Brevet FR2522165A1 — publié le 19830826

La présente invention concerne un véhicule se déplaçant automatiquement du type pouvant reproduire un apprentissage, qui, d'abord, mémorise, pendant le déplacement effectué sous commande manuelle, le modèle à reproduire pour les angles de braquage des roues directrices en fonction de la distance de déplacement parcourue depuis le point de départ et qui, ensuite, se déplace automatiquement, pendant tout déplacement automatique ultérieur, par autocoimande de l'angle de braquage des roues directrices d'après ledit modèle mé- morisé. Parmi les véhicules connus pouvant se déplacer automatiquement sans contrôle humain, on peut notamment citer un type de véhicule susceptible d'effectuer ce déplacement automatique sans contrôle humain, grèce à un guidage assuré par un rail ou une ligne de guidage disposés sur la totalité du parcours devant être effectué sans contrôle humain Ceci présente des inconvénients, car, dans le cas d'une longue distance de déplacement, le coût d'instal- lation du rail ou de la ligne de guidage devient trop élevé et, en raison même de ce coût d'installation élevé, il n'est pas facile de modifier ou de changer le parcours après qu'un parcours d'une forme particulière a été installé En outre, le fait d'installer un semblable rail ou une semblable ligne de guidage peut gêner certains types de travail, par exemple dans le cas d'un véhicule utilitaire prenant contact avec le sol comme une tondeuse à gazon ou un appareil analogue, de sorte qu'il s'est révélé pratiquement impossible de concevoir un semblable véhicule à déplacement automa- tique pouvant effectuer un déplacement sans contrôle humain au moyen d'un rail ou d'une ligne de guidage installés sur la totalité du parcours. De ce fait, il a récemment été proposé un véhicule se déplaçant automatiquement sans contrôle humain, qui est du type pouvant reproduire un apprentissage Ce type de véhicule se recèle supérieur à celui qui utilise une ligne de guidage en raison de sa capacité de déplacement automatique lui permettant de suivre un modèle de parcours arbitraire une fois qu'il l'a mémorisé Toute- fois, puisque ce type de véhicule effectue un déplacement automatique en fonction des seules informations mémorisées, toute éventuelle erreur initiale de la position ou de l'orientation du véhicule et, ou bien, une erreur portant sur la direction de déplacement, comme il peut en résulter de n'importe quellesperturbationsexternes telles qu'ondu- lations irrégulières du terrain pendant le déplacement, ne seront jamais corrigées et présenteront plutôt la néfaste tendance à devenir de plus en plus grandes au fur et à mesure de l'avance du véhicule Il est donc souhaitable que des améliorations soient trouvées en relation avec ce qui vient d'être énoncé. L'invention a pour objet, étant donné les incon- vénients ci-dessus mentionnés de la technique antérieure, de permettre que, dans le véhicule se déplaçant automatiquement sans contrôle humain du type pouvant reproduire un apprentissage, soit éliminée l'erreur initiale de la direction de départ au point de démarrage et de permettre également un contrôle des écarts ou déviations éventuels par rapport au parcours fixé ainsi que, en cas de besoin, une correction dé ces écarts, de temps à autre, pendant le déplace- ment effectué sur le parcours en marche automatique dans le cas o celui-ci s'effectue sur une distance considérablement longue. Pour réaliser cet objectif, le véhicule à déplace- ment automatique de l'invention est du type apte à reproduire un apprentissage, qui est doté d'un premier moyen de commande destiné à manoeuvrer les roues directrices en fonction de données d'infor- mation précédemment mémorisées lorsque le véhicule a parcouru des distances prédéterminées à partir du point de démarrage, suivant des angles respectivement prédéterminés; le véhicule à déplacement automatique se distingue en ce qu'il comprend: des détecteurs de ligne de guidage constitués de plusieurs capteurs qui sont disposés suivant les directions gauche et droite par rapport à la carrosserie du véhicule et qui sont conçus pour capter l'approche, dans certaines limites de distance, d'objets quelconques devant être captés qui sont disposés sur le sol et qui constituent la ligne de guidage; et un deuxième moyen de commande conçu pour commander, en fonction de signaux de sortie desdits détecteurs de ligne de guidage, la carros- serie du véhicule de façon à maintenir son