WO2020193904A1 - Robot d'echenillage pour eliminer des nids de chenilles processionnaires - Google Patents

Robot d'echenillage pour eliminer des nids de chenilles processionnaires Download PDF

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WO2020193904A1
WO2020193904A1 PCT/FR2020/050547 FR2020050547W WO2020193904A1 WO 2020193904 A1 WO2020193904 A1 WO 2020193904A1 FR 2020050547 W FR2020050547 W FR 2020050547W WO 2020193904 A1 WO2020193904 A1 WO 2020193904A1
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WO
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drone
nest
robot
weeding
gripper
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050547
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English (en)
Inventor
Jacques RAVANAT
Original Assignee
Ravanat Jacques
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M5/00—Catching insects in fields, gardens, or forests by movable appliances
    • A01M5/02—Portable appliances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G3/00—Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees
    • A01G3/08—Other tools for pruning, branching or delimbing standing trees
    • A01G3/085—Motor-driven saws for pruning or branching
    • A01G3/088—Circular saws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
    • B25J11/0055—Cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/40—UAVs specially adapted for particular uses or applications for agriculture or forestry operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports

Definitions

  • the invention relates to a weeding robot with an automaton on board an existing small drone, or included in a small specialized drone, to eliminate processducy caterpillar nests, by approaching alone the designated nest to automatically cut the branch on which he's installed.
  • Another method is to spray a product from the ground on infected trees. But it is not very effective and not very precise, because the nests are high, even out of reach of the sprayer, which generates a significant waste of the product and a certain pollution.
  • a more recent method sprays these products from a large manually piloted drone, but it requires a confirmed pilot, and is only applicable to the treatment of large areas (infested pine forest for example), and it is in practice unusable for treating isolated trees in residential areas of private property.
  • small drones intended for aerial photography and video are marketed by dozens of international suppliers.
  • This console can also be associated with a tablet on which specific applications display in real time what the front camera of the drone sees, and allow it to be piloted manually, or better, to assign it to complex preprogrammed missions that it will perform alone automatically. .
  • SDK System Develop Kit
  • the object of the invention is to provide an operator with a small autonomous robot, relatively inexpensive compared to its potential, easily transportable and usable by all, to eliminate processducy caterpillar nests, by automatically cutting the branch on which each nest is installed, without having complex skills, and remaining safely on the ground.
  • the robot is carried by a drone equipped with an on-board automaton, which is equipped with an electromechanical tool composed of a gripper with gripper associated with a cutting device intended to cut the branches supporting the nests to be eliminated.
  • the automaton is provided with a horizontal support pole carrying the electromechanical tool at the front, the centering of said robot being adjusted by the inertia unit of the drone aided by a counterweight including the robot's power supply battery.
  • the gripper of the electromechanical tool comprises a motorized articulated gripper which moves along the pole under the action of a first linear actuator controlled by a microprocessor of the automaton, a second linear actuator being arranged to move in synchronism said counterweight along the pole, to adjust the centering of the robot during the movements of the gripper when the drone's inertia unit is not able to do it alone.
  • the electromechanical tool cutting device advantageously comprises a circular saw rotatably driven by a first electric motor, said saw being provided with a rotating cutting disc protruding forwardly from the first motor.
  • the articulated clamp is arranged under the cutting device, said clamp being actuated by a second electric motor causing the two jaws of the clamp between a closed position and an open position.
  • the second motor of the gripper comprises for this purpose a transmission system cooperating with two rods intended to bring the two jaws closer together and apart, respectively in the closed position and in the open position.
  • the articulated clamp is supported by a first cylindrical tube intended to slide in a second tube of the frame to guide the advance or retreat of the clamp under the action of a control mechanism of the first actuator, said frame being mounted to pivot about the axis of the pole on a thrust ball bearing.
  • control mechanism of the first actuator comprises a mechanical contactor provided with a knocker cooperating with a pusher coming into engagement with a connector for starting the automaton and closing the clamp as soon as the knocker strikes the branch supporting a nest.
  • the controller is controlled by an electronic box containing a microprocessor intended to control the first and second motors as well as the first and second actuators.
  • the robot seeks and finds this nest alone, approaches it until it touches it, clings to the branch which supports it, cuts it, and returns to its base of departure, mission accomplished, without any human intervention.
  • the invention also relates to an automatic method for locating and destroying a nest of processducy caterpillars on an infested tree, making use of a drone equipped with a weeding robot mentioned above.
  • the operator locates the nest of processiffy caterpillars that he must eliminate, on the infested tree where it is installed. He places on the ground in front of this tree, on an appropriate starting base, an autonomous robot made up of a small drone carrying an automatic weeding machine, and directs it towards this nest. It powers up the various components of the electronic box, and from a tablet, it launches a preprogrammed automatic standard mission, always the same, without any entry of parameters, and during which, unless there is an incident, it does not. will not intervene. The drone takes off, climbs vertically to its starting course, looking in front of it for the nest, a large spot white, easy to identify.
  • the drone When it has found it, it hovers at the altitude of the nest, and defines in its collimator the target to be reached: a small brown rod, a few cm below the base of the white spot. The drone then advances horizontally towards this target while remaining on the starting heading, all possible course corrections being made automatically, without pivoting, with automatic controls of very low amplitude: Left, Right, Up, Down, Forward and Backward only. . At about 1 m from the target, the drone slows down, refines the aim of its collimator, and continues its progression at very low speed until the knocker of the on-board tool strikes the branch supporting the nest, which activates the automaton.
  • the pliers of the weeding automaton closes in a few seconds on the branch which carries the nest, possibly rotating around its horizontal axis so that the plane of its two jaws is substantially perpendicular to the axis of the branch to ensure effective tightening.
  • the drone is now hooked to this branch.
  • the circular saw starts automatically.
  • a linear actuator moves the clamp backward relative to the saw blade.
  • the branch is cut in seconds.
  • the retraction of the gripper by several centimeters changes the centering of the drone, but this imbalance is immediately compensated by a counterweight which advances in synchronism under the action of a second linear actuator.
  • the drone is equipped with motors with sufficient power reserve, and if the displacement of its center of inertia remains within the limits controllable by its autopilot, the displacement of the counterweight is not necessary, and the second actuator is unnecessary .
  • the drone is still attached to it because it was cut above the clamp. The nest falls, and the white spot disappears from the sight of the drone going in reverse, with a clear road of any obstacle to the opposite heading of the starting heading, while remaining clinging to the branch.
  • the circular saw stops, the gripper and the counterweight return to their initial positions, the gripper loosens and the drone moves back to the vertical of its starting base, then it descends and lands, its mission completed.
  • the drone abandons the mission and returns to land where it left, following the opposite route. The operator will then have to move the starting base by choosing a different vertical approach plane, and restart the weeding mission. In certain exceptional conditions, specified in the detailed operating mode, it is possible to leave the operator the possibility of designating the target on his tablet and manually adjusting, by small touches, the final approach of the drone to pinch the target branch .
  • FIG. 1 is a complete perspective view of a variation of a weeding robot 29 object of the invention
  • FIG. 2 shows in perspective a human operator 21 and the successive positions of a weeding robot 29, from a take-off belt 24, to a very short distance from its target, a nest 31 of processducy caterpillars;
  • FIG. 3A is a perspective view of the stripping robot 29, correctly positioned on the take-off belt 24, in the direction of the nest 31 to be eliminated, and ready to take off in front of the operator 21;
  • FIG. 3B is a simplified diagram of the screen of a tablet 23 with an aiming collimator 119 and main buttons 110 to 118;
  • FIG. 4A is a perspective view of a frame 39 of the automatic weeding 34;
  • FIG. 4B is another perspective view of a frame 39 of the automatic weeding 34;
  • FIG. 5A is an exploded perspective view of the connection between the frame 39 of the automaton 34 and a pole 32 which supports it;
  • FIG. 5B is another exploded perspective view of the connection between the frame 39 of the automaton 34 and a pole 32 which supports it;
  • FIG. 6A shows a circular saw with a first motor 42, a cutting blade 43 and a toothed belt 46, the assembly mounted on the frame 39;
  • FIG. 6B shows another view of a circular saw with a first motor 42, a cutting blade 43 and a toothed belt 46, the assembly mounted on the frame 39;
  • FIG. 7A shows the clamp 61 and the contactor 81, mounted on the frame 39;
  • FIG. 7B shows another view of the clamp 61 and the contactor 81, mounted on the frame 39;
  • FIG. 8 shows the electronic box 35 positioned on the pole 32, behind the slide 127 of the fixing device 33 on the drone 27;
  • FIG. 9A shows the battery 36 of the automaton, detached from its support 91;
  • FIG. 9B shows the rear of the pole 32 equipped with an adjustable counterweight 38
  • FIG. 9C shows the rear of the pole 32 equipped with a fixed counterweight 38
  • FIG. 10A shows the front of the pole 32, in a possible embodiment of a fixing device 33 on a drone;
  • FIG. 10B shows the rear of the pole 32, in a possible embodiment of a possible fixing device 33 on a drone;
  • FIG. 11 A shows the weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 wide open;
  • FIG. 11B also shows the weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 wide open;
  • FIG. 12A shows the weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 closed after pivoting;
  • FIG. 12B also shows the weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 closed after pivoting;
  • FIG. 13A shows the shearing machine 34, with the two jaws 62 of the clamp 61 still closed on the rest of the branch 80 which has just been cut;
  • FIG. 13B shows another view of the weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 still closed on the rest of the branch 80 which has just been cut;
  • FIG. 14 is an exploded view of the automatic weeding machine 34, with the two jaws 62 of the gripper 61 open, and two possible optional covers 106 and 107;
  • - Figure 15 is a conceptual view of a specialized drone 27, incorporating the weeding automaton 34 in its design and construction.
  • the weeding robot 29 is a drone 27 which bears on a horizontal pole 32, an automatic weeding 34, a contactor 81, an electronic box 35 and a counterweight 38.
  • the on-board assembly assembled on the pole 32 is fixed on the drone 27 by a removable mechanical fixing device 33.
  • the automatic weeding 34 is positioned at the front of the pole 32, in front of the fixing device 33.
  • the electronic box 35 is fixed on the pole 32 behind the fixing device 33.
  • the automatic weeding 34 is built on a frame 39, with a circular saw 40, associated with an articulated and motorized clamp 61.
  • the circular saw 40 has a cutting disc 43 offset forwardly relative to a first motor 42.
  • the gripper 61 can retreat or advance under the cutting disc 43 with the second linear actuator 69.
  • the contactor 81 activates the automatic weeding 34:
  • the jaws of the gripper 61 close, the circular saw 40 starts, the gripper 61 moves back under the cutting disc 43, which saws what holds the clamp 61.
  • a battery 36 and a power supply 37, mounted on a nacelle 91 serve as a counterweight 38 at the rear of the pole 32.
