Au sein d'une exploitation en polyculture-élevage ou sur un site de méthanisation, la manutention occupe une place importante, répétitive et chronophage pour les agriculteurs. L’utilisation d’un chariot télescopique peut monter jusqu’à 1 200 heures à l’année, et celle d'une désileuse automotrice en Cuma à plus de 4 heures par jour.
La société M-extend, à travers la start-up ManuRob créée en son sein en 2018, souhaite alléger l’agriculteur d'une partie de ces tâches et de l’utilisation intensive des machines de manutention grâce à sa solution dénommée « Loadix ». Celle-ci prend la forme d'un robot électrique totalement autonome, doté d’un bras frontal capable de supporter jusqu’à 2 t de matière et de lever à une hauteur maximale de 4,10 m.
En complète autonomie
Une démonstration étant bien plus efficace qu’une simple présentation sur le papier, les équipes de ManuRob ont reçu la presse, les Cuma et entreprises de travaux agricoles voisines, ainsi que l’Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Inrae) sur leur ferme pilote, la SCEA de l’Épine, située à Saint-Berthevin, dans la Mayenne. Ce site, cogéré par Pierre et Audrey Besançon, avec leurs deux salariés, accueille 65 prim’Holstein et brunes pour une production laitière annuelle par robot de traite de 740 000 L. Le couple élève également des poulets à pattes jaunes et cultive 155 ha de maïs, céréales et herbes. L'exploitation produit sa propre énergie en cogénération, en partie grâce à un méthaniseur doté d'un moteur thermique de 210 kW.
L’utilisation intensive d’une chargeuse ou d’un chariot télescopique est alors inévitable pour remplir le bol du méthaniseur et manutentionner le fourrage et d'autres matières. Le ManuRob Loadix répond ici à ses trois utilisations cibles : déplacement dans la cour de ferme, manutention de produits en vrac et réalisation d’applications récurrentes et quotidiennes.
Un design soigné
Avant d’évoquer toute la technicité et la technologie qu’embarque le Loadix, l’équipe de ManuRob a souhaité insister sur son design. Celui-ci opte pour des lignes dynamiques inspirant la robustesse et la puissance. Sa carrosserie revêt l'identité visuelle de la start-up. Sa base roulante, fournie par Dintec (société Fétis), a été pensée et travaillée autour du bras élévateur. Le Loadix reçoit une batterie lithium-fer-phosphate (LiFePO4) sans cobalt, de 40 kWh.
Celle-ci alimente deux moteurs électriques de 20 kW, soit 28 ch. Le premier, au centre de la machine, anime les quatre roues directrices grâce à une chaîne de traction et à une boîte de transfert. Le second assure l’entraînement de la pompe dédiée aux fonctions hydrauliques.
Une cinématique de levage verticale
Les ingénieurs de ManuRob ont conçu le bras du chargeur frontal avec une cinématique de levage verticale. D’après eux, cela limite le déplacement vers l’avant du centre de gravité de la machine lorsque le brancard est au plus haut. Ce dernier est capable de lever à 4,10 m et dispose d’une capacité de charge maximale de 2 t, à l’image des chargeurs frontaux MX T410. Le bras du Loadix reçoit un vérin de levage, un autre pour le bennage/cavage, affichant un angle de course de 50°, et deux vérins de compensation.
Composé de deux demi-brancards, il est fixé à la base roulante par deux bielles, l'une située à l’avant de la machine, et l'autre à l’arrière, au niveau du point de pivot. Ce bras se dote de deux capteurs d’angle et de position permettant au robot de connaître sa position exacte. Son pilotage s’effectue à l'aide de distributeurs hydrauliques compensés. Ces derniers sont contrôlés par des capteurs de pression assurant des mouvements lents lors des tâches demandant de la précision. À l’inverse, pour les opérations de chargement nécessitant de la force, ces mêmes capteurs augmenteront la réactivité des mouvements. Ils autorisent également la pesée du chargement.
