Brevet FR2662329A1 — publié le 19911129

APPAREIL POUR LA CUEILLETTE DES FRUITS ET PROCEDE DE RECHERCHE D'OBJETS CIBLES L'invention concerne un appareil pour la cueillette des fruits, muni d'une tête de préhension disposée sur un bras articulé, d'un organe chercheur à caméra vidéo et d'une unité d'exploitation et de commande dotée d'un ordinateur, avec en outre des organes hydrauliques de déplacement. L'objet de l'invention concerne en outre un procédé de recherche d'objetscibles pour l'appareil pour la cueillette des fruits, o l'objet-cible (le fruit) est perçu à l'aide de deux caméras vidéo, l'image obtenue est numérisée et le point central des objets-cibles est déterminé. Un appareil pour la cueillette des fruits connu est décrit dans HU-A-194 006 L'appareil comporte des bras de préhension articulés disposés sur un chariot automoteur La recherche de l'objet-cible (fruit) s'effectue à l'aide d'une unité d'exploitation, composée d'une caméra optique, d'un analyseur de distance et d'un analyseur de position angu- laire Dans chacune des têtes de préhension du dispositif est intégré un organe de mesure de distance ou télémètre, le guidage de la tête de préhension sur le trajet allant à l'objet-cible étant assuré par le fait que l'on recherche le maximum du signal réfléchi par l'objet cible et que l'on perçoit l'arrivée sur l'objet-cible grâce au télémètre Les bras de préhension articulés sont disposés dans des direc- tions radiales différentes entre elles, ou sont susceptibles de se déplacer à volonté dans l'espace. La carence du dispositif connu réside dans le fait qu'il est trop compliqué, qu'il nécessite pratiquement pour chaque tête de préhension une unité d'exploitation et de commande complexe assurant la perception de l'objet-cible, ce qui a pour conséquence que sa réalisation est coûteuse et que le déplacement des différentes têtes de préhension n'est pas suffisamment coordonné. On connaît de DE-A-3 322 683, qui concerne un disposi- tif avec une tête de préhension, différents dispositifs et procédés de recherche et d'exploitation L'organe de percep- tion contient dans ces solutions une caméra vidéo et, sur une suspension qui lui est reliée cinétiquement, une source lumi- neuse ponctuelle ou un télémètre à infra-rouges L'image de la caméra apparaît sur un écran et l'ordinateur du dispositif calcule et met en mémoire les données de l'objet-cible, que l'opérateur du dispositif affiche sur l'écran, à l'aide d'un stylo lumineux Des capteurs, qui perçoivent la position du fruit par rapport à la tête de préhension, sont également disposés dans cette dernière. Dans la solution selon FR-A-2 242 019, on dispose sur chacun des deux côtés de la tête de préhension une caméra vidéo et la tête de préhension est guidée sur l'objet-cible à l'aide de leurs signaux. La caractéristique commune aux dispositifs de recherche et d'exploitation connus réside dans le fait qu'ils ne peu- vent traiter simultanément que les données d'une ou de chaque tête de préhension d'un objet-cible, ce qui rend la cueil- lette désordonnée et lente La numérisation et l'exploitation de l'image vidéo constitue un processus lent, se composant de nombreuses opérations, en particulier si l'on doit exploiter plusieurs points images (par exemple en cas de reconnaissance de forme, ou s'il est nécessaire de supprimer des objets- cibles virtuels de l'image). L'un des buts de l'invention consiste à éliminer les inconvénients précités, en proposant un appareil pour la cueillette des fruits, qui puisse être construit plus écono- miquement que les dispositifs connus, et permette de recher- cher et cueillir des objets-cibles de façon plus rapide, plus efficace et mieux coordonnée, par comparaison des dispositifs connus. Dans la solution selon l'invention, l'appareil pour la cueillette des fruits comporte un support horizontal à axe de rotation vertical, sur lequel sont disposés au moins deux bras articulés, parallèles entre eux, mobiles dans un plan vertical, pourvus sur leurs articulations de capteurs angu- laires et portant une tête de préhension et, en outre, deux caméras vidéo fixées sur le support et dont les axes optiques font entre eux un angle aigu. Le dispositif est avantageusement réalisé sous la forme d'un organe d'adaptation, à monter sur une machine auto- motrice et une bande transporteuse peut être disposée sur le support horizontal. Dans le procédé selon l'invention, approprié pour la recherche d'objets-cibles pour la mise en oeuvre de l'appa- reil pour la récolte des fruits, o l'on perçoit l'objet- cible au moyen de deux caméras vidéo, on numérise les deux images ainsi obtenues et on détermine le point central des objets-cibles, on compare les coordonnées des objets-cibles à des surfaces de coordonnées spatiales prédéterminées, et l'on ne met en mémoire que les données des objets-cibles qui tom- bent dans les surfaces de coordonnées, on répète ensuite pas-à-pas le processus en une position modifiée des