Vie du projet

Aujourd'hui, la récolte du chou fleur, pénible et répétitive, se fait de manière non automatisée et doit donc être effectuée par les agriculteurs eux-mêmes. Le projet «Robot récolte de choux-fleurs» a pour but de concevoir un système d’assistance à la récolte et la transformation (mise en fleurette) du chou-fleur. Le produit final serait un robot ramasseur de chou-fleur qui parcourrait le champ et se positionnerait au-dessus des choux à ramasser. Ensuite, à l'aide d’un bras ‘découpeur’, il récolterait les choux-fleurs, puis les débarrasserait de ses feuilles avant de les mettre en fleurette. Enfin, les fleurettes seraient convoyées dans un bac.

Ce projet peut ainsi se décomposer en plusieurs sous-projets ayant des problématiques spécifiques:

Comment le robot distinguerait-t-il les choux murs des autres ? Il n’est pas évident de savoir, au premier coup d’oeil, si un choux-fleur est mûr. Il est en effet nécessaire de soulever les feuilles qui recouvrent le chou afin d’aller voir sa couleur. Cela est très difficile à automatiser, et nous avons donc décidé qu’un agriculteur devra marcher devant le robot pour repérer quels choux-fleurs sont mûrs, puis communiquera cette information au robot.
Comment communiquer cette information au robot, c’est-à-dire comment faire en sorte que le robot sache se positionner au-dessus d’un chou-mûr ? Plusieurs solutions sont envisagées. L’agriculteur pourrait positionner une canne émettrice d’ultra-sons au-dessus du chou. Par triangulation, le robot, équipé de récepteurs à ultra-sons, serait capable de retrouver la position du chou « pointé » par la canne. Une autre solution serait que l’agriculteur laisse « à découvert » les choux mûrs (c’est-à-dire qu’il ne le recouvre pas par ses feuilles). Ainsi, le robot, à l’aide d’une caméra serait capable de repérer les choux non couverts, car ils seraient d’une couleur blanche différente de celle, verte, des choux couverts.
Enfin, comment effeuiller le choux-fleur ? La meilleur solution serait de retourner à 180° le chou-fleur récolté afin de le fraiser. En lui découpant le tronc, on se débarrasserait ainsi des feuilles.

Nous n’avons pas évoqué tous les sous-projets, car certains ne font pas partie de notre travail. Par exemple, le système de préhension du chou a déjà été conçu et est hors-scope du projet.

Avancement du projet au 6 Novembre

Après avoir étudié les différentes possibilités de systèmes, permettant d’étrogner et d’effeuiller les choux-fleurs, et que nous avons présenté dans un précédent article, nous avons finalement trancher pour une solution, optimale, que nous allons présenter dans cet article. Le critère principal de sélection a été la minimisation du nombre d’actionneurs et de moteurs requis pour le fonctionnement du système.

1ère étape : récupérer le chou-fleur par le haut

Nous nous retrouvons donc avec un chou-fleur maintenu en l’air par le bas, ce qui rend sa partie supérieure totalement accessible. Nous avons choisi de concevoir un système permettant de récupérer le chou-fleur par le haut, grâce à une pince à 3 branches qui vient se planter dans le chou. Cela permettra de se débarrasser plus facilement des feuilles.

2ème étape : se débarasser des feuilles

La pince se déplace à l’aide d’un bras articulé, et vient se placer au-dessus d’une première fraise. Cette fraise se plante par le bas, au centre du chou, et remonte jusqu’à une hauteur permettant à toutes les feuilles d’être découpées. La difficulté est d’ajuster cette hauteur pour être sûrs de découper toutes les feuilles, mais sans rentrer trop profondément dans le chou, ce qui aurait pour conséquence de perdre de la matière comestible.

3ème étape : étrogner et récupérer les fleurettes

La pince se déplace à nouveau et vient se placer au-desus d’une deuxième fraise. Un bac est situé sous le chou. Cette fois-ci, la fraise se plante profondément dans le chou de sorte à découper entièrement le tronc. Sans tronc, les fleurettes ne sont plus tenues et tombent ainsi toutes seules dans le bac. Notons toutefois que ces fleurettes récupérées dans le bac seront mélangées avec le tronc. Il faudra donc concevoir un système permettant de séparer les fleurettes du tronc. Cela sort du cadre de notre étude, mais un système de souffleur semblerait permettre de réaliser facilement cette séparation (la densité du tronc étant supérieure à la densité des fleurettes).

Avancement du projet au 15 janvier : le dimensionnement du robot

Une partie de l’équipe s’est penchée sur un aspect très concret du projet : quelle taille donner à notre robot choux-fleurs ? Ces choix doivent être faits minutieusement pour être sûrs que notre solution finale est optimale tout en nous assurant qu’elle respecte les contraintes imposées par le cahier des charges, notamment la cadence d’un chou-fleur à récolter toutes les vingt secondes : rien ne doit être choisi aléatoirement ! Parmi les différents paramètres à déterminer, l’on peut citer non exhaustivement :

1. La distance à mettre entre les deux fraises

2. Le volume à donner au bac de recueil des fleurettes

Voyons, à titre d’exemple, comment nous choisissons la valeur de ces paramètres de dimensionnement.

1. La distance à mettre entre les deux fraises

Pour comprendre qualitativement comment ce paramètre peut être choisi de façon idéale, il faut se rendre compte que sont optimaux ni une distance trop élevée, ni une distance trop faible. En effet, une grande distance entre les deux fraises impliquerait un long déplacement de la pince tenant le chou-fleur. Un tel déplacement entraîne une certaine durée de déplacement, qui, si trop élevée, ne permettrait pas de respecter la cadence à tenir. À l’inverse, il existe une distance minimale entre les deux fraises, qui est fixée par le diamètre d’un chou-fleur, auquel il faut rajouter une marge de sécurité. On comprend ainsi bien qu’entre ces deux extrêmes se trouve une distance optimale, que nous avons trouvé être de 40 cm.

2. Le volume à donner au bac de recueil des fleurettes

Un bac très volumineux implique un fort encombrement, ce que nous souhaitons bien sûr éviter tant que possible dans un souci de commodité d’utilisation et de stockage de la machine. À l’inverse, un petit bac entraîne une capacité en stockage de fleurettes réduite, ce qui nécessiterait de changer les bacs très régulièrement, et qui serait particulièrement énergivore. Nous avons in fine opté pour un volume de 0,49 m3, en choisissant une hauteur, une largeur, et une longueur adéquates.

Avancement du projet au 12 mars : réalisation des maquettes numériques des différentes pièces

Nous avons commencé la modélisation sous CATIA des différentes pièces de notre robot. En particulier, nous allons passer plusieurs séances pour créer un modèle 3D de notre pince avant de l'imprimer avec une imprimante 3D. Pour cette partie du projet, nous sommes aidés par les BTS conception qui font des retours sur nos modèles et nous proposent des améliorations.

Pour la pince, plusieurs caractéristiques rentrent en compte : elle ne doit pas être trop lourde (afin de faire peser le moins d'efforts possible sur le bâti), elle doit être suffisamment solide et doit permettre une saisie idéale des choux quelque soit leur taille.

Intelligence artificielle

En parallèle de la modélisation de la pince, nous continuons d'améliorer l'algorithme informatique qui permet de localiser les choux fleurs dans le champ. L'idée est simple, nous prenons une photo du sol sous le robot et nous analysons la teneur en pixels blanc. Si l'on identifie un groupe de pixels en rond, on est sur la fleur d'un chou et alors on calcule le centre du choux comme le centre des pixels blanc. Comme dans la réalité, l'image n'est jamais parfaite, et qu'il peut y avoir une partie de la fleur qui est recouverte par des feuilles, nous travaillons au calcul du centre du chou à partir d'images imparfaites.

Avancement du projet au 7 mai

Le projet de l'année approche de son but et nous sommes actuellement dans la phase de construction du robot. Celui-ci doit être prêt pour la présentation au forum qui aura lieu le 21 mai à l'Ecole.

Nous avons commandé toutes nos pièces depuis longtemps (pour le bâti et les moteurs notamment) mais nous en attendons encore quelques-unes. En particulier, certaines pièces ne peuvent pas être montées si les moteurs n'ont pas été installés. Nous devons donc patienter.

Notre travail n'est pas fini pour autant, dès que le robot sera assemblé, il nous faudra vérifier que tout fonctionne comme prévu. En effet, nous avons réaliser des tests séparés sur les fraises, la caméra ou encore la pince mais il faut vérifier qu'une fois le robot monté, les différentes parties communiquent correctement et répondent aux cahiers des charges. Cette partie de tests est souvent assez longue mais elle est fondamentale pour livrer au client un robot fonctionnel.

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