FR2854256A1 - Procede pour la cartographie d'une zone a traiter et son dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de cartographie d'une zone à traiter, faisant coopérer deux modules de traitement : un module d'analyse/identification puis d'union, de manière incrémentale, des différentes zones élémentaires balayées par le dispositif afin de former une cartographie de la zone à traiter, caractérisé en ce que la surface de chaque zone élémentaire est analysée/identifiée par son apparence visuelle en la comparant avec des modèles d'apparences visuelles de surfaces ; la surface étant identifiée comme « à traiter » ou « à ne pas traiter », un second module utilisant cette représentation de la surface à traiter pour engendrer des mouvements qui tendront à remplir la mission avec un rendement optimal et à découvrir l'intégralité de la surface à traiter.La présente invention concerne également un dispositif mobile (1) pour la réalisation automatique d'une tâche.

Description

PROCÉDÉ POUR LA CARTOGRAPHIE D'UNE ZONE À TRAITER ET

SON DISPOSITIF DE MISE EN îUVRE La présente invention se rapporte au domaine des 5 procédés et dispositifs pour la cartographie d'une zone en vue de son traitement surfacique. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à un robot destiné à une tâche de traitement surfacique, telle que par exemple la tonte d'une pelouse.

En effet, la présente invention s'intéresse au problème du traitement automatique des surfaces, soit naturelles comme les parcelles d'herbes soit artificielles comme les revêtements de sols et les murs, par une machine 15 autonome.

Pour réaliser ce type de traitement, le système de guidage de la machine doit satisfaire les deux exigences suivantes: * Identifier la surface à traiter, a Garantir le traitement sur toute la surface.

De plus, un rendement élevé est souhaitable afin de minimiser l'énergie consommée, la durée du traitement, l'usure de la machine et de ses actionneurs. L'optimisation 25 du rendement passe par la planification et l'exécution d'une trajectoire de travail optimisée.

Pour répondre aux deux exigences primordiales du problème posé, une solution simple consiste à : - identifier la surface en la délimitant par une 30 frontière artificielle et en équipant la machine d'un moyen de détection de cette frontière qui fournit une information de type tout ou rien: présence/absence frontière, - commander les déplacements de la machine avec un système qui lorsque la machine s'approche de la frontière artificielle, modifie la direction de déplacement de telle sorte que la machine s'éloigne de la frontière. Hormis cette contrainte, les déplacements de la machine sont aléatoires.

Comme la surface à traiter est finie, le traitement de la globalité de la surface est garanti mais la durée nécessaire est inconnue et peut être extrêmement longue, même pour de petites surfaces.

Cette solution peu coûteuse peut être suffisante pour des traitements o le rendement n'est pas un critère prépondérant. Elle est notamment utilisée dans deux types de produits domestiques: - les tondeuses autonomes: la surface est 15 délimitée par un câble parcouru par un courant ayant une forme spécifique, la tondeuse est équipée d'un détecteur du signal rayonné par le câble. Un des inconvénients de cette solution est le comportement du câble assimilable à celui d'une antenne qui attire la foudre en cas d'orage. Le 20 générateur de signal risque d'être endommagé et il n'y a plus de frontière artificielle qui délimite la surface de travail de la tondeuse.

Ainsi, on connaît la demande de brevet WO 9638770 qui décrit un procédé permettant la conduite automatique d'un 25 robot à l'intérieur d'un espace clos selon ce procédé.

- les aspirateurs autonomes: la surface est délimitée soit par les obstacles (murs, mobilier, etc.) soit par des bandes magnétiques pour éviter les chutes dans 30 les escaliers.

Ainsi, on connaît également la demande de brevet WO 9915941 qui décrit un système électronique de délimitation de l'aire d'évolution d'un outil individuel dans lequel un câble électrique délimiteur placé au-dessus, sur ou sous le sol ou le plancher délimite une zone enclose par le câble, et une zone extérieure au câble. L'outil individuel est normalement du type évoluant sur le sol ou un plancher tel qu'une tondeuse à gazon ou un aspirateur. 5 Un générateur de signaux envoie dans le câble un courant dont le champ magnétique agit sur une unité de détection placée dans l'outil et qui émet à son tour des signaux en direction d'une unité commandant la marche du moteur, et une source directionnelle agissant sur les mouvements de 10 l'outil pour l'empêcher de quitter la zone enclose par le câble. Le générateur de signaux fournit au câble un courant comportant au moins deux composantes alternatives de fréquences différentes et présentant entre elles une relation temporelle connue. L'unité de commande peut ainsi 15 évaluer les variations des signaux dues à la différence d'orientation du champ magnétique dans la zone enclose et dans la zone extérieure, et émettre un signal de zone qui prend principalement l'un de deux états selon la position de l'unité de détection par rapport au câble, à savoir un 20 état correspondant à la zone extérieure, et un état correspondant à la zone enclose.

