Rester à une certaine distance des troncs d'un rang de verger

Bonjour,

Mon oncle est agriculteur et possède des vergers, organisés en rangs considérés rectilignes de pommiers. Pour en traiter le sol, il passe en tracteur dans les rangs avec une rampe qu'il peut plier et déplier à sa guise par verrin hydraulique. En agissant manuellement sur la commande, la rampe se retrouve souvent loin des troncs à cause de l'imprécision, ce qui fait qu'une bande au centre n'est pas traitée (le jet ne va pas assez loin). Son objectif est donc de faire en sorte que la rampe soit toujours à une certaine distance des troncs, assez proche pour tout traiter. Autrement dit, il faut suivre avec la rampe la ligne reliant deux troncs consécutifs.

Sur ce schéma, la position est idéale, mais elle varie du fait des coups de volant. Pour pallier cela, on avait pensé utiliser un capteur de distance :

Avec $\theta$ de fixé, $c$ mesuré par le capteur, on en déduit $a$ (majoré par $0.6m$) et peut corriger la distance en conséquence. Seulement, $\theta$ dépend de l'orientation du tracteur (plus précisément, de la rampe) et on ne peut pas vraiment faire d'hypothèse dessus. En outre, ce système implique ne corriger la position que tous les troncs (espacés d'environ 2m) : il suffit de faire un écart juste après une mesure pour ne pas traiter le centre sur 2m (jusqu'à la mesure suivante).

Du coup, on préfèrerait un autre moyen. J'avais pensé à travailler avec la présence plutôt qu'avec la distance : on place un capteur parallèlement à la direction d'avancement :

Mais comment distinguer les cas suivants :

Auriez-vous des idées ?

Merci.

Rien ne t’empêche de mettre plusieurs capteurs. Sinon caméra stéroscopique + traitement d'image ou alors télémètre laser. Dans tous les cas, je pense pas que tu puisse échapper à de la fusion d'information si tu veux un truc à minima solide.

Faut aussi voir quel budget tu as.

La stéréoscopie me semble lourde à mettre en place.

Effectivement, j'ai eu l'occasion d'y réfléchir aujourd'hui et deux capteurs de distances semblent intéressants : un dans le sens d'avancement, comme illustré plus haut, et un dans le sens inverse. On calculerait la distance au centre du rang à partir des deux mesures et prendrait la moyenne, ce qui permettrait de pallier une rotation des capteurs (une rotation impliquera une augmentation d'un angle, mais aussi une diminution de l'autre). Il faut par contre que je me penche sur l'angle à prendre et sur la distance maximale/minimale à pouvoir mesurer.

Pour le budget, j'avoue que je ne sais pas trop.

Merci.

tu connais les "moustaches de chat"?

c'est un style de capteurs pour suivre un mur: une barre métallique dont on mesure l'angle avec une position qu'on force grâce à un ressort. quand la barre est a l'équilibre, c'est qu'elle touche rien. quand elle prend de l'angle, c'est qu'elle bute contre quelque chose

il doit y avoir moyen d'adapter ça pour tes besoins, en plus vu la forme de ta rampe, ça fait déjà un peu ce mécanisme… à tout hasard, c'est combien, la distance maxi entre 2 pommiers de la même rangée, je me rappelle plus très bien de ta photo de la derniere fois, mais il me semble que c'était pas mal serré, du coup ça resterait dans l'ordre du possible…

Nop, je ne connais pas.

La distance maximale est d'environ 2m. L'inconvénient de ce système, c'est le dépassement : si ma rampe se retrouve entre deux pommiers, elle ne passera pas le suivant.

Je vais essayer de faire une simulation du système avec deux capteurs de distance aujourd'hui.

donc deux barres de plus de 4m de long, une vers l'avant du rang et l'autre vers l'arrière permettraient de savoir à quel angle tu es de chaque pommier proche si tu pose ça sur ta rampe… (8m de long, pour un tracteur, c'est pas si grand que ça, si?) j'me rends pas bien compte… j'vois bien que ça fait en gros 2 voitures comme la mienne, que du coup ça fait des belles moustaches, mais à l'échelle du "conduisible" sur un tracteur dans un champ… quoique ça doit être possible de bricoler un truc qui se démonte

là, c'es tun peu biscornu comme idée, pour bien l'imaginer, il faut voir un chat avec des moustaches en fil de fer qui marche en crabe contre un grillage: quand le grillage est trop loin (moustaches libres) il s'avance, et quand il est trop près (moustaches repliées vers lui) il recule un peu. et comme les moustaches sont suffisamment longues (plus de 2 fois l'intervalle pour chaque moustache),il ne peut pas se coincer les moustaches dans le grillage…

je sais pas si c'est une explication qui éclaire bien ta pensée, mais au moins moi ça m'a fait marrer d'imaginer le chat

le problème que t'as avec tes capteurs laser et ultrasons, c'est qu'ils vont capter les feuillages de tes pommiers et non les troncs (c'était déjà un soucis que t'avais dans un ancien topic, si je me rappelle bien)

