FR3073297A1 - ELECTRONIC SECURITY SYSTEM FOR MOBILE ROBOTS - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un système (10) de sécurité électronique pour robots (11) mobiles, permettant de définir une zone de travail, dont lesdits robots (11) ne sont pas autorisés à sortir, ladite zone de travail étant délimitée par un fil (14) relié à un générateur (15), dans lequel ledit générateur (15) transmet dans ledit fil (14) un signal électrique codé afin de créer un champ électromagnétique autour dudit fil (14), chacun desdits robots (11) étant équipé d'un module (16) de sécurité qui, en fonction de l'intensité dudit champ électromagnétique, détermine la distance (D) entre ledit robot (11) et ledit fil (14), dans lequel ledit module (16) de sécurité comporte des moyens pour arrêter ledit robot (11) lorsque la distance (D) entre ledit robot (11) et ledit fil (14) est inférieure à un seuil (S) prédéterminé, et dans lequel ledit générateur (15) comporte des moyens pour asservir le signal envoyé dans ledit fil (14) afin de conserver un champ électromagnétique constant.The present invention relates to an electronic security system (10) for mobile robots (11), making it possible to define a work zone, of which said robots (11) are not allowed to exit, said work zone being delimited by a wire (14) connected to a generator (15), wherein said generator (15) transmits in said wire (14) an encoded electrical signal to create an electromagnetic field around said wire (14), each of said robots (11) being equipped with a security module (16) which, depending on the intensity of said electromagnetic field, determines the distance (D) between said robot (11) and said wire (14), wherein said security module (16) comprises means for stopping said robot (11) when the distance (D) between said robot (11) and said wire (14) is less than a predetermined threshold (S), and wherein said generator (15) comprises means for enslave the signal sent in said wire (14) in order to maintain a constant electromagnetic field.
Description
SYSTEME DE SECURITE ELECTRONIQUE POUR ROBOTS MOBILESELECTRONIC SECURITY SYSTEM FOR MOBILE ROBOTS
Domaine de l’inventionField of the invention
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de sécurité électronique pour robots.The present invention relates to the field of electronic security systems for robots.
En robotique mobile, les industriels proposent des robots autonomes pouvant effectuer différents types de travaux. Pour assurer le guidage automatique, ces véhicules autonomes sont équipés de dispositifs de géolocalisation.In mobile robotics, manufacturers offer autonomous robots that can perform different types of work. To ensure automatic guidance, these autonomous vehicles are equipped with geolocation devices.
Dans un bon fonctionnement, le véhicule évolue dans sa zone de travail. Mais il se pourrait qu’en cas de défaillance du système de localisation, il sorte de cette zone. Dans ce cas, le robot peut représenter un danger pour les biens et les personnes se trouvant à proximité, mais également présenter un risque d’endommagement pour son propre compte.In good functioning, the vehicle moves in its working area. But it could be that in the event of failure of the localization system, it leaves this zone. In this case, the robot can represent a danger for property and people nearby, but also present a risk of damage on its own account.
Pour renforcer la sécurité liée à l’utilisation des robots ou véhicules autonomes professionnels dans une zone de travail donnée, les Inventeurs de la présente invention ont développé une barrière électronique de sécurité permettant de délimiter une aire d’évolution dont les véhicules ne peuvent pas sortir.To reinforce the security linked to the use of professional robots or autonomous vehicles in a given work area, the inventors of the present invention have developed an electronic security barrier making it possible to delimit an area of evolution from which vehicles cannot leave. .
Pour définir cette zone de travail, l’utilisateur met en place un fil tout en formant une boucle, qui est reliée de part et d’autre à un générateur. Celui-ci envoie dans le fil un courant électrique afin de créer un champ électromagnétique autour de celui-ci.To define this work area, the user sets up a wire while forming a loop, which is connected on both sides to a generator. This sends an electric current through the wire to create an electromagnetic field around it.
Les véhicules sont équipés de détecteurs qui, en fonction du champ électromagnétique mesuré, vont en déduire la distance du robot par rapport au fil. Si le robot s’approche à une certaine distance du fil, il est automatiquement arrêté.Vehicles are equipped with detectors which, depending on the electromagnetic field measured, will deduce the distance of the robot from the wire. If the robot approaches a distance from the wire, it is automatically stopped.
Etat de la techniqueState of the art
On connaît dans l’état de la technique la demande de brevet européen N° EP 2 945 037 (iRobot) «Système de confinement de robot mobile autonome», qui se rapporte à un système de confinement de tondeuse à gazon robotisée comprenant au moins deux unités de distribution et une unité motorisée en connexion filaire avec les deux unités de distribution. Chaque unité de distribution comprend un boîtier contenant une longueur de fil de délimitation relié électriquement au boîtier à une extrémité et se terminant par un connecteur conjugué pour transférer un signal électrique à l'extrémité opposée. Chaque unité de distribution comprend également une borne de réception disposée sur le boîtier pour recevoir un connecteur correspondant d'une autre unité de distribution. L'unité motorisée comprend au moins un connecteur électrique configuré pour connecter et délivrer du courant à au moins l'une des deux unités de distribution. Les unités de distribution et l'unité alimentée peuvent être agencées et connectées pour former une boucle de fil de frontière connectée reconnaissable par la tondeuse à gazon robotisée.The European patent application No. EP 2 945 037 (iRobot) “autonomous mobile robot confinement system”, which relates to a robotic lawnmower containment system comprising at least two, is known in the prior art. distribution units and a motorized unit in wired connection with the two distribution units. Each distribution unit includes a housing containing a length of boundary wire electrically connected to the housing at one end and terminating in a mating connector for transferring an electrical signal to the opposite end. Each distribution unit also includes a reception terminal disposed on the housing to receive a corresponding connector from another distribution unit. The motorized unit comprises at least one electrical connector configured to connect and deliver current to at least one of the two distribution units. The distribution units and the powered unit can be arranged and connected to form a connected boundary wire loop recognizable by the robotic lawn mower.