parcours sur la ligne de guidage, ledit deuxième moyen de commande étant conçu de façon à avoir la priorité d'action sur le premier moyen de commande aussi longtemps que l'un quelconque desdits détecteurs de ligne de guidage est en train de détecter ledit objet devant être capté. Si l'on considère d'abord le comportement initial sur le point de départ, on note qu'alors le détecteur de ligne de guidage détecte une ligne de guidage qui est prévue sur ce point du sol si bien que le deuxième moyen de commande commande le véhicule, en fonction de ce signal de détection, de manière à maintenir son parcours sur la ligne de guidage, ce qui a pour effet de minimiser l'erreur initiale d'orientation Dès qu'il a quitté la ligne de guidage et qu'il continue de se déplacer vers l'avant, le véhicule est alors naturellement commandé par le premier moyen de commande, qui manoeuvre les roues directrices en fonction des données d'infor- mation précédemment mémorisées à chaque fois que le véhicule s'est déplacé de distances prédéterminées respectives par rapport au point de départ suivant des angles prédéterminés respectifs Il est en outre possible que soient prévues certaines lignes de guidage inter- médiaires dans le parcours prédéterminé pour permettre la correction d'é ve N tuels écarts ou déviations par rapport audit parcours pré- déterminé pendant le déplacement, puisque le deuxième moyen de com- mande est en mesure de prendre le pas sur le premier moyen de c Dmo ande pour commander la marche du véhicule de façon qu'il maintienne son parcours suivant chacune de ces lignes de guidage. Au moyen de la structure ci-dessus décrite, il a donc été rendu possible de réaliser um déplacement automatique excel- lent dont les écarts de parcours sont minimisés, même dans le cas d'une longue distance à parcourir et sans qu'il ait été besoin de faire appel à des lignes de guidage couvrant toute la longueur du parcours. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: la figure 1 est une élévation latérale générale d'un mode de réalisation du véhicule à déplacement automatique du type reproduction d'apprentissage selon leinvention; la figure 2 est une vue en plan montrant la struc- ture de la partie inférieure du véhicule; la figure 3 est une vue en plan montrant la struc- ture des détecteurs de ligne de guidage; la figure 4 est un diagramme du circuit oléo- hydraulique des roues directrices; la figure 5 est une vue en bout de face d'un panneau de manoeuvre; la figure 6 est un diagramme du circuit de com- mande; la figure 7 est un organigramme utilisé pendant l'apprentissage; la figure 8 est un organigramme utilisé pendant la reproduction de l'apprentissage; la figure 9 est une vue explicatrice de la struc- ture en tableaux de données d'un couple de tables; et la figure 10 est un exemple de parcours suivi. Sur la figure 1, est représentée une tondeuse à gazon, à titre d'exemple particulier de véhicule se déplaçant auto- matiquement du type pouvant reproduire un apprentissage, o, en une partie intermédiaire située entre les roues avant et les roues arrière de la carrosserie 1 du véhicule, dotée d'un moyen de commande, il est monté par un moyen de suspension un appareil 2 de tonte de gazon pouvant seulement effectuer un mouvement de montée et de descente. A l'avant et à l'arrière de la carrosserie 1, sont fixés des détec- teurs 3 et 4 de ligne de guidage au moyen de ressorts 5, comme cela est indiqué sur la figure 2 Sur des parties de la base de montage des détecteurs 3 et 4 de ligne de guidage, sont prévus des commutateurs limiteurs 6, suivant une structure telle qu'un signal d'arrêt de déplacement est produit en cas de collision accidentelle des détec- teurs 3 et 4 de ligne de guidage avec un obstacle quelconque, l'action- nement de ces commutateurs limiteurs 6 ayant ainsi pour effet d'ar- rêter le déplacement. La figure 3 montre la structure de la ligne de guidage et des détecteurs 3 et 4 de ligne de guidage Chaque ligne de guidage est ici constituée par des boulons en fer 7, constituant un exemple particulier de pièces en matériau magnétique, qui sont enfoncés dans le sol au point de départ et en certains points de contrôle convenablement disposés en des points intermédiaires du parcours, à intervalles de 10 cm sur une étendue d'environ 10 m. Chacun des détecteurs 3 et 4 de ligne de guidage est constitué de capteurs S disposés à raison de onze du côté gauche et onze du côté droit et épar g N a N t une partie médiane