WO2010034934A1 - Systeme et procede de navigation - Google Patents

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WO2010034934A1
WO2010034934A1 PCT/FR2009/051799 FR2009051799W WO2010034934A1 WO 2010034934 A1 WO2010034934 A1 WO 2010034934A1 FR 2009051799 W FR2009051799 W FR 2009051799W WO 2010034934 A1 WO2010034934 A1 WO 2010034934A1
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WO
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controller
automaton
estimated position
beacon
beacons
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/051799
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English (en)
Inventor
Thomas Duval
Raul Bravo
Original Assignee
Balyo Systems Sarl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP09747901A priority Critical patent/EP2335124A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0259—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means
    • G05D1/0261—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means using magnetic plots
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels

Definitions

  • the present invention relates to systems and methods of navigation for automata. More particularly, the invention relates to a navigation system comprising: an automaton comprising: a displacement device for moving said automaton on the ground in an environment, at least one displacement detector, at least two beacon sensors capable of detecting beacons near said controller, each constituted by an induction sensor comprising a substantially vertical axis coil, the displacement device being adapted to move the controller in a main direction of movement related to said controller, and the beacon sensors being aligned according to a transverse direction perpendicular to said main direction of movement, a plurality of magnetic beacons disposed on the ground in the environment at determined positions, - a controller adapted to control the displacement device and to determine an estimated position of said controller with respect to said environment according to info received from the displacement detector, and the controller being adapted to receive different beacon sensors, signals representative of currents induced in the coils of said beacon sensors passing near the magnetic beacons.
  • an automaton comprising: a displacement device for moving said automaton on the ground in an environment, at
  • each magnetic beacon is a punctual permanent magnet
  • said controller has in memory data relating to the positions of said beacons, the controller being adapted to perform an update of the estimated position of the controller according to said signals received from the different beacon sensors.
  • the navigation systems according to the invention are less complicated, less expensive, and more accurate.
  • the controller belongs to the controller; the controller is adapted to control the automaton so as to approach a theoretical path along which are disposed said magnetic tags; the controller is adapted to perform an update of the estimated position of the PLC with respect to the linear interpolation beacon in accordance with the signals received from said beacon sensors; each permanent magnet is polarized substantially perpendicular to the ground; the controller is adapted to apply a correction to the displacement detector signals according to said update of the estimated position of the controller; said correction is a function of a difference between the estimated position before updating and the estimated position after updating; said correction is an affine function applied to the motion sensor signals.
  • the invention also relates to a navigation method as defined above for moving an automaton along a path in the environment comprising said plurality of magnetic beacons arranged on the ground at predetermined positions, the controller comprising a displacement detector and a plurality of induction beacon sensors, said method comprising the steps of:
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a navigation system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view from above of an automaton belonging to the navigation system of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a block diagram of the navigation system of FIG. 1
  • FIG. 4 is a schematic top view of an automaton according to the navigation system of FIG. 1
  • FIG. 5 is a schematic view from above of FIG. an automaton according to the navigation system of FIG. 1, illustrating the errors due to the drifts, - AT -
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating the mode of locating the position of the automaton relative to the beacons in the transverse direction, in the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a navigation system of a PLC 1 that moves in an environment 2 in order to follow a predetermined path 3.
  • the controller 1 may for example be a forklift truck or the like.
  • This system is suitable for example for handling objects in an industrial environment such as a production plant, a warehouse, a laboratory or other.
  • the environment 2 has a relatively flat floor on which magnetic beacons 4, for example permanent magnets, are arranged.
  • the beacons 4 are placed in known positions in advance and can for example be buried in the ground so as to be flush with the level of the ground surface.
  • the beacons 4 may in particular be arranged along a path 3 which must be followed by the controller 1, for example approximately every 15 meters.
  • the tags 4 may be for example small magnetic cylinders having a substantially vertical central axis and a substantially vertical polarization direction, arranged in cylindrical holes drilled in the ground. These tags 4 are relatively punctual size compared to the dimensions of the automaton, and may have for example a diameter of a few millimeters and a height of ten millimeters or a little more.
  • the displacement system 6 comprises, for example, a control circuit 6a which controls:
  • a first motor 7a adapted to rotate at least one driving wheel 8 of the automaton 1 so as to advance or retreat the automaton 1 according to a main direction of movement X linked to the automaton (when the automaton 1 comprises non-directional wheels 8 as in the example shown, the direction X is perpendicular to the axis of rotation of the non-directional wheels, and is represented on the longitudinal center axis of the automaton 1), and a second motor 7b for controlling the orientation of at least one directional wheel 9 by pivoting this directional wheel 9 about a vertical pivot axis 9a, in order to direct the automaton 1 along its path 3.