On connaît dans l’état de la technique la demande de brevet britannique N° GB 201306437 (F Robotics Acquisition) «Système robotique domestique et robot associé », qui concerne un système robotique domestique qui comprend un robot qui est programmé pour se déplacer dans une zone de travail définie par une frontière et qui possède un ou plusieurs capteurs de distance de limite qui lui permettent d'estimer la distance courante à partir de la frontière. Le robot est d'abord programmé pour se déplacer sur la zone de travail et, d'autre part, lorsque les capteurs de distance limite indiquent que le robot est à une distance X de la frontière et s'approche de la frontière, le robot commence à tourner progressivement. Ce virage progressif est tel que le robot change progressivement de direction tout en continuant à se déplacer à travers ladite zone de travail, et le robot passe de l'approche de la frontière à l'éloignement de la frontière. Le robot est également programmé de façon à calculer un trajet pour le virage graduel de telle sorte que, pendant le virage progressif, le robot approche la limite jusqu'à une distance prédéterminée E, puis s'éloigne de la frontière.We know in the prior art British patent application N ° GB 201306437 (F Robotics Acquisition) "Domestic robotic system and associated robot", which relates to a domestic robotic system which comprises a robot which is programmed to move in a work area defined by a border and which has one or more limit distance sensors which allow it to estimate the current distance from the border. The robot is first programmed to move around the work area and, secondly, when the limit distance sensors indicate that the robot is at a distance X from the border and is approaching the border, the robot begins to rotate gradually. This gradual turn is such that the robot gradually changes direction while continuing to move through said work area, and the robot goes from approaching the border to moving away from the border. The robot is also programmed to calculate a path for the gradual turn such that, during the gradual turn, the robot approaches the limit to a predetermined distance E, then moves away from the border.
On connaît dans l’état de la technique la demande internationale N° WO 2015/115949 (Husqvarna) «Système d’outil de travail robotique à fil de délimitation », qui se rapporte à un système d'outil de travail robotisé comprenant un générateur de signal, un fil de délimitation et un outil de travail robotisé, ledit fil de délimitation étant adapté pour délimiter une zone de travail, ledit générateur de signal étant agencé pour transmettre un signal de commande à travers ledit fil de frontière, et ledit outil de travail robotisé comprenant au moins un capteur pour détecter ledit signal de commande qui est transmis par le fil de frontière. Le système d'outil de travail robotisé est caractérisé en ce que ledit signal impulsionnel comprend au moins un premier train d'impulsions transmis à une première amplitude et au moins un second train d'impulsions transmis à une seconde amplitude.The international application No. WO 2015/115949 (Husqvarna) “Robotic work tool system with boundary wire”, which relates to a robotic work tool system comprising a generator, is known in the prior art. signal, a boundary wire and a robotic work tool, said boundary wire being adapted to delimit a work area, said signal generator being arranged to transmit a control signal through said boundary wire, and said boundary tool robotic work comprising at least one sensor for detecting said control signal which is transmitted by the boundary wire. The robotic work tool system is characterized in that said pulse signal includes at least a first train of pulses transmitted at a first amplitude and at least a second train of pulses transmitted at a second amplitude.
On connaît dans l’état de la technique, la demande internationale N° WO 2012/05642 (Husqvarna) « Dispositif de communication et de sécurité pour systèmes aidés par les limites » qui concerne un procédé et un système de commande d'un outil de jardinage robotisé autour d'une zone de travail dans un système assisté par fil de délimitation. Le système comprend l'outil de jardinage robotisé pour effectuer une opération dans la zone de travail, qui est au moins partiellement définie par une frontière. La frontière sépare la zone de travail d'une zone non fonctionnelle. L'outil de jardinage robotisé comprend également des moyens de détection pour détecter la limite. De plus, l'outil de jardin robotique est adapté pour recevoir un signal d'état envoyé depuis une source de signal et l'outil de jardin robotique est configuré pour arrêter le fonctionnement, lorsque le signal d'état fournit un signal d'arrêt.The international application No. WO 2012/05642 (Husqvarna) “Communication and security device for systems aided by limits” is known in the state of the art, which relates to a method and a system for controlling a communication tool. robotic gardening around a work area in a system assisted by boundary wire. The system includes the robotic gardening tool to perform an operation in the work area, which is at least partially defined by a border. The border separates the work area from a non-functional area. The robotic gardening tool also includes detection means for detecting the boundary. Additionally, the robotic garden tool is adapted to receive a status signal sent from a signal source, and the robotic garden tool is configured to stop operation, when the status signal provides a stop signal. .
Exposé de l’inventionStatement of the invention
La présente invention entend remédier aux inconvénients de l’art antérieur en proposant un système de sécurité électronique pour robots mobiles, dans lequel le générateur effectue un asservissement automatique sur le signal circulant dans le fil, afin de garantir l’arrêt du robot à une distance toujours identique le long du fil.The present invention intends to remedy the drawbacks of the prior art by proposing an electronic security system for mobile robots, in which the generator performs an automatic control on the signal circulating in the wire, in order to guarantee the stopping of the robot at a distance. always the same along the wire.
A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un système de sécurité électronique pour robots mobiles, permettant de définir une zone de travail, dont lesdits robots ne sont pas autorisés à sortir, ladite zone de travail étant délimitée par un fil relié à un générateur, dans lequel ledit générateur transmet dans ledit fil un signal électrique codé afin de créer un champ électromagnétique autour dudit fil, chacun desdits robots étant équipé d’un module de sécurité qui, en fonction de l’intensité dudit champ électromagnétique, détermine la distance entre ledit robot et ledit fil, dans lequel ledit module de sécurité comporte des moyens pour arrêter ledit robot lorsque la distance entre ledit robot et ledit fil est inférieure à un seuil prédéterminé, et dans lequel ledit générateur comporte des moyens pour asservir le signal envoyé dans ledit fil afin de conserver un champ électromagnétique constant.To this end, the present invention relates, in its most general sense, to an electronic security system for mobile robots, making it possible to define a work area, from which said robots are not allowed to leave, said work area being delimited by a wire connected to a generator, in which said generator transmits in said wire a coded electrical signal in order to create an electromagnetic field around said wire, each of said robots being equipped with a security module which, depending on the intensity of said field electromagnetic, determines the distance between said robot and said wire, in which said security module comprises means for stopping said robot when the distance between said robot and said wire is less than a predetermined threshold, and in which said generator comprises means for slave the signal sent in said wire in order to maintain a constant electromagnetic field.
