FR3037157A3

FR3037157A3 - Systeme pour assurer la coordination de machines automatiques mobiles au sol

Info

Publication number: FR3037157A3
Application number: FR1655106A
Authority: FR
Inventors: Oleg Yurjevich Kupervasser
Original assignee: Transist Video LLC
Current assignee: Ariel Scientific Innovations Ltd
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-06-04
Publication date: 2016-12-09
Anticipated expiration: 2026-06-04
Also published as: FR3037157B3

Abstract

L'invention concerne un système de navigation et de coordination réciproque d'au moins un robot (5), qui comprend au moins un appareil de surveillance des robots sur des plates-formes suspendues, des balises, un module central qui reçoit toutes les informations provenant de tous lesdits appareils (1) pour déterminer les coordonnées et l'orientation des robots (5), caractérisé par le fait qu'au moins une plate-forme suspendue est une machine volante rotative (1) apte à fonctionner en mode : a) autogire, b) moteur éolien, c) hélicoptère, recevant de l'énergie d'un chargeur situé au sol, et le système est pourvu d'un module central de calcul (2) situé soit sur la plate-forme suspendue, soit au sol ou sur le chargeur, soit sur le robot (5), et apte à déterminer les coordonnées et l'orientation des robots (5) et à générer des ordres de commande sur la base des informations obtenues à partir de tous lesdits appareils.