  • the automaton 1 also has a first displacement detector 10, for example in the form of an encoder connected to one of the wheels 8, 9 in order to detect the revolutions of said wheel about its horizontal axis of rotation. .
  • the automaton 1 also has a second displacement detector 11, for example in the form of an encoder connected to the directional wheel 9 in order to determine the direction of the automaton 1 by detecting the pivoting of the wheel 9 around a vertical axis Z.
  • the displacement detectors 10, 11 could comprise one or more sensors measuring a characteristic of distance, speed or acceleration that can lead to a vector value (distance and direction) of movement of the PLC 1.
  • the displacement detector 10, 11 could also be an optical sensor, according to the principle commonly used in computer mice.
  • the displacement detectors 10, 11 make it possible to estimate the position of the automaton 1 during its displacements.
  • the PLC 1 also has at least one tag detector 12, comprising at least two individual sensors 12a able to detect the tags 4 near the PLC 1, the tag detector 12 being adapted to accurately determine , the position of any beacon 4 relative to the controller 1, for example in a coordinate system linked to the controller 1, with an accuracy of less than 5mm.
  • the tag detector 12 extends in a transverse horizontal direction Y substantially perpendicular to the direction of movement X of the PLC 1, and preferably over the entire width of the PLC 1 in order to have a wider detection width .
  • Individual beacon sensors 12a are aligned in the Y direction and can be greater than two in number, which allows better detection accuracy across the width of the beacon detector 12. For example, from 4 to 10 sensors can be used.
  • tag 12a distributed over a width L for example between 50 cm and 2 meters ( Figure 2).
  • Each of the beacon sensors 12a comprises an induction coil, having for example a vertical axis.
  • the movement of the automaton 1, and consequently the displacement of the beacon detector 12 and its coils, near the magnetic beacons 4 will induce a current in the coils of the beacon sensors 12a.
  • the observation of the currents induced in the coils makes it possible to determine the exact position of the beacon 4 with respect to the beacon detector 12, for example with an accuracy of less than 5 mm, as will be explained below.
  • the navigation system further comprises a controller 20 adapted to control the movement of the controller 1 by means of the displacement device 6, and to receive the data of the various detectors 10, 11, 12 of the controller 1.
  • the controller 20 is integrated in the PLC 1.
  • the controller 20 could be separated from the controller 1, for example housed in the environment, and then be provided with means communicating to receive signals from the detectors 10,11,12 and to control the remote controller 1.
  • Said signals can be received raw by the controller 20, in which case the controller is adapted to process these signals, for example by a corrected average processing in order to reduce measurement errors, or can be received by the controller already processed by the detectors. 10, 11, 12 themselves.
  • the controller 20 has a memory adapted to list and store previously the exact position of all the beacons 4 arranged in the environment 2. The memory of the controller 20 also stores all the data relating to the predetermined path 3, when such a path is provided .
  • the controller 20 determines an estimated position of the controller 1 according to the signals received from the displacement detectors 10, 11.
  • the estimated position allows the controller 20 to control the displacement device 6 so that the controller 1 follows the path 3.
  • the estimated position is substantially in the path 3.
  • the controller 20 applies a predetermined function to the signals received from the displacement detector 10,11 by the controller 20.
  • the controller 20 can determine an estimated position according to a correlation table between the signals of the displacement detectors 10, 11 and a corresponding displacement.
  • the estimated position 3 of the automaton 1 can be defined in a global coordinate system (that is to say fixed with respect to the environment 2), with respect to an arbitrary position M of the automaton 1, represented in Figure 4 as being at the intersection between the axis of rotation of the driving wheels 8, and the longitudinal center of the automaton passing through the pivot 9a.
  • the coordinates of absolute position are thus named x, y, and the orientation (or heading) of the automaton 1 is named ⁇ .
  • Orientation ⁇ is always parallel to the main direction of displacement X.
  • the estimated position 3 of the automaton 1 is then deductible by the change of position per processing unit, for example per time unit, in combination with the signals of the displacement detectors 10, 11.
  • the controller 20 it suffices for the controller 20 to integrate the position differentials dx, dy, d ⁇ along the path in order to estimate the estimated position of the automaton 1, x, y, ⁇ , in the global
  • the estimated position 3 by the controller 20 drifts progressively with respect to the real position 3 a of the automaton 1, represented by the dashed line in FIGS. 1 and 5; the actual trajectory 3a of the automaton 1 will deviate slightly and gradually from the theoretical path 3.
  • This drift may be for example a result of wheel wear or the change in ambient temperature, which modify the relationship between: the displacement along the axis X and the number of revolutions of the wheels 8 calculated by the encoder 10, and
  • the controller 20 can determine with almost certainty of what tag 4 it is. With the knowledge of the exact position of the beacon 4 (stored in the memory), and the relative position of the beacon 4 detected with respect to the beacon detector 12, it is then possible to deduce an exact position of the controller 1 in a global coordinate system and perform an update of the estimated position of the PLC 1 in the environment 2, which position is then stored in the memory of the PLC 1.