Néanmoins un rendement élevé est souhaitable quelque soit le traitement afin de minimiser l'énergie consommée, 25 la durée du traitement, l'usure de la machine et de ses actionneurs, la consommation de consommables, tels que les détergents pour les auto laveuses. Pour cette raison, des solutions de traitement optimales ont été recherchées.

Elles sont toutes basées sur la génération de trajectoires 30 optimisées selon un ou plusieurs critères tels que ceux cités précédemment. Le suivi de cette trajectoire par la machine peut se faire en boucle ouverte ou en boucle fermée au sens automatique du terme: Le suivi de trajectoire en boucle ouverte consiste à traduire la trajectoire planifiée en séquence de commandes transmises aux actionneurs de déplacement sans contrôle de leur bonne exécution. Même si les actionneurs 5 utilisés sont très précis, d'inévitables perturbations telles que les glissements des roues ou les irrégularités du sol modifient la trajectoire réelle qui dévie de la trajectoire planifiée. Cette solution n'est valable en pratique que pour de courtes trajectoires.

* Le suivi de trajectoire en boucle fermée (ou par contre-réaction) est préféré pour cette raison. La trajectoire planifiée est définie comme une position fonction du temps exprimée dans un repère lié à la surface à traiter. Régulièrement, la position réelle de la machine 15 est comparée à la position planifiée et l'erreur de position est transmise en entrée d'un correcteur qui calcule les commandes transmises aux actionneurs de déplacement de telle sorte que cette erreur décroisse.

Cette solution permet d'obtenir un suivi de trajectoire 20 robuste aux perturbations subies par la machine lors de ses déplacements. Cette solution unique nécessite par contre de connaître la position réelle de la machine dans le repère lié à la surface traitée, nécessité satisfaite par une machine dont le système de guidage possède un système de 25 localisation.

Il apparaît donc que les systèmes de l'art antérieur ne satisfont jamais à l'identification de la surface à traiter, cette zone étant simplement délimitée par des 30 frontières naturelles ou artificielles, consistant généralement en des câbles.

Concernant les systèmes de localisation, l'art antérieur connaît les systèmes suivants: 1. Localisation à l'estime la position est le résultat du cumul des déplacements estimés depuis une position origine connue, les déplacements étant estimés à partir de mesures fournies par 5 des capteurs dits proprioceptifs, c'est-à-dire qui perçoivent l'état propre du robot et non l'environnement dans lequel il évolue, tels que les odomètres, les gyroscopes, les accéléromètres, les compas, les inclinomètres. Les mesures étant inévitablement entachées 10 d'erreur, les estimations des déplacements sont imprécises et leur cumul diverge de la position réelle. Ce type de localisation n'est utilisable que pour des petits déplacements.

2. Localisation par rapport à des balises Les balises peuvent être artificielles ou naturelles, ou amers. La position des balises est connue dans le repère lié à la surface. Un ou plusieurs capteurs permettent de détecter les balises. La position du robot par rapport à ces balises est calculée avec le modèle géométrique des 20 capteurs. La position réelle du robot dans le repère lié à la surface est obtenue par changement de repère. Selon la technologie utilisée, la précision est plus ou moins bonne.

Dans le cas le plus courant des balises artificielles, la préparation de l'environnement est indispensable et peut 25 s'avérer lourde et particulièrement coûteuse.

3. Localisation par rapport à une carte Une représentation de la surface et de son environnement est synthétisée dans une carte. Des capteurs tels que les télémètres (ultrasons ou laser) ou les 30 systèmes de vision artificielle (stéréoscopique ou panoramique) détectent la position des obstacles sur ou autour de la surface. Les positions des obstacles détectés sont obtenues avec le modèle géométrique de ces capteurs.