vierge, les capteurs pas- sant dans l'état "ferme" lorsqu'ilscaptent les pièces 7 en matériau magnétique. La figure 4 montre un circuit oléohydraulique destine à réaliser le braquage des roues avant 8, qui sont les roues directrices de la carrosserie 1 du vehicule, o les roues avant 8 sont soumises à une action de braquage par un cylindre o 11 o- hydraulique 9, et ce cylindre oléohydraulique 9 est raccordé à une pompe oleohydraulique 12 par l'intermédiaire d'une soupape électro- magnétique 10, qui détermine le sens d'écoulement de l'huile, et d'une soupape de dérivation 11, qui dérive une quantité donnée d'huile sur la soupape électromagnétique 10 Le braquage des roues avant 8 s'effectue donc par actionnement du solénoïde gauche 13 ou du solenoïde droit 14 de la soupape électromagnétique 10. La figure 6 est un diagramme du circuit de commande permettant d'actionner les solénoïdes gauche et droit 13 et 14 de la soupape électromagnétique 10 Le circuit de commande comprend une section 15 de commande de poursuite de ligne de guidage et une sec- tion 16 de commande de reproduction d'apprentissage et cette section 16 de commande de reproduction d'apprentissage est constituée par un microcalculateur 17 formant son élément central qui est également destiné à réaliser la commutation entre la commande de poursuite de ligne de guidage et la commande de reproduction d'apprentissage Ia référence PG désigne un générateur d'impulsions utilisé pour mesurer la distance effectivement parcourue, le train d'impulsioms ainsi produit étant appliqué en entrée à un compteur C de distance, et le signal de sortie de ce compteur de distance C étant appliquée en entrée au microcalculateur. Ladite section 15 de commande de poursuite possède, comme cela a déjà été mentionné ci-dessus, des détecteurs 3 et 4 de ligne de guidage qui sont respectivement disposés à l'avant et à l'arrière de la carrosserie 1 du véhicule Les capteurs S respecti- vement disposés du côté gauche et du côté droit par rapport à une partie médiane du:détecteur avant 3 et du détecteur arrière 4 sont groupés en mode OU câblé, onze capteurs étant disposés de chaque côté. Alors, si la ligne de guidage se présente devant la carrosserie 1 du véhicule du côté gauche, l'un des capteurs gauches S capte la ligne de guidage et produit un signal 51 de niveau haut, et ce signal est amplifié par un amplificateur A 1 de côté gauche, afin d'actionner le solénoïde droit 14 Dans le cas o l'un quelconque des capteurs S droits capte la ligne de guidage, il s'ensuit, de manière identique, un actionnement du solénoïde gauche 13 par un signal 52 de niveau haut correspondant Lorsqu'on en arrive à ce que la ligne de guidage coïncide avec la partie médiane du détec- teur, aucun signal de sortie n'est produit Les capteurs S gauches et droits du détecteur 4 de ligne de guidage se trouvant à l'arrière sont eux aussi groupés de façon identique dans le mode OU câblé et un signal de sortie 53 de niveau haut est fourni lorsqu'un quel- conque des capteurs S gauches captent les pièces 7 en matériau magnétique à capter, tandis qu'un signal de sortie 54 de niveau haut est fourni lorsque l'un quelconque des capteurs S droits captent ces pièces Les signaux 53 et 54 sont respectivement appliqués en entrée aux portes G 1 et G 2; et les portes G 1 et G 2 sont destinées à rece- voir en entrée les deux signaux d'entrée du détecteur 3 de ligne de guidage se trouvant en avant de façon à être bloquées lorsque l'un ou l'autre desdits deux signaux d'entrée passe au niveau haut. Ainsi, il est obtenu que, lorsque les deux signaux d'entrée S,, 52 de niveau bas sont appliqués par les sorties du détecteur 3 de ligne de guidage se trouvant en avant, alors un signal de sortie 53 de niveau haut du capteur gauche actionne le solénotde gauche 13, tandis qu'un signal de sortie 54 de niveau haut du capteur droite actionne le solénoide droit 14 Dans ces conditions, les détecteurs 3 et 4 se trouvant respectivement en avant et en arrière sont dans des modes inversés de fonctionnement en ce qui concerne l'actionnement des solénoïdes 13 et 14 De plus, dans la partie médiane du détec- teur 4 se trouvant à l'arrière, il est fixé un capteur S' qui détecte le fait que la partie médiane de la carrosserie du véhicule se trouve convenablement placée sur la ligne de guidage De cette manière, les capteurs S sont supposés être conçus de façon à pouvoir délivrer leurs signaux respectifs 51 à 54 suivant deux lignes séparées, et