Ainsi, grâce à la présente invention, le signal émis par le générateur est asservi pour que l’intensité du champ électromagnétique autour du fil soit toujours la même. Par conséquent, la distance de la zone d’arrêt du véhicule par rapport au fil reste identique quelque soit la longueur du fil déployée, et quelles que soient les conditions météorologiques. Aucun réglage manuel n’est nécessaire pour l’utilisateur.Thus, thanks to the present invention, the signal emitted by the generator is controlled so that the intensity of the electromagnetic field around the wire is always the same. Consequently, the distance of the vehicle's stopping area from the wire remains the same regardless of the length of the deployed wire, and whatever the weather conditions. No manual adjustment is necessary for the user.
Les avantages du système de sécurité selon la présente invention sont les suivants :The advantages of the security system according to the present invention are as follows:
- Optimisation du champ électromagnétique à la mise sous tension du système et pendant le fonctionnement ;- Optimization of the electromagnetic field when the system is powered up and during operation;
- Absence de réglage ;- No adjustment;
- Adaptation automatique aux différents périmètres de travail ;- Automatic adaptation to different working areas;
- Autonomie énergétique ;- Energy autonomy;
- Ajustement de la zone de sécurité ;- Adjustment of the safety zone;
- Détection de défaut et arrêt et mise en sécurité du robot mobile.- Fault detection and stopping and securing of the mobile robot.
Avantageusement, le périmètre de ladite zone de travail est compris entre deux cents mètres et dix kilomètres.Advantageously, the perimeter of said work area is between two hundred meters and ten kilometers.
Selon un mode de réalisation, ledit générateur comporte des moyens pour transmettre audit module de sécurité un message relatif à l’état de fonctionnement dudit système.According to one embodiment, said generator comprises means for transmitting to said security module a message relating to the operating state of said system.
De préférence, ledit module de sécurité comporte au moins un module de détection.Preferably, said security module comprises at least one detection module.
Selon un mode de réalisation, ledit générateur est un boîtier portable et autonome.According to one embodiment, said generator is a portable and autonomous housing.
Selon un mode de réalisation, ledit seuil prédéterminé relatif à la distance entre ledit robot et ledit fil, au dessous duquel ledit module de sécurité arrête ledit robot, est compris entre cinquante centimètres et cinq mètres.According to one embodiment, said predetermined threshold relating to the distance between said robot and said wire, below which said security module stops said robot, is between fifty centimeters and five meters.
Selon un mode de réalisation, ledit fil est posé au sol.According to one embodiment, said wire is placed on the ground.
Selon un mode de réalisation, ledit fil est enterré dans le sol à une profondeur comprise entre un et dix centimètres.According to one embodiment, said wire is buried in the ground at a depth of between one and ten centimeters.
Selon un mode de réalisation, ledit fil est au-dessus du sol à une hauteur inférieure à un mètre.According to one embodiment, said wire is above the ground at a height of less than one meter.
Avantageusement, ledit module de sécurité est connecté au circuit d’arrêt d’urgence dudit robot.Advantageously, said security module is connected to the emergency stop circuit of said robot.
Avantageusement, ledit seuil prédéterminé est réglable.Advantageously, said predetermined threshold is adjustable.
Selon un mode de réalisation, ledit système comporte des moyens pour transmettre à un opérateur, par l’intermédiaire d’un terminal, un signal d’information sur le fonctionnement dudit système.According to one embodiment, said system comprises means for transmitting to an operator, via a terminal, an information signal on the operation of said system.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
On comprendra mieux l’invention à l’aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d’un mode de réalisation de l’invention, en référence aux Figures dans lesquelles :The invention will be better understood using the description, given below for purely explanatory purposes, of an embodiment of the invention, with reference to the Figures in which:
• la Figure 1 est un schéma de principe du système de sécurité selon la présente invention ;• Figure 1 is a block diagram of the security system according to the present invention;
• la Figure 2A illustre le signal généré dans le fil de délimitation ;• Figure 2A illustrates the signal generated in the boundary wire;
• la Figure 2B représente le modèle électrique du fil de délimitation ;• Figure 2B shows the electrical model of the boundary wire;
• la Figure 2C représente le modèle électrique du fil de délimitation avec un condensateur inséré ;• Figure 2C shows the electrical model of the boundary wire with an inserted capacitor;
• la Figure 3A représente l’évolution de l’impédance du fil de délimitation en fonction de la valeur du condensateur d’accord à la fréquence centrale et différentes longueurs de fil ;• Figure 3A represents the evolution of the impedance of the delimiting wire as a function of the value of the tuning capacitor at the central frequency and different lengths of wire;
• la Figure 3B illustre un circuit de redressement simple alternance ;• Figure 3B illustrates a single-wave rectification circuit;
• la Figure 3C représente l’extraction de l’enveloppe du signal ;• Figure 3C represents the extraction of the signal envelope;
• les Figures 4A et 4B représentent le signal généré et filtré à une fréquence de 10 kHz et sa représentation spectrale ;• Figures 4A and 4B represent the signal generated and filtered at a frequency of 10 kHz and its spectral representation;
• les Figures 5A et 5B illustrent le signal filtré à une fréquence de 9 kHz;• Figures 5A and 5B illustrate the signal filtered at a frequency of 9 kHz;
• les Figures 6A et 6B représentent le signal filtré à une fréquence de 11 kHz ;• Figures 6A and 6B represent the filtered signal at a frequency of 11 kHz;
• La Figure 7 illustre le placement des boîtiers sur un robot ;• Figure 7 illustrates the placement of the boxes on a robot;
• La Figure 8 est un schéma de principe électronique des détecteurs ;• Figure 8 is an electronic block diagram of the detectors;
• La Figure 9 est un schéma de principe électronique du superviseur ;• Figure 9 is an electronic block diagram of the supervisor;
• La Figure 10 illustre un robot équipé et un fil déroulé au sol ; et • La Figure 11 est un schéma fonctionnel du générateur.• Figure 10 illustrates an equipped robot and a wire unwound on the ground; and • Figure 11 is a block diagram of the generator.