La meilleure correspondance entre les positions des obstacles déterminées par les capteurs et celles données par la carte est obtenue pour la position réelle. Cette procédure de recherche de meilleure correspondance étant coûteuse en temps de calcul, une prédiction de la position 5 par localisation à l'estime est souvent utilisée, l'estimation de la position par rapport à la carte n'étant effectuée que lorsque l'incertitude sur la position estimée est trop grande. La précision de ce type de localisation dépend des capteurs utilisés et de la résolution de la 10 carte. Les télémètres laser sont les plus adaptés, puis vient la vision stéréoscopique. Les télémètres ultrasons et la vision panoramique sont les moins précis.

Pour la localisation par rapport à une carte, deux 15 solutions sont possibles: soit la carte est obtenue par un moyen externe (plan des lieux par exemple), soit le robot la construit lui-même. La première solution suppose que l'environnement est figé, toute modification doit être reportée dans la carte utilisée par le robot. La deuxième 20 solution utilise la méthode de cartographie et localisation simultanées: le robot se localise par rapport à la partie de carte déjà construite puis l'enrichit avec les nouveaux objets perçus. C'est la seule méthode permettant de mettre à jour la carte et de prendre en compte automatiquement les 25 évolutions de l'environnement.

Ainsi, il n'existe pas, à l'heure actuelle, un système de localisation pour dispositifs mobiles destinés à effectuer une tâche domestique, d'intérieur ou d'extérieur, 30 à la fois efficace et facile à mettre en oeuvre, et en conséquence peu coûteux.

La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé autonome et incrémental de cartographie d'une surface à partir de mesures d'apparence et un procédé de localisation utilisant la carte obtenue.

Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce que le procédé pour la cartographie d'une zone à traiter, destiné à un dispositif mobile chargé de traiter ladite zone, fait coopérer deux 10 modules de traitement: un premier module d'analyse/identification puis d'union, de manière incrémentale, des différentes zones élémentaires balayées par le dispositif afin de former une cartographie de la zone à traiter, caractérisé en ce que la surface de chaque 15 zone élémentaire est analysée/identifiée par son apparence visuelle en la comparant avec des modèles d'apparences visuelles de surfaces; la surface étant identifiée comme " à traiter " ou < à ne pas traiter ", un second module utilisant cette représentation de la surface à traiter pour 20 engendrer des mouvements qui tendront à la fois à remplir la mission avec un rendement optimal et à découvrir, au cours de ces mouvements, l'intégralité de la surface à traiter.

On entend par " apparences visuelles " toutes mesures des grandeurs relatives aux rayonnements électromagnétiques appartenant aux spectres visible, ultraviolet et infrarouge.

Toutes les susdites étapes définies précédemment seront réalisées avant ou pendant le traitement surfacique par le dispositif mobile permettant de prendre en compte à chaque mission les éventuelles évolutions dans la géométrie de la surface.

De préférence, l'apparence visuelle de la susdite surface sera exprimée en termes de luminance, de couleur et/ou de texture.

Avantageusement, les modèles d'apparences visuelles de surfaces seront préalablement stockés dans un moyen de mémorisation.

Avantageusement, la surface pourra être identifiée à l'aide d'au moins un capteur, par exemple une caméra embarquée sur le susdit dispositif mobile. Par ailleurs, une étape complémentaire de traitement des images ou analyses de surfaces prises par le capteur pourra être 15 réalisée, afin d'optimiser l'étape postérieure de comparaison avec les modèles de surface.

Selon une possibilité offerte par l'invention, le procédé de l'invention comprendra une étape de localisation 20 du susdit dispositif mobile par rapport à l'emplacement de référence. A partir des estimations de la position du susdit dispositif et du domaine d'incertitude de cette position, l'étape de localisation pourra consister en une étape d'analyse/identification de la zone élémentaire 25 balayée par le dispositif. En outre, le procédé comprendra une étape de recherche de la meilleure correspondance entre la carte et la zone élémentaire identifiée pour différentes positions de cette zone à l'intérieur du domaine d'incertitude de l'estimation de la position. La position 30 du susdit dispositif sera déduite de la position qui maximise la correspondance.