  • a first linear actuator 89 mounted under the nacelle 91 moves back or forward with the counterweight 38 to maintain the centering of the robot 29 when the gripper 61 is moving.
  • the drone 27 is a small flying machine with the following features:
  • an operator 21 locates on an infested tree 30 a nest 31 of processducy caterpillars that he must eliminate, and chooses a vertical approach plane "P", free of any obstacle. It places on the ground in front of the tree 30, on an appropriate take-off mat 24, the weeding robot 29 (a small drone carrying an automatic weeding machine), and orients it in the "P" plane, with a magnetic heading 25 of nest 31.
  • the operator 21 has a remote control console 22 for the drone 27, associated with a tablet 23, a navigation application of which automatically executes a preprogrammed mission, described in detail in pseudo code on pages 21 to 30.
  • the mat take-off 24 is correctly positioned, with the two vertical bars 26 of its "H" parallel to the heading 25 of the nest 31.
  • the operator 21 powers up the console 22, the tablet 23 and the various components of the robot 29,
  • the operator 21 launches a preprogrammed automatic standard mission, always the same, without any entry of parameters, and during which, except for an incident, he will not intervene. not.
  • the screen of the tablet 23 permanently displays the vision of the front camera of the drone 27 and relevant information on the progress of the mission.
  • An emergency stop button 111 can stop the mission and bring the drone 27 back to its starting base, the take-off mat 24.
  • operator 21 can take control of the drone 27 by piloting it manually by short pulses on buttons 113 to 118, and control its action with the aiming collimator 119.
  • the drone 27 takes off carrying the weeding automaton 34, climbs vertically to the starting heading 25, looking in front of it for the nest 31, a large white spot, easy to identify, and the weeding robot 29 passes successively through positions 29a, 29b, 29c, etc ...
  • the nest 31 When the drone 27 has found the white spot, therefore the nest 31, it is in position 29th, at the altitude of the nest. It defines in its collimator the target to be reached: a small brown rod, a few cm below the base of the white spot.
  • the drone 27 then moves horizontally towards this target while remaining on the starting heading 25, and passes successively through positions 29e, 29f, 29g.
  • the frame 39 is a rigid and lightweight one-piece assembly, which can be produced by bonding carbon fiber plates and tubes, by injection molding, by 3D printing or by combining these different processes.
  • the upper part of the frame 39 supports the DC cutting device (first motor 42 of the circular saw 40, cutting disc 43 and toothed belt 46), as illustrated below in figures 6A and 6B.
  • the upper part of the frame 39 is a cage 48, rigid and narrow, with a rigid plate 48e, long and horizontal, firmly attached perpendicularly to the front face 48d.
  • the upper face 48a, wider, of the cage 48 is drilled with four holes 52 for bolting a spider 59 for fixing the first motor 42, and a central hole 51 for the passage of the axis of the first motor 42.
  • the rear face 48b of the cage 48 is pierced with a hole 79 for the passage of the son of power supply and control of the first motor 42.
  • the front face 48d of the cage 48 is separated from the upper face 48a by a slot 50 of very small thickness (approximately 1.5 mm) to allow the passage of the toothed belt 46 during its installation.
  • the upper face 48a and the front face 48d of the cage 48 are made integral with a shim and a small clamping bolt, not shown.
  • the oblong hole 49 at the end of the plate 48e makes it possible to adjust the tension of the toothed belt 46.
  • the axis 47 of the ball bearing of the pulley 45 integral with the cutting disc 43 is fixed by a nut 28 as illustrated in FIGS. 6A and 6B.
  • the lower part of the frame 39, under the face 48c is the tubular caliper 41.
  • the upper part of the tubular caliper 41 has a cylindrical hole 54, in which the first cylindrical tube 63, support for the clamp 61, can slide parallel to the plate 48e and rotate.
  • the first cup 58 accommodates the ball bearing 60.
  • the two bosses 57 are the attachment points of the two springs 71, which connect the frame 39 to the pole 32.
  • the lower part of the tubular caliper 41 is a double housing 55 where the body of the second linear actuator 69 fits, held in position by two small locking screws tightened in the two tapped holes 56.
  • connection between the frame 39 and the pole 32 is illustrated in exploded view.
  • the pole 32 and a sleeve 75 have a square outer and inner section.
  • a tube 76 has a square outer section and a cylindrical inner section.
  • the tube 76 is glued or crimped inside the sleeve 75 on its first front half.
  • a second cylindrical cup 74 is at the front of the sleeve 75.
  • Two spreaders 72 are attached to each side of the sleeve 75.
  • the rear half of the sleeve 75 is fitted onto the front of the pole 32 and locked by a bolt. 103.
  • the first round-round tube 63 support for the clamp 61, can slide and rotate inside the sleeve 75, in the tube 76 and the front end of the pole 32.
  • the first tube 63 passes through the ball stop 60, the internal diameter of which is greater than that of the first tube 63.
  • the two springs 71 stretched between the bosses 57 and the spreader bars 72, hold the ball stop 60 in position in the cups 58 and 74, while allowing the pivoting of the frame 39 around the axis of the pole 32.
  • FIG. 6A and 6B only the circular saw 40 is shown, mounted in the frame 39.
  • the first motor 42 is screwed with a cross member 59, under the upper face 48a of the frame 39, inside the cage 48.
  • the cutting disc 43 of the circular saw 40 is offset forwards so that the first motor 42 does not strike the nest 31, the branch 80 of which must be cut.
  • the cutting disc 43 is integral with a first pulley 45 toothed, which is mounted on a ball bearing around an axis 47.
  • the axis 47 is bolted in the oblong hole 49 at the end of the rigid plate 48e by adjusting the tension of the toothed belt 46.
  • a second toothed pulley 44 bolted to the axis of the rotor of the first motor 42, drives the first toothed pulley 45 of the cutting disc 43, with a toothed belt 46.
  • the articulated clamp 61 is actuated by a second electric motor 66 whose axis is a threaded rod 67 which rotates in a nut 68.
  • the nut 68 pulls or pushes with two rods, the two jaws 62 which deviate as widely as possible in the open position (at least 7 cm).
  • the second electric motor 66 is powerful enough to ensure sufficient tightening of the two jaws 62, preventing any significant sliding of the pinched branch 80.
  • a first cylindrical tube 63 is integral with a plate 64, the back of a cradle 83, to which is fixed the rear of the second motor 66 by four bolts 65. The first tube 63 can slide and rotate in the cylindrical hole 54 of the chassis 39.
  • the second actuator 69 controls the advance or retreat of the clamp 61 with the end of a piston 70 bolted under the rear of the cradle 83 of the second motor 66.
  • a contactor 81 is glued or welded under the cradle 83 of the second motor 66.
  • a mini connector 82 is glued under the cradle 83, as well as a tube 84 of square section inside as well as on the inside. outside.
  • a pusher 85 of square section slides inside the tube 84.
  • a knocker 86 a rounded rectangular plate, fixed to the front end of the pusher 85 perpendicular to its axis, is the collision zone between the robot 29 and the nest.
  • a compression spring 87 pushes the knocker 86 forward.
  • the rear end of the pusher 85 is in contact with the tongue of the connector 82, but also serves as a stopper by limiting the forward stroke of the pusher 85.
  • the electronic box 35 is composed of a microprocessor 122 (Arduino UNO or similar) surmounted by a shield 123 (MotorShield v2.3 Adafruit Industries or similar) to control the four motors of the weeding automaton 34 (circular saw 40, gripper 61 and two linear actuators 69 and 89).
  • the electronic box 35 protected by a transparent cover 120, is fixed on a plate 121 glued to the pole 32 behind the fixing device 33.
  • Two power sockets are provided, a 124 socket for 5.4 V, and a second 125 socket for 11.1 V (LIPO 3S) or 14.8 V (LIPO 4S).
  • an exploded bottom perspective view shows a battery 36 of the controller 34, with a support pod 91, and a power supply 37, all mounted on the pole 32 to balance the controller. weeding 34 serving as a counterweight.
  • the battery 36 is normally of an identical model to that of the drone 27, for reasons of convenience of use, in particular for the reload. This is for example a 3S (11.1 V) or 4S (14.8 V) LIPO battery.
  • the battery 36 is easily removable, embedded in the nacelle 91, the tube 100 of which has a square section, can slide along the rear of the pole 32.
  • the nacelle 91 is a rectangular box where the battery 36 fits, with at the front, a platform where the power supply 37 is fixed.
  • the assembly can be secured by 2 removable rubber straps, not shown, surrounding the pole 32 with the battery 36.
  • the battery 36 is connected with a connector 95 , on a connector 96 of the power supply unit 37.
  • a DC voltage of 5.5 V with a low current on a socket 97 supplies the box 35 of the control electronics of the automaton.
  • a higher voltage of 11.1 V (3S) or 14.8 V (4S), with a strong available current on a socket 98, supplies the motors of the automatic weeding 34.
  • FIG. 9B a bottom perspective view shows the rear of the automatic weeding machine 34, with the adjustable counterweight 38 which can slide at the end of the pole 32.
  • the The weeding automaton 34 is carried by an existing drone 27, whose motorization and the automatic pilot cannot immediately balance any centering imbalance of the robot 29 induced by the movement of the gripper 61 relative to the cutting disc 43 of the circular saw 40, the selected cutting tool.
  • the adjustable counterweight 38 is then necessary.
  • a first linear actuator 89 is programmed to slide the nacelle 91 in synchronism with the movement of the clamp 61, and therefore maintain the centering of the robot 29 within the limits compatible with the autopilot of the drone 27.
  • the body of the first actuator 89 is held by two stirrups 101 a and 101 b in a fixed position under the front of the tube 100 of the nacelle 91.
  • the front stirrup 101 a is integral with the nacelle 91.
  • the rear stirrup 101 b slides along the tube 100 during assembly of the actuator 89, then is blocked by 2 tightening screws on either side of the tube 100.
  • a bolt 105b immobilizes the actuator 89 under the nacelle 91 in the caliper 101b.
  • the end of the piston 90 of the first actuator 89 is connected by a bolt 105a to a stop 53 blocked after adjustment on the pole 32 by a bolt 104.
  • FIG. 9C a top perspective view shows the rear of the automatic weeding machine 34, with the counterweight 38 in a fixed position under the end of the pole 32.
  • the weeding automaton 34 is carried by an existing drone 27, whose motorization and autopilot can immediately balance any centering imbalance of the robot 29 induced by the displacement of the gripper 61 relative to the cutting disc 43 of the circular saw 40
  • the counterweight 38 is nevertheless necessary, but after adjustment it remains locked in a fixed position on the pole 32 by two bolts 104 tightened in two tapped holes under the tube 100, and there is no actuator to move the nacelle 91 .
  • FIGS. 10A and 10B two perspective views illustrate the principle of the fastening system 33 of the automaton 34 on the drone 27.
  • the fastening system 33 is a stirrup 126 surmounted by a slider 127.
