Stage : Estimation de pose entre un bras monté sur un drone à voilure tournante et un nœud capteur positionné au sol dans un contexte agricole

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Le stage proposé s’effectuera au sein de l’Unité de recherche Technologies et Systèmes d’Information pour les Agrosystèmes (TSCF) et aura pour cadre la robotique agricole terrestre et aérienne, afin d'apporter des réponses aux besoins d’une agriculture écologiquement responsable.

Les systèmes robotiques autonomes aériens ont un rôle important à jouer en agroécologie, notamment dans la surveillance des cultures et des conditions environnementales, ainsi que pour des interventions ciblées au milieu des champs. À cet effet, l’utilisation de drone pour la mise en place et la récupération de nœuds capteurs distribués dans une parcelle agricole nécessite un travail de recherche sur la conception d’un manipulateur aérien, ainsi que son asservissement pour permettre une manipulation des cibles en toute sécurité malgré la présence potentielle d’obstacles causés par les végétaux.

Une position approximative d’un nœud capteur, qui prend par exemple la forme d’un capteur de température enfermé à l’intérieur d’un boitier, est généralement connue. La précision de cette position n’est cependant pas suffisante pour pouvoir manipuler le nœud capteur à partir d’un bras robotique sur un drone. Il est donc nécessaire de pouvoir l’identifier au milieu de la végétation, mais aussi repérer son attitude dans l’espace. Pour cela, l’approche envisagée est de pouvoir utiliser la caméra RGB-D qui est déjà présente sur le drone et qui sert à guider le bras manipulateur pour éviter les obstacles lors de la phase de rapprochement du nœud : il est proposé que les données fournies par cette caméra permettent également d’identifier le nœud capteur au sol et d’estimer sa pose par rapport au bras manipulateur.

Figure 1 : Simulation du drone avec son bras au-dessus d’un champ, et un nœud capteur au sol à manipuler

 

Objectif du stage :

Concevoir un algorithme capable, à partir des informations fournies par une caméra RGB-D embarquée sur un drone, de déterminer la pose relative entre un bras manipulateur et un nœud capteur positionné au sol. 

Les problématiques principales auxquelles devra répondre l’algorithme seront : les variations de luminosité, la présence d’ombres, des obstacles dans le champ de vision de la caméra (e.g. bras manipulateur, végétation obstruant partiellement la visibilité du boitier), une pose imprécise du nœud capteur ou encore des limites de capacité de calcul pour un système embarqué.

Les étapes du travail que le stagiaire devra mener sont les suivantes :

1. Réaliser une recherche bibliographique pour identifier des méthodes possibles pour détecter le nœud capteur et repérer le bras manipulateur,
2. Définir et établir un banc de test simulé, afin de pouvoir valider l’algorithme,
3. Mettre en place les briques élémentaires de l’algorithme pour la détection du bras et du nœud avec la caméra RGB-D,
4. Mettre en place une communication ROS2 afin de transférer les résultats au drone,
5. Tester le fonctionnement du système en conditions réelles.

Formations et compétences recherchées

Formation recommandée : Master ou diplôme d’ingénieur dans les domaines de l’informatique embarquée et de la robotique

Connaissances et compétences souhaitées :

• Traitement d’image
• Asservissement visuel
• Systèmes embarqués
• ROS2
• Simulateur
• Python

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

- de 2,5 jours de congés par mois de présence ;
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Le site des Cézeaux est desservi par la ligne de Tram A, il est également équipé de stationnements et de services dédiés à la pratique du vélo.

 

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation