FR3104543A1 - système DE POSITIONNEMENT PAR GUIDE LINEAIRE POUR DRONE - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système (4) de positionnement pour drone (2) comprenant un guide linéaire (22). Selon l’invention, le guide linéaire (22) comporte un câble (24) ainsi qu’une pluralité de marqueurs visuels (26) positionnés sur le câble (24), ledit câble (24) étant destiné à être déployé autour d’une zone d’intérêt (30) pour le drone (2), lesdits marqueurs visuels (26) définissant une pluralité de segments (32) sur le câble (24). Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne un système de positionnement pour drone. Le domaine technique de l’invention est celui des drones autonomes, notamment des drones autonomes destinés à l’inspection d’objets de grandes dimensions ou de bâtiments.
Etat de la technique
Pour permettre à un drone de réaliser une mission de manière autonome, il est connu de prédéfinir au sein du drone une série de points de passage. En extérieur, le drone se base alors, par exemple, sur un système de géopositionnement par satellite GPS (de l’anglais Global Positioning System). Un tel système de navigation permet de délivrer au drone des coordonnées de position selon trois dimensions, avec une très grande précision. Le drone peut alors naviguer le long des points de passage programmés.
Les techniques GPS, basées sur la réception de signaux émis par plusieurs satellites, sont cependant inopérantes dans un environnement fermé tel que par exemple l’intérieur d’un bâtiment, du fait de l’impossibilité de capter convenablement ces signaux. Afin de résoudre ce problème, différentes solutions techniques sont connues.
Parmi ces solutions connues on peut citer l’intégration de signaux accélérométriques produits par la centrale inertielle embarquée à bord du drone. Toutefois une telle solution, qui donne un positionnement relatif pour le drone, provoque une dérive préjudiciable à la précision du système.
Une autre solution connue consiste à disposer dans l’environnement fermé des balises communiquant selon une technique de communication radio Ultra Large Bande (aussi appelée ULB). Les balises communiquent alors des informations de position au drone. Toutefois, cette technique impose de connaitre précisément la position des balises, ce qui s’avère être particulièrement contraignant à l’usage.
D’autres systèmes connus utilisent des techniques de positionnement basées sur des algorithmes de flot optique. Toutefois de tels systèmes, relativement complexes à mettre en œuvre, ne fonctionnent pas lorsque les conditions de luminosité sont insuffisantes, typiquement en environnement obscur ou pendant la nuit.
D’autres systèmes encore utilisent un repère optique pour permettre au drone de se positionner. Un tel système est par exemple décrit dans le document brevet US 10176722 B1. Le système comporte un dispositif de guidage lumineux positionné au sol, ainsi qu’une ou plusieurs caméras embarquées à bord du drone. Grâce à ses caméras, le drone peut se positionner au niveau d’un emplacement indiqué par le dispositif de guidage, en se positionnant au-dessus de l’emplacement. Toutefois, un tel système est relativement peu souple d’utilisation et n’est pas adapté à des applications pour lesquelles le drone doit inspecter de manière autonome des objets de grandes dimensions ou des bâtiments.
L’invention a donc pour but de fournir un système de positionnement pour drone ne nécessitant aucun paramétrage complexe de points de passage au sein du drone, s’affranchissant de tout recours à un système de positionnement absolu de type coordonnées GPS, et permettant au drone d’inspecter de manière autonome et précise des objets de grandes dimensions ou des bâtiments, tout en étant simple et souple d’utilisation.
A cet effet, l’invention concerne un système de positionnement pour drone comprenant un guide linéaire, le guide linéaire comportant un câble ainsi qu’une pluralité de marqueurs visuels positionnés sur le câble, ledit câble étant destiné à être déployé autour d’une zone d’intérêt pour le drone, lesdits marqueurs visuels définissant une pluralité de segments sur le câble.