caméras vidéo ou dans des surfaces de coordonnées modifiées et l'on explore ainsi l'espace situé entre deux surfaces de coordon- nées voisines. Les surfaces de coordonnées sont avantageusement sélec- tionnées à titre de surfaces spatiales planes, parallèles au plan de déplacement des bras articulés. De manière appropriée, l'on sélectionne les surfaces de coordonnées comme des surfaces spatiales planes, parallèles, correspondant au plan de déplacement des bras articulés, et l'on modifie la position de la caméra vidéo d'un pas d'explo- ration à l'autre. L'avantage de la solution selon l'invention réside dans le fait que l'on peut la réaliser à coût relativement faible et qu'elle donne plus de rapidité, d'efficacité et de coordi- nation au procédé de recherche d'objets-cibles que ne le font les procédés connus. Cette mesure, suivant laquelle le dispositif est réali- sé sous la forme d'un organe d'adaptation à monter sur une machine motrice permet d'obtenir une réduction supplémentaire du coût: la machine motrice n'est mise en oeuvre que pour la durée de la récolte des fruits, le reste du temps elle peut être utilisée à d'autres fins. Le procédé selon l'invention permet de collecter et de traiter simultanément les données provenant de plusieurs objets-cibles et de procéder à l'acquisition en quelques étapes (par exemple de 10 à 20) de l'ensemble du côté d'un arbre. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: la figure 1 représente une vue de dessus schématique de l'appareil pour la cueillette des fruits; la figure 2 est une vue de côté schématique de l'appa- reil de la figure 1. L'appareil pour la récolte des fruits selon l'invention est réalisé sous forme d'un organe d'adaptation, à monter sur une machine motrice 17, et qui est fixé sur cette dernière à l'aide d'une structure de support 2 elle-même fixée à la machine Le support horizontal 1 du dispositif est monté à rotation, autour d'un axe vertical 3, sur la structure de support 2 Un vérin hydraulique 4, monté entre le support 1 et la machine motrice 17, sert à la rotation autour de l'axe 3 et au positionnement du support 1 Une bande transporteuse 5, sur laquelle des récipients collecteurs de fruits peuvent être chargés, est montée sur le support 1, dans le sens de sa longueur Des bras articulés 7 à 12, susceptibles de se dépla- cer dans un plan de déplacement, sont montés sur le support 1, dans des attaches 6, portant les bras et placées à une distance t les unes des autres, les articulations des bras étant reliées chacune à un vérin hydraulique 14 monté en pontage et chaque articulation étant pourvue d'un capteur angulaire 13 Dans l'exemple, le dispositif placé sur le support 1 comporte six bras articulés 7 à 12, composés chacun de trois tronçons. Sur les deux extrémités du support horizontal 1 sont prévues deux caméras vidéo 15,16, faisant entre elles un angle aigu et disposées suivant un angle de a = 60 par rap- port au support 1 A l'extrémité de chacun des bras articulés 7 à 12, est disposée une tête de préhension télécommandée 18. La réalisation des têtes de préhension est connue en soi (voir par exemple HU-A-194 006). Une unité d'exploitation et de commande dotée d'un ordinateur, qui est raccordée à la batterie d'accumulateur de la machine auto-motrice et qui est de plus reliée aux caméras vidéo 15, 16, aux capteurs angulaires 13 et aux électrovalves des organes d'actionnement hydrauliques, est en outre disposée sur le support 1 Un programme d'exploitation et de commande et, de plus, les paramètres des plans spatiaux (surfaces de coordonnées) parallèles, qui correspondent avec le plan de déplacement des bras articulés 7 à 12, sont mis en mémoire dans l'ordinateur La structure de support 2 est appuyée sur le sol, grâce à deux appuis hydrauliques. Le mode de fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit La machine auto-motrice est placée devant l'ar- bre dont on veut cueillir des fruits, les bras 7 à 12 de l'appareil pour la cueillette des fruits étant orientés en direction de l'arbre On met ensuite en service l'unité d'ex- ploitation et de commande dotée de l'ordinateur, qui effectue ou commande les opérations suivantes: Elle fixe la structure de support 2 à l'aide des appuis hydrauliques, elle procède à l'acquisition des objets-cibles à récolter (fruits), sur la totalité de la surface de l'arbre qui lui est visible, et commande la récolte des fruits, enfin elle relève les appuis hydrauliques. L'acquisition des objets-cibles à récolter s'effectue avec le procédé selon l'invention de la manière qui suit: dans le champ de vision des caméras vidéo 15, 16 apparaît l'intégralité de la couronne de l'arbre Dans le champ de vision des caméras vidéo (pourvues éventuellement de filtres couleur), on fait ressortir l'image des objets-cibles de couleur jaune-rouge, le feuillage apparaît en arrière plan, mais on peut également exploiter les signes colorés de la caméra vidéo. L'image des caméras vidéo 15, 16 