  • the upper part of the slider 127 is a square section tube in which the pole 32 can slide, locked after adjustment by a bolt 78.
  • the spacing of the bracket 126 corresponds to the width of the drone 27 on which it is force-mounted, then locked by the notches 128 which frame two bosses existing on the drone 27, the locking buttons of its own battery for example.
  • a plate 121 is intended to support the electronic box 35 for controlling the shearing machine.
  • a stopper 53, blocked by the bolt 104 after adjusting the centering of the robot 29, is the anchor point for the nacelle 91.
  • FIGS 11 A and 11 B two perspective views illustrate the position of the various components of the weeding machine 34, from its take-off to its position 29g (see figure 2), just before hitting the branch 80 support of the nest 31.
  • the knocker 86 of the contactor 81 is a few millimeters in front of the front edge of the cutting blade 43.
  • the clamp 61 is open, the jaws 62 spaced as widely as possible above the knocker 86 which protrudes slightly on each side of the jaws 62.
  • the electrical circuit controlled by the mini connector 82 is open.
  • the motor of the second actuator 69 is not powered, its piston 70 in the maximum extension position to keep the clamp 61 as far forward as possible.
  • the cutting disc 43 does not rotate, and it is in a horizontal plane like the spreaders 72.
  • FIGS 12A and 12B two perspective views illustrate the position of all the components of the automatic weeding machine 34 just after the closure of the gripper 61, the branch 80 clamped between the two jaws 62.
  • the knocker 86 is collided with the branch 80, the electrical circuit of the mini connector 82 closed and started the software of the weeding automaton 34.
  • the second motor 66 starts up, and the clamp 61 closes in a few minutes. seconds on the branch 80 which carries the nest 31.
  • the drone 27 remains in hovering flight, the weeding automaton 34 has pivoted on the ball stop 60, so that the plane of the two jaws 62 remains substantially perpendicular to the axis of the branch 80, thus ensuring optimum tightening.
  • the maximum torque that can be tolerated by the second motor 66 of the gripper 61 is applied to the tightening of the two jaws 62.
  • the drone 27 is now hooked to the branch 80, firmly held against the cutting disc 43, the front of which is directly above the knocker 86.
  • the branch 80 is then in the optimum position to be cut.
  • FIGS. 13A and 13B two perspective views illustrate the position of all the components of the automatic weeding machine 34 with its clamp 61 still closed on the bottom of the branch 80 that it has just cut.
  • the circular saw 40 started automatically as soon as the clamping of the two jaws 62 of the clamp 61 was finished.
  • the second linear actuator 69 made the clamp 61 retreat relative to the cutting disc 43 of the circular saw 40.
  • the cutting disc 43 cut branch 80 instead of pushing it forward, because knocker 86 is high enough to prevent branch 80 from swinging into jaws 62 of clamp 61 which also exert sufficient pressure to hold it securely in place. preventing too much slipping.
  • the branch 80 was cut in a few seconds and the nest 31 of processducy caterpillars will fall normally to the ground, without affecting the robot 29 still attached to the tree where the nest 31 was installed which has just been eliminated.
  • the retraction of the gripper 61 by several centimeters changes the centering of the robot 29, but this imbalance is immediately compensated by the counterweight 38 which advances in synchronism under the action of the first linear actuator 89 controlled by the electronic box 35 and the software of the automaton. If the drone 27 is equipped with engines with sufficient power reserve, and if the displacement of its center of inertia remains within the limits controllable by its autopilot, the
  • the drone 27 is still attached to it because it was cut above the jaws 62 of the clamp 61.
  • the nest 31 falls, its image, the big white spot, disappears from the sight of the front camera of the drone 27 and on the screen of the tablet 23.
  • the drone 27 engages reverse gear, with a road free of any obstacle on the reverse heading of the starting heading 25, while still remaining attached to the branch 80.
  • the first motor 42 stops, the cutting disc 43 stops rotating, the jaws 62 of the gripper 61 open, the frame 39 stands up with all the elements it supports, brought back to the vertical by the two springs 71, stretched between the two bosses 57, and the two arrow bars 72.
  • the piston 70 of the second linear actuator 69 advances, pushing the second motor 66 of the gripper 61 which returns with the jaws 62 open, to its position starting point.
  • the drone 27 retreats to the vertical of its starting base 24, then descends and lands, its mission completed.
  • the first cover 107 is a complete protection of the moving parts of the automatic weeding machine 34: second motor 66, cutting disc 43, belt 46, contactor 81 and piston 70 of the second linear actuator 69.
  • the second cover 106 is a protection lighter of the cutting disc 43 (dangerous for the fingers of a careless operator 21) and of the toothed belt 46.
  • the two covers 106 and 107 are made of rigid plastic of small thickness, preferably transparent. They are correctly positioned and easily removable, with holes 99 corresponding to lugs 108 on the frame 39. The central hole 99 on the upper face of the two covers 106 and 107 is tapped to receive a locking screw 88.
  • FIG. 15 a conceptual view of the robot 29 is presented here as being a specialized drone 27, containing the weeding automaton 34.
  • 61 and the circular saw 40 are included in its design and construction, but not some components and features that are found in the small drones currently available.
  • These drones carry very sophisticated and expensive equipment (very high definition camera, stabilized gimbal, etc.). They were designed for aerial photography and video, and to perform very complex missions, with distant navigation. This equipment is useless to simply find a nest of processducy caterpillars, a large white spot on a dark background, within a maximum range of about fifty meters, approach it slowly until contact, take a few photos, then come back to the starting point ...
  • the front of the drone is oriented towards the nest, which determines its heading
  • the on-board controller :
  • the components of the on-board controller have returned to their starting position.
  • the on-board PLC indicator is green:
  • the on-board PLC is operational. It is active and waits for a pressure on its knocker to execute a new cycle.
  • the drone is a whole.
  • the designation of the target is carried out by the operator.
  • the minimum “altiMini” altitude from which the drone must start looking for the nest, and the maximum “altiMax” altitude which the drone must give up if it has not found the nest are already in the settings. the mission.
  • the drone is a whole.
  • n 0 (n is the index of the increment)
  • MO-4B Semi-automatic option (designation of the nest by the operator)
  • the drone is a whole.
  • the drone is a whole.
  • buttons 113 to 118 to center the image of the nest in the middle of the touch pad screen.
  • button 114 - 5 cm in altitude
  • the drone is a whole.
  • the drone is a whole.
  • the drone is well attached to the branch
  • the drone is not hooked to the branch
  • the drone's advance towards the nest is then blocked despite maintaining a low thrust of its engines.
  • the branch on which the nest is installed is rarely vertical, the gripper can pivot during its closure around its horizontal axis, that of the carrier pole, so that the plane of its jaws remains substantially perpendicular to the axis of this branch.
  • the cutting disc of the circular saw is then correctly positioned relative to the branch carrying the nest, in an optimal position to be cut a few millimeters above the closed gripper.
  • the drone is a whole.
  • the on-board controller :
  • the clamp 61 moves back relative to the cutting disc 43.
  • the counterweight 38 advances to balance the centering.
  • the branch is cut a few millimeters above the clamp.
  • the clamp 61 advances relative to the cutting disc 43.
  • the counterweight 38 moves back in synchronism to balance the centering.
  • the drone is a whole.
  • the drone is a whole.
  • the automaton did not manage to cut the branch it had clung to.
  • the drone is a whole.
  • the drone is a whole.

Landscapes

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Abstract

Robot d'échenillage (29) comprenant des moyens pour éliminer des nids de chenilles processionnaires, robot caractérisé en ce qu'il est porté par un drone (27) doté d'un automate (34) embarqué, lequel est équipé d'un outil électromécanique composé d'un préhenseur à pince (61) associé à un dispositif de coupe (43) destiné à couper les branches supportant les nids à éliminer.

Description

Robot d’échenillage pour éliminer des nids de chenilles processionnaires
Domaine technique
L’invention concerne un robot d’échenillage avec un automate embarqué sur un petit drone existant, ou inclus dans un petit drone spécialisé, pour éliminer des nids de chenilles processionnaires, en s'approchant seul du nid désigné pour couper automatiquement la branche sur laquelle il est installé.
Technique antérieure
On doit lutter tous les ans contre les chenilles processionnaires, car elles représentent un danger sérieux pour les enfants, les personnes allergiques, et les animaux domestiques. On les trouve dans tous les pays autour de la Méditerranée où leur présence ne cesse de progresser vers le nord. Elles sont également présentes dans beaucoup d'autres pays chauds du monde.
Une méthode des plus efficace pour les éliminer, est de cisailler avec un échenilleur la branche à laquelle est accroché leur nid, un cocon blanc, puis de le brûler lorsqu’il est tombé à terre.
Mais c'est une opération difficile, coûteuse et parfois dangereuse qui nécessite de grimper dans les arbres, ou le plus souvent d’utiliser une grande échelle, voire une nacelle, pour atteindre les nids installés sur une des plus hautes branches de certains résineux (pin d’Autriche, pin parasol, cèdres, etc....)
Une autre méthode consiste à pulvériser à partir du sol un produit sur les arbres infectés. Mais c'est peu efficace et peu précis, car les nids sont hauts, voire hors de portée du pulvérisateur, ce qui engendre un gaspillage important du produit et une certaine pollution.
Une méthode plus récente pulvérise ces produits à partir d’un gros drone piloté manuellement, mais elle nécessite un pilote confirmé, et n'est applicable qu'au traitement de grandes surfaces (forêt de pins infestés par exemple), et elle est en pratique inutilisable pour traiter des arbres isolés dans des zones résidentielles de propriétés privées. Actuellement, de petits drones destinés à la photographie et à la vidéo aériennes sont commercialisés par plusieurs dizaines de fournisseurs internationaux.
Ils sont légers, faciles à transporter, et très bien équipés avec des capteurs multiples et des microprocesseurs contrôlés par des logiciels sophistiqués très puissants.
Ils sont capables de maintenir un vol stationnaire avec précision, en position, cap et altitude, et savent détecter et éviter les obstacles grâce à leurs capteurs.
Leur console de télécommande permet bien sûr leur pilotage manuel en vision directe ou à travers un casque de réalité virtuelle.
Cette console peut aussi être associée à une tablette sur laquelle des applications spécifiques affichent en temps réel ce que voit la caméra frontale du drone, et permettent de le piloter manuellement, ou mieux, de lui assigner des missions préprogrammées complexes qu'il exécutera seul automatiquement.
Ces drones fonctionnent selon plusieurs modes dont certains dits « intelligents » avec lesquels ils peuvent identifier automatiquement certaines cibles et les suivre automatiquement.
Les plus évolués disposent d'un SDK (System Développer Kit) permettant d'ajouter des fonctions supplémentaires paramétrables, d'utiliser autrement les modules logiciels déjà disponibles, de communiquer avec une nouvelle application de navigation installée sur la tablette, et même de communiquer simplement avec l’extérieur en fermant par exemple un contact accessible.