Selon un premier mode d'exécution, l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque zone élémentaire sera réalisée par attributs géométriques, en particulier dans le cas o le dispositif mobile est utilisé en intérieur.

Selon un second mode d'exécution de l'invention, 5 l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque zone élémentaire sera réalisée par discrétisation de l'environnement, en particulier dans le cas o le dispositif mobile est utilisé en extérieur.

Avantageusement, l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque zone élémentaire et le traitement de la surface s'effectueront simultanément.

Par ailleurs, lorsque aucune carte n'existe, le robot effectuera une phase d'exploration initiale en recherchant 15 le bord de la surface o il se trouve puis en faisant le tour de cette surface jusqu'à ce qu'une première région connexe soit découverte.

La carte ainsi constituée sert alternativement à * planifier la mission, c'est-à-dire prévoir la 20 séquence nominale des tâches-robot, c'est-à-dire les actions du dispositif mobile, à effectuer pour traiter toute la surface, * contrôler l'exécution de cette mission.

Les tâches-robot de déplacement sont des mécanismes 25 de régulation afin de réagir à des perturbations inopinées ou au décalage inévitable entre la réalité et sa cartographie. Les tâches-robot, c'est-à-dire les actions du dispositif mobile, comprennent le suivi de cap, le demitour et le suivi de bord. Toutes les tâches-robot intègrent 30 un niveau d'évitement d'obstacle.

La planification s'effectue à partir de la carte de la façon suivante: la surface à traiter est partitionnée en régions convexes dont les frontières sont matérialisées par des amers, permettant ainsi leur parcours en utilisant des tâches-robots. Une région fermée dont le pourtour est à traiter et dont l'intérieur n'est pas exploré est supposée a priori comme à traiter en totalité. La mission de remplissage s'effectue par le remplissage successif de 5 toutes les régions convexes. Le remplissage s'effectue en utilisant des successions de suivis de cap et de demi tours. Les suivis de cap s'effectuent suivant une direction privilégiée choisie a priori ou dépendante de la forme de la région traitée. Un plan de mission n'est donc remis en 10 cause que lorsque le partitionnement de la surface à traiter est remis en cause, par exemple lors de la traversée d'une zone non encore explorée ou lors de la découverte d'un obstacle qui obstrue de façon durable une région à traiter.

L'exploration et le traitement de la surface s'effectuent simultanément. Lorsque aucune carte n'existe, le robot effectue une phase d'exploration initiale en recherchant le bord de la surface o il se trouve puis en faisant le tour de cette surface jusqu'à ce qu'une première 20 région connexe soit découverte.

Ainsi, avantageusement, la cartographie constituée aura pour fonction de manière alternative de planifier la mission, c'est-à-dire prévoir la séquence nominale des actions du susdit dispositif mobile à effectuer pour 25 traiter toute la surface, et à contrôler l'exécution de cette mission.

Dans ce cas, les actions de déplacement du susdit dispositif mobile seront des mécanismes de régulation afin de réagir à des perturbations inopinées ou au décalage 30 éventuel entre la réalité de la zone à traiter et sa cartographie.

Par ailleurs, la planification de la mission s'effectuera à partir de la cartographie de la surface à il traiter qui est partitionnée en régions convexes dont les frontières sont matérialisées par des amers.

La présente invention se rapporte également à un dispositif mobile pour la réalisation automatique d'une 5 fonction ou d'une tâche sur une zone surfacique déterminée, telle que par exemple la tonte d'une pelouse, comportant des moyens de déplacement relié, un système de reconnaissance de la surface pour l'analyse et l'identification de la surface, un moyen d'alimentation en 10 énergie pour assurer le fonctionnement des équipements dudit dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'incrémentation apte à déterminer la course des moyens de déplacement.

Selon un mode d'exécution de l'invention, les moyens de déplacement consisteront en au moins trois roues, dont au moins l'une est motrice, et dont au moins une roue est utilisée pour déterminer la course par le susdit moyen d'incrémentation.

Avantageusement, le moyen d'alimentation consistera en une batterie éventuellement couplée à un alternateur.