Grâce à l’utilisation d’un câble qui est déployé autour de la zone d’intérêt et sur lequel sont disposés plusieurs marqueurs visuels, le drone peut se positionner en autonomie, et de manière simple et précise, pour réaliser sa mission. En effet, le drone est équipé d’une caméra embarquée qui lui permet de capter des images des marqueurs visuels. Après traitement, de telles images fournissent des signaux permettant au drone de se positionner sur l’un des segments du câble de son choix, en se positionnant au-dessus ou face à un marqueur visuel, et ce sans recourir à un quelconque système de positionnement absolu de type coordonnées GPS, ni à des points de passage préprogrammés au sein du drone. Le drone peut ainsi effectuer sa mission en toute autonomie, par exemple en environnement intérieur, et/ou autour d’objets de grandes dimensions ou de bâtiments, en se déplaçant le long du guide linéaire qui définit le périmètre d’intervention du drone. Le drone peut alors effectuer des incursions à l’intérieur de ce périmètre pour réaliser sa mission en se basant sur d’autres capteurs complémentaires embarqués à bord du drone. Le système selon l’invention fournit en outre un repère de positionnement pour le drone.
Avantageusement, les marqueurs visuels sont positionnés à intervalles réguliers sur le câble. Ceci permet de définir le pas de déplacement du drone le long du guide linéaire.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, les marqueurs visuels sont choisis parmi le groupe consistant en: des marqueurs colorés, des codes matriciels QR, des puces de radio-identification RFID, et des diodes électroluminescentes.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, les marqueurs visuels sont des diodes électroluminescentes, chaque diode électroluminescente étant configurée pour présenter un état parmi un ensemble d’au moins deux états distincts, et de préférence parmi un ensemble de trois états distincts. Un tel mode de réalisation préférentiel présente l’avantage de pouvoir fonctionner en conditions de basse luminosité, donc aussi bien de jour comme de nuit. Ce mode de réalisation confère en outre de la souplesse au système de positionnement, et permet de transmettre davantage d’informations de positionnement au drone. En particulier, lorsque les diodes électroluminescentes présentent trois états distincts, il devient possible pour le drone de pouvoir séparer les côtés intérieur et extérieur du périmètre délimité par le guide linéaire, notamment lorsque ce dernier définit une surface fermée ou quasi fermée. Ainsi, en allumant des diodes électroluminescentes voisines avec des couleurs différentes, par exemple trois diodes voisines avec trois couleurs différentes, le drone dispose avantageusement de la capacité à pouvoir s’orienter d’un côté ou de l’autre du guide.
Avantageusement, le pas entre deux diodes électroluminescentes successives sur le câble est compris entre 1 cm et 1 m. Une telle configuration permet d’augmenter la densité des diodes électroluminescentes sur le câble sans nuire à la capacité de discrimination des marqueurs par l’unité de traitement embarquée à bord du drone. Il est ainsi possible d’obtenir pour le système de positionnement une résolution telle que les déplacements du drone le long du guide linéaire sont beaucoup plus fins et donc plus précis, sans nuire à la complexité de traitement des images par le drone. La précision de déplacement du drone le long du guide linéaire est ainsi optimale.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le guide linéaire comporte des moyens de fixation au sol, ou le guide linéaire est configuré pour être déplaçable par rapport au sol. Lorsque le guide linéaire est déplaçable par rapport au sol, cela permet au système de pouvoir avantageusement s’adapter à toute forme de configuration pour la mission.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le guide linéaire est muni en outre d’une unité de traitement reliée à chacun des marqueurs visuels, ladite unité de traitement comportant un module de communication configuré pour recevoir des signaux par voie sans fil.
A cet effet, l’invention concerne également un ensemble comprenant au moins un drone muni d’une caméra embarquée, et un système de positionnement pour drone tel que décrit précédemment. La caméra est configurée pour pouvoir capter des images des marqueurs visuels sur le câble, et pour pouvoir transmettre à une unité embarquée dans le drone des signaux correspondants aux images, laquelle unité comporte un module de traitement de signaux et un module de pilotage de moyens de navigation du drone.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le module de traitement de signaux comporte au moins un processeur et des moyens mémoire reliés audit au moins un processeur, lesdits moyens mémoire stockant une application de traitement de signaux.
Avantageusement, l’unité embarquée à bord du drone comporte en outre un module de communication configuré pour émettre des signaux par voie sans fil à destination du guide linéaire, ledit module de communication étant relié au module de traitement de signaux. Une telle configuration offre une liaison de communication entre le drone et le guide linéaire, permettant au drone d’envoyer des instructions au guide linéaire.
