  • One of these devices is placed on each side of the device 1 to work the sides of the rows / mounds between which it passes.
  • the set of means of the device 1 according to the invention allows it to:
  • the device includes means to collect and / or retrieve information on crops with various onboard sensors. It uses in situ information to treat / work crops with specialized tools (fertilizer, watering, pruning, etc.). It stores the information for further processing. It sends information via the Wifi ® network, GSM (for Global System for Mobile Communication) or other wireless technologies to a dedicated remote database.
  • Wifi ® network for Global System for Mobile Communication
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • the device may be assisted or replaced by another device, a flying device type drone for example, to achieve the effarchachage.
  • the mobile platform can carry water, or direct or control a watering system.
  • each device can have specific tasks (recognition / detection, watering, treatment, harvest %) and can organize and collaborate with others for more efficiency.
  • This record can be local, on the machine, or remote, on a server, by a wireless link.
  • this type of tool can be embedded on an autonomous mobile platform to make automatic studies on large quantities of sheets.
  • the autonomous devices 1 according to the invention are thus companions of the farmer, the purpose of which is to help farmers to maintain and monitor crops. They work alone or in teams to perform specific tasks. They can provide targeted treatments and / or warn the farmer of an onset of disease or a notorious problem (obstacle hindering the work, abnormal crop maturity ...) at a location geo-localized culture. These devices are particularly suitable for fruit or vegetable crops planted in rows (crops: market garden, arboreal, wine ). We understand that it is not necessary to be at the top of cultures
  • the device 1 of the present invention can pass between cultures and move through sensors, including laser, in a row only.
  • the solution used in the present invention does not require mechanical feelers, which are very sensitive to vibrations, shocks, presence of obstacles (stones, parasitic plants ...) and which can during repeated passages damage the crops.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Guiding Agricultural Machines (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (1) agricole automatisé autonome comportant au moins des moyens (13) d'alimentation en énergie et des moyens (12) de déplacement, et comprenant des moyens (21, 20, 211, 212) d'optimisation de déplacement lui permettant d'utiliser la géométrie des cultures dans lequel il est disposé pour se déplacer de façon non aléatoire. La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour la culture de parcelle agricole et la récolte de données. La présente invention concerne également un procédé d'aide à la culture de parcelles agricoles, mettant en œuvre le dispositif selon l'invention pour effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole.

Description

DISPOSITIF AGRICOLE AUTOMATISÉ AUTONOME
La présente invention concerne le domaine des dispositifs agricoles, et plus particulièrement un dispositif agricole automatisé autonome. Plus précisément l'invention concerne un dispositif agricole automatisé autonome pour cultures en rangée.
Préambule et art antérieur
Les cultures de tout type, que ce soit les cultures de fruits, de légumes, les vignes nécessitent de nombreuses opérations comme par exemple le désherbage, le semage, le binage, la tonte, le fauchage, la pulvérisation. Sur certaines de ces cultures il est également nécessaire de faire notamment des prélèvements, des analyses de couleur, de goût.
Pendant longtemps ces opérations ont été réalisées manuellement, ce qui était long, pénible et fastidieux.
Actuellement, ces opérations sont effectuées en général avec des dispositifs de type tracteur ou motoculteur. Les tracteurs ou motoculteurs permettent d'utiliser différents types d'outils et notamment des bineuses, semoirs, bêches, herses rotatives, épandeurs, désherbeurs.
L'inconvénient de ces dispositifs provient du fait qu'ils nécessitent la présence permanente d'un utilisateur, et plus précisément un conducteur.
Un autre inconvénient provient du fait que leur grande taille ne leurs permet pas de s'adapter à tous les types de cultures car ils ne peuvent pas circuler correctement dans les allées.
De plus, certains de ces dispositifs peuvent être assez polluants et travaillent lentement.
Plus récemment ont été développés des dispositifs agricoles automatisés et autonomes qui permettent notamment de s'affranchir de la présence d'un utilisateur.
La demande de brevet FR2923674 décrit un de ces dispositifs. Le dispositif décrit dans ce document permet l'entretien d'une propriété viticole. Il comprend des moyens d'alimentation en énergie, des moyens de déplacement, des moyens de détection d'obstacle, des moyens de navigation, des moyens de coupe et des moyens automatisés de variation de hauteur des moyens de coupe. Il travaille à l'intérieur d'un espace virtuel prédéfini et se déplace de façon aléatoire. L'inconvénient de ce type de dispositif au déplacement aléatoire provient justement du fait que le déplacement aléatoire n'est pas optimisé. En effet, le dispositif va devoir passer plusieurs fois au même endroit avant d'avoir couvert l'ensemble de la surface virtuelle. Il nécessite de plus la définition d'un périmètre virtuel ce qui complique l'utilisation du dispositif.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif automatisé, de type robot, qui se déplace seul et de façon optimisée sur des parcelles agricoles. Exposé de l'invention
A cet effet, la présente invention propose un dispositif agricole automatisé autonome comportant au moins des moyens d'alimentation en énergie et des moyens de déplacement, les moyens d'optimisation de déplacement lui permettant d'utiliser la géométrie des obstacles qui se trouvent sur la parcelle de culture, dans laquelle il est disposé, pour se déplacer de façon non aléatoire.