De la même manière, le système de reconnaissance de 25 la surface comprendra au moins une caméra, éventuellement montée sur un élévateur orientable de manière à fixer la surface frontale du dispositif mobile, une carte de numérisation du signal ainsi qu'un ensemble de modèles de surface préalablement stocké dans un moyen de mémorisation. 30 Grâce à l'invention, une entité mobile équipée d'un système de cartographie utilisant le procédé de cartographie selon l'invention est capable cartographier la surface à traiter de manière autonome et incrémentale. La carte obtenue est utilisable par la même entité ou une autre équipée d'un système de localisation utilisant le procédé de localisation selon l'invention.

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence à la figure annexée: - la figure 1 illustre une vue schématique d'un 10 mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

Dans le procédé selon l'invention, l'identification de la surface à traiter est réalisée par un système de reconnaissance de forme dont le but est de reconnaître la 15 surface par son apparence visuelle qui peut s'exprimer notamment par luminance, couleur et/ou texture.

Ainsi, le système de reconnaissance de la surface fonctionne en utilisant: - un ou plusieurs modèles d'apparence de la surface 20 préalablement appris, - au moins une caméra et éventuellement d'autres capteurs, observant l'environnement dans lequel le système est placé, éventuellement des données ou règles a priori 25 afin d'optimiser la reconnaissance.

Pour chaque région élémentaire de la scène discernable par le ou les capteur(s), le système de reconnaissance de la surface calcule: - soit le degré de la meilleure ressemblance de la 30 région élémentaire par rapport à l'ensemble du ou des modèle(s) de surface à reconnaître, - soit les degrés de ressemblance de la région élémentaire par rapport à chaque modèle de surface (cas des surfaces hétérogènes).

Pour des raisons de souplesse et de précision détaillées plus loin, le degré de ressemblance est une valeur réelle au sens mathématique du terme plutôt qu'une 5 valeur booléenne. Néanmoins, un résultat booléen peutêtre obtenu en effectuant par exemple un seuillage sur les degrés de ressemblance calculés, permettant ainsi de définir si la zone surfacique est une zone " à traiter " ou une zone " à ne pas traiter ". 10 On définit par " vue ", la portion de scène observée par le système de reconnaissance de la surface convertie dans un format intégrable dans la carte. Selon le type de carte utilisé, un post-traitement adéquat de l'image des 15 degrés de ressemblance est nécessaire pour intégrer les informations dans la carte. À titre d'exemple choisi pour illustrer l'invention, deux types de carte possibles et des post-traitements adéquats sont présentés ci-après: - la cartographie par attributs géométriques. Ce 20 type de cartographie est adapté aux environnements artificiels (façonnés par l'homme) dans lesquels les frontières de la surface à traiter sont nettes. Une description de ces frontières par primitives géométriques simples comme les segments est appropriée. Dans ces 25 environnements, le posttraitement consiste à rechercher dans l'image des degrés de ressemblance, les frontières entre les régions considérées comme ressemblantes à la surface et celles non ressemblantes. Les frontières sont exprimées en coordonnées dans le repère lié au système de 30 reconnaissance de la surface ou lié à la plate-forme qui le supporte. Les frontières obtenues sont approximées par les primitives géométriques choisies pour constituer une portion de carte appelée < vue >.

- la cartographie par discrétisation de l'environnement. Ce type de cartographie est adapté aux environnements naturels dans lesquels les frontières de la surface à traiter sont floues. L'environnement dans lequel 5 se trouve la surface à traiter est discrétisé en cellules de taille constante. La vue dans ce cas est l'ensemble des cellules contenues dans la scène observée par le système de reconnaissance de la surface. Pour chaque cellule de la vue, le degré de ressemblance est calculé à partir du degré 10 de ressemblance de la région élémentaire dont la position est la plus proche de la cellule et éventuellement de ceux de ses voisins (interpolation).

Selon une possibilité offerte par l'invention, une 15 carte locale pourra être constituée d'une seule vue ou de la réunion de plusieurs vues prises à des positions voisines. Une carte locale représente une partie de l'environnement contenant la surface à traiter, elle possède un repère propre dont la position est connue dans 20 le repère lié à la surface à traiter, noté par exemple R0.

Cette étape facultative de construction de cette carte locale est surtout utilisée lorsque le champ de perception des capteurs du système de reconnaissance de la surface est réduit.