Description détaillée des modes de réalisation de l’inventionDetailed description of the embodiments of the invention
La présente invention se rapporte à un système 10 de sécurité électronique pour robots 11 mobiles, permettant de définir une zone de travail, dont lesdits robots 11 ne sont pas autorisés à sortir, ladite zone de travail étant délimitée par un fil 14 relié à un générateur 15, dans lequel ledit générateur 15 transmet dans ledit fil 14 un signal électrique codé afin de créer un champ électromagnétique autour dudit fil 14, chacun desdits robots 11 étant équipé d’un module 16 de sécurité qui, en fonction de l’intensité dudit champ électromagnétique, détermine la distance D entre ledit robot 11 et ledit fil 14, dans lequel ledit module 16 de sécurité comporte des moyens pour arrêter ledit robot 11 lorsque la distance D entre ledit robot 11 et ledit fil 14 est inférieure à un seuil S prédéterminé, et dans lequel ledit générateur 15 comporte des moyens pour asservir le signal envoyé dans ledit fil 14 afin de conserver un champ électromagnétique constant.The present invention relates to an electronic security system 10 for mobile robots 11, making it possible to define a work area, from which said robots 11 are not allowed to leave, said work area being delimited by a wire 14 connected to a generator 15, wherein said generator 15 transmits in said wire 14 a coded electrical signal in order to create an electromagnetic field around said wire 14, each of said robots 11 being equipped with a safety module 16 which, depending on the intensity of said field electromagnetic, determines the distance D between said robot 11 and said wire 14, in which said safety module 16 comprises means for stopping said robot 11 when the distance D between said robot 11 and said wire 14 is less than a predetermined threshold S, and in which said generator 15 includes means for controlling the signal sent in said wire 14 in order to maintain an electromagnetic field constant.
Le système de sécurité 10 selon la présente invention permet de définir une zone de travail dont les robots autonomes ne peuvent pas sortir. Cette zone de travail est délimitée par un fil 14, qui, dans un mode de réalisation est posé au sol, et qui est relié de part et d’autre à un générateur 15. Quelle que soit la longueur de fil déployée, la largeur de la zone d’arrêt des robots 11 reste identique.The security system 10 according to the present invention makes it possible to define a work area from which the autonomous robots cannot leave. This working area is delimited by a wire 14, which, in one embodiment is placed on the ground, and which is connected on both sides to a generator 15. Whatever the length of wire deployed, the width of the robot stopping area 11 remains identical.
Le générateur 15 envoie dans le fil 14 un courant électrique afin de créer un champ électromagnétique autour de celui-ci. Chaque robot 11 évoluant dans la zone de travail est équipé d’un ou plusieurs détecteurs. Ces détecteurs déterminent, en fonction de l’intensité du champ électromagnétique, la distance D du robot par rapport au fil 14.The generator 15 sends an electric current in the wire 14 in order to create an electromagnetic field around it. Each robot 11 operating in the work area is equipped with one or more detectors. These detectors determine, as a function of the intensity of the electromagnetic field, the distance D of the robot relative to wire 14.
Dans la zone de travail, plusieurs robots peuvent évoluer en même temps, cela n’a pas d’influence sur la sécurité. La zone de sécurité reste identique quel que soit le nombre de robots.In the work area, several robots can move at the same time, this has no influence on safety. The safety zone remains the same regardless of the number of robots.
Le système 10 est composé de trois ensembles électroniques :System 10 is made up of three electronic assemblies:
- Un générateur 15 : boîtier portable et autonome fournissant un signal électrique codé dans le fil 14 de la barrière. Le signal généré est asservi afin de garantir une largeur de zone de sécurité le long du fil 14 toujours identique. Le générateur informe en permanence les modules de sécurité de son bon fonctionnement via une liaison radio. Le générateur est alimenté par une batterie 12V.- A generator 15: portable and autonomous box providing an electrical signal coded in the wire 14 of the barrier. The generated signal is slaved in order to guarantee a safety zone width along the wire 14 which is always identical. The generator constantly informs the safety modules of its correct operation via a radio link. The generator is powered by a 12V battery.
- Un fil 14 de délimitation souple et robuste.- A flexible and robust delimiting wire 14.
- Un module 16 de sécurité placé sur le véhicule. Ce module 16 intègre un ou plusieurs boîtiers de détection suivant la géométrie du véhicule (modules placés à l’avant / arrière / cotés) afin d’assurer la sécurité quelle que soit l’orientation du robot 11 par rapport au fil 14.- A security module 16 placed on the vehicle. This module 16 integrates one or more detection boxes according to the geometry of the vehicle (modules placed at the front / rear / sides) in order to ensure safety whatever the orientation of the robot 11 relative to the wire 14.
Il intègre également un boîtier de supervision qui centralise les informations venant des détecteurs, commande l’arrêt du véhicule si nécessaire et s’assure du bon fonctionnement du générateur 15 en communiquant avec celui-ci par une liaison sans fil.It also incorporates a supervision unit which centralizes the information coming from the detectors, controls the stopping of the vehicle if necessary and ensures the proper functioning of the generator 15 by communicating with it by a wireless link.
La Figure 1 est un schéma de principe du système 10 de sécurité selon la présente invention.Figure 1 is a block diagram of the security system 10 according to the present invention.
L’ensemble du système 10 de sécurité est simple à mettre en place. La délimitation de la zone de travail est réalisée par la simple pose d’un fil 14 sur le sol formant une boucle et dont les extrémités sont raccordées à un générateurThe entire security system 10 is simple to set up. The working area is delimited by the simple laying of a wire 14 on the ground forming a loop and the ends of which are connected to a generator
15.15.
Dans un mode de réalisation, le générateur 15 est autonome et alimenté par une batterie 12V. Il envoie dans le fil 14 un faible courant électrique sous la forme d’un signal codé. L’originalité du générateur 15 développé est d’effectuer un asservissement dans le fil 14 afin de conserver un champ électromagnétique constant. Ainsi, quelle que soit la longueur de fil déployée, il n’y a pas de variation de la largeur de la zone de sécurité.In one embodiment, the generator 15 is autonomous and powered by a 12V battery. It sends a weak electric current in wire 14 in the form of a coded signal. The originality of the generator 15 developed is to carry out a control in the wire 14 in order to maintain a constant electromagnetic field. Thus, whatever the length of wire deployed, there is no variation in the width of the safety zone.
Cette procédure d’asservissement du signal est entièrement automatique. Elle est effectuée lors de la mise en route du générateur 15 mais aussi en cours de fonctionnement afin de compenser d’éventuelles variations d’impédance.This signal servoing procedure is fully automatic. It is carried out when the generator 15 is started up but also during operation in order to compensate for any variations in impedance.
