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À l'ère du développement rapide de l'agriculture de précision, l'acquisition de données complètes et de haute précision sur la croissance des cultures est devenue un enjeu majeur. Dans cette vidéo, nous présentons une réalisation innovante du Laboratoire de robotique agricole de l'Université du Minnesota (University of Minnesota) : un robot quadrupède agricole spécialement conçu pour évoluer dans des environnements agricoles complexes.
Ce robot est équipé du CubeMars AK70-10 Robotic Actuator comme système d'entraînement principal. En dépassant les limites physiques des drones agricoles et des machines agricoles à roues traditionnelles, il peut pénétrer au cœur des champs de maïs denses afin de collecter avec précision des données sur les maladies, les ravageurs et les nutriments sous la canopée. Il complète ainsi une pièce essentielle de l'inspection agricole tridimensionnelle au service de l'agriculture intelligente moderne.
Bien que les drones agricoles et les tracteurs autonomes soient aujourd'hui largement utilisés, les chercheurs rencontrent encore d'importantes difficultés lors de la surveillance de cultures de grande hauteur telles que le maïs ou le sorgho.
Les zones inaccessibles sous la canopée: Les drones ne peuvent voler qu'au-dessus de la canopée des cultures et ne sont pas capables de détecter les premiers signes de maladies ou de ravageurs situés sous les feuilles ou à la base des tiges. Quant aux grandes machines agricoles, elles sont trop volumineuses pour pénétrer dans les champs denses au milieu ou à la fin du cycle de croissance.
Des terrains non structurés et difficiles: Les terres agricoles sont composées de boue, de sillons, de mauvaises herbes et de sols irréguliers. Les robots à roues traditionnels risquent facilement de s'enliser ou de se renverser, ce qui les rend inadaptés à ces environnements complexes et non structurés.
Trouver l'équilibre entre charge utile, autonomie et mobilité: Le robot quadrupède doit transporter des capteurs tels que des caméras multispectrales et des LiDAR tout en évoluant avec agilité entre des rangées de cultures très étroites. Cela impose des exigences extrêmement élevées en matière de densité de puissance (rapport couple/poids) des actionneurs.
Afin de permettre au robot quadrupède de se déplacer aisément dans des environnements agricoles difficiles, l'équipe de l'Université du Minnesota a choisi les actionneurs articulés haute performance CubeMars. Leurs principaux avantages pour les applications agricoles sont les suivants :
Une conception ultra-compacte et légère, idéale pour les rangées étroites: L'espace disponible dans les jambes du robot est limité, tandis que le poids total influence directement l'enfoncement de la machine dans les sols meubles. Le CubeMars AK70-10 intègre un moteur brushless, un réducteur de précision et un contrôleur dans un ensemble compact et léger. Cette conception à haute densité de puissance réduit considérablement le poids du robot, lui permettant de circuler facilement entre les rangées de cultures sans les endommager.
Un couple élevé pour franchir la boue et les terrains accidentés: Lors du franchissement de sillons ou de déplacements dans la boue, les articulations des jambes doivent fournir instantanément un couple important afin de soutenir le robot et de dégager ses pieds du sol meuble. Les actionneurs CubeMars offrent un couple de crête élevé ainsi qu'une excellente capacité de surcharge. Associés à un algorithme de contrôle FOC avancé, ils ajustent en temps réel le couple de chaque jambe afin de garantir une posture stable et une forte capacité de traction sur les terrains complexes.
Une fiabilité de niveau industriel pour les environnements extérieurs exigeants: Les exploitations agricoles sont exposées à une forte humidité, à la poussière, à d'importantes vibrations et à de grandes variations de température. Les modules de puissance CubeMars bénéficient d'une conception renforcée et d'une étanchéité de niveau industriel, offrant une excellente résistance à la poussière, à l'eau et aux vibrations. Ils assurent ainsi une grande stabilité et une longue durée de vie lors d'opérations prolongées en extérieur.
Dans cette vidéo, découvrez les performances du robot quadrupède agricole de l'Université du Minnesota équipé des actionneurs CubeMars :
Déplacement sous la canopée : Observez le robot évoluer avec agilité dans des champs de maïs denses pendant que ses capteurs analysent avec précision le dessous des feuilles et la base des tiges.
Franchissement de terrains complexes : Découvrez comment le robot traverse les sillons, évite les mauvaises herbes et démontre son excellente capacité d'adaptation au terrain.
Présentation des travaux de recherche : L'équipe de l'Université du Minnesota explique comment les robots quadrupèdes complètent les drones en supprimant leurs angles morts afin de détecter plus tôt les maladies et les ravageurs et d'améliorer la précision des estimations de rendement.
Q1 : Quels avantages irremplaçables les robots quadrupèdes offrent-ils par rapport aux drones agricoles pour la surveillance des cultures ?
R : Leur principal avantage réside dans la complémentarité du point de vue. Les drones ne peuvent collecter des données qu'au-dessus de la canopée, tandis que les robots quadrupèdes peuvent pénétrer dans les cultures afin d'acquérir des images haute résolution et des données environnementales sous la canopée (below the canopy). Ils permettent ainsi de détecter les ravageurs cachés sous les feuilles, les maladies situées à la base des tiges ainsi que les conditions du microenvironnement du sol. La combinaison des drones et des robots quadrupèdes permet de réaliser une véritable agriculture de précision en trois dimensions.
Q2 : Quels défis particuliers les environnements agricoles extérieurs posent-ils aux actionneurs robotisés ?
R : Les environnements agricoles sont bien plus exigeants que les laboratoires ou les routes urbaines. Les actionneurs doivent résister aux projections de boue, à l'eau et à la poussière (ce qui nécessite un indice de protection élevé), mais également supporter les impacts répétés et les fortes vibrations générés lors des déplacements (ce qui exige une excellente résistance mécanique). De plus, les sols meubles nécessitent un couple instantané élevé afin d'éviter que le robot ne s'enlise. Les modules de puissance industriels CubeMars ont été spécialement conçus pour répondre à ces exigences.
Qu'il s'agisse de robots quadrupèdes d'inspection agricole, de robots de récolte pour vergers ou encore de plateformes spécialisées destinées à la foresterie ou aux exploitations minières, CubeMars propose des solutions d'entraînement compactes à haute densité de puissance et à haute fiabilité pour les robots de nouvelle génération.
[Découvrez les caractéristiques techniques détaillées et les dimensions du CubeMars AK70-10.]