La carte globale de la surface est la réunion des cartes locales, elle représente toute la surface à traiter connue par le système de cartographie. Elle est exprimée dans le repère lié à la surface à traiter, R0. La 30 construction de la carte globale est un processus incrémental qui ajoute au fur et à mesure des déplacements du système de cartographie les cartes locales calculées.

Pour que l'intégration d'une carte locale dans la carte globale soit cohérente, il faut exprimer les coordonnées des objets de la carte locale dans Ro, ce qui est obtenu connaissant la position du repère de la carte locale dans Ro. La connaissance de cette position peut être obtenue de deux manières: - si le système de cartographie est monté sur une plate-forme dont toutes les articulations sont rigides, la position de l'origine de la carte locale est connue de façon absolue par le modèle géométrique de la plate- forme, aux imprécisions des capteurs de position des articulations 10 près.

- si le système de cartographie est monté sur une plate-forme sans liaison rigide avec la surface à traiter, une plate-forme à roue par exemple, la position ne peut être connue que par une méthode de localisation à l'estime 15 dont nous avons souligné la dérive dans l'état de l'art.

Pour corriger cette dérive, il faut donc effectuer des recalages, c'est à dire des estimations de position par rapport à la carte en cours de construction. La cartographie correspond à l'intégration de la carte locale 20 dans la carte globale. La localisation correspond à la recherche de la position de l'origine de la carte locale dans R0 qui maximise la concordance entre la carte locale et la carte globale. Le domaine de recherche de cette position est déterminé par l'incertitude sur l'estimation 25 de la position fournie par le système de localisation à l'estime. Une localisation à l'estime soignée réduit l'incertitude ce qui limite le domaine de recherche et diminue les temps de calculs nécessaires.

Dans le cas d'une cartographie par discrétisation de 30 l'environnement, la localisation consiste à chercher la position de l'origine de la carte locale dans Ro qui maximise la concordance entre les cellules de la carte locale et celles de la carte globale. L'utilisation de valeurs réelles pour quantifier la ressemblance d'une cellule par rapport au modèle de surface permet lors de cette recherche de maximum d'obtenir un résultat plus précis qu'en quantifiant la ressemblance par des valeurs booléennes.

Le procédé de localisation reprend les étapes de cartographie définies précédemment. Ainsi, à chaque fois qu'une localisation est nécessaire, le système de localisation construit une carte locale.

À partir de la carte globale de la surface obtenue par le procédé de cartographie, la localisation consiste à estimer la position de l'origine du repère lié à la carte locale dans Ro, cette position étant celle qui maximise la concordance entre la carte locale et la carte globale. Pour 15 réduire le domaine de recherche de la position, une prédiction de cette position peut-être fournie par un système de localisation à l'estime.

La position du système de localisation dans le repère lié à la carte locale étant connue, la position du système 20 de localisation dans Ro est obtenue par changement de repère. Lorsque le système de localisation est utilisé pour la localisation d'une entité mobile, la position de l'entité par rapport à celle du système de localisation dans le repère lié au système de localisation est connue, 25 la position de l'entité dans R0 est obtenue par changement de repère.

Dans l'exemple choisi pour illustrer l'invention, et représenté sur la figure 1, le dispositif mobile 1 consiste 30 en une tondeuse automatique et comprend un support 2 reposant sur une roue libre 3 à l'avant et deux roues arrières 4 mues chacune par un moteur 5. Un codeur incrémental 6 est monté sur l'axe de rotation de chaque moteur pour mesurer leur rotation et donc celles des roues arrière 4. La localisation à l'estime utilise ces deux mesures.

Un même moyen de traitement 7, ou calculateur, est utilisé pour l'ensemble des calculs, des interfaces sont 5 prévues pour les communications avec les actionneurs, les capteurs et l'opérateur. Une architecture à plusieurs calculateurs peut aussi être utilisée. En particulier, le système de reconnaissance de la surface étant une entité autonome qui transmet la vue au système de cartographie 10 après acquisition et calcul, il peut être déporté sur un calculateur indépendant relié à celui du système de reconnaissance de la surface par une interface de communication.