  • the drift and the correction are illustrated in Figures 1 and 5 by a spacing of the estimated position 3 relative to the actual position 3a along the path.
  • the controller 1 continues its estimated path 3 away from the actual path 3a.
  • the controller 1 can get closer to the path 3 to go.
  • the controller 20 can further anticipate and correct the drifts so as to minimize the number of times that the estimated position is updated. In addition, this makes it possible to reduce the subsequent drifts of the displacement detectors 10, 11.
  • This correction of the estimated position can be performed directly on the electrical signals of the displacement detectors 10, 11, for example by applying an amplifier filter.
  • the correction can also be performed by applying corrections to the mathematical functions applied by the controller 20 to determine the estimated position.
  • correction factors can also be applied to the aforementioned correlation tables, when using such tables.
  • the correction chosen may be, for example, a function of the extent of the discounting of the position taken, that is to say the function of the difference between the estimated position before updating and the position estimated after update (in other words, the correction is a function of the error on the estimated position).
  • the actual path 3a of the controller 1 is identical to the estimated path 3.
  • the beacon detector 12 of the controller 1 detects a beacon 4 to a distance of Dy from the median axis X of the automaton 1.
  • d is the distance along a tangent T of the estimated path 3, taken in the position of the detected beacon 4, between the tag 4 and the intersection of said tangent with the central axis (X) of the automaton 1.
  • the error ep of course can then be added directly to the orientation angle ⁇ of the controller 1 estimated by the controller 20 to obtain a more precise angle value throughout the operation of the controller 1.
  • the distance error (ex) due to the encoder 10 corresponds to an error which is proportional to the entire distance traveled.
  • This ex factor can be determined as follows:
  • the distance actually traveled as calculated by the distance traveled controller as measured by the encoder 10 ex can then be applied proportionally by multiplying it to the distance values determined by the controller 20 from the signals received by the distance encoder 10. .
  • correction factors e x , ep can be imputed on the mathematical position estimation functions applied by the displacement module 22 to determine the estimated position of the controller 1.
  • the movement of each of the coils of the beacon sensors 12a near the magnetic beacons 4 induces a current in the coils.
  • the sensors 12a cooperate together to determine when the detector 12 of the PLC 1 passes the beacon 4 and the exact position of the beacon 4 with respect to the controller 1 along the transverse axis Y, which then makes it possible to to determine the exact position of the PLC 1 in the environment 2, and thus possibly to update the estimated position of the PLC 1.
  • the longitudinal position of the automaton 1 with respect to the beacon 4, according to the direction of travel X, is determined by observing the power of the current induced in the coils of the beacon sensors 12a. The moment when the coils of the sensors 12a pass directly above the beacon 4 corresponds to the peak of the power of the signal induced in the coils.
  • the lateral position of the automaton 1 with respect to the beacon 4, in the direction Y, is determined at this moment of crossing by comparing at least the two strongest signals induced by the coils 12a. If more than two sensors 12a are present, the use of more than two signals of the sensors 12a allows a better reliability.
  • the controller 20 can entirely determine the position of the beacon 4 relative to the controller 1, which makes it possible to update the estimated position by the controller 20 as a function of the actual and known position of the beacon 4.
  • the use of coils 12a to constitute the magnetic beacon detector 12 has the advantage that they are insensitive to permanent magnetization phenomena such as the terrestrial magnetic field, and detect very small magnetic field variations on the vertical axis of the magnet 4, which makes it possible to determine an exact position of a magnet at a more distant distance, and with a better accuracy than with Hall effect sensors.

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Abstract

Système de navigation pour un automate (1) comprenant au moins un détecteur de déplacement (10, 11), et au moins deux capteurs de balises à induction (12a) aptes à détecter des balises (4) à proximité de l'automate, le système comprenant en outre un contrôleur (20) apte à mémoriser les positions des balises (4), à déplacer l'automate et à déterminer une position estimée de l'automate par rapport à l'environnement en fonction d'informations reçues du détecteur de déplacement (10, 11). Le contrôleur est en outre adapté pour effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate (1) par rapport aux balises (4) en fonction de signaux reçus des différents capteurs de balise (12a).