Tous ces drones, non destinés à emporter un outil, peuvent néanmoins embarquer une charge non négligeable, de l’ordre de la moitié de leur propre poids, à condition de rester dans leurs limites de centrage où un vol stationnaire stabilisé reste contrôlable par leur pilote automatique.
Cela implique une répartition correcte de la charge embarquée, et une réserve de puissance des moteurs suffisante pour corriger immédiatement et automatiquement toute embardée d'assiette ou de roulis générant des moments d'inertie plus importants avec une masse à équilibrer excentrée plus lourde.
Dans un nouveau mode de fonctionnement automatique « intelligent » entièrement automatique, un tel drone pourrait en sécurité, sans grand risque de « crash », se rapprocher lentement d'un arbre au lieu de chercher à l'éviter, identifier sur cet arbre une cible (une grosse tache blanche) et amener un automate embarqué au contact de la base de cette cible, un nid de chenilles processionnaires, pour qu’il coupe la branche qui le porte.
Utilisateurs possibles : Entreprises de jardinage, Entretien d’espaces verts, Eaux et Forêts, Mairies, Entrepreneurs individuels, etc ... dans tous les pays d’Europe du sud, et certainement beaucoup d’autres sur tous les continents.
Objet de l'invention
L’objet de l’invention consiste à proposer à un opérateur un petit robot autonome, relativement peu coûteux par rapport à son potentiel, facilement transportable et utilisable par tous, pour éliminer des nids de chenilles processionnaires, en coupant automatiquement la branche sur laquelle chaque nid est installé, sans avoir de compétences complexes, et en restant au sol en toute sécurité.
Selon l’invention, le robot est porté par un drone doté d’un automate embarqué, lequel est équipé d’un outil électromécanique composé d’un préhenseur à pince associé à un dispositif de coupe destiné à couper les branches supportant les nids à éliminer.
Selon un mode de réalisation préférentielle de l’invention, l’automate est doté d’une perche horizontale de support portant à l’avant l’outil électromécanique, le centrage dudit robot étant ajusté par la centrale d’inertie du drone aidée par un contrepoids incluant la batterie d’alimentation du robot.
Le préhenseur de l’outil électromécanique comporte une pince articulée motorisée qui se déplace le long de la perche sous l’action d’un premier actionneur linéaire commandé par un micro processeur de l’automate, un deuxième actionneur linéaire étant agencé pour déplacer en synchronisme ledit contrepoids le long de la perche, pour ajuster le centrage du robot pendant les mouvements du préhenseur quand la centrale d’inertie du drone n’est pas capable de le faire seule.
Le dispositif de coupe de l’outil électromécanique comprend avantageusement une scie circulaire entraînée à rotation par un premier moteur électrique, ladite scie étant pourvue d’un disque rotatif de coupe faisant saillie vers l’avant par rapport au premier moteur.
Selon une caractéristique de l’invention, la pince articulée est agencée sous le dispositif de coupe, ladite pince étant actionnée par un deuxième moteur électrique entraînant les deux mâchoires de la pince entre une position fermée et une position ouverte. Le deuxième moteur de la pince comporte à cet effet un système de transmission coopérant avec deux biellettes destinées à rapprocher et à écarter les deux mâchoires, respectivement en position fermée et en position ouverte.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la pince articulée est supportée par un premier tube cylindrique destiné à coulisser dans un deuxième tube du châssis pour guider l’avance ou le recul de la pince sous l’action d’un mécanisme de commande du premier actionneur, ledit châssis étant monté pivotant autour de l’axe de la perche sur une butée à billes.
De préférence, le mécanisme de commande du premier actionneur comporte un contacteur mécanique muni d’un heurtoir coopérant avec un poussoir venant en engagement avec un connecteur pour la mise en marche de l’automate et la fermeture de la pince dès que le heurtoir percute la branche supportant un nid.
L’automate est commandé par un boîtier électronique renfermant un microprocesseur destiné à piloter les premier et deuxième moteurs ainsi que les premier et deuxième actionneurs.
Posé au sol devant un arbre infesté, dans la direction d'un nid à éliminer, le robot cherche et trouve seul ce nid, s'en approche jusqu'à le toucher, s'accroche à la branche qui le supporte, la coupe, et revient à sa base de départ, mission accomplie, sans aucune intervention humaine.
L’invention concerne également un procédé automatique de repérage et de destruction d’un nid de chenilles processionnaires sur un arbre infesté, faisant usage d’un drone équipé d’un robot d’échenillage mentionné précédemment.
L'opérateur repère le nid de chenilles processionnaires qu’il doit éliminer, sur l'arbre infesté où il est installé. Il pose au sol devant cet arbre, sur une base de départ appropriée, un robot autonome composé d’un petit drone portant un automate d’échenillage, et l'oriente vers ce nid. Il met sous-tension les différents composants du boîtier électronique, et à partir d’une tablette, il lance une mission standard automatique préprogrammée, toujours la même, sans aucune saisie de paramètres, et au cours de laquelle, sauf incident, il n’interviendra pas. Le drone décolle, monte à la verticale à son cap de départ, en cherchant devant lui le nid, une grosse tache blanche, facile à identifier. Lorsqu'il l’a trouvé, il passe en vol stationnaire à l'altitude du nid, et définit dans son collimateur la cible à atteindre : une petite tige brune, quelques cm en dessous de la base de la tâche blanche. Le drone avance ensuite horizontalement vers cette cible en restant au cap de départ, toutes les corrections de trajectoire éventuellement nécessaires étant faites automatiquement, sans pivotement, avec des commandes automatiques de très faible amplitude : Gauche, Droite, Haut, Bas, Avant et Arrière uniquement. A environ 1 m de la cible le drone ralentit, affine la visée de son collimateur, et poursuit à très faible vitesse sa progression jusqu'à ce que le heurtoir de l'outil embarqué percute la branche supportant le nid, ce qui active l'automate. La pince de l’automate d’échenillage se ferme en quelques secondes sur la branche qui porte le nid, en pivotant éventuellement autour de son axe horizontal pour que le plan de ses deux mâchoires soit sensiblement perpendiculaire à l'axe de la branche pour assurer un serrage efficace. Le drone est maintenant accroché à cette branche. La scie circulaire démarre automatiquement. Un actionneur linéaire fait reculer la pince par rapport à la lame de la scie. La branche est coupée en quelques secondes. Le recul de la pince de plusieurs centimètres modifie le centrage du drone, mais ce déséquilibre est compensé immédiatement par un contrepoids qui avance en synchronisme sous l’action d’un deuxième actionneur linéaire. Si le drone est équipé de moteurs avec une réserve de puissance suffisante, et si le déplacement de son centre d’inertie reste dans les limites contrôlables par son pilote automatique, le déplacement du contrepoids n’est pas nécessaire, et le deuxième actionneur est inutile. Une fois la branche coupée, le drone y est toujours accroché car elle a été coupée au-dessus de la pince. Le nid tombe, et la tache blanche disparaît de la vue du drone qui passe en marche arrière, avec une route libre de tout obstacle au cap inverse du cap de départ, tout en restant accroché à la branche. Au bout de quelques secondes, la scie circulaire s’arrête, la pince et le contrepoids retournent à leurs positions initiales, la pince se desserre et le drone recule jusqu'à la verticale de sa base de départ, puis il descend et atterrit, sa mission terminée. En cas d'incident le drone abandonne la mission et revient se poser là où il est parti en suivant la route inverse. L'opérateur devra alors déplacer la base de départ en choisissant un plan vertical d'approche différent, et relancer la mission d’échenillage. Dans certaines conditions exceptionnelles, précisées dans le mode opératoire détaillé, il est possible de laisser à l'opérateur la possibilité de désigner la cible sur sa tablette et d'ajuster manuellement, par petites touches, l’approche finale du drone pour pincer la branche visée.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation et de mise en œuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue complète en perspective, d’une déclinaison d’un robot d’échenillage 29 objet de l’invention;
- la figure 2 montre en perspective un opérateur 21 humain et les positions successives d’un robot d’échenillage 29, depuis un tapis de décollage 24, jusqu’à très faible distance de sa cible, un nid 31 de chenilles processionnaires;
- la figure 3A est une vue en perspective du robot d’échenillage 29, correctement positionné sur le tapis de décollage 24, en direction 25 du nid 31 à éliminer, et prêt à décoller devant l’opérateur 21 ;
- la figure 3B est un schéma simplifié de l’écran d’une tablette 23 avec un collimateur de visée 119 et des boutons principaux 110 à 118 ;
- la figure 4A est une vue en perspective d’un châssis 39 de l'automate d’échenillage 34 ;
- la figure 4B est une autre vue en perspective d’un châssis 39 de l'automate d’échenillage 34 ;
- la figure 5A est une vue éclatée en perspective de la liaison entre le châssis 39 de l'automate 34 et une perche 32 qui le supporte ;
- la figure 5B est une autre vue éclatée en perspective de la liaison entre le châssis 39 de l'automate 34 et une perche 32 qui le supporte ;
- la figure 6A représente une scie circulaire avec un premier moteur 42, une lame de coupe 43 et une courroie crantée 46, l’ensemble monté sur le châssis 39; - la figure 6B représente une autre vue d’une scie circulaire avec un premier moteur 42, une lame de coupe 43 et une courroie crantée 46, l’ensemble monté sur le châssis 39 ;
- la figure 7 A représente la pince 61 et le contacteur 81 , montés sur le châssis 39 ;
- la figure 7B représente une autre vue de la pince 61 et du contacteur 81 , montés sur le châssis 39 ;
- la figure 8 montre le boîtier électronique 35 positionné sur la perche 32, derrière le coulisseau 127 du dispositif de fixation 33 sur le drone 27 ;
- la figure 9A montre la batterie 36 de l'automate, détachée de son support 91 ;
- la figure 9B montre l’arrière de la perche 32 équipée d’un contrepoids 38 réglable ;
- la figure 9C montre l’arrière de la perche 32 équipée d’un contrepoids 38 fixe ;
- la figure 10A montre l'avant de la perche 32, dans une réalisation possible d'un dispositif de fixation 33 sur un drone ;
- la figure 10B montre l'arrière de la perche 32, dans une réalisation possible d'un dispositif de fixation possible 33 sur un drone ;
- la figure 11 A montre l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 largement ouvertes ;
- la figure 11 B montre également l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 largement ouvertes ;
- la figure 12A montre l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 fermées après pivotement ;
- la figure 12B montre également l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 fermées après pivotement ;
- la figure 13A montre l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 encore fermées sur le reste de la branche 80 qui vient d'être coupée ;
- la figure 13B montre une autre vue de l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 encore fermées sur le reste de la branche 80 qui vient d'être coupée ;
- la figure 14 est une vue éclatée de l'automate d’échenillage 34, avec les deux mâchoires 62 de la pince 61 ouvertes, et 2 capotages 106 et 107 optionnels possibles ; - la figure 15 est une vue conceptuelle d'un drone 27 spécialisé, incorporant l'automate d’échenillage 34 dans sa conception et sa construction.
Description des modes de réalisation
Selon la figure 1 , le robot 29 d’échenillage est un drone 27 qui porte sur une perche 32 horizontale, un automate d’échenillage 34, un contacteur 81 , un boîtier électronique 35 et un contrepoids 38. L’ensemble embarqué assemblé sur la perche 32, est fixé sur le drone 27 par un dispositif de fixation 33 mécanique amovible. L’automate d’échenillage 34 est positionné à l’avant de la perche 32, devant le dispositif de fixation 33. Le boîtier électronique 35 est fixé sur la perche 32 derrière le dispositif de fixation 33. L'automate d’échenillage 34 est construit sur un châssis 39, avec une scie circulaire 40, associée à une pince 61 articulée et motorisée. La scie circulaire 40 a un disque de coupe 43 déporté vers l'avant par rapport à un premier moteur 42. La pince 61 peut reculer ou avancer sous le disque de coupe 43 avec le deuxième actionneur 69 linéaire. Lorsqu’il est percuté, le contacteur 81 met en marche l'automate d’échenillage 34 : Les mâchoires de la pince 61 se ferment, la scie circulaire 40 démarre, la pince 61 recule sous le disque de coupe 43, qui scie ce que tient la pince 61. Une batterie 36 et un bloc d’alimentation 37, montés sur une nacelle 91 servent de contrepoids 38 à l’arrière de la perche 32. Un premier actionneur 89 linéaire monté sous la nacelle 91 recule ou avance avec le contrepoids 38 pour maintenir le centrage du robot 29 lorsque la pince 61 se déplace.
Le drone 27 est un petit engin volant avec les fonctionnalités suivantes :
- Au moins quatre rotors (quadricoptère)
- Peut soulever jusqu’à plusieurs dizaines de mètres, une masse totale de l’ordre du kilogramme, tout en restant parfaitement contrôlable
- Richesse en capteurs optiques, ultrasons et/ou laser (LIDAR)
- Caméra frontale avec affichage sur une tablette tactile.
- Vol stationnaire stable possible en pilote automatique
- Logiciel de contrôle standard modulaire avec plusieurs modes de vol « intelligents », dont l’exécution de missions préalablement programmées, et le suivi d’une cible désignée. - Détection d'obstacles sélective, avec mesure de distance
- SDK (System Development Kit) disponible pour ajouter des fonctions à son logiciel standard et/ou exploiter autrement les mesures des capteurs pour modifier en vol les paramètres de navigation, par exemple.
Plusieurs fournisseurs, sous des marques françaises et internationales, fabriquent et vendent aujourd’hui des drones répondant à ces spécifications.
Selon la figure 2, un opérateur 21 repère sur un arbre 30 infesté un nid 31 de chenilles processionnaires qu’il doit éliminer, et choisit un plan vertical d'approche « P », libre de tout obstacle. Il pose au sol devant l’arbre 30, sur un tapis de décollage 24 approprié, le robot 29 d’échenillage (un petit drone portant un automate d’échenillage), et l'oriente dans le plan « P », au cap magnétique 25 du nid 31.
Selon la figure 3A, l'opérateur 21 dispose d’une console 22 de télécommande du drone 27, associée à une tablette 23 dont une application de navigation exécute automatiquement une mission préprogrammée, décrite en détail en pseudo code pages 21 à 30. Le tapis de décollage 24 est correctement positionné, avec les deux barres verticales 26 de son » H » parallèles au cap 25 du nid 31. L’opérateur 21 met sous-tension la console 22, la tablette 23 et les différents composants du robot 29,
Selon la figure 3B, en pressant sur le bouton 110 de la tablette 23, l’opérateur 21 lance une mission standard automatique préprogrammée, toujours la même, sans aucune saisie de paramètres, et au cours de laquelle, sauf incident, il n’interviendra pas.
L'écran de la tablette 23 affiche en permanence la vision de la caméra frontale du drone 27 et des informations pertinentes sur l'avancement de la mission. Un bouton d'arrêt d'urgence 111 peut arrêter la mission et ramener le drone 27 sur sa base de départ, le tapis de décollage 24. Dans certaines conditions exceptionnelles, si le drone 27 ne trouve pas le nid 31 , ou ne parvient pas à s’accrocher à la branche 80, et si l’opérateur 21 dispose des qualifications et des autorisations requises, l'opérateur 21 peut prendre le contrôle du drone 27 en le pilotant manuellement par de courtes impulsions sur les boutons 113 à 118, et contrôler son action avec le collimateur de visée 119.
En revenant sur la figure 2, le drone 27 décolle en portant l’automate d’échenillage 34, monte à la verticale au cap 25 de départ, en cherchant devant lui le nid 31 , une grosse tache blanche, facile à identifier, et le robot 29 d’échenillage passe successivement par les positions 29a, 29b, 29c, etc...
Lorsque le drone 27 a trouvé la tache blanche, donc le nid 31 , il est en position 29e, à l'altitude du nid. Il définit dans son collimateur la cible à atteindre : une petite tige brune, quelques cm en dessous de la base de la tâche blanche.
Le drone 27 avance ensuite horizontalement vers cette cible en restant au cap 25 de départ, et passe successivement par les positions 29e, 29f, 29g.
Toutes les corrections de trajectoire éventuellement nécessaires sont faites sans intervention manuelle par le logiciel de navigation du drone, sans aucun pivotement, avec des commandes automatiques de très faible amplitude : Gauche, Droite, Haut et Bas uniquement. A environ 1 m de la cible, en position 29g, le drone 27 ralentit, affine sa visée, et poursuit à très faible vitesse sa progression jusqu'à ce que le heurtoir du contacteur de l’automate d’échenillage percute la branche supportant le nid 31. La suite du processus est décrite à partir de la description des figures 11 A et 11 B.
Les figures suivantes, de 4A à 10B, décrivent les composants de l'automate d’échenillage 34.
Selon les figures 4A et 4B, le châssis 39 est un ensemble monobloc rigide et léger, qui peut être réalisé par un collage de plaques et de tubes en fibre de carbone, par un moulage par injection, par une impression 3D ou en combinant ces différents procédés. La partie supérieure du châssis 39 supporte le dispositif de coupe DC (premier moteur 42 de la scie circulaire 40, disque de coupe 43 et courroie crantée 46), comme illustré plus loin figures 6A et 6B. La partie supérieure du châssis 39 est une cage 48, rigide et étroite, avec une plaque 48e rigide, longue et horizontale, solidement attachée perpendiculairement à la face avant 48d. La face supérieure 48a, plus large, de la cage 48 est percée de quatre trous 52 pour boulonner un croisillon 59 de fixation du premier moteur 42, et d’un trou 51 central pour le passage de l'axe du premier moteur 42. La face arrière 48b de la cage 48 est percée d’un trou 79 pour le passage des fils d’alimentation et de contrôle du premier moteur 42. Sous la face inférieure 48c solidaire de la face arrière 48b de la cage 48, est attaché un étrier 41 tubulaire qui supporte la pince 61 et le deuxième actionneur 69 linéaire, comme illustré plus loin figures 7A et 7B. La face avant 48d de la cage 48 est séparée de la face supérieure 48a par une fente 50 de très faible épaisseur (1 ,5 mm environ) pour permettre le passage de la courroie 46 crantée lors de son installation. Une fois la courroie 46 en place, la face supérieure 48a et la face avant 48d de la cage 48 sont rendues solidaires avec une cale d’épaisseur et un petit boulon de serrage non représentés. Le trou oblong 49 à l’extrémité de la plaque 48e permet de régler la tension de la courroie 46 crantée. L’axe 47 du roulement à billes de la poulie 45 solidaire du disque de coupe 43 est fixé par un écrou 28 comme illustré figures 6A et 6B.
La partie inférieure du châssis 39, sous la face 48c est l’étrier 41 tubulaire. La partie haute de l’étrier 41 tubulaire possède un trou 54 cylindrique, dans lequel le premier tube 63 cylindrique, support de la pince 61 , peut coulisser parallèlement à la plaque 48e et tourner. À l'arrière et dans l'axe du trou 54 cylindrique, la première cuvette 58 accueille la butée à billes 60. De chaque côté de l’avant de l’étrier 41 tubulaire, les deux bossages 57 sont les points d'accrochage des deux ressorts 71 , qui relient le châssis 39 à la perche 32.
La partie basse de l'étrier 41 tubulaire est un double logement 55 où vient s'encastrer le corps du deuxième actionneur 69 linéaire, maintenu en position par deux petites vis de blocage serrées dans les deux trous taraudés 56.
Selon les figures 5A et 5B, la liaison entre le châssis 39 et la perche 32 est illustrée en vue éclatée. La perche 32 et un manchon 75 ont une section externe et interne carrée. Un tube 76 a une section externe carrée et une section interne cylindrique. Le tube 76 est collé ou serti à l'intérieur du manchon 75 sur sa première moitié avant. Une deuxième cuvette 74 cylindrique est à l'avant du manchon 75. Deux barres de flèche 72 sont fixées de chaque côté du manchon 75. La moitié arrière du manchon 75 est emboîtée sur l'avant de la perche 32 et verrouillée par un boulon 103. Le premier tube 63 rond-rond, support de la pince 61 , peut coulisser et tourner à l'intérieur du manchon 75, dans le tube 76 et l’extrémité avant de la perche 32. Le premier tube 63 passe à travers la butée à billes 60 dont le diamètre intérieur est supérieur à celui du premier tube 63. Les deux ressorts 71 , tendus entre les bossages 57 et les barres de flèches 72, maintiennent en position la butée à billes 60 dans les cuvettes 58 et 74, tout en permettant le pivotement du châssis 39 autour de l’axe de la perche 32.
Selon les figures 6A et 6B, seule la scie circulaire 40 est représentée, montée dans le châssis 39. Le premier moteur 42 est vissé avec un croisillon 59, sous la face supérieure 48a du châssis 39, à l’intérieur de la cage 48. Le disque de coupe 43 de la scie circulaire 40, est déporté vers l'avant pour que le premier moteur 42 ne heurte pas le nid 31 dont il faut couper la branche 80. Le disque de coupe 43 est solidaire d’une première poulie 45 crantée, laquelle est montée sur roulement à billes autour d’un axe 47. L’axe 47 est boulonné dans le trou oblong 49 au bout de la plaque 48e rigide en réglant la tension de la courroie crantée 46. Une deuxième poulie crantée 44, boulonnée sur l'axe du rotor du premier moteur 42, entraine la première poulie crantée 45 du disque de coupe 43, avec une courroie crantée 46.