Le système de reconnaissance de la surface utilise 15 ici une caméra 8 pour percevoir l'environnement dans lequel le dispositif mobile, ou robot, évolue, la caméra 8 étant montée sur un servomoteur 9 pour adapter son orientation. Les actionneurs, les capteurs et le calculateur sont alimentés par des

batteries 10.

Une manette 11 permet éventuellement à un opérateur de déplacer le dispositif mobile 1, par exemple au point de référence R0 de la carte.

Le système de coupe de l'herbe se trouve sous le châssis du dispositif mobile 1. 25 Le système de commande du dispositif mobile 1 génère les commandes des actionneurs pour le déplacement (moteurs des roues arrière 4). Ces commandes sont générées automatiquement ou élaborées à partir des consignes 30 opérateurs définis par la manette 11.

Les déplacements du robot 1 sont mesurés par le module de localisation à l'estime à partir des mesures de rotation des roues arrière 4 par les codeurs incrémentaux 6. Ce module est étalonné afin qu'il fournisse pour chaque déplacement mesuré l'incertitude associée.

Le système de reconnaissance de la surface est constitué : - d'une caméra CCD couleur 8 délivrant ses images sous forme d'un signal PAL, - d'une carte de numérisation du signal PAL reliée au calculateur par une interface numérique rapide, par exemple un bus PCI, pour stocker l'image acquise en mémoire 10 du calculateur, - d'un ensemble de modèles de surface préalablement appris et stockés dans une mémoire non volatile du calculateur, ces modèles étant basés sur la distribution des teintes de la surface observée, - d'un programme de reconnaissance de forme qui calcule la vue, interprétation de la scène observée par la caméra en régions plus ou moins ressemblantes à la surface.

La vue se présente sous la forme d'un tableau à deux dimensions. Chaque cellule du tableau contient le degré de 20 ressemblance par rapport au modèle de la région élémentaire correspondante dans l'image.

Bien entendu, il apparaît qu'une seule caméra (vision monoculaire) ne permet pas de détecter des obstacles ou 25 dépressions ayant la même apparence que la surface à reconnaître. Dans ces situations, des capteurs complémentaires de perception en 3D peuvent être utilisés, par exemple des télémètres ou des capteurs de stéréovision.

Les données apportées permettent un enrichissement de 30 l'interprétation de la scène observée. De même, afin d'éviter les risques de retournement de la machine, le système peut être contraint de ne reconnaître que les portions de surface dont l'inclinaison appartient à un domaine prédéterminé, l'inclinaison étant mesurée par un inclinomètre par exemple.

Le système de cartographie est constitué de: - la carte globale de la surface en cours de construction, - la carte locale en cours de construction, - un moyen de traitement exécutant les étapes du procédé de l'invention. La représentation choisie est la 10 discrétisation de la surface en cellules carrées dont la taille est ajustée en fonction de la précision désirée et de la taille mémoire disponible sur le calculateur. La carte locale est constituée d'une seule vue et la mise à jour de la carte globale avec les informations de la carte 15 locale repose sur le théorème de Bayes. La modélisation statistique des données de la carte locale est la suivante - pour une cellule de la carte locale dont le degré de ressemblance au modèle de surface est élevé, la 20 vraisemblance que cette cellule représente une portion de la surface à traiter est proche de 1 (mais strictement inférieure à 1), - pour une cellule de la carte locale dont le degré de ressemblance au modèle de surface est faible, la 25 vraisemblance que cette cellule représente une portion de la surface à traiter est proche de 0 (mais strictement positive).

Dans cette configuration, le robot 1 n'est pas lié à la surface par une liaison rigide, l'étape de 30 relocalisation par cartographie et localisation simultanée est indispensable. La relocalisation s'effectue en échantillonnant le domaine d'incertitude sur la position prédite par le module de localisation à l'estime. Pour chaque position plausible, la correspondance entre carte locale et carte globale est la somme des différences au carré de probabilités de ressemblance de chaque cellule de la carte locale avec leur correspondante dans la carte globale. La position optimale est obtenue pour la somme la plus faible.