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE NAVIGATION
La présente invention est relative aux systèmes et procédés de navigation pour automates. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de navigation comprenant : un automate comprenant : un dispositif de déplacement pour déplacer ledit automate suri le sol dans un environnement, - au moins un détecteur de déplacement, au moins deux capteurs de balises aptes à détecter des balises à proximité dudit automate, constitués chacun par un capteur à induction comprenant une bobine à axe sensiblement vertical, le dispositif de déplacement étant adapté pour déplacer l'automate selon une direction principale de déplacement liée audit automate, et les capteurs de balises étant alignés selon une direction transversale perpendiculaire à ladite direction principale de déplacement, une pluralité de balises magnétiques disposées au sol dans l'environnement à des positions déterminées, - un contrôleur apte à commander le dispositif de déplacement et à déterminer une position estimée dudit automate par rapport audit environnement en fonction d'informations reçues du détecteur de déplacement, et le contrôleur étant adapté pour recevoir des différents capteurs de balise, des signaux représentatifs de courants induits dans les bobines desdits capteurs de balises en passant à proximité des balises magnétiques.
Le document EP-A-O 489 620 décrit un tel système dans lequel les balises sont des fils émettant un champ magnétique (en pratique un fil électrique parcouru par un courant) mesuré par deux bobines portées par l'automate. Le contrôleur comporte un asservissement qui dirige l'automate de façon à maintenir égaux les courants induits dans les deux bobines, de façon que ces deux bobines restent ainsi équidistantes du fil électrique. Cependant, le système de guidage décrit dans ce document ne permet de déterminer la position de l'automate le long du fil - ou dans des parties de trajectoire dépourvues de fil - qu'en ayant recours à un système de positionnement supplémentaire, notamment un système à laser fonctionnant par triangulation.
De plus, l'installation de fils électrifîés au sol est coûteuse. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, un système du genre en question est caractérisé en ce que chaque balise magnétique est un aimant permanent ponctuel, et en ce que ledit contrôleur a en mémoire des données relatives aux positions desdites balises, le contrôleur étant adapté pour effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate en fonction desdits signaux reçus des différents capteurs de balises.
Grâce à ces dispositions, les systèmes de navigation conformes à l'invention s'avèrent moins compliqués, moins onéreux, et plus précis.
Tous ces avantages facilitent l'installation de tels systèmes de navigation dans des environnements plus diversifiés. Dans divers modes de réalisation du système selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours, en outre, à l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes : le contrôleur appartient à l'automate ; le contrôleur est adapté pour commander l'automate de façon à se rapprocher d'un trajet théorique le long duquel sont disposées lesdites balises magnétiques ; le contrôleur est adapté pour effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate par rapport à la balise par interpolation linéaire en fonction des signaux reçus desdits capteurs de balise ; - chaque aimant permanent est polarisé sensiblement perpendiculairement par rapport au sol ; le contrôleur est adapté pour appliquer une correction aux signaux du détecteur de déplacement en fonction de ladite actualisation de la position estimée de l'automate ; - ladite correction est fonction d'une différence entre la position estimée avant actualisation et la position estimée après actualisation ; ladite correction est une fonction affine appliquée aux signaux du détecteur de déplacement. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un procédé de navigation tel que défini ci-dessus pour déplacer un automate le long d'un trajet dans l'environnement comprenant ladite pluralité de balises magnétiques disposées au sol à des positions déterminées, l'automate comportant un détecteur de déplacement et une pluralité de capteurs de balise à induction, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) une étape d'estimation de position, répétée pendant que l'automate est en cours de déplacement le long du trajet, au cours de laquelle on détermine une position estimée de l'automate par rapport à l'environnement en fonction d'informations reçues du détecteur de déplacement,
(b) une étape d'actualisation au cours de laquelle on effectue une actualisation de la position estimée de l'automate en fonction des signaux reçus desdits capteurs de balise.
Eventuellement, le procédé peut comporter : - une étape de commande dans laquelle le contrôleur commande l'automate de façon à se rapprocher d'un trajet théorique, et / ou une étape de correction au cours de laquelle on applique une correction aux signaux du détecteur de déplacement en fonction de ladite actualisation de position estimée effectuée lors de l'étape d'actualisation (b). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un système de navigation selon une forme de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique de dessus d'un automate appartenant au système de navigation de la figure 1 ,
- la figure 3 est un schéma bloc du système de navigation de la figure 1 , la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un automate selon le système de navigation de la figure 1, la figure 5 est une vue schématique de dessus d'un automate selon le système de navigation de la figure 1 , illustrant les erreurs dues aux dérives, - A -
Ia figure 6 est une vue schématique illustrant le mode de le repérage de la position de l'automate par rapport aux balises dans la direction transversale, dans la forme de réalisation de la figure 1.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un système de navigation d'un automate 1 qui se déplace dans un environnement 2 afin de suivre un trajet 3 prédéterminé. L'automate 1 peut par exemple être un chariot élévateur ou autre.
Ce système est adapté par exemple pour manutentionner des objets dans un environnement industriel tel qu'une usine de production, un entrepôt, un laboratoire ou autre.