Sur les robots 11, au moins deux modules sont montés. Le premier module qui centralise les informations et gère l’arrêt du véhicule se connecte simplement en série sur le circuit d’arrêt d’urgence. Le second module de détection est placé à l’avant du véhicule, dans le cas où un seul détecteur est installé.On the robots 11, at least two modules are mounted. The first module, which centralizes information and manages the vehicle stop, is simply connected in series to the emergency stop circuit. The second detection module is placed at the front of the vehicle, in the case where only one detector is installed.
Dans un mode de réalisation, ces deux ensembles nécessitent une alimentation comprise entre 9V et 36V. Cette large plage de tension d’alimentation permet d’être compatible avec la majorité des sources électriques disponibles sur les robots mobiles.In one embodiment, these two sets require a power supply between 9V and 36V. This wide supply voltage range makes it compatible with most electrical sources available on mobile robots.
Le générateur 15 envoie par ailleurs des informations, via une liaison sans fil sécurisée (radio RF), au module 16 de sécurité, situé sur le véhicule. Il l’informe ainsi, au démarrage et ensuite toutes les secondes, de l’état de fonctionnement de la barrière.The generator 15 also sends information, via a secure wireless link (RF radio), to the security module 16, located on the vehicle. It thus informs it, at start-up and then every second, of the operational status of the barrier.
Trois messages peuvent être transmis :Three messages can be transmitted:
- Etat de « Bon fonctionnement du générateur >> : aucune action n’est menée au niveau du module 16 de sécurité du véhicule ;- State of "Good functioning of the generator": no action is taken at the level of the vehicle security module 16;
- Etat de « Défaut de fonctionnement du générateur >> : le module 16 de sécurité arrête alors le véhicule quelque soit sa position dans la zone de travail. Ce problème de fonctionnement peut être dû à une coupure du fil 14.- State of “Generator malfunction”: the safety module 16 then stops the vehicle regardless of its position in the work area. This operating problem may be due to a cut in wire 14.
- Etat « d’initialisation >> du générateur : le générateur est en phase de réglage afin de générer le signal optimal dans le fil. Durant cette phase, le module de sécurité arrête le robot. Si le module 16 de sécurité du véhicule ne reçoit plus de message venant du générateur 15, il arrête également le véhicule. Cette absence de message peut supposer que le générateur 15 ou le module de liaison sans fil connaissent une défaillance et donc que le système 10 de sécurité n’est plus en fonction.- Generator "initialization" state: the generator is in the adjustment phase in order to generate the optimal signal in the wire. During this phase, the security module stops the robot. If the vehicle security module 16 no longer receives a message from the generator 15, it also stops the vehicle. This absence of message can assume that the generator 15 or the wireless link module is experiencing a failure and therefore that the security system 10 is no longer in operation.
Le générateur 15 assure les fonctions suivantes :The generator 15 performs the following functions:
- Créer un champ électromagnétique constant autour du fil 14 afin de garantir une distance de détection toujours identique du véhicule par rapport à la barrière.- Create a constant electromagnetic field around the wire 14 in order to guarantee an always identical detection distance of the vehicle with respect to the barrier.
- Faire circuler dans le fil 14 un signal spécifique « codé >> identifiable par les détecteurs embarqués sur les véhicules. Le codage permet ainsi de s’affranchir des parasites électriques environnants.- Circulate in wire 14 a specific “coded” signal identifiable by the detectors on board the vehicles. The coding thus makes it possible to get rid of the surrounding electrical parasites.
- Assurer un autodiagnostic afin de détecter tout mauvais fonctionnement- Ensure a self-diagnosis in order to detect any malfunction
- Envoyer toutes les secondes des informations aux modules de sécurité des véhicules installés sur chaque véhicule.- Send information every second to the vehicle safety modules installed on each vehicle.
Pour le générateur 15, ce fil 14 représente une charge électrique. L’impédance de cette charge varie en fonction de la longueur du fil 14, de la forme de la boucle, de la nature du sol et des conditions météorologiques (humidité du sol plus ou moins importante). L’intensité du champ magnétique rayonné est directement proportionnelle à l’intensité du courant dans le fil 14. Si l’impédance varie et que l’amplitude du signal généré reste la même, le champ électromagnétique varie. Or, il est indispensable que ce champ soit constant puisqu’il détermine la largeur de la zone d’arrêt du véhicule.For the generator 15, this wire 14 represents an electrical charge. The impedance of this load varies depending on the length of the wire 14, the shape of the loop, the nature of the soil and weather conditions (more or less soil moisture). The intensity of the radiated magnetic field is directly proportional to the intensity of the current in the wire 14. If the impedance varies and the amplitude of the signal generated remains the same, the electromagnetic field varies. However, it is essential that this field be constant since it determines the width of the vehicle's stopping area.
Par l’intermédiaire d’un asservissement, on réalise une adaptation d’impédance dynamique entre le générateur 15 et le fil 14.By means of a servo, a dynamic impedance adaptation is made between the generator 15 and the wire 14.
Le principe consiste à ajouter une capacité d’accord variable en série avec le fil 14. Cette capacité minimise l’impédance totale du fil 14 à une basse fréquence de travail. Pour ce faire, on dispose sur la carte électronique d’un jeu de capacités commutées numériquement jusqu’à trouver l’accord optimal. De plus, afin d’affiner le réglage de l’amplitude du signal, un amplificateur à gain variable est placé sur la carte. Une analyse spectrale est réalisée sur le signal véhiculé dans la boucle afin de contrôler que l’amplitude et l’accord optimum ont été trouvés.The principle consists in adding a variable tuning capacity in series with the wire 14. This capacity minimizes the total impedance of the wire 14 at a low working frequency. To do this, we have a set of digitally switched capacities on the electronic card until we find the optimal match. In addition, to fine-tune the signal strength setting, a variable gain amplifier is placed on the board. A spectral analysis is performed on the signal carried in the loop in order to check that the optimum amplitude and agreement have been found.