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 10 autant sortir du cadre du brevet.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la cartographie d'une zone à traiter, destiné à un dispositif mobile chargé de traiter 5 ladite zone, faisant coopérer deux modules de traitement: un premier module d'analyse/identification puis d'union, de manière incrémentale, des différentes zones élémentaires balayées par le dispositif afin de former une cartographie de la zone à traiter, caractérisé en ce que la surface de 10 chaque zone élémentaire est analysée/identifiée par son apparence visuelle en la comparant avec des modèles d'apparences visuelles de surfaces; la surface étant identifiée comme " à traiter " ou " à ne pas traiter ", un second module utilisant cette représentation de la surface 15 à traiter pour engendrer des mouvements qui tendront à la fois à remplir la mission avec un rendement optimal et à découvrir, au cours de ces mouvements, l'intégralité de la surface à traiter.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les susdites étapes définies dans la revendication 1 sont réalisées avant ou pendant le traitement surfacique par le dispositif mobile (1).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'apparence visuelle de la susdite surface s'exprime en termes de luminance, de couleur et/ou de texture.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que les modèles d'apparences visuelles de surfaces sont préalablement stockés dans un moyen de mémorisation.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface est identifiée à l'aide d'au moins un capteur, par exemple une caméra (8) embarquée sur le susdit dispositif mobile (1).

6. Procédé selon les revendications 1 et 5, 5 caractérisé en ce qu'il comprend une étape complémentaire de traitement des images ou analyses de surfaces prises par le capteur, afin d'optimiser l'étape postérieure de comparaison avec les modèles de surface.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de localisation du susdit dispositif mobile (1) par rapport à l'emplacement de référence.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de localisation consiste, à partir des estimations de la position du susdit dispositif et du domaine d'incertitude de cette position, en une étape d'analyse/identification de la zone élémentaire balayée par 20 le dispositif.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de recherche de la meilleure correspondance entre la carte et la zone 25 élémentaire identifiée pour différentes positions de cette zone à l'intérieur du domaine d'incertitude de l'estimation de la position, la position du susdit dispositif étant déduite de la position qui maximise la correspondance.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque zone élémentaire est réalisée par attributs géométriques, en particulier dans le cas o le dispositif mobile (1) est utilisé en intérieur.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque zone élémentaire est réalisée par discrétisation de 5 l'environnement, en particulier dans le cas o le dispositif mobile (1) est utilisé en extérieur.

12. Procédé selon la revendication 1 selon lequel l'étape d'analyse/identification de la surface de chaque 10 zone élémentaire et le traitement de la surface s'effectuent simultanément.

13. Procédé selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que, lorsque aucune carte 15 n'existe, le robot effectuant une phase d'exploration initiale en recherchant le bord de la surface o il se trouve puis en faisant le tour de cette surface jusqu'à ce qu'une première région connexe soit découverte.

14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartographie constituée a pour fonction de manière alternative de planifier la mission, c'est-à-dire prévoir la séquence nominale des actions du susdit dispositif mobile (1) à effectuer pour traiter toute la 25 surface, et à contrôler l'exécution de cette mission.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les actions de déplacement du susdit dispositif mobile (1) sont des mécanismes de régulation afin de réagir 30 à des perturbations inopinées ou au décalage éventuel entre la réalité de la zone à traiter et sa cartographie.

16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la planification de la mission s'effectue à partir de la cartographie de la surface à traiter qui est partitionnée en régions convexes dont les frontières sont matérialisées par des amers.

17. Dispositif mobile (1) pour la réalisation automatique d'une fonction ou d'une tâche sur une zone surfacique déterminée, telle que par exemple la tonte d'une pelouse, selon l'une des revendications 1 à 16, comportant des moyens de déplacement relié, un système de 10 reconnaissance de la surface pour l'analyse et l'identification de la surface, un moyen d'alimentation en énergie pour assurer le fonctionnement des équipements dudit dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'incrémentation (6) apte à déterminer la course des moyens 15 de déplacement.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens de déplacement consistent en au moins trois roues (2, 4), dont au moins l'une est motrice (4), et 20 dont au moins une roue (4) est utilisée pour déterminer la course par le susdit moyen d'incrémentation (6).

19. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation consiste en une batterie 25 (10) éventuellement couplée à un alternateur.

20. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le système de reconnaissance de la surface comprend au moins une caméra (8), éventuellement montée sur 30 un élévateur orientable (9) de manière à fixer la surface frontale du dispositif mobile (1), ainsi qu'un ensemble de modèles de surface préalablement stocké dans un moyen de mémorisation.