Description

1 SYSTEME POUR ASSURER LA COORDINATION DE MACHINES AUTOMATIQUES MOBILES AU SOL L'invention concerne les systèmes de commande de 5 dispositifs automatiques, et plus particulièrement un système qui peut être utilisé pour la coordination des dispositifs automatiques mobiles au sol (moyens de transport automatiques, machines agricoles automatiques, véhicules municipaux et matériel à terre d'aérodromes, 10 tondeuses de pelouse etc.), ci-après désignés par robots. Un des problèmes majeurs pour la vidéonavigation, la coordination et la commande des robots est celui de l'absence d'une solution économique et fiable pour un système de navigation et la coordination réciproque 15 situationnelle. Par exemple, afin qu'une tondeuse de pelouse robot ne sorte pas de la zone de tonte, celle-ci devrait être repérée avec un fil métallique (voir les matériels du 15 juin 2012 publiés sur Internet l'adresse : http://www.therobotreport.com/news/robot- 20 lawnmowers-still-a-work-in-progress). Actuellement les solutions proposées sont des enceintes ou des balises infrarouges. Il est également possible de recourir à l'usage de balises radio au sol. Cependant, avec une telle approche, le système devient 25 assez compliqué. Quant aux systèmes GPS et même aux DGPS qui sont plus précis, leur utilisation entraîne plusieurs inconvénients : 1) à proximité des bâtiments, le signal GPS peut être 30 soumis à l'effet canyon, à la réverbération ou tout simplement atténué par le brouillage occasionnel ou volontaire, ce qui provoque une perte de coordination du robot ; 3037157 2 2) il est nécessaire de mesurer les coordonnées des limites de la zone d'action (par exemple, le pourtour d'une pelouse à tailler avec une tondeuse-robot) et les transmettre au robot, ce qui est une procédure qui est bien fastidieuse ; 3) les systèmes de ce type transmettent les coordonnées, mais ne transmettent pas l'orientation du robot ; 4) les robots s'orientent selon les coordonnées abstraites sans tenir compte du terrain immédiat du robot (ainsi, en présence d'un obstacle imprévu mobile ou immobile (un chien, un enfant), le système n'arrivera pas à le détecter) ; 5) les systèmes de ce type ne peuvent pas détecter l'endroit sur la zone où de l'herbe n'est pas encore tondue ; 6) en utilisant uniquement le DGPS ou le GPS il est difficile de mettre en place une coordination réciproque des robots qui ne savent pas se localiser les uns les autres et, donc, ils devraient disposer d'un système complexe de détection réciproque et d'échange des signaux ; 7) le coût des systèmes de communication par satellite est assez élevé. La plupart de ces problèmes peuvent être résolus par un système de vidéonavigation installé sur le robot. Pourtant, cette solution a une zone de visibilité limitée qui peut être augmentée uniquement par l'utilisation d'un grand nombre de caméras à large zone de visibilité, ce qui complique sensiblement le système. En outre, on devra mettre en place une série de balises au sol bien identifiables. Les repères naturels ne sont pas toujours bien détectés, ainsi il faut bien baliser la zone de tonte par des balises au sol. Il est toujours assez difficile 3037157 3 d'assurer la coordination mutuelle des robots, cette opération comprenant un système complexe de vision artificielle et un système décentralisé de détection d'objets. Le système de commande décentralisé assurant le 5 fonctionnement des activités conjointes est de loin plus compliqué et plus cher qu'un seul système centralisé. L'état antérieur de la technique comprend le certificat d'utilité n°131276 « Appareil pour la coordination de dispositifs automatiques », publié le 10 20/08/2013, la demande de brevet n°2012147923 « Procédé de navigation et de coordination réciproque de dispositifs automatiques », publiée le 20/05/2014. A la différence des systèmes GPS, on installe des appareils de surveillance (une ou plusieurs caméras) au-dessus de la zone contrôlée 15 avant la mise en marche du robot, en faisant attention à ce que l'emplacement de la caméra et la hauteur de sa fixation, qui dépendent des conditions de visibilité, puissent couvrir la totalité de la zone contrôlée. C'est-à-dire que, à la différence des systèmes GPS qui peuvent être 20 placés sans tenir compte de la coordination des robots, l'emplacement des appareils de surveillance détermine une bonne coordination des robots, ce qui permet de remédier à tels problèmes associés au GPS, par exemple, à l'effet canyon et à la réverbération du signal. Il convient de 25 noter que les satellites GPS ne représentent ni l'entourage, ni les appareils de surveillance des robots dont les coordonnées doivent être détectées. Tout au contraire, ce sont les robots qui fonctionnent comme des systèmes de repérage des satellites GPS, et les coordonnées 30 des robots peuvent être détectées à l'aide de GPS uniquement sur le robot lui-même et exclusivement dans le cas où il y a au moins trois satellites du système GPS dans sa zone d'accès de l'espace. Selon les documents indiqués, 3037157 4 on arrive à bien déterminer les coordonnées (spatiales ou angulaires) et à coordonner réciproquement les robots grâce au recours aux dispositifs de coordination des activités des robots comprenant des appareils volants ou fixés à la 5 tour qui assure le repérage des robots dans les zones contrôlées et la surveillance de leur entourage, y compris des balises naturelles et artificielles ; sur ce dispositif, on y trouve installé un module qui sert à détecter les coordonnées de l'appareil volant, pouvant 10 également échanger des informations avec un autre module situé sur les mêmes dispositifs ; ce module peut assurer la détection des coordonnées du robot contrôlé, mais aussi garantir la réception et l'envoi d'instructions et de signaux de commande au robot contrôlé. L'appareil volant 15 situé au-dessus ou le dispositif situé sur la tour peut être : 1. un drone, 2. une tour-antenne, 3. une plate-forme attachée de haute altitude 20 surveillance continue (ballons dirigeables captifs ou ballons-sondes), 4. des hélicoptères captifs fonctionnant grâce à l'énergie électrique délivrée aux hélices (analogues aux plates-formes hélicoptères captives Hovermast-100 de la 25 compagnie Skysapience), 5. des hélicoptères captifs à déchargement aérodynamique grâce l'énergie du vent de haute altitude (autorotation) toujours présent à haute altitude (environ 4 m/s à la hauteur de 100 m, Fig. 1), par 30 exemple, des autogires captifs et des girocoptères (similaires aux autogires captifs Fa330, utilisés par les allemands pendant la seconde guerre mondiale). Cependant, aucun de ces procédés n'est sans défaut : 3037157 5 1) les drones coûtent cher, ils sont difficiles commander et à calculer, ayant un temps d'observation continue limité, 2) les tours sont difficiles à installer, à mettre en 5 place ou à réinstaller, 3) les ballons aérostatiques captifs ou les ballons-sondes nécessitent la mise en place d'un système de pompage compliqué et ne sont pas facilement stabilisables, 4) les hélicoptères aérodynamiques captifs demandent 10 beaucoup d'énergie, 5) les autogires captifs et les girocoptères ne volent pas quand il n'y a pas de vent. Le problème technique que cette invention vise à résoudre, est la conception d'un système de coordination 15 efficace des robots en utilisant des appareils volants ou placés sur des tours pour repérer les robots sur une zone contrôlée et pour surveiller leur entourage immédiat, y compris les balises naturelles et artificielles. Le résultat technique attendu correspond au problème 20 technique. Pour résoudre le problème posé, on propose un système de navigation et de coordination réciproque d'un ou de plusieurs robots placé(s) sur une zone contrôlée, qui comprend un ou plusieurs appareils de surveillance des 25 robots sur des plates-formes suspendues, des balises naturelles ou artificielles, un module central qui reçoit toutes les informations provenant de tous les appareils de surveillance afin de déterminer les coordonnées et l'orientation des robots, caractérisé par le fait qu'au 30 moins une plate-forme suspendue est une machine volante rotative apte à fonctionner dans des modes suivants : a) autogire, par l'écoulement de l'air relatif, b) moteur éolien, obtenant de l'énergie du vent relatif, c) 3037157 6 hélicoptère, recevant de l'énergie d'un chargeur situé au sol, et par le fait que le système est pourvu d'un module central de calcul situé soit sur la plate-forme suspendue, soit au sol ou sur le chargeur, soit sur le robot, et apte 5 à déterminer les coordonnées et l'orientation des robots et à générer des ordres de commande sur la base des informations obtenues à partir de tous les appareils de surveillance. La machine volante rotative peut être connectée 10 par câble au chargeur ou au robot avec aptitude à recevoir-transférer de l'énergie. Le système selon l'invention peut être muni en outre d'au moins un appareil de surveillance de l'hémisphère supérieur placé soit sur la surface de la zone 15 contrôlée soit sur les robots, et apte à recevoir-transmettre les informations du module central de calcul. Le système selon l'invention peut être muni en outre d'au moins un dispositif de conversion d'énergie solaire en électricité placé sur la machine volante 20 rotative et/ou sur un robot et/ou sur la surface de la zone contrôlée. Le dispositif de conversion d'énergie solaire en électricité peut être apte à transmettre l'énergie à au moins un chargeur afin de recharger les accumulateurs d'un 25 robot et/ou de la machine volante rotative en mode hélicoptère. Au moins une machine volante rotative peut être apte à transmettre l'énergie produite en mode moteur éolien à un dispositif de stockage d'énergie situé sur la machine 30 volante rotative et/ou à un robot et/ou à un chargeur pour utilisation en mode hélicoptère.