Il est important de noter ici, concernant la « géométrie des obstacles », qu'il s'agit de détecter et de suivre des rangs de plantations. La géométrie est donc ici formée de « lignes » droite ou courbes, souvent parallèles. Il existe des algorithmes appropriés pour détecter cela : « Hough » -marques déposée-, « régression linaire / affine », « force brute » (identification de formes connues, ici des lignes). Dans notre cas les « obstacles » intéressants sont donc les cultures (en rang, en bute, en planches...) qui forment des lignes.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les obstacles sont formés par des plantations.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'optimisation de déplacement sont formés par des moyens de vision et des moyens d'analyse d'image associés à un ensemble de moyens informatiques.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif agricole comprend des moyens de collecte de données.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif agricole est configuré pour être contrôlé manuellement, ou recevoir des instructions via une interface de commande sans fil. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif agricole comporte comprenant des moyens de suivi, de déchargement de récolte et de pesé, lui permettant de suivre un utilisateur lors d'une récolte et d'aller se décharger de la récolte de façon automne.
L'action de suivre seul une personne aux champs (grâce à des algorithmes d'analyse d'image et au traitement des données laser) apporte une plus-value à l'utilisation. Cela permet de soulager la pénibilité lors de la récolte ou des travaux aux champs, grâce au transport de charge de l'engin.
L'invention concerne également l'utilisation du dispositif selon l'invention pour la culture de parcelle agricole.
L'invention concerne également l'utilisation du dispositif selon l'invention pour la récolte de données.
L'invention concerne également un procédé d'aide à la culture de parcelles agricoles, mettant en œuvre le dispositif selon l'invention pour effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à :
effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole par un dispositif selon l'invention dans une surface définie par la géométrie de la parcelle,
- laisser le dispositif selon l'invention se déplacer de façon optimisée et non aléatoire dans cette surface définie.
Présentation des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées et données à titre d'exemple :
la figure 1 est une représentation sous forme de diagramme d'un dispositif selon l'invention,
la figure 2 est une représentation schématique d'une vue de profil d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
la figure 4 est une représentation schématique de deux exemples de géométrie de plantations. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Le dispositif 1 selon l'invention, illustré sur la figure 1 , est un dispositif automatisé autonome, également appelé robot, d'aide à la culture des parcelles agricoles.
La taille du dispositif 1 est adaptée pour qu'il puisse se déplacer sur la parcelle entre des rangées ou plants de culture, ou qu'il puisse enjamber les plants de culture. Il s'agit en général d'enjamber des planches de cultures, cultivées en planches de 1 m à 1 m50 de large. Il y a dans ce cas plusieurs rangs de cultures par planche, et le robot enjambe une planche entière. On entend par là qu'il dispose de moyens d'appui au sol et de déplacement de part et d'autre de la rangée.
La taille du dispositif est ainsi différente en fonction de la parcelle cultivée. On entend par taille, les dimensions : hauteur, longueur et largeur, ainsi que la forme.
Par exemple, si le dispositif est utilisé pour une culture viticole, ses dimensions sont inférieures à celles d'un dispositif utilisé pour une culture arboricole comme les pommes.
Ce dispositif 1 comprend au moins des moyens 13 d'alimentation en énergie, des moyens 12 de déplacement, des moyens de détection d'obstacle, des moyens de navigation.
Le dispositif 1 selon l'invention comporte d'autres moyens 21 qui le différencient des dispositifs de l'art antérieur. Ces moyens 21 sont des moyens lui permettant d'optimiser son déplacement de façon à ce qu'il ne se déplace pas aléatoirement. Plus précisément ces moyens 21 permettent au dispositif 1 d'utiliser la géométrie des obstacles qui se trouvent sur la parcelle de culture dans laquelle il est disposé, pour se déplacer.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les obstacles sont formés par les plantations 16 illustrées sur la figure 1 .
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les obstacles sont formés par des piquets utilisés pour les plantations 16, ou tout autre type d'obstacles comme par exemple le matériel d'arrosage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la géométrie (illustrée sur la figure 4) des obstacles utilisée par le dispositif est une géométrie en ligne. C'est-à- dire que les allées de plantation ou de piquets sont disposées de façon à former des lignes droites qui sont parallèles 17 entre elles.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les allées sont en ligne mais non parallèles entre elles.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les allées forment des lignes 18 courbes ou forment des sinusoïdes, parallèles ou non parallèles entre elles.
Les moyens 21 d'optimisation du déplacement comportent au moins des moyens 211 de vision. Ces moyens 211 de vision sont associés à des moyens 212 d'analyse d'image. Ces moyens 211 de vision en coopération avec les moyens 212 d'analyse d'image permettent au dispositif de réaliser une reconnaissance des allées en détectant les lignes et les contours formés par les rangées de plantations ou les piquets pour se repérer et les suivre ou les éviter.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens 211 de vision sont formés par une ou plusieurs caméras. Cette caméra peut être une caméra simple ou 3D (3 dimensions).
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens 211 de vision sont formés par un laser à balayage.
En ce qui concerne le choix des technologies de capteurs télémétriques, il est à noter les points suivants.
Des capteurs ultra-son (temps de vol) sont intéressants pour la détection d'obstacles, mais ne sont pas adaptés au suivi précis de rangées, leur mesure de distance n'est pas assez précise et ils ont un cône de détection trop large.
Des capteurs infra rouge sont plus précis que l'ultrason et présentent un cône très fin. Ils fonctionnent précisément (2 à 5 cm) uniquement à courte portée (moins de 50 cm). De plus ils sont très fortement perturbés par la lumière du soleil et donnent des mesures incohérentes quand ils ne détectent rien. Leur utilisation est donc possible mais complexe, et nécessitent l'utilisation de beaucoup de capteurs (au moins 3 par zone d'intérêt) pour pouvoir moyenner et filtrer les mesures afin de déduire une information cohérente et fiable.