En fait, on voulait implémenter ce système, mais avec des capteurs de présence (un chat infra-rouge :P), moins encombrants que des barres. Mais on craignait que la rampe oscille en permanence (je touche, je recule, je touche pas, j'avance, je touche, je recule, etc.), même quand le tracteur n'avance pas en fait.

Concernant le feuillage, tu as raison (et bonne mémoire :P). Sauf qu'ici, le capteur se retrouve au niveau du tronc, et non pas au niveau du tracteur. Or à ce niveau, il n'y a pas de branches, ou très peu. On peut donc régler leur cas en jouant sur la répétition de la détection : un tronc est épais donc on devrait (il faudrait faire des calculs) le détecter plusieurs fois, contrairement à une branche isolée.

prendre des moustaches qui vont un peu vers l'avant du chat au repos, quitte à bricoler aussi un système qui vérifie que la moustache avant du chat tracteur ne va pas aller s'emmêler dans le tronc suivant. du coup la position au repos est un truc qui te force à t'appuyer un peu sur les arbres pour être bien aligné. et du coup tu peux paramétrer une espece de "fenetre d'erreur acceptable" dans laquelle on fait rien…

sinon, avec tes barrières infrarouges, tu peux mesurer la distance ou ça te le permet pas? parce qu'avec tes dessins de trigo plus haut, on peut surement arriver à trouver un arrangement à l'amiable en mesurant les deux angles, avec des sommes de sin d'angles différents qui valent 2m etc… et des trucs de ce style ('tain j'ai l'impression de me retrouver en prépa avec ces formules)

Oui, c'est vrai. L'inconvénient des barres est l'encombrement. Au fait, comment mesures-tu leur inclinaison ?

Oui, les capteurs mesurent la distance (à priori, ce seront des capteurs Sharp). Qu'est-ce qui ne te convient pas avec deux capteurs de distance ?

Hahaha capteurs Sharp…

Ils ne sont pas fait pour de la mesure de distance mais plutôt dans un fonctionnement "tout ou rien" avec une limite (sachant qu'il faut pas vouloir être précis à 10 cm près…)

Ah. Il y a une alternative à cela du coup ?

J'avais pensé utiliser un capteur à ultrason du genre HC-SR04, mais je risque d'avoir un problème de précision au niveau de l'angle, non ?

Le problème des capteurs Sharp ou d'un capteur à ultrason, c'est l'angle d'ouverture de la partie qui émet. Plus celui-ci est grand et plus ton signal va s'élargir sur la distance, au final si à 2 mètres de distance le signal "touche" une surface de 10 x 10 cm, c'est pas mal. En revanche si c'est plutôt du 50 x 50 cm, la précision est moindre.

Or pour les capteurs Sharp, dans les documents donnés sur le site officiels ils ne donnent pas l'angle d'ouverture, donc tu ne sais pas si le faisceau IR est très directif ou non. Soit tu récupère un capteur et tu fais des tests pour savoir si ça peut convenir à ton utilisation, soit il faut chercher des capteurs avec des données précises sur l'angle d'ouverture ou enfin passer à du laser, qui est très directif.

Bon, on a réfléchi à diverses pistes, chacune présentant malheureusement un inconvénient. On a abandonné les méthodes faisant intervenir les angles (comme celle de l'OP) : on ne peut pas vraiment faire d'hypothèse sur l'orientation du tracteur et les capteurs ont souvent un angle de mesure.

Moustaches de chat laser

Basée sur la bonne idée de remace, cette méthode s'affranchit de l'encombrement, très gênant dans un verger. Il est ici question d'avoir deux capteurs de présence parallèles à la direction de circulation, de sens opposés l'un à l'autre, et d'avancer la rampe tant qu'aucun tronc n'est détecté :

1
2
3
4
5

O       <---O----------O--->     O
                 |
                 |
                 |
              Tracteur 

Quand le rayon est coupé, on recule un petit peu pour que les capteurs ne se prennent pas les troncs en pleine figure. Et on recommence cela à intervalle régulier. Il faut par contre veiller à ne pas tester (déplier la rampe jusqu'à la détection) au niveau d'un tronc :

1
2
3
4

O  --------O---------   O          O
           |
           |
        Tracteur 

Là, si je déplie ma rampe, je me cogne au tronc. Il faut donc ajouter un troisième capteur, perpendiculaire à la direction au rang, pour vérifier qu'on peut déplier la rampe.