Le générateur 15 génère un courant analogique dans le fil 14 de délimitation pour créer un champ électromagnétique détectable par les mobiles à l’approche du fil. Dans un mode de réalisation, ce courant se caractérise par une excursion périodique de fréquences entre 8 et 12 kHz centrée sur la fréquence 10 kHz, l’amplitude de la trame est maximum à la fréquence centrale et minimum aux fréquences extrêmes.The generator 15 generates an analog current in the delimiting wire 14 to create an electromagnetic field detectable by the mobiles when approaching the wire. In one embodiment, this current is characterized by a periodic excursion of frequencies between 8 and 12 kHz centered on the frequency 10 kHz, the amplitude of the frame is maximum at the central frequency and minimum at the extreme frequencies.
La Figure 2A illustre le signal généré dans le fil de délimitation.Figure 2A illustrates the signal generated in the boundary wire.
Le générateur 15 fonctionne avec des fils 14 de délimitation de différentes longueurs. En fonction de la qualité du conducteur, de la longueur du fil 14 et de la géométrie de la pose, les propriétés électriques du fil 14 évoluent. L’impédance équivalente du fil 14 varie et s’oppose à l’établissement du courant dans le fil 14.The generator 15 operates with delimiting wires 14 of different lengths. Depending on the quality of the conductor, the length of the wire 14 and the geometry of the installation, the electrical properties of the wire 14 change. The equivalent impedance of wire 14 varies and is opposed to the establishment of the current in wire 14.
La modélisation du fil 14 est représentée par une inductance et une résistance en série.The modeling of wire 14 is represented by an inductance and a resistance in series.
La Figure 2B représente le modèle électrique du fil de délimitation.Figure 2B shows the electrical model of the boundary wire.
L’équation de l’impédance du fil est la suivante :The equation for wire impedance is as follows:
Z = #+L2*w2 Z = # + L 2 * w 2
L’insertion d’un condensateur dans le circuit du fil permet de réduire l’impédance.Inserting a capacitor in the wire circuit reduces the impedance.
La Figure 2C représente le modèle électrique du fil de délimitation avec un condensateur inséré.Figure 2C shows the electrical model of the boundary wire with an inserted capacitor.
On a :We have :
- L : inductance du fil- L: wire inductance
- R : résistance du fil- R: wire resistance
- C : condensateur utilisé pour l’accord- C: capacitor used for tuning
AvecWith
La Figure 3A représente l’évolution de l’impédance du fil de délimitation en fonction de la valeur du condensateur d’accord à la fréquence centrale et différentes longueurs de fil.Figure 3A shows the evolution of the impedance of the boundary wire as a function of the value of the tuning capacitor at the center frequency and different lengths of wire.
Le générateur 15 remplit les fonctions suivantes :The generator 15 performs the following functions:
• réduire la valeur de l’impédance à la valeur résistive du fil 14 ;• reduce the value of the impedance to the resistive value of wire 14;
• régler l’amplitude du courant dans le fil 14 pour déterminer la distance de détection entre le fil 14 et le détecteur ;• adjust the amplitude of the current in wire 14 to determine the detection distance between wire 14 and the detector;
• détecter une anomalie (fil coupé, fil trop long ou trop court, résistivité du fil importante, fil enroulé partiellement sur la bobine) ;• detect an anomaly (cut wire, wire too long or too short, high wire resistivity, wire wound partially on the coil);
• envoyer l’état de fonctionnement de la barrière, via une communication radio, aux dispositifs de sécurité présents sur les robots.• send the operational status of the barrier, via radio communication, to the safety devices on the robots.
Le générateur 15 est constitué de deux parties : une carte d’acquisition, de génération analogique et de traitement du signal et une carte de puissance.The generator 15 consists of two parts: an acquisition card, analog generation and signal processing and a power card.
Suivant les longueurs de fil déployées, la carte de puissance sélectionnée dans le générateur est différente. Une première carte de puissance gère les longueurs allant de 200 m à 4000 m et une seconde carte gère les longueurs allant de 4000 m à 10 000 m. Le générateur bascule automatiquement sur l’une ou l’autre des deux cartes suivant la longueur du fil de délimitation.Depending on the lengths of wire deployed, the power card selected in the generator is different. A first power card manages lengths from 200 m to 4000 m and a second power card manages lengths from 4000 m to 10 000 m. The generator automatically switches to one or the other of the two cards depending on the length of the boundary wire.
La fonction FP1.1 et FP1.2 : Le signal analogique constituant la trame est généré à partir de données numériques stockées en mémoire et converties par un microcontrôleur. Le signal est ensuite amplifié en puissance pour circuler dans le fil 14 de délimitation. L’amplitude du signal est réglable afin d’ajuster la distance entre les détecteurs et le fil 14.The function FP1.1 and FP1.2: The analog signal constituting the frame is generated from digital data stored in memory and converted by a microcontroller. The signal is then amplified in power to circulate in the delimiting wire 14. The amplitude of the signal is adjustable in order to adjust the distance between the detectors and wire 14.
La fonction FP1.3 Une résistance de mesure est insérée en série avec le fil 14 pour effectuer la mesure du courant dans le fil 14. Le signal issu de la mesure du courant est amplifié et est numérisé par le microcontrôleur.Function FP1.3 A measurement resistor is inserted in series with wire 14 to carry out the current measurement in wire 14. The signal from the current measurement is amplified and is digitized by the microcontroller.
Le fonctionnement du générateur 15 est décrit ci-après.The operation of the generator 15 is described below.
Une phase d’initialisation est lancée à la mise sous tension du générateur 15. Elle consiste à rechercher une optimisation du courant dans le fil 14 par l’ajustement de la valeur du condensateur d’accord. Toutes les valeurs de capacité sont scrutées, une analyse spectrale est effectuée à chaque commutation, la valeur du condensateur correspondant à l’amplitude maximum de la fréquence centrale est déterminée. Cette valeur est utilisée pour accorder le fil 14. L’étape suivante est l’ajustement de l’amplitude du spectre à 10 kHz en modifiant l’amplitude de la tension du signal émis afin de régler la distance entre les détecteurs et le fil 14.An initialization phase is launched when the generator 15 is powered up. It consists in seeking an optimization of the current in the wire 14 by adjusting the value of the tuning capacitor. All the capacitance values are scanned, a spectral analysis is carried out at each switching, the value of the capacitor corresponding to the maximum amplitude of the central frequency is determined. This value is used to tune wire 14. The next step is to adjust the amplitude of the spectrum to 10 kHz by modifying the amplitude of the voltage of the transmitted signal in order to adjust the distance between the detectors and wire 14 .