L'utilisation de laser (LIDAR) est très intéressante, car précise et à longue portée, avec une faible perturbation due au soleil sur les courtes distantes. Le faisceau de mesure est alors très fin et très précis (typiquement 1 mm). C'est un capteur idéal pour le travail en extérieur dans les champs et sur le feuillage. Il permet de détecter et de suivre une rangée de culture et même de détecter les rangées parallèles à travers le feuillage de la première rangée. De la sorte, le capteur laser acquiert, à travers les trous des rangées entourant immédiatement le dispositif, des points sur les rangées immédiatement parallèles, permettant ainsi la détermination géométrique desdites rangées en plus des rangées entourant immédiatement le dispositif, ce qui permet un contrôle du déplacement du dispositif entre ces rangées et une stabilisation de trajectoire plus fiables.
Il est à noter que c'est l'agrégation et l'analyse des différents modes de vision et de perception qui permet un comportement fiable et précis (méthode de fusion de données).
Les moyens 212 d'analyse d'image utilisent notamment un procédé de seuillage qui consiste à isoler des couleurs dans une image, couplé à un procédé de détection de ligne et de contour qui permet de différencier les cultures, et leurs différentes parties, fruits, pieds, feuilles, des zones de terre, des obstacles (cailloux, bâches plastiques, tuyaux, poteaux, piquets, humains...) ou des cibles du robot (zones à traitées, borne de recharge ...). Les moyens 212 d'analyse peuvent également utiliser un procédé de segmentation des couleurs et des textures. Ces procédés de seuillage et segmentation sont suivis d'une étape de classification. Ces méthodes d'analyses d'images sont bien connues de l'homme du métier.
Ainsi, grâce à la caméra 211 , le dispositif 1 enregistre la géométrie des allées et se dirige en fonction de cette géométrie grâce aux analyses des images faites par les moyens 212 d'analyse d'images.
Le résultat des données enregistrées et analysées par les moyens d'analyse d'image sont ensuite transmis aux moyens 12 de déplacement qui vont ainsi suivre la direction déterminée pour ne pas rencontrer d'obstacles.
Le dispositif 1 peut ainsi se déplacer sans problème, quelque soit la largeur entre les deux allées.
Pour permettre d'améliorer son repérage dans l'espace et ses déplacements, le dispositif 1 comporte des moyens de mise en marche des moteurs, des moyens de type accéléromètres et magnétomètres, et des moyens de guidage de type GPS (pour Global Positioning System selon la terminologie anglaise) ou tout autre moyen de localisation bien connus de l'homme du métier. Le dispositif 1 est ainsi localisé en temps réel dans la parcelle.
Les moyens 12 de déplacement du dispositif sont configurés pour s'adapter à tout type de géométrie des cultures.
Selon certains modes de réalisation de l'invention, les moyens 12 de déplacement permettent ainsi au dispositif d'avancer, de reculer de faire un demi- tour total sur place, d'enjamber les plants de culture.
Pour cela, selon un mode de réalisation de l'invention les moyens 12 de déplacement sont formés par des roues 12 illustrées sur la figure 2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens 12 de déplacement du dispositif sont formés par au moins une chenille (non illustrée), pour avoir une meilleure adhérence et réduire la compaction des sols.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens 12 de déplacement du dispositif sont formés par des systèmes de pattes inspirées des animaux ou insectes qui vont lui permettre d'enjamber les plants et de pouvoir se déplacer dans des terrains accidentés, non accessibles aux roues ou chenilles.
Les moyens 12 de déplacement sont associés à des moteurs qui lui permettent d'avancer à une vitesse prédéfinie et adaptée aux contraintes du terrain et de la culture dans lequel le dispositif se déplace.
Les moyens 13 d'alimentation en énergie fournissent l'énergie nécessaire aux moteurs pour faire avancer le dispositif 1 . Ces moyens 13 d'alimentation en énergie sont formés par tout type de moyen, connu de l'homme du métier, permettant au dispositif d'être autonome le temps nécessaire à la réalisation des opérations voulues.
Lorsque le niveau d'énergie des moyens 12 d'alimentation en énergie est trop bas, le dispositif 1 selon l'invention retourne se charger automatiquement sur une borne de recharge. Pour cela, le dispositif est équipé de moyens lui permettant de repérer la borne de recharge grâce à un système de balise émetteur/récepteur et/ou visuellement et/ou par coordonnées pré-enregistrées. Le dispositif 1 comporte un système de connexion électrique lui permettant de se connecter automatiquement, sans intervention humaine.
Le dispositif selon l'invention est équipé d'un ensemble 20 de moyens informatiques intégré illustré sur la figure 1 . Cet ensemble 20 de moyens informatiques comporte un calculateur, un mini-ordinateur, ou tout autre élément du même type, qui va permettre de commander l'ensemble des moyens du dispositif 1 pour lui permettre de fonctionner seul.
Le dispositif 1 est également configuré pour permettre le réglage automatique de la position désirée des outils en fonction de, par exemple, la profondeur de travail de la terre, la hauteur de coupe de l'herbe, les coordonnées spatiales à atteindre. Ce réglage est réalisé grâce à des moyens de réglage de la position des outils.