3037157 7 La machine volante rotative peut être apte à être utilisée en tant que drone gardien d'une maison ou d'un terrain. Sur le dessin : 5 La Figure 1 représente un digramme de corrélation entre la force du vent et la hauteur pour différents types de zones : ville, petite ville, village. La Figure 2 représente quelques variantes pour réaliser la solution. En particulier, la légende suivante 10 est utilisée : aéronef captif sans pilote (drone captif) 1, dispositif de chargement et de commande 2, avec caméra(s) 3, balises sur le sol 4 et sur le robot 5, points de repère naturels - buisson 6. Dans le mode de réalisation de l'invention un 15 système centralisé de commande des robots est créé, leurs coordonnées (spatiales ou angulaires) sont détectées d'une manière plus précise. Le recours à l'utilisation de plates-formes captives équipées d'appareils de surveillance, pouvant 20 fonctionner selon trois modes différents . mode « autogire », mode « moteur à vent », et mode « hélicoptère », garantit une coordination efficace des robots à force d'utiliser des appareils, volants ou fixés aux tours, repérant les robots sur la zone contrôlée et 25 contrôlant leur entourage immédiat, y compris les balises naturelles et artificielles. Une utilisation de différents modes en parallèle permet de compléter chacun en compensant les défauts de chacun pris à part.