Le signal généré est en permanence analysé. Si la fréquence de l’amplitude maximum s’écarte trop de la fréquence centrale ou si l’amplitude maximum est inférieure à un seuil défini, la phase d’initialisation est relancée.The generated signal is continuously analyzed. If the frequency of the maximum amplitude deviates too much from the center frequency or if the maximum amplitude is less than a defined threshold, the initialization phase is restarted.
Un indicateur sonore installé sur le générateur est en fonctionnement pendant cette phase d’initialisation.An audible indicator installed on the generator is in operation during this initialization phase.
Un message de sécurité est envoyé en permanence, par une communication sans fil, aux modules de sécurité installés sur les robots. Il rend compte de l’état du générateur 15 et du fil 14.A security message is continuously sent, via wireless communication, to the security modules installed on the robots. It reports on the state of the generator 15 and the wire 14.
Il y a trois messages différents :There are three different messages:
• Message de type 1 qui indique un bon fonctionnement.• Type 1 message which indicates proper operation.
• Message de type 2 qui indique l’exécution de la phase d’initialisation.• Type 2 message which indicates the execution of the initialization phase.
• Message de type 3 qui indique un fil coupé ou une impossibilité d’accord.• Type 3 message which indicates a cut wire or an impossibility of agreement.
La phase normale correspond au déroulement normal du générateur 15. Elle consiste à exécuter une analyse spectrale à chaque trame envoyée. Ce qui permet de vérifier et de corriger toutes dérives des caractéristiques du signal en ajustant la valeur de la capacité d’accord et de l’amplitude. Un écart trop important des valeurs nécessite le lancement de la phase d’initialisation.The normal phase corresponds to the normal course of the generator 15. It consists in performing a spectral analysis with each frame sent. This allows you to check and correct any drift in the signal characteristics by adjusting the value of the tuning capacity and the amplitude. Too large a deviation from the values requires the initiation of the initialization phase.
Lors de la phase d’initialisation, le signal du courant dans le fil 14 peut être très faible et noyé dans le bruit électronique. La localisation d’une amplitude maximum est impossible ou déterminée par erreur en raison de l’amplitude d’un pic d’un parasite.During the initialization phase, the current signal in wire 14 can be very weak and drowned in electronic noise. The location of a maximum amplitude is impossible or determined by error due to the amplitude of a peak of a parasite.
Une des méthodes utilisée est la détection de l’enveloppe (circuit de redressement simple alternance). Elle permet d’extraire le contour du signal reçu. Il faut ensuite déterminer la position temporaire du maximum d’amplitude relative au début de la trame pour en estimer la fréquence. La variation fréquentielle de la trame doit être linéaire pour ne pas introduire une incertitude dans la mesure de la fréquence. L’amplitude du signal doit avoir un niveau correct pour évaluer les maximums.One of the methods used is the detection of the envelope (single-wave rectification circuit). It extracts the contour of the received signal. It is then necessary to determine the temporary position of the maximum amplitude relative to the start of the frame to estimate the frequency. The frequency variation of the frame must be linear so as not to introduce uncertainty in the measurement of the frequency. The signal amplitude must have a correct level to assess the maximums.
La Figure 3B illustre un circuit de redressement simple alternance, et la Figure 3C représente l’extraction de l’enveloppe du signal.Figure 3B illustrates a single-wave rectifier circuit, and Figure 3C shows the extraction of the signal envelope.
La méthode utilisée dans le générateur 15 consiste à faire une analyse spectrale du signal en appliquant une transformation de Fourier sur le signal numérique, la présentation spectrale obtenue est utilisée pour déterminer le point optimum et fixer la valeur du condensateur d’accord.The method used in generator 15 consists in performing a spectral analysis of the signal by applying a Fourier transform on the digital signal, the spectral presentation obtained is used to determine the optimum point and fix the value of the tuning capacitor.
Les Figures 4A et 4B représentent le signal généré et filtré à une fréquence de 10 kHz et sa représentation spectrale.Figures 4A and 4B show the signal generated and filtered at a frequency of 10 kHz and its spectral representation.
Les Figures 5A et 5B illustrent le signal filtré à une fréquence de 9 kHz.Figures 5A and 5B illustrate the signal filtered at a frequency of 9 kHz.
Les Figures 6A et 6B représentent le signal filtré à une fréquence de 11 kHz.Figures 6A and 6B show the filtered signal at a frequency of 11 kHz.
L’annulation de l’écart de fréquences entre l’amplitude maximum du spectre et la fréquence centrale est l’objectif recherché pour l’obtention du réglage optimum.The cancellation of the frequency difference between the maximum amplitude of the spectrum and the central frequency is the objective sought for obtaining the optimum adjustment.
Le module 16 de sécurité se compose de deux ensembles :The security module 16 consists of two sets:
• Des détecteurs ;• Detectors;
• Un superviseur qui prend la décision de stopper le robot en fonction des informations provenant des détecteurs et du module de communication radio.• A supervisor who makes the decision to stop the robot based on information from the detectors and the radio communication module.
La Figure 7 illustre le placement des boîtiers sur un robot.Figure 7 illustrates the placement of the boxes on a robot.
La Figure 8 est un schéma de principe électronique des détecteurs.Figure 8 is an electronic block diagram of the detectors.
En référence à la Figure 8 :With reference to Figure 8:
- La Fonction FP2.1 est la fonction de mise en forme du signal. Cette fonction détecte et met en forme le signal : amplification, filtrage et réalisation d’un signal variable en fonction de la distance du robot par rapport au fil.- Function FP2.1 is the signal shaping function. This function detects and formats the signal: amplification, filtering and production of a variable signal depending on the distance of the robot from the wire.
- La Fonction FP2.2 est la fonction d’analyse du signal. Cette fonction est composée d’un microcontrôleur, elle détermine le positionnement du robot par rapport au fil. Par une analyse sur plusieurs périodes du signal, cette fonction permet aussi de s’affranchir des parasites environnants.- The FP2.2 Function is the signal analysis function. This function is composed of a microcontroller, it determines the positioning of the robot relative to the wire. By analyzing the signal over several periods, this function also makes it possible to get rid of the surrounding parasites.