Le dispositif 1 peut ainsi relever les outils pour se déplacer sans travailler le sol ou pour franchir des obstacles, et les baisser pour repasser à une position de travail.
Si le dispositif 1 est bloqué à cause d'un outil, il peut ainsi modifier la position de celui-ci et/ou faire marche arrière pour se débloquer sans intervention d'un utilisateur.
L'ensemble de ces moyens est ainsi commandé via les moyens de commande formés par le mini-ordinateur.
Associés aux moyens 12 de déplacement, aux moyens 13 d'alimentation en énergie et aux moyens 21 d'optimisation du déplacement, les moyens commandés par l'ensemble informatique via le mini-ordinateur permettent au dispositif de se déplacer seul et d'effectuer l'ensemble des opérations nécessaires à la culture des parcelles agricoles.
Selon un mode de réalisation, le dispositif 1 selon l'invention comporte des moyens 14 d'accrochage d'outils 15 agricoles générique ou facilement adaptable de façon à pouvoir changer d'outils facilement. Ces outils peuvent être actifs comme par exemple des cisailles, des coupes fil, des préhenseurs, des pinces, ou passifs comme par exemple des socs de binages 15, illustrés sur la figure 3, des herses, des caméras, des capteurs spécialisés.
La position des outils agricoles sur le dispositif est définie au moins en fonction de l'outil lui-même, de la forme du dispositif et de la géométrie de la parcelle.
Le dispositif comporte également des moyens de collecte de données de type couleurs, odeurs, température, humidité, pression, ensoleillement ou tout autre donnée utile pour l'analyse des plantations. Une fois collectées, ces données sont transmises via un réseau sans fils. Ces données peuvent également être stockées dans le dispositif sur des supports amovibles ou pas, pour être utilisées ultérieurement.
Le dispositif 1 selon l'invention peut être contrôlé manuellement, ou recevoir des ordres/objectifs via une interface de commande sans fil, qui peut être constituée par un téléphone mobile intelligent ou une tablette tactile. Cette interface du type interface homme-machine sert également à l'utilisateur à recevoir et visionner des informations de surveillance et d'aide à la décision concernant ses cultures. Ces informations sont envoyées par le dispositif 1 au fur et à mesure du travail agricole (maturité des cultures, détection de maladie, humidité des sols, besoin en engrais ...) puis traitées avant affichage pour les synthétiser et en simplifier la compréhension.
L'ensemble des moyens - analyse d'image, moyens de vision, GPS, GSM, accéléromètre, magnétomètre, odométrie- du dispositif 1 lui permettent ainsi de se repérer dans la culture. Les lignes virtuelles sont formées par les rangées de plants cultivés. Le dispositif 1 peut détecter une ou plusieurs de ces lignes grâce à de l'analyse d'image et à des capteurs de proximités et/ou de contact. Il réalise ainsi des déplacements non-aléatoires pour permettre de travailler sur un maximum de surface en un minimum de temps, quelque soit la taille de la parcelle à traiter, sans qu'elle ait besoin d'être définie à l'avance. Le dispositif 1 est capable de détecter la fin d'une rangée et de se positionner sur la suivante. Soit en la détectant de lui-même, soit parce qu'on aura placé à l'avance une balise (visuelle ou électronique) lui indiquant la rangée suivante. Arrivés à la fin d'une parcelle (plus de lignes de culture à suivre) le dispositif 1 s'arrête ou recommence le parcours.
Le dispositif 1 selon la présente invention comporte des moyens de guidage automatique.
Le procédé de traitement des données de mesures brutes des mesures des capteurs de distance, comporte des étapes suivantes, dans l'ordre :
□ Ecrêtage (enlever les valeurs minimales et maximales hors normes selon spécifications des capteurs),
□ Récupération et utilisation de la valeur de mesure (distance) la plus proche pour chaque capteur, □ Rejet de la valeur de mesure si elle est trop différente des précédentes.
Le dispositif 1 utilise une identification des rangées à partir des mesures par utilisation de segmentation anisotrope.
Pour estimer le déplacement relatif de l'engin sur un terrain glissant (terre), avec patinage possible des roues, le dispositif utilise un gyroscope et des roues codeuses.
Pour limiter les glissements durant les demi-tours, le mode de déplacement du dispositif comporte des moyens d'éviter les manœuvres sur place, en effectuant un « demi-tour en trois temps ».
Le procédé de pilotage du dispositif comporte la prise de plusieurs points / zones de mesures : au niveau de l'engin, légèrement à l'avant de l'engin, un peu plus en avant, loin devant l'engin. Ceci est plus efficace que l'utilisation de télémètres uniquement sur le coté de l'engin. Ceci permet réellement de tenir l'axe de façon beaucoup plus stable, avec identification des points de fuites. Cela permet au dispositif d'anticiper son évolution.
Le procédé utilise un filtrage des données brutes avant d'effectuer une moyenne ou autre traitement.
Le procédé comporte une étape de calcul du centre de l'allée. Ensuite le dispositif peut se positionner par rapport à ce centre calculé. Cependant le dispositif n'est pas obligé de le suivre, il peut s'en décaler pour travailler au plus près des cultures et couvrir en plusieurs passages sur la même rangée, à différentes positions du centre, toute la surface à travailler.
Le traitement et l'analyse d'image couleur est possible malgré les ombres et changements de luminosité dues aux conditions climatiques grâce :
- au choix de caméra à sensibilité logarithmique à la luminosité,
- au travail de l'image dans un espace approprié,
- au réglage du gain de l'image de manière dynamique.
