Ce projet vise le développement d’un manipulateur souple pour la cueillette. La cueillette de fruit ou de légume nécessite une préhension compliante et dextre pour garantir l’intégrité de l’objet ainsi qu’une structure porteuse souple pour pouvoir naviguer entre les branches sans les abimer. L’objectif est de développer un robot trompe continu, sans articulation et actionné par des moteurs déportés et des câbles, à l’image des tendons dans une main humaine. Le projet se décline en 3 principales problématiques bien connues dans le domaine de la robotique, à savoir la conception, la modélisation et la commande. Ces 3 aspects sont en réalité très imbriqués pour ce genre de systèmes complexes. Une bonne conception avec une bonne intégration des actionneurs et des capteurs facilite énormément la commande par le biais d’une modélisation adéquate qui répond à la fois à un certain réalisme et une efficacité de calcul.
Le contexte
Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique et de convergence technologique inédite (numérique, intelligence artificielle, etc.), l’agriculture doit se réinventer pour produire mieux, dans le respect de l’environnement et de la santé humaine. La robotique agricole est l’un des leviers de cette transformation. Elle constitue une solution prometteuse pour répondre aux enjeux environnementaux et sanitaires, qui sont posés actuellement en France et ailleurs dans tous les pays développés. L’urgence climatique imposera une réduction de plus en plus forte de l’utilisation des intrants (produits phytosanitaires, eau, etc.) et des énergies fossiles. Par ailleurs, la filière agricole souffre d’un manque d’attractivité et d’une image négative chez beaucoup de jeunes (ruralité, tâches répétitives, épuisement, difficultés économiques, isolement, etc.). La numérisation et la robotisation permettront la valorisation de ce métier et déchargera l’agriculteur des tâches répétitives et fatigantes telles que le désherbage, le portage, la cueillette et l’entretien régulier des cultures.
Les objectifs
L’objectif scientifique majeur est de pouvoir répondre aux trois problématiques que sont la conception, la modélisation et la commande, dans une approche simultanée et intégrée, parfois dite de co-design (hardware et software).
Le robot visé s’apparente à une trompe, d’environ un mètre et capable d’atteindre plusieurs configurations stables d’une façon continu. Il est constitué d’un matériau souple, sans articulation, et actionnée par des câbles. Une solution à 3 segments et 6 câbles est aujourd’hui testée pour la saisie d’objet en environnement peu contraint. Dans un second temps, augmenter le nombre de segment et de câbles accroitra la redondance cinématique de la trompe, ce qui permettra d’optimiser la prise et/ou d’éviter d’éventuels obstacles dans l’environnement.
Un corps déformable a par définition un nombre infini de paramètres. Cela constitue une première difficulté dans la caractérisation mathématique de ce genre de système. La commande de ce type de modèle peut être résolue par une approche de commande optimale qui consiste à minimiser un critère coût sous contraintes. Celles-ci représentent les conditions géométriques et élasto-mécaniques du système. La difficulté scientifique serait d’incorporer un modèle de déformation non linéaire en grand déplacement avec une gestion des contacts unilatéraux (robot-objet et auto-collision robot-robot). Plusieurs voies sont en cours d’étude : 1) Utilisation du logiciel SOFA, 2) Réduction de modèle POD, 3) Modèle de Cosserat et MPC.
La commande nécessiterait tout de même de développer des modules d’estimation tels que :
- l’estimation de l’état du robot,
- la perception de l’environnement, identification et localisation de l’objet,
- et la localisation des contacts robot-objet.
Les résultats
Les résultats attendus pour le projet consiste à avoir :
- Un prototype fonctionnel à 6 moteurs commandés en couple ;
- Une commande de la configuration de la trompe ;
- Une prise stable d’un objet axisymétrique ;
- Une mise en place de capteurs extéroceptifs pour l’estimation temps réel de la configuration de la trompe.
Partenariats et collaborations
Les membres du réseau Roboterrium – Equipex Tirrex sont partenaires du projet.