Avantageusement, le module de traitement de signaux à bord du drone est configuré pour générer des signaux de commande de changement d’état des diodes électroluminescentes sur le câble, et le module de communication est configuré pour émettre lesdits signaux par voie sans fil à destination du guide linéaire. Cette caractéristique permet au drone d’envoyer des instructions au guide linéaire, par exemple pour définir un nombre de diodes électroluminescentes à allumer correspondant aux limites d’évolution du drone, ou encore pour définir la section à allumer sur le câble afin de choisir la prochaine position du drone sur ce dernier.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
La figure 1 représente un ensemble 1 comprenant au moins un drone 2 et un système 4 de positionnement pour le drone 2. Le drone 2 peut être de tout type, notamment de type roulant, volant, flottant ou sous-marin. Lorsque le drone 2 est un drone volant, ce dernier est par exemple un drone à voilure tournante tel qu’un quadricoptère. Les moteurs actionnant les quatre rotors du quadricoptère sont pilotés indépendamment par des moyens de navigation et de contrôle d’altitude embarqués au sein du drone 2 (ces derniers n’étant pas représentés sur la figure pour des raisons de clarté).
Le drone 2 est muni d’une caméra embarquée 6, qui est configurée pour être orientée vers le système de positionnement 4, et en particulier vers le guide linéaire qui sera décrit par la suite. Selon les configurations de ce guide linéaire, la caméra 6 est par exemple une caméra agencée sous le drone 2 (lorsque le guide linéaire est positionné au sol), ou encore une caméra à visée frontale si le guide linéaire est positionné en hauteur à distance du sol. La caméra 6 permet d’obtenir une image de la scène vers laquelle est orienté le drone 2, et est par exemple une caméra grand angle à capteur CMOS (de l’anglais Complementary Metal Oxide Semiconductor). Le drone 2 comporte en outre une unité 8 embarquée à bord du drone 2, reliée à la caméra 6. La caméra 6 est configurée pour capter des images de certains marqueurs visuels du système 4, qui seront décrits par la suite, et pour transmettre à l’unité 8 des signaux correspondants aux images.
L’unité 8 comporte un module 10 de traitement de signaux et un module 12 de pilotage des moyens de navigation du drone. Le module de pilotage 12 est relié au module 10 de traitement de signaux. De préférence, et comme illustré sur la figure 1, l’unité 8 comporte en outre un module de communication 14, relié au module 10 de traitement de signaux.
Le module 10 de traitement de signaux comporte au moins un processeur 16 et des moyens mémoire 18. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 1, le module de traitement 10 comporte un seul processeur 16, et une mémoire 18 reliée au processeur 16. La mémoire 18 stocke une application 20 de traitement de signaux. L’application 20 comporte des instructions de programme qui, lorsqu’exécutées par le processeur 16, sont configurées pour traiter les signaux reçus de la caméra 6 et ainsi permettre la reconnaissance d’un ou plusieurs marqueur(s) visuel(s), et pour en déduire une estimation de sa ou de leurs position(s). Le module de traitement 10 est configuré pour transmettre au module de pilotage 12 des signaux contenant des estimations de position d’un ou plusieurs marqueurs(s) visuel(s). De préférence, le module de traitement 10 est en outre configuré pour générer des signaux de commande à destination d’un guide linéaire qui sera décrit par la suite, notamment pour générer des signaux de commande de changement d’état de diodes électroluminescentes agencées sur le guide.
Le module de communication 14 est configuré pour recevoir les signaux de commande générés par le module de traitement 10 et pour émettre ces signaux via un protocole de communication par voie sans fil, par exemple via un protocole Wi-Fi.
Le système de positionnement 4 comprend un guide linéaire 22. Le guide linéaire 22 comporte un câble 24 ainsi que plusieurs marqueurs visuels 26 positionnés sur le câble 24. De préférence, et comme illustré sur la figure 1, le guide linéaire 22 comporte en outre une unité de traitement 28 reliée à chacun des marqueurs visuels 26. Le guide linéaire 22 peut soit comporter des moyens de fixation au sol, soit être configuré pour être déplaçable par rapport au sol. Dans le cas où le guide linéaire 22 comporte des moyens de fixation au sol, ces derniers (qui ne sont pas représentés sur la figure pour des raisons de clarté) sont par exemple constitués d’un système de masses permettant de lester le câble 24 au sol. Ceci permet d’éviter un déplacement du guide linéaire 22 par le souffle du drone 2 et de faciliter le positionnement de l’ensemble. Dans le cas où le guide linéaire 22 est configuré pour être déplaçable par rapport au sol, le guide linéaire 22 peut par exemple être fixé à un mur ou au plafond d’un bâtiment.