Le procédé utilise un algorithme de classification efficace mettant en œuvre une méthode « boost ».
Le procédé utilise la texture des objets et la profondeur, le relief (via vision 3D ou information obtenue par les capteurs laser) pour aider à la classification. Le procédé utilise un algorithme du type « odométrie visuelle » (détection de la différence entre deux prises de vue pour estimer un déplacement), pour suivre le déplacement de l'engin.
Le procédé de pilotage utilise un algorithme d'analyse d'image avec les particularités suivantes :
- Utilisation de la vision binoculaire (information de profondeur) en sus d'un algorithme de segmentation pour rendre plus robuste le résultat de chacun des algorithmes.
- Utilisation des composantes a et b de l'espace de couleur "Lab" pour obtenir une segmentation robuste en extérieur.
- Utilisation de divers attributs (couleur, texture, météo, date), pour rendre robuste l'apprentissage machine effectué sur les algorithmes d'analyse d'image.
Cela permet de prendre en compte les variations naturelles des cultures et paysages au cours de la journée, en fonction de la date et de la météo et de les compenser.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 1 agricole est configuré pour recevoir au moins un bac de type cagette sur sa surface supérieure. Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte un emplacement 35 pour poser au moins bac afin de par exemple aider, lors de la récolte, à transporter des charges de type cagettes. Dans un exemple de réalisation, les dimensions standard des cagettes sont de 40cm x 60cm.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 1 comporte des moyens de suivi de l'utilisateur lui permettant de suivre une personne/utilisateur lors de la récolte de fruits ou légumes. Ces moyens sont configurés de façon à mettre le robot en marche lorsque la personne avance et à s'arrêter lorsque la personne s'arrête.
Selon un mode de réalisation le dispositif 1 comporte des moyens lui permettant d'aller décharger de façon autonome les fruits ou légumes récoltés et contenus dans le bac au bout d'une allée. Le mode de fonctionnement est identique à celui qui permet au dispositif 1 d'aller recharger sa batterie de façon autonome. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 1 comporte également des moyens de pesée lui permettant de définir si le bac est plein et nécessite d'être vidé.
Les moyens de suivi, de décharge et de pesé comprennent des capteurs et / ou caméra, associés ou non à des bornes de repérage, commandés par les moyens 20 informatiques du dispositif 1 .
Ces moyens de suivi, de décharge et de pesée sont, selon une variante du dispositif selon l'invention, télécommandés.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif 1 pour la culture de parcelles agricoles, le dispositif étant configuré en fonction du type de parcelle à cultiver.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour la culture de parcelles maraîchères, et pour la collecte de données.
La présente invention concerne également un procédé d'aide à la culture de parcelles agricoles, et plus précisément un procédé d'entretien des parcelles agricoles.
Ce procédé consiste à :
effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole par un dispositif selon l'invention dans une surface définie par la géométrie de la parcelle,
laisser le dispositif selon l'invention se déplacer de façon optimisé et non aléatoire dans cette surface définie.
Variantes
Les exemples qui suivent ne sont nullement limitatifs. Chaque variante peut être utilisée seule ou en combinaison avec une ou plusieurs autres variantes.
Dans un premier exemple nullement limitatif, le dispositif 1 est constitué d'un corps 10 rectangulaire illustré sur la figure 2, dont les dimensions longueur, largeur, hauteur, sont adaptées pour pouvoir se déplacer dans les allées de la plupart des parcelles maraîchères.
Plus précisément, la longueur du corps du dispositif est comprise entre 0,50 m et un mètre, de préférence entre 0,65 et 0,90 m et de manière très préférée est égale à 0,70 m. La largeur du corps du dispositif est comprise entre 0,20 et 0,80 m, de préférence entre 0,30 et 0,50 m et de manière très préférée est égale à 0,40 cm. La hauteur du dispositif est comprise entre 0,30 et 0,80 m, de préférence entre 0,45 et 0,65 m et de manière très préférée est égale à 0,55 m.
Selon un mode de réalisation de l'invention la partie la plus haute du dispositif est à hauteur d'homme, c'est-à-dire environ 0,60 m.
Le châssis du corps du dispositif est configuré de façon à être positionné à une hauteur minimum comprise entre 0,06 m et 0,10 m, de préférence à une hauteur minimum de 0,075 m par rapport au sol. De cette façon, le dispositif n'est pas bloqué par des mottes de terre, des trous ou des cailloux et peut circuler librement dans les allées maraîchères.
Selon une variante de l'invention, le dispositif est suffisamment lourd pour pouvoir tirer un outil sans problème, c'est à dire sans patiner. Il doit être suffisamment léger pour pouvoir être transporté par deux personnes. Plus précisément le poids du dispositif est compris entre 1 et 120 kg, et est, par exemple, égal à 100 Kg.
Selon une variante de l'invention, le dispositif comporte des moyens 11 de préhension de type poignée ou moyens de prise formés directement dans le corps du dispositif. Ces moyens 11 de préhension permettent à des utilisateurs, qui sont en général des agriculteurs, de soulever et déplacer le dispositif 1 selon l'invention lorsque par exemple les roues sont bloquées par la mise hors tension du moteur. Pour atteindre le poids désiré le dispositif 1 peut être lesté. Le lestage peut être réalisé avec par exemple des réservoirs intégrés au dispositif 1 qui peuvent être remplis d'eau ou tous autres liquides équivalents. Le lestage peut également être réalisé en utilisant des charges solides qui seront disposées sur le dispositif 1 .