L'environnement 2 est doté d'un sol relativement plat sur lequel sont disposées des balises magnétiques 4, par exemple des aimants permanents. Les balises 4 sont placées dans des positions connues à l'avance et peuvent être par exemple enfouies dans le sol de façon à affleurer au niveau de la surface du sol. Les balises 4 peuvent notamment être disposées le long d'un trajet 3 qui doit être suivi par l'automate 1, par exemple environ tous les 15 mètres.
Les balises 4 peuvent être par exemple de petits cylindres magnétiques ayant un axe central sensiblement vertical et une direction de polarisation sensiblement verticale, disposés dans des trous cylindriques percés dans le sol. Ces balises 4 sont de taille relativement ponctuelle par rapport aux dimensions de l'automate, et peuvent avoir par exemple un diamètre de quelques millimètres et une hauteur d'une dizaine de millimètres ou un peu plus.
En se référant maintenant aux figures 2 et 3, l'automate 1 est motorisé par un dispositif de déplacement 6. Le système de déplacement 6 comporte par exemple un circuit de commande 6a qui commande :
- un premier moteur 7a adapté pour faire tourner au moins une roue motrice 8 de l'automate 1 de façon à faire avancer ou reculer l'automate 1 selon une direction principale de déplacement X liée à l'automate (lorsque l'automate 1 comporte des roues 8 non directionnelles comme dans l'exemple représenté, la direction X est perpendiculaire à l'axe de rotation des roues non directionnelles, et est représentée sur l'axe médian longitudinal de l'automate 1), et - un second moteur 7b pour commander l'orientation d'au moins une roue directionnelle 9 par pivotement de cette roue directionnelle 9 autour d'un axe de pivotement vertical 9a, afin de diriger l'automate 1 le long de son trajet 3.
De manière alternative, on pourrait également prévoir deux moteurs pour commander un système différentiel de roues apte à déplacer et diriger l'automate. Tout autre moyen de déplacement est aussi envisageable.
L'automate 1 dispose en outre d'un premier détecteur de déplacement 10, par exemple sous la forme d'un encodeur relié à l'une des roues 8, 9 afin de détecter les révolutions de ladite roue autour de son axe de rotation horizontal. L'automate 1 dispose en outre d'un deuxième détecteur de déplacement 11, par exemple sous la forme d'un encodeur relié à la roue directionnelle 9 afin de déterminer la direction de l'automate 1 en détectant les pivotements de la roue 9 autour d'un axe vertical Z.
De manière alternative, les détecteurs de déplacement 10,11 pourraient comprendre un ou plusieurs capteurs mesurant une caractéristique de distance, de vitesse ou d'accélération pouvant conduire à une valeur vectorielle (distance et direction) de déplacement de l'automate 1. Par exemple, le détecteur de déplacement 10,11 pourrait aussi être un capteur optique, selon le principe couramment utilisé dans les souris informatiques. Les détecteurs de déplacement 10,11 permettent d'estimer la position de l'automate 1 au cours de ses déplacements. L'automate 1 dispose en outre d'au moins un détecteur de balises 12, comportant au moins deux capteurs individuels 12a aptes à détecter les balises 4 à proximité de l'automate 1, le détecteur de balises 12 étant adapté pour déterminer de manière précise, la position d'une quelconque balise 4 par rapport à l'automate 1, par exemple dans un système de coordonnées lié à l'automate 1, avec une précision de moins de 5mm.
Le détecteur de balises 12 s'étend selon une direction horizontale transversale Y sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement X de l'automate 1, et de préférence sur toute la largeur de l'automate 1 afin d'avoir une largeur de détection plus large. Des capteurs de balise 12a individuels sont alignés selon la direction Y et peuvent être en nombre supérieur à deux, ce qui permet une meilleure précision de détection sur toute la largeur du détecteur de balises 12. On peut par exemple utiliser de 4 à 10 capteurs de balise 12a répartis sur une largeur L comprise par exemple entre 50 cm et 2 mètres (figure 2). Chacun des capteurs de balise 12a comporte une bobine d'induction, ayant par exemple un axe vertical. Ainsi, le mouvement de l'automate 1, et par conséquent le déplacement du détecteur de balises 12 et de ses bobines, à proximité des balises magnétiques 4 va induire un courant dans les bobines des capteurs de balise 12a. L'observation des courants induits dans les bobines permet de déterminer la position exacte de la balise 4 par rapport au détecteur de balises 12, par exemple avec une précision de moins de 5mm, comme il sera expliqué ci-après.
Le système de navigation comporte en outre un contrôleur 20 apte à contrôler le déplacement de l'automate 1 par l'intermédiaire du dispositif de déplacement 6, et à recevoir les données des différents détecteurs 10,11,12 de l'automate 1. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, le contrôleur 20 est intégré dans l'automate 1. En variante, le contrôleur 20 pourrait être séparé de l'automate 1, par exemple logé dans l'environnement, et alors être muni de moyens de communication pour recevoir des signaux des détecteurs 10,11,12 et commander l'automate 1 à distance.