30 La solution est expliquée sur la Figure 2 qui représente trois solutions possibles (a, b et c) de la mise en place du système proposé. Sur la plate-forme suspendue se trouvent des caméras fixes qui couvrent la totalité de 3037157 8 l'hémisphère inférieur. Cela coûte moins cher qu'une caméra à commande, le canal de communication par fil (fibre optique ou paire torsadée) étant fiable et à capacité suffisante. On peut placer plusieurs caméras, tant sur la 5 plate-forme captive que de manière suspendue à une petite hauteur recherchée. Les plates-formes captives sont attachées soit au sol avec des cordages (Figure 2, (a)), soit avec un câble à un dispositif d'accumulation et de distribution d'énergie (Figure 2, (b)), soit directement 10 l'un des robots sur la zone contrôlée (Figure 2, (c)). De l'énergie peut également être produite par des panneaux solaires, installés sur la plate-forme attachée, au sol ou sur les robots. Dans la solution proposée on peut utiliser un 15 positionnement vidéo relatif (différentiel) par rapport la zone et par rapport à l'appareil volant/machine volante (ou fixé sur une tour). Pour assurer une coordination des robots depuis un appareil volant (une tour) on n'a pas toujours besoin des coordonnées du drone qui assure la 20 surveillance. Il est possible d'obtenir un positionnement relatif précis par rapport à au moins trois balises spéciales, aux objets au sol immobiles et à d'autres robots au sol. Les coordonnées exactes d'un drone ne 25 garantissent pas les coordonnées exactes des robots au sol. Cependant, lesdites coordonnées de drone (la position et l'orientation d'un drone) peuvent être nécessaires pour corriger les distorsions de projection des images obtenues. La surveillance vidéo passive est possible à la 30 lumière du jour naturelle et artificielle. La capacité par tous les temps est assurée par la vision infrarouge et radar, les réflecteurs passifs et les balises infrarouges 3037157 9 actives, les diodes électroluminescentes infrarouges et analogues. L'utilisation de plusieurs caméras de surveillance au-dessus de la zone contrôlée (différentes 5 combinaisons des caméras fixes et placées sur les plates-formes attachées de haute altitude) augmente la fiabilité, la précision stéréoscopique de positionnement et élimine les zones non visibles (par exemple, sous et derrière les arbres).

10 Au sol, il est possible de placer sur le robot et son chargeur des balises distinguables facilement de haut. Le module central recevant toutes les informations provenant de tous les appareils de surveillance détermine les coordonnées et l'orientation 15 d'au moins un robot contrôlé (comme le vidéo-positionnement relatif (différentiel) par rapport à la zone ainsi que par rapport aux appareils (caméras) de surveillance) et, si nécessaire, détecte également les coordonnées et l'orientation des appareils de surveillance. En outre, 20 ledit module est réalisé avec la possibilité de transmettre les ordres de commande et les signaux (y compris ceux de RF) aux robots, aux appareils de surveillance, aux chargeurs ainsi qu'avec la possibilité d'échange des signaux de commande et d'informations entre ceux-ci.