Le câble 24 est déployé autour d’une zone d’intérêt 30 pour le drone 2. La zone d’intérêt 30 est typiquement un objet de grandes dimensions, ou encore un bâtiment, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. De préférence, le câble 24 est constitué d’un matériau de type silicone pour maximiser l'adhérence du guide linéaire 22 en fonction du type de sol. Ceci permet d’éviter un déplacement du guide linéaire 22 par le souffle du drone 2 et de faciliter le positionnement de l’ensemble. De préférence encore, le câble 24 est constitué d’un matériau étanche pour assurer le fonctionnement en milieu industriel ou en milieu humide.
Les marqueurs visuels 26 définissent plusieurs segments 32 sur le câble 24. De préférence, et comme illustré sur la figure 1, les marqueurs visuels 26 sont positionnés à intervalles réguliers sur le câble 24. Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, qui est illustré sur la figure 1, les marqueurs visuels 26 sont des diodes électroluminescentes. Chaque diode électroluminescente 26 est configurée pour présenter un état parmi un ensemble d’au moins deux états distincts, et de préférence parmi un ensemble de trois états distincts. Les états peuvent être par exemple des couleurs distinctes, ou encore des modes de scintillement ou de clignotement distincts. De préférence, le pas entre deux diodes électroluminescentes 26 successives sur le câble 24 est compris entre 1 cm et 1 m. En variante non représentée, les marqueurs visuels 26 peuvent être des marqueurs colorés, des codes matriciels QR (de l’anglais Quick Response), ou encore des puces de radio-identification RFID (de l’anglais Radio Frequency Identification). Dans ce cas, chaque marqueur visuel 26 est par exemple constitué d’une plaque sur laquelle le motif visuel est reproduit des deux côtés de la plaque de manière à être lisible quelle que soit la position de la plaque. La plaque est par exemple libre en rotation autour du câble 24 afin d’assurer un positionnement à plat sur le sol.
L’unité de traitement 28 comporte un module de communication 34. Lorsque les marqueurs visuels 26 sont des diodes électroluminescentes, l’unité de traitement 28 comporte également des moyens de pilotage de l’alimentation électrique et des moyens de commande d’un changement d’état de ces diodes, de tels moyens n’étant pas représentés sur la figure 1 pour des raisons de clarté. L’alimentation électrique de l’unité de traitement 28 est par exemple assurée via une batterie électrique (intégrée ou non à l’unité de traitement), ou via un raccordement à un réseau électrique extérieur. En variante non représentée, le guide linéaire 22 ne comporte pas d’unité de traitement, et chaque diode électroluminescente 26 est munie d’une batterie individuelle d’alimentation et d’un module de communication.
Le module de communication 34 est configuré pour recevoir des signaux par voie sans fil, notamment pour recevoir des signaux de commande transmis par le drone 2 via un protocole de communication par voie sans fil, typiquement un protocole Wi-Fi. De tels signaux de commande peuvent également être transmis au module de communication par un appareil électronique externe, notamment un appareil portatif tel que par exemple une tablette électronique (un tel appareil n’étant pas représenté sur la figure 1 pour raisons de clarté).
En fonctionnement, grâce à sa caméra embarquée 6, le drone 2 peut capter des images des marqueurs visuels 26 positionnés sur le câble 24. Après traitement par le module de traitement 10 embarqué dans le drone 2, et en particulier par l’application 20, de telles images fournissent au drone 2 des signaux qui lui permettent, via ses moyens de navigation et de contrôle d’altitude, de se positionner sur l’un des segments 32 du câble 24 de son choix, en se positionnant au-dessus ou face à un marqueur visuel 26. Dans le mode de réalisation préférentiel selon lequel les marqueurs visuels 26 sont des diodes électroluminescentes, le drone 2 peut transmettre des signaux de commande de changement d’état des diodes à l’unité de traitement 28 du guide linéaire 22. Le drone 2 peut en particulier commander l’allumage d’une première diode électroluminescente 26 correspondant à la zone sur le câble 24 vers laquelle il souhaite se diriger. Après réception du signal de commande par l’unité de traitement 28, la diode est allumée par l’unité 28 dans un premier état prédéterminé, typiquement une première couleur. La diode électroluminescente 26 située immédiatement en amont de la première diode sur le câble 24 peut alors être allumée par l’unité 28 dans un deuxième état prédéterminé, typiquement une deuxième couleur. La diode électroluminescente 26 située immédiatement en aval de la première diode sur le câble 24 peut en outre être allumée par l’unité 28 dans un troisième état prédéterminé, typiquement une troisième couleur. Ceci permet au drone 2 de discerner les côtés intérieur et extérieur du câble 24 lorsque ce dernier définit une surface fermée ou quasi fermée, et de pouvoir ainsi s’orienter d’un côté ou de l’autre du guide 22. En variante, plusieurs diodes électroluminescentes 26 peuvent être allumées de la même couleur pour apporter de la robustesse à la mesure. Le drone 2 considère dans ce cas, pour chaque couleur, le centre de gravité des diodes 26 éclairant dans cette couleur, afin de définir la position.