est numérisée et on détermine le point central des différents objets-cibles Les coordonnées des objets-cibles sont comparées à des surfaces de coordonnées spatiales déterminées, leurs données étant mises en mémoire dans l'ordinateur Comme surfaces de coor- données, on a sélectionné des surfaces spatiales planes, parallèles, correspondant au plan de déplacement des bras articulés 7 à 12, mais on peut également sélectionner d'au- tres surfaces spatiales planes, parallèles au plan de dépla- cement des bras articulés, ou d'autres surfaces de coordon- nées. A la suite de la comparaison des coordonnées des objets- cibles avec les surfaces de coordonnées, on met en mémoire les données des objets-cibles qui tombent dans les surfaces de coordonnées et l'on ne prend pas en considération les données concernant les autres objets-cibles La mise en mé- moire s'effectue avec association des surfaces de coordon- nées A l'étape de recherche suivante, on répète l'étape de recherche décrite ci-dessus, de façon que la position des caméras vidéo soit déplacées par rotation du support hori- zontal 1 autour de l'axe 3 ou par décalage parallèle de la surface de coordonnées On progresse par étapes de recherche successives, jusqu'à ce qu'on ait exploré avec un système de coordonnées l'espace situé entre deux surfaces de coordonnées voisines Du fait que dans ces cas l'exploration s'effectue parallèlement à chaque surface de coordonnées, on explore la face visible de l'arbre entier. Il est avantageux de sélectionner les surfacez de coor- données sous forme de plans correspondant au plan de déplace- ment des bras articulés, la position des caméras vidéo étant modifiée d'une étape de recherche à l'autre, car les données ainsi obtenues pour chaque surface de coordonnées et les étapes de position des caméras vidéo sont mises en mémoire de façon associée et que l'on obtient dans les mêmes coordonnées des données mises en mémoire, selon lesquelles s'effectue la récolte (les bras articulés sont disposés dans le même plan) , les signes mis en mémoire ne devant plus être l'objet d'une conversion en vue de la commande, ce qui fait que la commande, nécessaire à l'opération de cueillette, du déplacement des bras et des têtes de préhension, peut être simple et précise. La position des têtes de préhension est caractéristique de la position donnée par le capteur angulaire 13 Les têtes de préhension 18 sont guidées en dehors du processus, c'est- à-dire sans rétroaction sur l'objet-cible, mais le dispositif peut également être complété avec des organes de perception disposés sur la tête de préhension et avec une commande qui est ainsi incluse dans le processus même. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la cueillette des fruits, muni d'une tête de préhension disposée sur un bras articulé, d'un organe chercheur à caméra vidéo et d'une unité d'exploitation et de commande dotée d'un ordinateur, avec en outre des organes hydrauliques de déplacement, caractérisé en ce qu'il comporte un support horizontal ( 1) à axe de rotation vertical, sur lequel sont disposés au moins deux bras articulés ( 7 à 12), parallèles entre eux, mobiles dans un plan vertical, pourvus sur leurs articulations de capteurs angulaires ( 13) et por- tant une tête de préhension ( 18) et, en outre, deux caméras vidéo ( 15, 16) fixées sur le support et dont les axes opti- ques font entre eux un angle aigu. 2. Appareil pour la cueillette des fruits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un organe d'adaptation, à monter sur une machine auto-motrice ( 17). 3. Appareil pour la cueillette des fruits selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une bande transporteuse ( 5) disposée sur le support horizontal ( 1). 4. Procédé de recherche d'objets-cibles pour la mise en oeuvre de l'appareil pour la cueillette des fruits selon la revendication 1, o l'on perçoit l'objet-cible au moyen de deux caméras vidéo, on numérise les deux images ainsi obte- nues et on détermine le point central des objets-cibles, caractérisé en ce que l'on compare les coordonnées des objets-cibles à des surfaces de coordonnées spatiales prédé- terminées, et l'on ne met en mémoire que les données des objets-cibles qui tombent dans les surfaces de coordonnées, on répète ensuite pas-à-pas le processus en une position modifiée des caméras vidéo ou dans des surfaces de coordon- nées modifiées et l'on explore ainsi l'espace situé entre deux surfaces de coordonnées voisines. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on sélectionne les surfaces de coordonnées comme des surfaces spatiales planes, parallèles correspondant au plan de déplacement des bras articulés ( 7 à 12). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on sélectionne les surfaces de coordonnées comme des surfaces spatiales planes, correspondant au plan de déplace- ment des bras articulés ( 7 à 12), et l'on modifie la position de la caméra vidéo d'un pas d'exploration à l'autre.