Lesdits signaux peuvent être réceptionnés bruts par le contrôleur 20, auquel cas le contrôleur est adapté pour traiter ces signaux, par exemple par un traitement de moyennes corrigées afin de réduire les erreurs de mesures, ou peuvent être réceptionnés par le contrôleur déjà traités par les détecteurs 10, 11, 12 eux-mêmes. Le contrôleur 20 possède une mémoire adapté pour répertorier et stocker préalablement la position exacte de toutes les balises 4 disposées dans l'environnement 2. La mémoire du contrôleur 20 stocke également toutes les données relatives au trajet prédéterminé 3, lorsqu'un tel trajet est prévu.
En outre, au cours du déplacement de l'automate 1, le contrôleur 20 détermine une position estimée de l'automate 1 d'après les signaux reçus des détecteurs de déplacement 10,11. La position estimée permet au contrôleur 20 de commander le dispositif de déplacement 6 afin que l'automate 1 suive le trajet 3. Ainsi, la position estimée se trouve sensiblement sur le trajet 3. Pour déterminer la position estimée de l'automate 1, le contrôleur 20 applique une fonction prédéterminée aux signaux reçus du détecteur de déplacement 10,11 par le contrôleur 20. De manière alternative, le contrôleur 20 peut déterminer une position estimée en fonction d'un tableau de corrélation entre les signaux des détecteurs de déplacement 10,11 et un déplacement correspondant. La position estimée 3 de l'automate 1 peut être définie dans un système global de coordonnées (c'est-à-dire fixe par rapport à l'environnement 2), par rapport à une position arbitraire M de l'automate 1, représentée sur la figure 4 comme étant à l'intersection entre l'axe de rotation des roues motrices 8, et le centre longitudinal de l'automate passant à travers le pivot 9a. Les coordonnées de position absolue sont ainsi nommées x, y, et l'orientation (ou le cap) de l'automate 1 est nommé β. L'orientation β est toujours parallèle à la direction principale de déplacement X.
La position estimée 3 de l'automate 1 est alors déductible par le changement de position par unité de traitement, par exemple par unité temporelle, en combinaison avec les signaux des détecteurs de déplacement 10, 11. Le changement de position peut être représenté comme suit : sinα dp = dsa a dx = cos β cos α dsa dy = sin β sin α dsa dans lesquels : dx, dy, dβ sont les différentielles de changement de position de l'automate l_par unité de traitement ; a est la distance selon la direction X entre l'axe de rotation des roues motrices 8 et l'axe de pivotement 9a de la roue directionnelle ; α est l'angle de pivotement de la roue directionnelle 9 par rapport à la direction X ; dsa est la distance parcourue par la roue motrice 8 par unité de traitement. Ainsi, il suffit pour le contrôleur 20 d'intégrer les différentielles de position dx, dy, dβ au long du trajet pour pouvoir estimer la position estimée de l'automate 1, x, y, β, dans le système global de coordonnées.
Cependant, au fur et à mesure du déplacement de l'automate 1 dans son environnement 2, la position estimée 3 par le contrôleur 20 dérive progressivement par rapport à la position réelle 3a de l'automate 1, représentée par le trait discontinu sur les figures 1 et 5 ; la trajectoire réelle 3a de l'automate 1 va s'écarter légèrement et progressivement du trajet théorique 3. Cette dérive peut être par exemple un résultat de l'usure des roues ou du changement de température ambiante, qui modifient la relation entre : - le déplacement selon l'axe X et le nombre de révolutions des roues 8 calculé par l'encodeur 10, et
- les changements de direction réels de l'automate 1 et les pivotements de la roue directionnelle 9 calculés par l'encodeur 11. De manière générale, de telles dérives restent relativement faibles, de l'ordre de moins de 5 % de la distance parcourue. Ainsi, lorsque l'automate 1 suit son trajet 3 et lorsqu'il détecte la présence d'une balise 4, avec consultation des données de position exacte de toutes les balises 4 stockées dans sa mémoire, le contrôleur 20 peut déterminer avec une quasi-certitude de quelle balise 4 il s'agit. Avec la connaissance de la position exacte de la balise 4 (stockée dans la mémoire), et la position relative de la balise 4 détectée par rapport au détecteur de balises 12, il est ensuite possible de déduire une position exacte de l'automate 1 dans un système global de coordonnées et d'effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate 1 dans l'environnement 2, position que est ensuite stockée dans la mémoire de l'automate 1.