Selon une variante de l'invention, les moyens de déplacement 12 comportent au moins quatre roues 12, deux roues à gauche et deux roues à droite, la gauche et la droite étant définies par rapport au sens d'avancement du dispositif 1 et plus précisément lorsque le dispositif 1 est en marche avant. Les roues 12 sont des roues motrices. Selon une variante de l'invention, les deux roues 12 disposées à gauche sont indépendantes en termes de motorisation des deux roues 12 disposées à droite. C'est à dire que le dispositif 1 comporte au moins deux moteurs pour faire fonctionner les quatre roues. Selon une autre variante de l'invention, les quatre roues 12 sont indépendantes en terme de motorisation. Dans ce dernier cas le dispositif 1 comporte au moins quatre moteurs faisant fonctionner chacun une roue 12. Selon une variante de l'invention, les roues 12 du dispositif comportent des crampons 121 , visibles sur les figures 2 et 3, lui permettant de se déplacer sans problème aussi bien sur un sol humide que sur un sol très sec.
Selon une variante de l'invention, les moteurs du dispositif 1 sont des moteurs électriques à courant continu et contrôlables en tension. Ils sont configurés pour fournir une puissance de travail d'environ 600W. Les moteurs sont protégés par des fusibles. Ils sont configurés également pour être bloqués de force lors par exemple d'un demi-tour ou d'un choc avec un obstacle. Dans un exemple non limitatif, le temps de blocage est de dix secondes maximum.
Selon une variante de l'invention, le dispositif est configuré pour résister à différents facteurs. Il est notamment configuré pour résister à des températures pouvant aller de -60°c à +60°C. Il est également configuré pour résister à de faibles averses, au passage dans des flaques ou de la boue, à la poussière et aux vibrations dues à son fonctionnement.
Selon une variante de l'invention, les moyens 13 d'alimentation en énergie sont formés par au moins une batterie 13. La batterie 13 présente ici une autonomie de travail d'au moins quatre heures. La durée de vie de la batterie 13 est de 500 à 1000 cycles d'utilisation, sachant qu'une utilisation minimum de 3 jours, trois fois par mois, pendant cinq ans, représente environ 300 cycles, ce qui est l'utilisation nominale du dispositif. Sur cinq ans cela représente un temps de fonctionnement du dispositif d'environ 4320 heures.
Le temps de charge de la batterie 13 utilisée dans le dispositif selon l'invention est de huit heures maximum. Une journée de travail du dispositif est ainsi composée de deux cycles, travail (4h) puis charge (8h), consécutifs.
Le dispositif comporte des moyens de sécurité sous la forme d'un coupe circuit. Selon une variante, ce coupe circuit est formé par un interrupteur de sécurité ou bouton d'arrêt d'urgence bien connu de l'homme du métier.
Selon une autre variante, le coupe circuit est formé par une ceinture de contact coupe circuit.
Selon une variante de l'invention, les moyens 14 d'accrochage sont disposés à l'arrière du dispositif 1 , l'arrière du dispositif 1 étant défini par rapport au sens de déplacement en marche avant du dispositif.
Ces moyens 14 d'accrochage coopèrent avec des moyens de fixation amovibles portés directement par les outils 15 maraîchers. Ces moyens de fixations amovibles utilisent des technologies classiques telles que tubes, manchons et goupilles. Les outils comportent un moyen de désengagement automatique. Ces moyens de désengagement sont contrôlables par un relais électrique pour passer en position basse de travail et position haute de repos. Lorsque l'outil est en position basse, il ne doit pas être plus bas que le châssis du corps du dispositif 1 , c'est-à-dire qu'il ne doit pas y avoir moins de 0,075 m entre l'outil et le sol.
Selon une variante de l'invention, la largeur de travail de l'outil est comprise entre 0,30 et 0,60 m, et de préférence est égale à 0,35 m. L'outil comporte une butée pour éviter son enfoncement dans la terre, tout en lui laissant un degré de liberté vertical d'environ 0,10 m pour qu'il puisse suivre au mieux le relief du sol. Cela permet également à l'outil de se désengager s'il est bloqué par une pierre, racine ou autre, et donc de ne pas bloquer tout l'appareil et de ne pas endommager l'outil.
Selon une variante de l'invention, le dispositif comporte également des capteurs de proximité infrarouge disposés tout autour de son corps à des hauteurs différentes. Une première série 32 forme une ceinture disposée à 15 cm du sol, et une deuxième série 31 forme une ceinture disposée à trente centimètres du sol. La caméra 33 est disposée entre ces deux ceintures. Les capteurs comportent des moyens de protection de type vitre ou plaque de plexiglas pour les protéger de l'eau ou de la lumière.
Selon une variante de l'invention, pour éclairer la nuit, le dispositif comporte une rangée de diodes ou ampoules basse consommation pouvant être alimentées par la batterie ou par des moyens propres aux diodes ou ampoules.
Le dispositif comporte également une ou plusieurs diodes de statut, visibles par l'utilisateur.
Le dispositif comporte des capteurs de température et d'humidité, de pression de l'air ou de la terre et de luminosité.