Bardé de technologies d'autoguidage
Pour se géolocaliser dans l’espace et remplir les tâches qui lui sont assignées, le Loadix utilise diverses technologies. Il intègre ainsi deux antennes GPS RTK couplées à des capteurs IMU (gyromètres et accéléromètres). Il s'équipe également d'un système d’odométrie sur chacune de ses roues (estimation de la position du véhicule en mouvement) et d'un capteur d’angle sur chaque pont. Deux Lidar, enfin, l'un multicouche à l’avant, pour la vision, et l'autre mononappe à l’arrière, lui permettent de se géolocaliser à l’intérieur des bâtiments. Pour des raisons d’équilibre des masses, mais surtout de sécurité, le Loadix circule sur le site avec l’outil de manutention à l’arrière. En effet, la vision du Lidar frontal pourrait être altérée par l’accessoire.
De même, pour éviter toute crevaison pouvant le déséquilibrer, au risque de fausser tous les relevés des capteurs, les roues de la machine sont pleines. Celle-ci peut travailler à l’extérieur comme à l’intérieur des bâtiments d’élevage, et ne nécessite aucune adaptation des infrastructures ou du site. L’agriculteur devra uniquement équiper son exploitation d’une couverture wi-fi sécurisée et dédiée à son utilisation.
Des yeux intelligents
La conception des « yeux » du Loadix a donné du fil à retordre aux ingénieurs de ManuRob. En effet, le robot devait être capable d’analyser la disposition du tas d’ensilage ou de fumier, puis de décider de l’endroit le plus judicieux pour remplir le godet ou le grappin sans que le silo s'écroule. L’étendue du tas évoluant à chaque passage de la machine, la solution la plus simple aurait été l’utilisation de caméras.
Toutefois, celles-ci disposent d'une vision limitée en présence d’un soleil éblouissant, de brouillard ou de pluie. La start-up a donc opté pour l'installation d'un deuxième Lidar multicouche à l'avant. Celui-ci dispose d’une vision à 360° à la verticale et à 45° à l’horizontale. Il est à même de distinguer l’intensité de la matière en profondeur et de déceler des images avec des nuances de noir et de blanc. Toutes ces données permettent à l’ordinateur embarqué du Loadix de modéliser en trois dimensions la forme du tas d’ensilage ou de fumier lui faisant face. Après un calcul de la hauteur et de la pente du tas, le robot se place ainsi au meilleur endroit pour charger la matière, sans risque d’éboulement.
La sécurité avant tout
Bien évidemment, comme pour tout robot autonome évoluant dans un environnement où de multiples corps étrangers peuvent surgir sur son chemin, ManuRob équipe le sien d’une « chaîne virtuelle » de sécurité indépendante. Celle-ci se compose de différents capteurs ralentissant ou arrêtant l’avancement de la machine en présence d’un humain, d'un animal, d'un objet, etc.
Le Loadix intègre également des garde-fous qui le stoppent en cas de déroutage de sa trajectoire. De même, toujours pour des raisons de sécurité, et conformément à la réglementation française, le robot se déplace à une vitesse maximale de 7,2 km/h.
Cartographier le site avant utilisation
Avant de faire fonctionner le Loadix sur une exploitation, le site doit faire l'objet d'une étude cartographique minutieuse. Celle-ci commence par la venue d'un géomètre qui relève avec précision, grâce à la position GPS, l'emplacement des bâtiments et leurs portes d’accès, les routes, les zones bitumées ou non, etc. Un ingénieur de ManuRob modélise ensuite le site sur le logiciel de conception 2D « AutoCAD », développé par Autodesk. C’est ici qu’il définit, avec l’exploitant, les zones d’intérêt telles que les emplacements des silos, de l’incorporateur du méthaniseur ou encore du stockage des outils de manutention.
Il construit également la trajectoire de déplacement du Loadix entre les différents points de collecte et de déchargement. Dans cette étude, l’ingénieur de ManuRob prend en compte le sens de marche et les zones de ralentissement en cas de terrain cahoteux ou de virages. Aujourd’hui, le Loadix allège la tâche répétitive de la manutention pour l’alimentation d’un méthaniseur. Toutefois, le bureau de recherche et développement de la start-up travaille sur d'autres applications, comme le curage des bâtiments d’élevage.