Selon la figure 7A, la pince 61 articulée, est actionnée par un deuxième moteur électrique 66 dont l’axe est une tige filetée 67 qui tourne dans un écrou 68. L’écrou 68 tire ou pousse avec deux biellettes, les deux mâchoires 62 qui s'écartent le plus largement possible en position ouverte (au moins 7 cm). Le deuxième moteur 66 électrique est suffisamment puissant pour garantir un serrage suffisant des deux mâchoires 62, empêchant tout glissement significatif de la branche 80 pincée. Un premier tube cylindrique 63 est solidaire d’une plaque 64, le dos d’un berceau 83, auquel est fixé l’arrière du deuxième moteur 66 par quatre boulons 65. Le premier tube 63 peut coulisser et tourner dans le trou 54 cylindrique du châssis 39. Le deuxième actionneur 69 commande l'avance ou le recul de la pince 61 avec l'extrémité d’un piston 70 boulonnée sous l'arrière du berceau 83 du deuxième moteur 66. Selon la figure 7 B, un contacteur 81 est collé ou soudé sous le berceau 83 du deuxième moteur 66. Un mini connecteur 82 est collé sous le berceau 83, ainsi qu’un tube 84 de section carrée à l’intérieur comme à l’extérieur. Un poussoir 85 de section carrée coulisse à l'intérieur du tube 84. Un heurtoir 86, une plaque rectangulaire bombée, fixée à l'extrémité avant du poussoir 85 perpendiculairement à son axe, est la zone de collision entre le robot 29 et le nid 31 , c’est à dire entre l’automate d’échenillage 34 et la branche 80 supportant le nid 31. Un ressort de compression 87, repousse le heurtoir 86 vers l'avant. L’extrémité arrière du poussoir 85 est en contact avec la languette du connecteur 82, mais sert également de butée en limitant la course avant du poussoir 85. Lorsque les deux mâchoires 62 de la pince 61 sont ouvertes, le heurtoir 86 déborde légèrement de chaque côté, et il est à l'aplomb du bord avant du disque de coupe 43. Lorsque la branche 80 support du nid 31 est percutée par le heurtoir 86, elle est pincée entre les deux mâchoires 63 de la pince 61 , et le disque de coupe 43 sectionne la branche 80 au lieu de la pousser vers l’avant, car le heurtoir 86 est suffisamment haut pour empêcher la branche 80 de basculer dans les mâchoires 62 de la pince 61 qui exercent aussi une pression suffisante pour maintenir la branche 80 solidement pincée.
Selon la figure 8, le boîtier électronique 35 est composé d’un microprocesseur 122 (Arduino UNO ou similaire) surmonté d’un blindage 123 (MotorShield v2.3 Adafruit Industries ou similaire ) pour piloter les quatre moteurs de l’automate d’échenillage 34 (scie circulaire 40, pince 61 et deux actionneurs linéaires 69 et 89). Le boîtier électronique 35 protégé par un couvercle 120 transparent, est fixé sur une plaque 121 collée sur la perche 32 derrière le dispositif de fixation 33.
Deux prises d’alimentation électrique sont prévues, une prise 124 pour le 5,4 V, et une seconde prise 125 pour le 11.1 V (LIPO 3S) ou le 14.8 V (LIPO 4S).
Selon la figure 9A, une vue de dessous éclatée en perspective représente une batterie 36 de l'automate 34, avec une nacelle 91 support, et un bloc d'alimentation 37, le tout monté sur la perche 32 pour équilibrer l’automate d’échenillage 34 en servant de contrepoids. La batterie 36, est normalement d'un modèle identique à celle du drone 27, pour des raisons de commodité d'utilisation, en particulier pour la recharger. C’est par exemple une batterie LIPO 3S (11 ,1 V) ou 4S (14,8 V). La batterie 36 est facilement amovible, encastrée dans la nacelle 91 , dont le tube 100 de section carrée, peut coulisser le long de l’arrière de la perche 32. La nacelle 91 , est une boîte rectangulaire où s'encastre la batterie 36, avec à l'avant, une plateforme où est fixé le bloc d'alimentation 37. De chaque côté de la batterie 36, deux loquets 93 se verrouillent automatiquement dans deux encoches 92 de la nacelle 91. Une pression sur les deux boutons 94 de la batterie 36, permet de la déverrouiller et de la retirer de la nacelle 91. L’ensemble peut être sécurisé par 2 bracelets amovibles en caoutchouc, non représentés, entourant la perche 32 avec la batterie 36. La batterie 36 se branche avec un connecteur 95, sur un connecteur 96 du bloc d'alimentation 37. Une tension continue de 5,5 V avec une intensité faible sur une prise 97 alimente le boîtier 35 de l’électronique de contrôle de l’automate. Une tension plus élevée de 11 ,1 V (3S) ou de 14,8 V (4S), avec une intensité disponible forte sur une prise 98, alimente les moteurs de l'automate d’échenillage 34.
Selon la figure 9B, une vue de dessous en perspective montre l’arrière de l'automate d’échenillage 34, avec le contrepoids 38 réglable qui peut coulisser à l'extrémité de la perche 32. Dans cette déclinaison de l’invention, l'automate d’échenillage 34, est porté par un drone 27 existant, dont la motorisation et le pilote automatique ne peuvent pas équilibrer immédiatement tout déséquilibre de centrage du robot 29 induit par le déplacement de la pince 61 par rapport au disque de coupe 43 de la scie circulaire 40, l’outil de coupe retenu. Le contrepoids 38 réglable est alors nécessaire. Un premier actionneur linéaire 89, est programmé pour faire coulisser la nacelle 91 en synchronisme avec le déplacement de la pince 61 , et donc maintenir le centrage du robot 29 dans les limites compatibles avec le pilote automatique du drone 27. Le corps du premier actionneur 89 est maintenu par deux étriers 101 a et 101 b en position fixe sous l’avant du tube 100 de la nacelle 91. L’étrier avant 101 a est solidaire de la nacelle 91. L’étrier arrière 101 b glisse le long du tube 100 lors du montage de l’actionneur 89, puis est bloqué par 2 vis de serrage de part et d’autre du tube 100. Un boulon 105b immobilise l’actionneur 89 sous la nacelle 91 dans l’étrier 101 b. L'extrémité du piston 90 du premier actionneur 89 est reliée par un boulon 105a à une butée 53 bloquée après réglage sur la perche 32 par un boulon 104.
Selon la figure 9C, une vue de dessus en perspective montre l’arrière de l'automate d’échenillage 34, avec le contrepoids 38 en position fixe sous l'extrémité de la perche 32. Dans cette déclinaison de l’invention, l'automate d’échenillage 34 est porté par un drone 27 existant, dont la motorisation et le pilote automatique peuvent équilibrer immédiatement tout déséquilibre de centrage du robot 29 induit par le déplacement de la pince 61 par rapport au disque de coupe 43 de la scie circulaire 40. Le contrepoids 38 est néanmoins nécessaire, mais après réglage il reste bloqué en position fixe sur la perche 32 par deux boulons 104 serrés dans deux trous taraudés sous le tube 100, et il n'y a pas d’actionneur pour déplacer la nacelle 91.
Selon les figures 10A et 10B, deux vues en perspective illustrent le principe du système de fixation 33 de l'automate 34 sur le drone 27. Le système de fixation 33 est un étrier 126 surmonté d’un coulisseau 127. La partie haute du coulisseau 127 est un tube de section carrée dans lequel peut coulisser la perche 32, verrouillée après réglage par un boulon 78. L’écartement de l’étrier 126 correspond à la largeur du drone 27 sur lequel il est monté en force, puis verrouillé par les encoches 128 qui encadrent deux bossages existant sur le drone 27, les boutons de verrouillage de sa propre batterie par exemple. Plus en arrière sur la perche 32, entre le coulisseau 126 et la nacelle 91 , une plaque 121 est destinée à supporter le boitier électronique 35 de contrôle de l’automate d’échenillage. Une butée 53, bloquée par le boulon 104 après réglage du centrage du robot 29, est le point d’ancrage pour la nacelle 91.
Selon les figures 11 A et 11 B, deux vues en perspective illustrent la position des différents composants de l'automate d’échenillage 34, depuis son décollage jusqu'à sa position 29g (voir figure 2), juste avant de percuter la branche 80 support du nid 31. Le heurtoir 86 du contacteur 81 est quelques millimètres devant l'aplomb du bord avant de la lame de coupe 43. La pince 61 est ouverte, les mâchoires 62 écartées aussi largement que possible au-dessus du heurtoir 86 qui déborde légèrement de chaque côté des mâchoires 62. Le circuit électrique contrôlé par le mini connecteur 82 est ouvert. Le moteur du deuxième actionneur 69 n'est pas alimenté, son piston 70 en position d'extension maximale pour maintenir la pince 61 le plus en avant possible. Le disque de coupe 43 ne tourne pas, et il est dans un plan horizontal comme les barres de flèche 72.
Selon les figures 12A et 12B, deux vues en perspective illustrent la position de tous les composants de l'automate d’échenillage 34 juste après la fermeture de la pince 61 , la branche 80 serrée entre les deux mâchoires 62. Lorsque le heurtoir 86 est entré en collision avec la branche 80, le circuit électrique du mini connecteur 82 s'est fermé et a lancé le logiciel de l'automate d’échenillage 34. Le deuxième moteur 66 se met en route, et la pince 61 se ferme en quelques secondes sur la branche 80 qui porte le nid 31. Au fur et à mesure du resserrement des deux mâchoires 62 de la pince 61 , le drone 27 est resté en vol stationnaire, l'automate d’échenillage 34 a pivoté sur la butée à billes 60, pour que le plan des deux mâchoires 62 reste sensiblement perpendiculaire à l'axe de la branche 80, en assurant ainsi un serrage optimum. Contrôlé par le boîtier électronique 35 et le logiciel de l’automate, le couple maximum supportable par le deuxième moteur 66 de la pince 61 est appliqué au serrage des deux mâchoires 62. Le drone 27 est maintenant accroché à la branche 80, solidement maintenue contre le disque de coupe 43 dont l'avant est à l'aplomb du heurtoir 86. La branche 80 est alors en position optimale pour être coupée.