Selon une variante de l'invention, un outil spécialisé, à géométrie variable, peut être embarqué pour travailler entre les pieds des plants. Ce travail peut aussi être réalisé par un dispositif plus petit de moins de 20 cm de large. Les différents dispositifs, spécialisés, communiquent ainsi entre eux pour se transmettre des informations et coordonner leur travail. Ils comportent alors des moyens de communication inter-dispositifs. Dans une variante de réalisation, le dispositif comporte un outil de désherbage sur le rang des cultures, adapté à la vitesse de déplacement réduite de l'engin : composé d'une rasette inclinée (pouvant travailler en complément d'un outil de binage) qui récolte la terre meuble en surface (3 à 5 cm) et l'entraîne mécaniquement/passivement, grâce à l'avancement de l'engin pour la déposer au pied des rangs de cultures et réaliser un « chaussage ». Cela permet de diminuer l'enherbement au pied des cultures en remuant la terre pour déraciner les adventices, et en recouvrant et étouffant les adventices.
Cette rasette rigide se termine par une partie plus souple (poils de plastique ou de métal par exemple) qui permet de venir déposer la terre au plus près des pieds de cultures sans les abîmer. La rigidité de cette partie souple est à choisir pour trouver le meilleurs compromis, permettant de déplacer le plus de terre possible, sans abîmer les cultures. Selon le type de culture (leur fragilité) et le type de terre (sa lourdeur). La rasette est inclinable et réglable de haut en bas (voir plan) pour pouvoir gérer la hauteur de la bute créée, ou pour entretenir des buttes existantes. Cet outil est également particulièrement adapté à l'entretien du bord des paillages plastiques (bâches). En ramenant et travaillant la terre au ras de l'endroit où la bâche est enterrée dans le sol, de la même manière que pour les rangs de plantes. Pour être le plus efficace possible, cet outil doit être passé régulièrement (tous les 15 jours au minimum en cas de conditions chaudes et humides).
Une utilisation efficace de l'outil consiste à passer une première fois pour créer la butte sur le rang (chaussage), puis de passer la seconde fois (15j après) en réglant la rasette un peu plus haut pour « détruire / descendre » cette bute grâce aux poils souples (déchaussage), puis de repasser après quelques jours pour remonter cette butte avec une utilisation plus basse de la rasette (chaussage), et ainsi de suite. L'alternance chaussage / déchaussage permet ainsi d'empêcher les adventices de prendre racine et de garder une terre souple et aérée. On place un de ces dispositifs de chaque coté du robot pour travailler les côtés des rangs / buttes / planches / bâches entre lesquels il passe.
Dans une autre variante de réalisation, le dispositif comporte des pare chocs de sécurité pour détecter un contact et éviter tout accident, soit avec l'ajout de bordures sensibles autour du robot, soit en intégrant des capteurs d'effort et de contact à sa carrosserie. Quand ce mécanisme de pare choc est enclenché par un contact, la puissance dans les moteurs est coupée.
Dans une variante d'utilisation, le robot est utilisé pour tracter des objets (remorques, sièges à roulette par exemple).
Dans encore une autre variante de réalisation, le dispositif comporte une petite herse étrille déporté et inclinable. Celle-ci est adaptée au robot qui passe entre les rangs et entre les buttes. Le dispositif utilise une petite herse étrille classique. Elle est positionnée sur un support déporté réglable en largeur (pour l'éloignée du robot) et inclinable, pour lui permettre de travailler sur le rang des cultures, et sur les flancs et sommet des buttes (pommes de terre par exemple).
Un de ces dispositifs est placé de chaque coté du dispositif 1 pour travailler les cotés des rangs / buttes entre lesquels il passe.
Avantages
L'ensemble des moyens du dispositif 1 selon l'invention lui permet de :
- Collecter des données d'agriculture de précision : le dispositif comporte des moyens pour prélever et/ou récupérer des informations sur les cultures avec divers capteurs embarqués. Il utilise les informations in situ pour traiter/travailler les cultures avec des outils spécialisés (engrais, arrosage, taille, etc.). Il stocke les informations pour un traitement ultérieur. Il envoie les informations via le réseau Wifi ®, GSM (pour Global System for Mobile communication selon la terminologie anglaise) ou autres technologies sans fil vers une base de données distante dédiée.
- Constituer un épouvantail sur des allées ou dans des champs sans allées, avant que les graines germent, autour des champs ... cela est possible par l'ajout d'outils qui font du bruit, des ultrasons, des mouvements, des flashs lumineux, des odeur, ou autres procédés destinés à faire peur aux animaux (oiseaux, sangliers, ragondins, nuisibles en général ) ou insectes. Le dispositif peut être aidé ou remplacé par un autre dispositif, un dispositif volant de type drone par exemple, pour réaliser l'effarouchage.
- Faire un outil de phénotypage : pour peser, arroser, étudier les cultures en générale. Avec la plate forme mobile autonome qui se déplace dans une allée et pèse chaque pot de tournesol et/ou étudie les plantes visuellement ou à l'aide d'autres capteurs, puis si besoin (conditions définies par l'utilisateur de l'outil), lui injecte des intrants (eau ou phyto suivant le besoin).
- Gérer un système d'arrosage intelligent, la plate-forme mobile peut transporter de l'eau, ou diriger ou contrôler un système d'arrosage.
- Utiliser des produits chimiques avec précision : pulvérisation d'intrant locale (sur le pied par exemple ou seulement sur une zone bien défini dont la surface peut varier de très petit à très grand suivant le besoin). Ses zones à traiter sont définies à l'avance, ou bien identifiées grâce à des capteurs (visuel ou autres).
- Semer des graines et géo-localiser la position où elles sont plantées très précisément pour faire de l'agriculture de précision par la suite.