L'inconvénient d'une telle méthode est le nombre important de capteurs et les plantes : il suffit qu'une plante coupe le rayon pour qu'on arrête de déplier la rampe :

1
2
3
4
5

O          O          O          O
        ------------o--------
                 |
                 |
                 Tracteur 

Bande laser

Le principe est de placer deux capteurs de présence parallèles à la direction de circulation et écartés de, mettons, 5cm. La rampe est à la bonne position quand le capteur le plus éloigné détecte un tronc et celui le plus proche rien :

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

        xxx (bord externe) 
Tronc : xxx (bord interne)
===========================
Pas assez dépliée :

xxx       xxx       xxx 
xxx       xxx       xxx
     ---------|
     ---------|
              |
           Tracteur

Trop dépliée :

xxx       xxx---|   xxx 
xxx       xxx---|   xxx
                |
              Tracteur

Bien :

xxx       xxx       xxx 
xxx       xxx---|   xxx
         -------|
                |
            Tracteur

Ce serait très précis, mais le problème est qu'en position correcte, le capteur le plus éloigné est parti pour se ramasser le tronc. Il faudrait alors replier le support du capteur le temps de passer l'obstacle. Et on ignore comment faire ça rapidement mais pas trop busquement.

En outre, les herbes peuvent poser problème :

1
2
3
4
5
6
7

Considéré comme trop déplié alors que position correcte :

xxx       xxx       xxx 
xxx       xxx---|   xxx
           o----|
                |
            Tracteur

Vision par ordinateur

Cette piste n'a pas été explorée, vu que j'ai très peu d'expérience dans le domaine. Il existe, me semble-t-il, la stéréovision, mais ne serait-il pas possible, ici, de placer la caméra dans le sens d'avancement et de mesurer de cette manière la distance entre le bout de la rampe et l'extrémité du tronc suivant ?

1
2
3
4
5

O        O        O
       ---C
          |
          |
       Tracteur

Toujours pour ne pas se prendre les troncs dans la tronche, la caméra ne pourra être face au tronc. Peut-on mesure assez précisément une distance entre un élément au centre de notre champ de vision (le bout de la rampe) et un à la périphérie (le tronc) ?

Il faut également prendre en compte le fait que des troncs sont espacés d'environ 2m et qu'on roule à 5km/h : il ne faut pas que le temps d'analyse soit très long.

Merci !

pour moi, la vision dans ce cas serait compliquée, pour les mêmes raisons que tu as données la dernière fois que tu as posé un problème de surveillance de verger: un pommier plus ou moins c'est une boule verte, on voit pas les troncs vu que les branches sont tombantes.

comme je t'ai dit dans l'autre post, y'a ptetre moyen de faire des calculs avec l'enveloppe convexe des arbres pour trouver les troncs, mais je trouve la méthode compliquée, dans le sens où la rampe est plus ou moins au raz du sol et que du coup ça ferait une bonne grosse marge d'erreur relative sur les mesures (avec une méthode comme ça, ton cone de vision est tellement en dehors du plan horizontal, dans lequel la rampe déplie que ça me parait compliqué de jouer à la trigo sans amener des incertitudes à priori grosses du fait de l'optique de la camera, sans compter que le tracteur bouge pas "en ligne droite comme s'il roulait sur un billard")

après je me trompe peut-être, mais ça me parait quand même pas approprié pour ce cas de figure. pour moi dans l'agriculture, la vision, c'est bien pour obtenir des statistiques sur les champs en faisant 4 photos plus ou moins aériennes, mais pour faire du positionnement de précision, ça pe parait tendu…

un pommier plus ou moins c'est une boule verte, on voit pas les troncs vu que les branches sont tombantes

Sauf qu'ici, et j'aurais dû le dire plus explicitement, la rampe est proche des troncs, c'est-à-dire entre ces derniers et le gros des branches, qui tombent en cascade. Quand il cessera de pleuvoir, j'irai prendre des clichés.

y'a bien un moment ou tu passe d'un pommier à l'autre et t'as le feuillage qui tombe sur la cam non?

Non, les pommiers sont serrés et forment une sorte de haie.

c'est pas "vaguement invariant par rotation" un pommier?

Pas ici, non. On ne voit pas très bien, mais voici une photo d'un des vergers concernés :

vu d'en dessous, t'as pas ?