Selon les figures 13A et 13B, deux vues en perspective illustrent la position de tous les composants de l'automate d’échenillage 34 avec sa pince 61 encore fermée sur le bas de la branche 80 qu'il vient de couper. La scie circulaire 40 a démarré automatiquement dès la fin du serrage des deux mâchoires 62 de la pince 61. Le deuxième actionneur linéaire 69 a fait reculer la pince 61 par rapport au disque de coupe 43 de la scie circulaire 40. Le disque de coupe 43 a coupé la branche 80 au lieu de la pousser vers l’avant, car le heurtoir 86 est suffisamment haut pour empêcher la branche 80 de basculer dans les mâchoires 62 de la pince 61 qui exercent aussi une pression suffisante pour la maintenir solidement en l'empêchant de trop glisser. La branche 80 a été coupée en quelques secondes et le nid 31 de chenilles processionnaires va tomber normalement jusqu’au sol, sans affecter le robot 29 encore accroché à l’arbre où était installé le nid 31 qui vient d’être éliminé. Le recul de la pince 61 de plusieurs centimètres modifie le centrage du robot 29, mais ce déséquilibre est compensé immédiatement par le contrepoids 38 qui avance en synchronisme sous l’action du premier actionneur linéaire 89 piloté par boîtier électronique 35 et le logiciel de l’automate. Si le drone 27 est équipé de moteurs avec une réserve de puissance suffisante, et si le déplacement de son centre d’inertie reste dans les limites contrôlables par son pilote automatique, le
déplacement du contrepoids 38 n’est pas nécessaire, et le premier actionneur 89 est inutile. Une fois la branche 80 coupée, le drone 27 y est toujours accroché car elle a été coupée au-dessus des mâchoires 62 de la pince 61. Quand le nid 31 tombe, son image, la grosse tache blanche, disparaît de la vue de la caméra frontale du drone 27 et sur l’écran de la tablette 23. Le drone 27 enclenche la marche arrière, avec une route libre de tout obstacle au cap inverse du cap 25 de départ, tout en restant encore accroché à la branche 80. Après quelques secondes de temporisation, le premier moteur 42 s'arrête, le disque de coupe 43 cesse de tourner, les mâchoires 62 de la pince 61 s'ouvrent, le châssis 39 se redresse avec tous les éléments qu'il supporte, ramené à la verticale par les deux ressorts 71 , tendus entre les deux bossages 57, et les deux barres de flèches 72. Le piston 70 du deuxième actionneur linéaire 69 avance, repoussant le deuxième moteur 66 de la pince 61 qui revient mâchoires 62 ouvertes, à sa position de départ. Le drone 27 recule jusqu'à la verticale de sa base de départ 24, puis il descend et atterrit, sa mission terminée.
Selon la figure 14, on représente une vue éclatée en perspective de deux capots de protection. Le premier capot 107 est une protection complète des parties mobiles de l’automate d’échenillage 34 : deuxième moteur 66, disque de coupe 43, courroie 46, contacteur 81 et piston 70 du deuxième actionneur linéaire 69. Le deuxième capot 106 est une protection plus légère du disque de coupe 43 (dangereux pour les doigts d’un opérateur 21 imprudent) et de la courroie 46 crantée. Les deux capots 106 et 107 sont en plastique rigide de faible épaisseur, transparent de préférence. Ils sont correctement positionnés et facilement amovibles, avec des trous 99 correspondant à des ergots 108 sur le châssis 39, Le trou 99 central sur la face supérieure des deux capots 106 et 107 est taraudé pour recevoir une vis 88 de verrouillage. Selon la figure 15, on présente ici une vue conceptuelle du robot 29 comme étant un drone 27 spécialisé, contenant l’automate d’échenillage 34. Le heurtoir 86, la pince
61 et la scie circulaire 40 sont inclus dans sa conception et sa construction, mais pas certains composants et fonctionnalités que l’on trouve dans les petits drones actuellement disponibles. Ces drones emportent des équipements très sophistiqués et chers (caméra à très haute définition, nacelle stabilisée, etc ...). Ils ont été conçus pour la photographie et la vidéo aérienne, et pour exécuter des missions très complexes, avec une navigation lointaine. Ces équipements sont inutiles pour simplement trouver un nid de chenilles processionnaires, une grosse tache blanche sur un fond sombre, dans un rayon d’action maximum d’une cinquantaine de mètres, s’en approcher lentement jusqu’au contact, prendre quelques photos, puis revenir au point de départ... Dans une application industrielle, en gardant tous les capteurs, le logiciel de pilotage automatique d’un drone existant bien équipé, et en lui ajoutant par son SDK (Software Development Kit) le contrôle intégré de l'automate d’échenillage 34, on peut concevoir un ensemble homogène plus facile à contrôler, plus compact, plus léger et sensiblement moins cher, qui ne comporte qu'une seule batterie positionnée très en arrière, et ne nécessite ni contrepoids 38, ni boîtier électronique 35. Il peut utiliser, avec une motorisation plus puissante, un châssis déjà existant, renforcé et allongé, puis spécialement protégé avec par exemple une solide cage à hélices.
Mode opératoire détaillé
MO-1 Préparation
Une seule personne, homme ou femme, conduit toute l'opération. Elle sera désignée dans ce mode opératoire comme étant « l’opérateur ». Aucune qualification de pilote de drone lui est nécessaire.
L’opérateur :
- Vérifie l'absence de vent.
- Repère visuellement le nid de chenilles processionnaires à détruire.
- Choisit un plan vertical d'approche, libre de tout obstacle.
- Prépare le drone, et s’il n’est pas inclus, monte l'automate d’échenillage sur le drone.
- Positionne au sol un tapis de décollage pour le drone, - à environ 2 m du cylindre vertical, enveloppe de l'arbre porteur du nid.
- Le centre du tapis est dans le plan d'approche.
- Les barres verticales du H du tapis sont parallèles à ce plan.
- Positionne au centre du tapis le drone portant son automate embarqué.
- L’avant du drone est orienté vers le nid, ce qui détermine son cap de
départ « capNid » maintenu en permanence pendant tout le vol.
MO-2 Mise en route de tous les appareils
L’opérateur :
- Met sous tension la console de contrôle du drone.
- Met sous tension la tablette associée à cette console.
- Lance sur cette tablette l'application de contrôle du drone.
- Met sous tension ce drone.
- Vérifie tous les paramètres sur la console et sur la tablette : OK ?
- Oui : Il continue la procédure ;
- Non : il abandonne la procédure.
- Met sous tension l’automate embarqué sur le drone.
- Active manuellement l’automate embarqué en pressant son heurtoir.
L'automate embarqué :
- Exécute « à blanc », au sol, un cycle de l’automatisme (toute la séquence)
- Fermeture de la pince.
- Mise en route du moteur de la scie circulaire.
- Recul de la pince fermée + avancement du contrepoids de centrage.
- Arrêt du moteur de la scie circulaire.
- Ouverture de la pince.
- Avancement de la pince ouverte
- Recul du contrepoids
Les composants de l’automate embarqué sont revenus à leur position de départ.
Le voyant de l'automate embarqué est vert :
- Oui : l’automate embarqué fonctionne correctement, on continue.
- Non : l’automate embarqué est défaillant, abandon de la procédure.
L'automate embarqué est opérationnel. Il est actif et attend une pression sur son heurtoir pour exécuter un nouveau cycle. MO-3 Lancement de la mission
L'opérateur :
- Presse le bouton 110 (mode automatique) sur la tablette 23.
Il devient un simple observateur, qui sauf incident, n’interviendra plus jusqu’à la fin de la mission.
Le drone :
- Décolle en mode normal.
- Monte de 2 mètres à la verticale, au-dessus du H du tapis.
- S'arrête en vol stationnaire et passe en mode stabilisé « intelligent ».
- Active seulement la détection d'un obstacle frontal.
- Active la détection et l’évitement des obstacles dans les autres directions.
- Active le mode d’acquisition automatique de la cible.
MO-4 Acquisition et désignation de la cible
2 options sont possibles :
- Option « A » préférée et activée automatiquement par défaut :
La recherche du nid et sa désignation comme cible à atteindre sont entièrement automatiques.
- Option « B », option semi-automatique à n’utiliser que si « A » échoue :
La désignation de la cible est effectuée par l'opérateur.
MO-4A Option automatique (désignation du nid par le logiciel du drone)
L’opérateur :
- Ne fait rien et reste un simple observateur :
L’altitude minimum « altiMini » à partir de laquelle le drone doit commencer à chercher le nid, et l'altitude maximum « altiMaxi » à laquelle le drone doit renoncer s’il n'a pas trouvé le nid sont déjà dans les paramètres de la mission.
Le drone :
- Monte à la verticale à vitesse rapide jusqu'à l'altitude minimum altiMini.
- Exécute en boucle l'algorithme suivant décrit en pseudo code :
n = 0 (n est l’index de l’incrémentation)
Boucle
n = n + 1
Monte de deltaAlti cm, toujours à la verticale en restant au cap capNid Prend une photo phot(n) avec sa caméra principale orientée vers l'avant.
Compte les pixels blancs nbPix(n) dans la photo phot(n).
Mémorise son altitude alti(n) lors de la prise de la photo phot(n)
Mémorise le rang n1 de la première photo avec des pixels blancs
Mémorise le rang n2 de la dernière photo avec des pixels blancs
Fin de boucle si n > n2 » ou alti(n) > altiMaxi
Fin de boucle
- Calcule le rang nMaxi de la photo contenant le maximum de pixels blancs.
C’est le rang de la photo du nid la mieux cadrée.
- Redescend par sauts de puce de deltaAlti cm jusqu’à l'altitude A(nMaxi).
C’est l'altitude approximative du nid à éliminer.
- Prend à cette altitude une photo phot(nMaxi) en haute définition.
- Analyse cette photo par un algorithme connu du type ci-après :
- Définit une matrice initialisée à 0 de tous les pixels de l’image phot(nMaxi)
- Balaye ligne par ligne toute cette image
- Repère d’un 1 dans cette matrice tous les pixels reconnus blancs.
- Calcule et génère le rectangle enveloppe de l'image phot(nMaxi) du nid.
- Désigne ce rectangle comme étant la cible dont il doit s'approcher.
MO-4B Option semi-automatique (désignation du nid par l'opérateur)
L’opérateur :
- Presse une fois le bouton 112 sur l’écran de la tablette tactile.
Le drone :
- Monte assez lentement à la verticale (20 cm/s ou moins).
L'opérateur :
- Surveille attentivement l'image qui défile verticalement sur la tablette.
- Attend l'apparition du nid (une grosse tache blanche) sur cet écran.
- Presse une deuxième fois le bouton 112 sur l’écran de la tablette lorsque l’image du nid est au milieu de cet écran.
Le drone :
- Arrête son ascension.
- Se maintient en vol stationnaire à l’altitude approximative du nid.
L'opérateur : - N’UTILISE PAS LES JOYSTICS de la console (désactivés car trop dangereux)
- Exerce éventuellement de courtes pressions sur les boutons 113 à 118 pour centrer l’image du nid au milieu de l'écran de la tablette tactile.
Il n'y a pas de bouton pour contrôler le lacet, car le cap 25 du drone doit rester le même.
Chaque pression sur l'un des 6 boutons de centrage déplace le drone de quelques
Figure imgf000024_0001
bouton 113 : + 5 cm en altitude
bouton 114 : - 5 cm en altitude
bouton 115 : 5 cm en avant
bouton 116 : 5 cm en arrière
bouton 117 : 5 cm à gauche en conservant le cap 25
bouton 118 : 5 cm à droite en conservant le cap 25
Lorsque l'image du nid est correctement centrée :
L'opérateur :
- Entoure cette image d'un rectangle sur l'écran tactile, ce qui la désigne comme la cible à suivre.