Le drone 2 peut ainsi effectuer sa mission en toute autonomie, par exemple en environnement intérieur, et/ou autour d’un objet de grandes dimensions ou d’un bâtiment, en se déplaçant le long du guide linéaire 22 qui définit le périmètre d’intervention du drone 2. Le drone 2 peut alors effectuer des incursions à l’intérieur de ce périmètre pour réaliser sa mission en se basant sur d’autres capteurs complémentaires embarqués à bord du drone. Le système 4 selon l’invention fournit en outre un repère de positionnement pour le drone 2, qui permet à ce dernier d’effectuer des allers-retours vers le guide linéaire 22 afin de se repositionner.
Claims (11)
- Système (4) de positionnement pour drone (2) comprenant un guide linéaire (22), caractérisé en ce que le guide linéaire (22) comporte un câble (24) ainsi qu’une pluralité de marqueurs visuels (26) positionnés sur le câble (24), ledit câble (24) étant destiné à être déployé autour d’une zone d’intérêt (30) pour le drone (2), lesdits marqueurs visuels (26) définissant une pluralité de segments (32) sur le câble (24).
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les marqueurs visuels (26) sont positionnés à intervalles réguliers sur le câble (24).
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les marqueurs visuels (26) sont choisis parmi le groupe consistant en: des marqueurs colorés, des codes matriciels QR, des puces de radio-identification RFID, et des diodes électroluminescentes.
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les marqueurs visuels (26) sont des diodes électroluminescentes, chaque diode électroluminescente étant configurée pour présenter un état parmi un ensemble d’au moins deux états distincts, et de préférence parmi un ensemble de trois états distincts.
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pas entre deux diodes électroluminescentes (26) successives sur le câble (24) est compris entre 1 cm et 1 m.
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide linéaire (22) comporte des moyens de fixation au sol, ou en ce que le guide linéaire (22) est configuré pour être déplaçable par rapport au sol.
- Système (4) de positionnement pour drone (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide linéaire (22) est muni en outre d’une unité de traitement (28) reliée à chacun des marqueurs visuels (26), ladite unité de traitement (28) comportant un module de communication (34) configuré pour recevoir des signaux par voie sans fil.
- Ensemble (1) comprenant au moins un drone (2) muni d’une caméra embarquée (6), et un système (4) de positionnement pour drone (2), caractérisé en ce que le système (4) de positionnement pour drone (2) est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, ladite caméra (6) étant configurée pour pouvoir capter des images des marqueurs visuels (26) sur le câble (24), et pour pouvoir transmettre à une unité (8) embarquée dans le drone (2) des signaux correspondants aux images, laquelle unité (8) comporte un module (10) de traitement de signaux et un module (12) de pilotage de moyens de navigation du drone.
- Ensemble (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le module (10) de traitement de signaux comporte au moins un processeur (16) et des moyens mémoire (18) reliés audit au moins un processeur (16), lesdits moyens mémoire (18) stockant une application (20) de traitement de signaux.
- Ensemble (1) selon la revendication 8 ou 9 lorsque le système de positionnement (4) est conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l’unité (8) embarquée à bord du drone (2) comporte en outre un module de communication (14) configuré pour émettre des signaux par voie sans fil à destination du guide linéaire (22), ledit module de communication (14) étant relié au module (10) de traitement de signaux.
- Ensemble (1) selon la revendication 10 lorsque le système de positionnement (4) est conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le module (10) de traitement de signaux à bord du drone (2) est configuré pour générer des signaux de commande de changement d’état des diodes électroluminescentes (26) sur le câble (24), et en ce que le module de communication (14) est configuré pour émettre lesdits signaux par voie sans fil à destination du guide linéaire (22).
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