La dérive et la correction sont illustrées sur les figures 1 et 5 par un écartement de la position estimée 3 par rapport à la position réelle 3a le long du trajet. Autrement dit, l'automate 1 poursuit son trajet estimé 3 en écart du trajet réel 3a. Suite à l'actualisation de la position estimée, l'automate 1 peut se rapprocher à nouveau du trajet 3 à parcourir.
Il est préférable que le contrôleur 20 puisse en outre anticiper et corriger les dérives afin de pouvoir minimiser le nombre de fois que la position estimée soit actualisée. En outre, cela permet de réduire les dérives ultérieures des détecteurs de déplacement 10,11. Cette correction de la position estimée peut être effectuée directement sur les signaux électriques des détecteurs de déplacement 10,11, par exemple en appliquant un filtre amplificateur. La correction peut aussi être effectuée en appliquant des corrections aux fonctions mathématiques appliquées par le contrôleur 20 pour déterminer la position estimée. De manière alternative, des facteurs de correction peuvent aussi être appliqués aux tableaux de corrélation susmentionnés, lorsqu'on utilise de tels tableaux. La correction choisie peut être par exemple fonction de l'ampleur de l'actualisation de la position effectuée, c'est-à-dire fonction de la différence entre la position estimée avant actualisation et la position estimée après actualisation (autrement dit, la correction est fonction de l'erreur sur la position estimée).
Dans cet exemple, à la position A, le trajet réel 3a de l'automate 1 est identique au trajet estimé 3. Quelques temps plus tard, à la position B, le détecteur de balises 12 de l'automate 1 détecte une balise 4 à une distance de Dy de l'axe médian X de l'automate 1.
Il est alors possible de déterminer l'erreur de cap (ep) de l'automate, correspondant à une erreur statique de l'encodeur directionnel 11 de la roue directionnelle. Cette erreur peut être déterminée de la manière suivante :
ep = asin —¥-
\ d J dans lequel d est la distance le long d'une tangente T du trajet estimé 3, pris à la position de la balise 4 détectée, entre la balise 4 et l'intersection de ladite tangente avec l'axe médian (X) de l'automate 1.
L'erreur ep de cap peut ensuite être directement additionnée sur l'angle d'orientation β de l'automate 1 estimée par le contrôleur 20 pour obtenir une valeur d'angle plus précise au long du fonctionnement de l'automate 1.
L'erreur de distance (ex) due à l'encodeur 10 correspond à une erreur qui est proportionnelle à toute la distance parcourue. Ce facteur ex peut être déterminé de la manière suivante :
_ distance réellement parcourue telle que calculée par le contrôleur 20 distance parcourue telle que mesurée par l'encodeur 10 ex peut ensuite être appliqué proportionnellement en le multipliant aux valeurs de distances déterminées par le contrôleur 20 depuis les signaux reçus par l'encodeur de distance 10.
Ces facteurs de corrections ex, ep peuvent être imputés sur les fonctions mathématiques d'estimation de position appliquées par le module de déplacement 22 pour déterminer la position estimée de l'automate 1.
Ces fonctions, tenant compte des corrections de dérives, peuvent être représentées comme suit :
,o sin a , , Λ dβ = (dsa - ex) + eβ a dx = cos β cos α (dsa. ex) dy = sin β sin α (dsa. ex) dans lesquelles ex et ep correspondent aux facteurs de correction de distances et de cap comme décrit ci-dessus.
Le fonctionnement de la détection de la position de la balise 4 par rapport à l'automate 1 est décrit en détail ci-dessous, en référence aux figures 3 et 6.
Comme déjà mentionné, le mouvement de chacune des bobines des capteurs de balise 12a à proximité des balises magnétiques 4 induit un courant dans les bobines. Les capteurs 12a coopèrent ensemble pour déterminer l'instant où le détecteur 12 de l'automate 1 franchit la balise 4 et la position exacte de la balise 4 par rapport à l'automate 1 selon l'axe transversal Y, ce qui permet ensuite de déterminer la position exacte de l'automate 1 dans l'environnement 2, et ainsi, éventuellement, d'effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate 1.
La position longitudinale de l'automate 1 par rapport à la balise 4, selon la direction de marche X, est déterminée en observant la puissance du courant induit dans les bobines des capteurs de balise 12a. L'instant où les bobines des capteurs 12a passent directement au-dessus de la balise 4 correspond au pic de la puissance du signal induit dans les bobines.
La position latérale de l'automate 1 par rapport à la balise 4, selon la direction Y, est déterminée à cet instant de franchissement en comparant au moins les deux plus forts signaux induits des bobines 12a. Si plus de deux capteurs 12a sont présents, l'utilisation de plus de deux signaux des capteurs 12a permet une meilleure fiabilité.