- Presse une 3ème fois le bouton 112, ce qui lance l'approche horizontale automatique du drone vers le nid.
MO-5 Approche du nid, la cible désignée par un rectangle
Le drone :
- Avance lentement vers le nid en conservant cap et altitude.
- S'arrête, et reste en vol stationnaire lorsque le heurtoir de l'automate embarqué est à 20 cm environ de la base du nid.
- Met au point sa caméra frontale sur l’image du nid, la grosse tache blanche qui est maintenant en gros plan sur l'écran de la tablette tactile.
- Prend une photo photGrip avec la meilleure définition possible.
- Analyse la photo photGrip pour centrer la tache blanche.
- Calcule les ajustements nécessaires pour viser environ 2 cm sous la tache, c’est à dire la branche qui le supporte le nid. - Se déplace pas à pas, par petites touches de quelques centimètres (Avant, Arrière, Haut, Bas, Gauche, Droite), pour aligner son collimateur avec le point de visée calculé.
- Avance très lentement pendant le temps alloué timeAII (10 secondes environ).
- Entre en collision avec la branche sur laquelle est accroché le nid, par le heurtoir de l’automate embarqué.
MO-6 Contrôle de l'accrochage du drone à la branche du nid
Le drone :
- Contrôle qu'il est bien accroché à la branche supportant le nid.
- Passe en marche arrière pendant 3 secondes.
Vitesse très lente,
Même altitude,
Cap = capNid
- Mesure la distance du nid disNid
Si disNid = N/A (non mesurable) ou disNid <=20 cm
Le drone est bien accroché à la branche
On peut continuer
Sinon
Le drone n'est pas accroché à la branche
Message d'alerte sur la tablette
On n’essaye pas à nouveau d’accrocher la branche du nid .
On ne sait pas pourquoi l’automate n’a pas pu agripper cette branche
On ne sait plus où est exactement le drone.
Gros risque de CRASH dans les branches environnantes.
Abandon de la procédure et retour immédiat au point de départ.
Aller directement à l’étape « MO-9 »
Fin de Si
Si le logiciel du drone est suffisamment sophistiqué, il y a d'autres moyens pour qu’il sache si son automate embarqué a pu agripper ou non la branche visée.
L’important est que le drone s'en assure, quelle que soit la méthode utilisée, et qu'il réagisse en conséquence,
MO-7 Coupe de la branche supportant le nid L'automate embarqué :
- Ferme très rapidement son préhenseur (la pince 61 ).
L’avance du drone vers le nid est alors bloquée malgré le maintien d’une faible poussée de ses moteurs.
La branche sur laquelle est installée le nid étant rarement verticale, le préhenseur peut pivoter pendant sa fermeture autour de son axe horizontal, celui de la perche porteuse, pour que le plan de ses mâchoires reste sensiblement perpendiculaire à l'axe de cette branche.
Le disque de coupe de la scie circulaire est alors correctement positionné par rapport à la branche porteuse du nid, en position optimale pour être coupée à quelques millimètres au-dessus du préhenseur fermé.
Le drone :
- Reste agrippé à la branche d’une manière souple par le bout de sa perche, altitude et cap constants, en vol quasi stationnaire malgré le maintien d’une faible poussée de ses moteurs vers l'avant.
L'automate embarqué :
- Active les moteurs de ses actionneurs linéaires 69 et 89.
La pince 61 recule par rapport au disque de coupe 43.
Le contrepoids 38 avance pour équilibrer le centrage.
La branche est coupée quelques millimètres au-dessus de la pince.
- Inverse le sens de rotation des moteurs de des actionneurs 69 et 89.
La pince 61 avance par rapport au disque de coupe 43.
Le contrepoids 38 recule en synchronisme pour équilibrer le centrage.
Le drone :
- Attend l'expiration du temps alloué timeAII (10 secondes environ).
Si tout a bien fonctionné, le nid tombe de l'arbre, et sort du champ de la caméra.
MO-8 Contrôle du résultat
Le drone :
- Reste attaché à la partie non coupée de la branche, car la pince est sous le disque de coupe de la scie circulaire.
- N’est pas déstabilisé quand le nid tombe.
- Prend une photo phot(nRES) avec sa caméra frontale.
- Analyse l'image enregistrée. Le nid a-t-il disparu de l'image ?
- Oui : Tout s'est bien passé
- Non : La mission a échoué,
L'automate n'est pas parvenu à couper la branche à laquelle il s’était pourtant accroché.
On pourra essayer à nouveau, mais en repartant à zéro après avoir repositionné le drone pour qu’il s’approche du nid sous un angle différent.
MO-9 Déverrouillage automatique de la pince
Quel que soit le résultat de la mission, la pince 61 est encore fermée.
Le drone :
- Passe en marche arrière à vitesse très lente.
- Ouvre la pince.
- Corrige son cap s’il a un peu bougé par rapport à capNid
- Recule de 1 m environ, à vitesse très lente pour s'éloigner des branches.
MO-10 Retour à la base de départ
Le drone :
- Recule à vitesse normale jusqu’à la verticale du tapis d’envol, en suivant le chemin inverse de l’aller, une route sure exempte de tout obstacle, la perche restant toujours orientée au cap de départ capNid.
- Descend rapidement au-dessus du H du tapis.
- Atterrit automatiquement sur le tapis.
MO-11 Fin de mission
L’opérateur :
- Met hors tension tous les appareils.
- Nettoie avec précaution la pince et le disque de coupe de la scie.
- Vérifie que le nid est bien tombé au sol, sans être resté accroché dans des branches basses.
Si ce n'est pas le cas, le fait tomber avec une grande perche. Le récupère avec précaution le nid tombé au sol, et le met dans un sac en vue de le brûler.

Claims

Revendications
1. Robot d’échenillage (29) comprenant des moyens pour éliminer des nids (31 ) de chenilles processionnaires, robot caractérisé en ce qu’il est porté par un drone (27) doté d’un automate (34) embarqué, lequel est équipé d’un outil électromécanique composé d’un préhenseur à pince (61) associé à un dispositif de coupe (43) destiné à couper les branches supportant les nids (31 ) à éliminer.
2. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’automate (34) est doté d’une perche (32) horizontale de support portant à l’avant l’outil électromécanique, le centrage dudit robot (29) étant ajusté par la centrale d’inertie du drone (27) aidée par un contrepoids (38) incluant la batterie (36) d’alimentation du robot (29).
3. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le préhenseur de l’outil électromécanique comporte une pince (61 ) articulée motorisée qui se déplace le long de la perche (32) sous l’action d’un premier actionneur (69) linéaire commandé par un micro processeur (122) de l’automate (34), un deuxième actionneur (89) linéaire étant agencé pour déplacer en synchronisme ledit contrepoids (38) le long de la perche (32) , pour ajuster le centrage du robot (29) pendant les mouvements du préhenseur (61 ) quand la centrale d’inertie du drone (27) n’est pas capable de le faire seule.
4. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de coupe de l’outil électromécanique comprend une scie (40) circulaire entraînée à rotation par un premier moteur (42) électrique, ladite scie étant pourvue d’un disque rotatif de coupe (43) faisant saillie vers l’avant par rapport au premier moteur (42).
5. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pince (61 ) articulée est agencée sous le dispositif de coupe, ladite pince étant actionnée par un deuxième moteur (66) électrique entraînant les deux mâchoires (62) de la pince entre une position fermée et une position ouverte.
6. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième moteur (66) de la pince (61 ) articulée comporte un système de transmission coopérant avec deux biellettes destinées à rapprocher et à écarter les deux mâchoires (62), respectivement en position fermée et en position ouverte.
7. Robot d’échenillage (29) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la pince (61 ) articulée est supportée par un premier tube (63) cylindrique destiné à coulisser dans un deuxième tube (54) du châssis (39) pour guider l’avance ou le recul de la pince (61 ) sous l’action d’un mécanisme de commande du premier actionneur (69), ledit châssis (39) étant monté pivotant autour de l’axe de la perche (32) sur une butée à billes (60).
8. Robot d’échenillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mécanisme de commande du premier actionneur (69) comporte un contacteur (81 ) mécanique muni d’un heurtoir (86) coopérant avec un poussoir (85) venant en engagement avec un connecteur (82) pour la mise en marche de l’automate et la fermeture de la pince (61 ) dès que le heurtoir (86) percute la branche (80) supportant un nid (31).
9. Robot d’échenillage (29) selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l’automate (34) est commandé par un boîtier électronique (35) renfermant le microprocesseur (122) destiné à piloter les premier et deuxième moteurs (42, 66) ainsi que les premier et deuxième actionneurs (89, 69).
10. Procédé automatique de repérage et de destruction d’un nid (31 ) de chenilles processionnaires sur un arbre (30) infesté, faisant usage d’un drone équipé d’un robot d’échenillage (29) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par les étapes successives suivantes :
- pour l’opérateur (21 ) :
- repérer sur un arbre (30) infesté un nid (31 ) de chenilles à éliminer,
- choisir un plan vertical d’approche P,
- déposer le robot d’échenillage (29) sur un tapis (24) placé devant l’arbre (30) infesté, et l’orienter dans le plan P au cap magnétique du nid (31 ),
- lancer à partir de la tablette (23) une mission standard préprogrammée pour le drone (27) après mise sous tension des différents composants du robot
d’échenillage (29),
- surveiller sur l’écran de la tablette (23) les images de la caméra frontale, les informations sur le déroulement de la mission,
- intervenir en cas d’incident (arrêt d’urgence, avortement de la mission, prise de contrôle manuelle exceptionnelle),
pour le drone (27) :
- exécuter automatiquement la mission standard préprogrammée dans son logiciel de navigation, en exploitant les données de ses capteurs et de sa caméra frontale, avec affichage sur la tablette (23),
- détecter au moyen de sa caméra frontale, la tache blanche représentative du nid (31 ), sauvegarder son altitude et la désigner comme la cible à atteindre,
- avancer horizontalement vers la cible jusqu’à la venue du heurtoir (86) du contacteur (81 ) mécanique contre la branche (80) supportant le nid (31), ce qui met en pause sa mission de navigation et active l’automate d’échenillage (34) :
Pour l’automate d’échenillage (34):
- exécuter le programme de son processeur (122)
- fermer la pince (61 ) pour agripper et serrer la branche (80), suivi du démarrage de la scie (40) circulaire pour couper la branche (80), entraînant la chute du nid (31), et sa disparition du champ de vision de la caméra frontale du drone (27) et de l’écran de la tablette (23), ce qui informe le processeur du drone (27),
pour le drone (27) :
- reprendre la mission de navigation,
- reculer horizontalement jusqu’à la verticale du tapis (24) de décollage,
- descendre et atterrir.
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