Une fois le signal validé, les informations sont envoyées au superviseur.Once the signal is validated, the information is sent to the supervisor.
L’alimentation des détecteurs en 12V provient du superviseur.The 12V detectors are supplied by the supervisor.
La Figure 9 est un schéma de principe électronique du superviseur.Figure 9 is an electronic block diagram of the supervisor.
En référence à la Figure 9 :Referring to Figure 9:
Fonction FP2.3 : Réception du signal provenant des détecteurs. Cette fonction réceptionne les signaux logiques de tous les détecteurs connectés et les centralise afin de n’avoir qu’une seule information à envoyer au microcontrôleur (supervision).Function FP2.3: Reception of the signal from the detectors. This function receives the logic signals from all the connected detectors and centralizes them so that there is only one piece of information to send to the microcontroller (supervision).
Fonction FP2. : Module Radio. Ce module assure la réception des messages envoyés par le générateur. Ces messages sont ensuite analysés par le microcontrôleur.FP2 function. : Radio module. This module receives messages sent by the generator. These messages are then analyzed by the microcontroller.
Trois différents messages sont envoyés toutes les secondes suivant le fonctionnement du générateur :Three different messages are sent every second following the operation of the generator:
- Message indiquant un bon fonctionnement- Message indicating proper operation
- Message indiquant que le générateur n’arrive pas à asservir un signal correct dans le fil- Message indicating that the generator cannot control a correct signal in the wire
- Message indiquant la phase d’initialisation du générateur.- Message indicating the initialization phase of the generator.
Le module radio sélectionné garantit la réception des messages dans la totalité de l’aire d’évolution des robots mobiles.The radio module selected guarantees the reception of messages throughout the evolution of mobile robots.
Fonction FP2.5 : Supervision. La supervision est assurée par un microcontrôleur qui prend la décision d’arrêter le robot en fonction des informations reçues.Function FP2.5: Supervision. Supervision is provided by a microcontroller which makes the decision to stop the robot based on the information received.
Les situations pouvant amener le microcontrôleur à arrêter le robot sont les suivantes :The situations that can cause the microcontroller to stop the robot are as follows:
· Le robot se trouve dans la zone de sécurité le long du fil de délimitation (fixée à 1.5 mètre du fil par défaut).· The robot is in the safety zone along the boundary wire (fixed at 1.5 meters from the wire by default).
• Le module de sécurité du robot ne reçoit plus le signal radio envoyé toutes les secondes par le générateur. Cette non-réception du signal radio peut supposer que le générateur est éteint.• The robot security module no longer receives the radio signal sent every second by the generator. This non-reception of the radio signal can suppose that the generator is switched off.
· Réception du signal radio signalant une impossibilité de générer un signal correct dans le fil (peut être dû à un fil trop long, fil coupé...).· Reception of the radio signal signaling that it is impossible to generate a correct signal in the wire (may be due to a wire that is too long, wire cut, etc.).
Fonction FP2.6 : Arrêt d’urgence. Cette fonction, composée d’un relais, est pilotée par le microcontrôleur. Le relais est simplement connecté en série avec l’arrêt d’urgence du robot. Lorsque le module de sécurité n’est pas alimenté, le 15 relais est en position ouverte (le robot est à l’arrêt). Seul le microcontrôleur peut fermer le contact du relais et ainsi mettre en marche le robot.FP2.6 function: Emergency stop. This function, composed of a relay, is controlled by the microcontroller. The relay is simply connected in series with the robot's emergency stop. When the safety module is not supplied, the 15 relays are in the open position (the robot is stopped). Only the microcontroller can close the relay contact and thus start the robot.
La Figure 10 illustre un robot équipé et un fil déroulé au sol.Figure 10 illustrates an equipped robot and a wire unwound on the ground.
0 La Figure 11 est un schéma fonctionnel du générateur.0 Figure 11 is a block diagram of the generator.
Dans un mode de réalisation, ledit générateur 15 comporte des moyens pour transmettre audit module 16 de sécurité un message relatif à l’état deIn one embodiment, said generator 15 includes means for transmitting to said security module 16 a message relating to the state of
5 fonctionnement dudit système.5 operation of said system.
Dans un mode de réalisation, le périmètre de ladite zone de travail est compris entre deux cents mètres et dix kilomètres.In one embodiment, the perimeter of said work area is between two hundred meters and ten kilometers.
0 Dans un mode de réalisation, ledit générateur 15 est un boîtier portable et autonome.In one embodiment, said generator 15 is a portable and autonomous housing.
Dans un mode de réalisation, ledit module 16 de sécurité comporte au moins un module de détection.In one embodiment, said security module 16 comprises at least one detection module.
Dans un mode de réalisation, ledit seuil S prédéterminé relatif à la distance D entre ledit robot 11 et ledit fil 14, au dessous duquel ledit module 16 de sécurité arrête ledit robot 11, est compris entre cinquante centimètres et cinq mètres.In one embodiment, said predetermined threshold S relating to the distance D between said robot 11 and said wire 14, below which said security module 16 stops said robot 11, is between fifty centimeters and five meters.
Dans un mode de réalisation, ledit fil 14 est posé au sol.In one embodiment, said wire 14 is placed on the ground.
Dans un autre mode de réalisation, ledit fil 14 est enterré dans le sol à une profondeur comprise entre un et dix centimètres.In another embodiment, said wire 14 is buried in the ground at a depth of between one and ten centimeters.
Dans un autre mode de réalisation, ledit fil 14 est au-dessus du sol à une hauteur inférieure à un mètre.In another embodiment, said wire 14 is above the ground at a height of less than one meter.
Dans un mode de réalisation, ledit module 16 de sécurité est connecté au circuit d’arrêt d’urgence dudit robot 11.In one embodiment, said security module 16 is connected to the emergency stop circuit of said robot 11.
Dans un mode de réalisation, ledit seuil S prédéterminé est réglable.In one embodiment, said predetermined threshold S is adjustable.
Dans un mode de réalisation, ledit système 10 comporte des moyens pour transmettre à un opérateur, par l’intermédiaire d’un terminal, un signal d’information sur le fonctionnement dudit système 10.In one embodiment, said system 10 includes means for transmitting to an operator, via a terminal, an information signal on the operation of said system 10.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that a person skilled in the art is able to carry out different variants of the invention without going beyond the scope of the patent.
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