les signaux si à 54 apparaissant sur l'une respective des deux lignes sont appliqués comme signaux d'entrée au microcalculateur 17 de façon que, lorsque tous ces signaux d'entrée sont des signaux 51 à 54 de niveau bas, alors le microcalculateur 17 permet que la commande par reproduction de l'apprentissage soit effectivement mise en oeuvre. Sont également appliqués en entrée au microcalculateur 17 des signaux "fernms" et, ou bien,"ouverts" provenant des sources suivantes un commutateur 18 de sélection de mode qui assure la commutation entre les opérations d'apprentissage et les opérations de reproduction un commutateur principal de démarrage 18 '; et des commutateurs d'actionnement SW 3 et SW 2 associés aux solénoïdes gauche 13 et droit 14, qui sont manoeuvrés manuellement pendant l'apprentissage. Ainsi, ladite commande de poursuite a priorité sur la manipulation manuelle si l'on tient compte de la fonction des commutateurs G, et G 4 destinés à être placés en position ouverte lorsqu'il est produit un signal de détection de la part de l'un quelconque des capteurs pendant l'apprentissage; pendant la reproduction, ladite conmmande de poursuite a également priorité sur la commande de reproduction, sur la base du fait qu'il y a programmation dans ce but. On va maintenant exposer les principes généraux de la programmation en relation avec les figures 7 et 8. Deux tables, désignées par les références I et 2 sur la figure 9, sont destinées à emmagasiner les données de façon qu'elles puissent en être extraites au moment voulu Dans la table 2, sont consécutivement emmagasinées les données correspondant aux modi- fications d'état entre l'actionnement et l'arrêt des solénoïdes gauche 13 et droit 14, en même temps que la distance parcourue depuis le point de départ à l'instant o chacun de ces événements se produit. Dans la table 1, sont emmagasinées les adresses de tableau associées (Add 2) de la table 2 à rappeler respectivement une fois achevées lesdites opérations consécutives de commande de poursuite. La figure 7 présente un organigramme correspondant à l'apprentissage. Au moyen du commutateur de démarrage 18 ', es L effectuée l'initialisation (i) des adresses de tableau des ta Lbe U 1 et 2 D'abord, il est vérifié s'il existe ou non un quelconr ue cigal de niveau haut 51 à 54, S' (ii); et, s'il en existe un, une adresse (Add 2) de la table 2, en vue de l'écriture à cet emplacement de la donnée de la distance parcourue à cet instant, est écrite à une adresse (Addl) de la table 1 (iii); alors, l'adresse (Addl) de la table 1 subit une incrémentation (iv) ;et le déroulement des étapes cesse de progresser dans l'organigramme, qui reste en boucle d'at- tente, jusqu'à ce que les signaux de niveau haut 51 à 54 S' venant des détecteurs 3 et 4 de ligne de guidage soient passes au niveau bas (v) Dans le même temps, la commande de poursuite s'effectue en relation avec les signaux de sortie des détecteurs 3 et 4 Lorsqu'il arrive un moment o aucun signal de niveau haut n'existe en provenance des détecteurs 3 et 4, l'état "ferme" et, ou bien, "ouvert" des com- mutateurs SW 1 et SW 2 des solénoïdes est mis sous surveillance (vi); et, s'il ne survient aucune modificatinn, la distance parcourue à cet instant ainsi que la condition de modification codée sont écrites dans la table 2 (vii); alors, l'adresse de la table 2 subit une incrémentation (viii), de façon à faire apparaître une adresse de tableau (Add 2) du domaine dans lequel il doit être écrit à l'occasion immédiatement suivante. La figure 8 représente un organigramme valable pendant la reproduction. Les références (i)' et (ii)' se rapportent a l'initialisation et à la vérification des signaux de niveau haut 51 à 54 et S' en provenance de l'un quelconque des détecteurs, de la même façon que dans le cas cidessus mentionné Lorsqu'un quelconque signal de niveau haut 51 à 54, S' est présent, la commande des solé- noides gauche et droit subit un arrêt (iii)'; puis l'adresse de la table 2 servant à retrouver accès à celle-ci est lue dans la table 1 (iv)'; après quoi l'adresse de la table 1 subit une incrémentation de façon a faire apparaître le domaine immédiatement suivant (v Y. C'est alors la période d'attente qui permet d'attendre l'apparition de signaux de niveau bas en provenance des détecteurs 3 et 4 (vi)'. Lorsque les signaux 51 à 54 et S' sont bas, la distance de parcours emmagasinée et les modifications dessolénoildes sont lues dans le domaine approprié