Si l'on appelle C1 et Cj les deux capteurs de balise 12a ayant les plus forts courants induits (figure 4), D la distance entre ces deux capteurs, puis D1 et Dj les distances respectives des deux capteurs à la balise 4 selon la direction Y, alors on a la relation : D1J1 = Dj.I,
(le ratio de courant I1, Ij induit respectivement dans chaque bobine C1, Cj est inversement proportionnel aux distances D1, Dj séparant les deux bobines de la balise 4), d'où :
D = D - ' l + I, La connaissance de Di permet ensuite de déterminer la distance Dy pour la correction d'erreur. Ainsi, à l'instant de franchissement du détecteur de balises 12 sur la balise 4, le contrôleur 20 peut entièrement déterminer la position de la balise 4 par rapport à l'automate 1, ce qui permet d'effectuer une actualisation de la position estimée par le contrôleur 20 en fonction de la position réelle et connue de la balise 4. L'utilisation de bobines 12a pour constituer le détecteur de balises magnétiques 12 a l'avantage qu'elles sont insensibles à des phénomènes d'aimantation permanente tel que le champ magnétique terrestre, et permettent de détecter des variations de champ magnétique très faibles sur l'axe vertical de l'aimant 4, ce qui permet de déterminer une position exacte d'un aimant à distance plus éloignée, et avec une meilleure précision qu'avec des capteurs à effet Hall.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de navigation comprenant : un automate (1) comprenant : - un dispositif de déplacement (6) pour déplacer ledit automate sur le sol dans un environnement, au moins un détecteur de déplacement (10, 11), au moins deux capteurs de balises (12a) aptes à détecter des balises (4) à proximité dudit automate, constitués chacun par un capteur à induction comprenant une bobine à axe sensiblement vertical, le dispositif de déplacement (6) étant adapté pour déplacer l'automate (1) selon une direction principale de déplacement (X) liée audit automate, et les capteurs de balises (12a) étant alignés selon une direction transversale perpendiculaire à ladite direction principale de déplacement (X), - une pluralité de balises magnétiques (4) disposées au sol dans l'environnement (2) à des positions déterminées, un contrôleur (20) apte à commander le dispositif de déplacement (6) et à déterminer une position estimée dudit automate par rapport audit environnement en fonction d'informations reçues du détecteur de déplacement (10, 11), le contrôleur étant adapté pour recevoir des différents capteurs de balise (12a), des signaux représentatifs de courants induits dans les bobines desdits capteurs de balises (12a) en passant à proximité des balises magnétiques (4), caractérisé en ce que chaque balise magnétique est un aimant permanent ponctuel
(4), et en ce que ledit contrôleur (20) a en mémoire des données relatives aux positions desdites balises (4), le contrôleur étant adapté pour effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate (1) en fonction desdits signaux reçus des différents capteurs de balise (12a).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le contrôleur (20) appartient à l'automate.
3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le contrôleur (20) est adapté pour commander l'automate (1) de façon à se rapprocher d'un trajet théorique (3) le long duquel sont disposées lesdites balises magnétiques
(4).
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (20) est adapté pour effectuer une actualisation de la position estimée de l'automate (1) par rapport à la balise (4) par interpolation linéaire en fonction des signaux reçus desdits capteurs de balise (12a).
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque aimant permanent (4) est polarisé sensiblement perpendiculairement par rapport au sol.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (20) est adapté pour appliquer une correction aux signaux du détecteur de déplacement (10, 11) en fonction de ladite actualisation de la position estimée de l'automate.
7. Système selon la revendication 6, dans lequel ladite correction est fonction d'une différence entre la position estimée avant actualisation et la position estimée après actualisation.
8. Système selon la revendication 7, dans lequel ladite correction est une fonction affine appliquée aux signaux du détecteur de déplacement (10 ; 11).
9. Procédé pour commander un système de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour déplacer ledit automate (1) le long d'un trajet (3) dans l'environnement comprenant ladite pluralité de balises magnétiques (4) disposées au sol à des positions déterminées, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) une étape d'estimation de position, répétée pendant que l'automate est en cours de déplacement le long du trajet (3), au cours de laquelle on détermine une position estimée de l'automate (1) par rapport à l'environnement en fonction d'informations reçues du détecteur de déplacement (10, 11),
(b) une étape d'actualisation au cours de laquelle on effectue une actualisation de la position estimée de l'automate en fonction des signaux reçus desdits capteurs de balise (12a).
10. Procédé selon la revendication 9, comportant en outre une étape de commande dans laquelle le contrôleur (20) commande l'automate (1) de façon à se rapprocher d'un trajet théorique (3).
11. Procédé selon la revendication 9 ou la revendication 10, comprenant en outre une étape de correction dans laquelle le contrôleur applique une correction aux signaux du détecteur de déplacement (10,11) en fonction de ladite actualisation de la position estimée effectuée lors de l'étape d'actualisation (b).
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