25 S'il y a plusieurs robots, leur coordination centralisée est simple - les caméras les voient tous en même temps et c'est le système informatique unique recevant ces informations qui accomplit la coordination de leur mouvement réciproque. Les frontières de la zone d'action 30 (par exemple, la tonte pour le robot-tondeuse de pelouse) peuvent être définies en les délimitant sur l'écran du système informatique d'après l'image de la zone (par 3037157 10 exemple, à l'aide du curseur de la souris ou en traçant avec un stylo ou avec un doigt sur l'écran tactile). Le système élaboré fonctionne comme suit : d'abord au moins un robot est placé sur la zone contrôlée 5 (sur une pelouse, par exemple). Avant que le robot se mette au travail sur la zone contrôlée, on place les appareils de surveillance (une ou plusieurs caméras) sur l'appareil volant (drone) ou sur les tours, les endroits et la hauteur de la suspension étant choisis en fonction des conditions 10 de visibilité de la zone contrôlée. Il est également possible, au début du fonctionnement du dispositif de surveillance, de placer l'un des appareils de surveillance sur le sol ou sur l'un des robots et que tandis qu'il fonctionne, il puisse 15 décoller, planer ou atterrir sur les tours afin de surveiller les robots sur la zone contrôlée. Il est possible de placer les appareils de surveillance au sol derrière les plates-formes attachées et sur les robots ce qui permet de détecter la disposition 20 réciproque et l'orientation des appareils de surveillance et des robots ainsi que de déterminer plus précisément l'angle de rotation d'un robot et de retrouver la position d'un robot dans des zones non visibles des caméras (sous les appentis ou sous les arbres) par orientation pour le 25 plafond des appentis ou le feuillage des arbres visibles au-dessus d'un robot. Au lieu du signal visible on peut utiliser d'autres parties du spectre. En outre, le signal peut être non seulement naturel, mais aussi généré par un robot ou un 30 dispositif sur la caméra ou dans un autre point de l'espace. On peut utiliser des signaux sonores, ultrasoniques, radar, des capteurs et des balises, comme à titre d'exemple des signaux olfactifs ou chimiques, ou la 3037157 11 radioactivité légèrement supérieure à celle du niveau naturel (par exemple, des tranches de silicium). Le système de surveillance est capable de détecter les obstacles ou les objets mobiles, il détermine 5 le niveau et la qualité de la tonte de pelouse. Sa mise en oeuvre est simple et à coût de fabrication réduit. On peut utiliser le système selon la présente invention pour une large gamme de robots : tondeuses de pelouse automatiques, robots de nettoyage, tracteurs, 10 engins de déneigement, véhicules de ramassage des ordures et de rinçage, véhicules pour transporter des passagers et des marchandises, machines agricoles, matériels pour les services urbains, transports, etc. Le fonctionnement de ce système est possible pour les robots extra-terrestres sur 15 d'autres planètes comme, par exemple pour des Mars rovers. Ce système s'intègre bien dans le cadre de la maison "intelligente" et même de la ville "intelligente" en permettant d'accomplir la coordination simultanée des nombreuses activités, des robots et des autres objets de 20 commande ainsi que de résoudre plusieurs problèmes en même temps - par exemple non seulement ceux de navigation mais aussi de détection. L'invention a été décrite ci-dessus en référence à un mode spécifique de sa réalisation. D'autres modes de 25 la réalisation de l'invention pourront apparaître à l'homme du métier sans s'écarter du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS1 - Système de navigation et de coordination réciproque d'un ou de plusieurs robots (5) placé(s) sur une zone contrôlée, qui comprend un ou plusieurs appareils de surveillance des robots sur des plates-formes suspendues, des balises naturelles ou artificielles, un module central qui reçoit toutes les informations provenant de tous les appareils de surveillance (1) afin de déterminer les coordonnées et l'orientation des robots (5), caractérisé par le fait qu'au moins une plate-forme suspendue est une machine volante rotative (1) apte à fonctionner dans des modes suivants : a) autogire, par l'écoulement de l'air relatif, b) moteur éolien, obtenant de l'énergie du vent relatif, c) hélicoptère, recevant de l'énergie d'un chargeur situé au sol, et par le fait que le système est pourvu d'un module central de calcul (2) situé soit sur la plate-forme suspendue, soit au sol ou sur le chargeur, soit sur le robot (5), et apte à déterminer les coordonnées l'orientation des robots (5) et à générer des ordres commande sur la base des informations obtenues à partir tous les appareils de surveillance.
2 - Système selon la revendication 1, caractérisé 25 par le fait que la machine volante rotative (1) est connectée par câble au chargeur ou au robot (5) avec aptitude à recevoir-transférer de l'énergie.
3 - Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est muni en outre d'au moins un appareil 30 de surveillance de l'hémisphère supérieur placé soit sur la surface de la zone contrôlée soit sur les robots (5), et apte à recevoir-transmettre les informations du module central de calcul (2). et de de 3037157 13
4 - Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est muni en outre d'au moins un dispositif de conversion d'énergie solaire en électricité placé sur la machine volante rotative (1) et/ou sur un 5 robot (5) et/ou sur la surface de la zone contrôlée.
5 - Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif de conversion d'énergie solaire en électricité est apte à transmettre l'énergie à au moins un chargeur afin de recharger les accumulateurs 10 d'un robot (5) et/ou de la machine volante rotative (1) en mode hélicoptère.
6 - Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une machine volante rotative (1) est apte à transmettre l'énergie produite en mode moteur 15 éolien à un dispositif de stockage d'énergie situé sur la machine volante rotative (1) et/ou à un robot (5) et/ou à un chargeur pour utilisation en mode hélicoptère.
7 - Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la machine volante rotative (1) est apte à 20 être utilisée en tant que drone gardien d'une maison ou d'un terrain.