- Adapter le système de navigation, les capteurs et la plate forme physique à d'autres cultures, avec d'autre type d'outils spécialisés pour ces cultures (viticulture, arboriculture, céréales...).
- Travailler en équipe "multi-robot", chaque dispositif peut avoir des taches spécifiques (reconnaissance / détection, arrosage, traitement, récolte...) et peut s'organiser et collaborer avec les autres pour plus d'efficacité.
- Etre un outil de mesure automatique de la taille, de la surface et/ou du degré de maturité (taux de marron/vert) des feuilles de tournesol ou autres plantes à étudier en utilisant l'analyse d'image selon le protocole suivant. Avec une plaque de couleur (rouge, bleu, blanc ...) pour faire un fond de couleur, à glisser sous la feuille à étudier, pour simplifier l'analyse d'image. Fixer ce support à un appareil informatique/électronique qui prend la photo, permet le traitement, avec une interface homme/machine tactile et/ou avec des boutons. Le support de feuille (plaque de couleur) peut être micro-perforé et relié à une pompe à vide pour plaquer la feuille au support (pour une meilleure estimation de la surface).
- Enregistrer les données et photos dans une base de données ou autre support informatique, pour permettre le traitement et l'analyse. Cet enregistrement peut être local, sur la machine, ou distant, sur un serveur, par une liaison sans fil. A terme ce type d'outil pourra être embarqué sur une plate-forme mobile autonome pour faire des études automatiques sur de grandes quantités de feuilles.
- Amélioration des outils à castrer le maïs par le dispositif : intégrer des capteurs électronique de distance et/ou de forme (infra rouge, laser, ultrason, caméra...), pour estimer précisément la hauteur des plans et contrôler la hauteur de travail de l'outil de la machine à castrer de manière dynamique. Repérer les cas particuliers dans les cultures (plant plus petit que la moyenne, "trou" dans le rang ...) pour les gérer aux mieux, et déduire les meilleurs mouvements à faire faire à l'outil, pour être le plus efficace possible.
Les dispositifs 1 autonomes selon l'invention, sont ainsi des compagnons de l'agriculteur, dont le but est d'aider les agriculteurs à entretenir et surveiller les cultures. Ils travaillent seul ou en équipes pour réaliser des tâches spécifiques. Ils peuvent apporter des traitements ciblés et/ou prévenir l'agriculteur d'un début de maladie ou d'un problème notoire (obstacle gênant le travail, maturité des cultures anormale...) à un endroit géo-localisé de la culture. Ces dispositifs sont particulièrement adaptés aux cultures de fruits ou de légumes plantées en rangées (cultures: maraîchères, arboricoles, vinicoles ...). On comprend qu'il n'est pas nécessaire d'être au dessus des cultures
(comme sur un tracteur de l'art antérieur). Le dispositif 1 de la présente invention peut passer entre les cultures et se déplacer grâce à des capteurs, notamment laser, dans une rangée uniquement.
Il est possible de rajouter les mêmes moyens de perception à l'arrière du dispositif 1 pour regarder vers l'arrière. Cela permet de garder la précision et suivre les « points de fuites » des rangées de culture, même quand le dispositif 1 s'approche de la fin du champ / rang. Ceci permet d'aider à stabiliser la trajectoire.
La solution utilisée dans la présente invention ne nécessite pas de palpeurs mécaniques, qui sont très sensibles aux vibrations, chocs, présences d'obstacles (pierres, plantes parasites...) et qui peuvent lors de passages répéter abîmer les cultures.
Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1 ) agricole automatisé autonome comportant au moins des moyens (13) d'alimentation en énergie et des moyens (12) de déplacement,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (21 ) d'optimisation de déplacement lui permettant d'utiliser la géométrie des obstacles qui se trouvent sur la parcelle de culture, dans laquelle il est disposé, pour se déplacer de façon non aléatoire.
2. Dispositif (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel les moyens (21 ) d'optimisation de déplacement sont formés par des moyens de vision (211 ) et des moyens (212) d'analyse d'image associés à un ensemble de moyens informatiques.
3. Dispositif (1 ) selon la revendication 2, dans lequel les obstacles sont formés par des plantations, la géométrie des obstacles utilisée par le dispositif étant une géométrie en ligne, les allées de plantation ou de piquets étant disposées de façon à former des lignes, les moyens de vision (211 ), d'analyse d'image et informatiques permettant de réaliser une reconnaissance des allées en détectant des lignes et des contours formés par des plantations ou des piquets pour se repérer et les suivre ou les éviter.
4. Dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 3, comprenant des moyens de collecte de données.
5. Dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 4, configuré pour être contrôlé manuellement, ou recevoir des instructions via une interface de commande sans fil.
6. Dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 5, comprenant des moyens de suivi, de déchargement de récolte et de pesé, lui permettant de suivre un utilisateur lors d'une récolte et d'aller se décharger de la récolte de façon automne.
7. Utilisation d'un dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 6 pour la culture de parcelles agricoles.
8. Utilisation d'un dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 7 pour la récolte de données.
9. Procédé d'aide à la culture de parcelles agricoles, mettant en œuvre le dispositif (1 ) selon une des revendications 1 à 5 pour effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole.
10. Procédé selon la revendication 9 consistant à :
- effectuer au moins une opération d'entretien d'une parcelle agricole par un dispositif selon l'invention dans une surface définie par la géométrie de la parcelle,
laisser le dispositif selon l'invention se déplacer de façon optimisée et non aléatoire dans cette surface définie.
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