de l'adresse (Add 2) du tableau 2 (vii)'; le signal de sortie du compteur C qui mesure la distance parcourue est alors rappelé (viii)'; puis suit la période d'attente (ix)' qui dure jusqu'au moment o la valeur du compteur C atteint ladite distance de parcours, cependant que les signaux de sortie des détecteurs 3 et 4 sont mis sous surveillance (x) ' Ensuite, à l'instant o la distance parcourue coïncide avec la distance contenue dans la table 2, il est effectué une modification convenable, en fonction de la donnée contenue dans cette table, du niveau voulu de signal à délivrer au soléno Tde gauche 3 ou droit 4 (xi)'; ensuite, l'adresse 4 e la table 2 subit une incrémentation (xii)'; après quoi l'adresse de la table 2 qui doit être rappelée à la prochaine occasion est introduite - Si, à l'instant o est lue la distance de parcours emmagasinée dans le domaine de l'adresse (Add 2), il apparaît que cette distance est inférieure à la valeur du compteur C, alors l'instruc- tion mémorisée qui est destinée au solénoïde gauche ou droit pour cette distance de parcours est délivrée directement au solénoïde approprié. Les opérations de commande sont appliquées de la manière ci-dessus décrites. On va maintenant expliquer la raison pour laquelle sont prévues les tables 1 et 2 En ce qui concerne les lignes de guidage qu'il eat prévu de placer en des positions intermédiaires du parcours, il est préférable de placer chacune d'elles immédia- tement après la fin de chaque virage important ou parcours en courbe du véhicule, puisque toute erreur de direction du véhicule constituant en un écart par rapport à l'orientation visée, comme il peut eu résulter à la suite d'une courbe, peut alors être corrigée au moyen de cette ligne de guidage avant que l'écart par rapport au parcours ne devienne trop important Selon un exemple préféré, pendant l'ap- prentissage, un ensemble de donîées telles que "solénoïde droit; état fermé, distance de déplacement; 59 rd" est mémorisé à l'adresse 100 de la table 2, et une ligne de guidage est placée immédiatement 25221 65 de façon à commencer à la distance de déplacement de 60 m Toute- fois, lors d'une marche en reproduction effectuée ultérieurement sur la base de semblables conditions préparatoires, il peut éven- tuellement arriver, par suite d'un dérapage des roues, une erreur de reproduction du rayon de courbure ou de quelque chose équivalent, un événement tel que le véhicule arrive en réalité sur la ligne de guidage à un, instant pour lequel la lecture de la distance parcourue (c'est-à-dire la valeur du signal de sortie du compteur de distance) telle qu'elle a été mesurée en temps réel par le véhicule au cours de cette marche en reproduction n'est encore que de 58 m Dans ce cas, si, au moment o le véhicule quitte la ligne de guidage, l'étape de commande de reproduction est effectuée d'après les données mimo- risées à ladite adresse 100 (ainsi, le solénotde droit; état fermé), alors la volonté initiale de prévoir une ligne de guidage dans le but de corriger l'erreur de direction serait complètement ignorée et n'aurait donc aucun sens Pour éviter qu'un tel événement ne se produise, il est donc nécessaire, à l'instant de quitter cette ligne de guidage, d'ignorer les données emmagasinées à ladite adresse , à savoir de délivrer une instruction demandant de sauter de l'adresse 99 à l'adresse 101 Un moyen permettant d'atteindre ce but est prévu dans la table 1, et l'adresse appropriée de la table 2 qui doit être lue au moment de quitter la ligne de guidage est définie autoritairement par la table 1 Il devient donc possible d'éviter la situation inadéquate qui ne manquerait pas autrement de se produire dans la cas o il aurait été prévu une distance tout à fait courte entre un point de commande par ledit moyen de commande (dérivant du processus de reproduction de l'apprentissage) et la ligne de guidage immédiatement suivante, à savoir l'événement éventuel, qui se produit dans un tel cas, d'un véhicule abordant prématurément la ligne de guidage avant de subir les effets de l'étape de commande du premier moyen de commande, sur la base de l'erreur existant entre la distance de parcours mémorisée pendant la marche en apprentissage et la distance de parcours mesurée d'après ce qui est parcouru pendant une marche ultérieure en mode de reproduction, si bien que le deuxième moyen de commande travaille alors sur une base prioritaire et que le premier moyen de commande attend son tour pour travailler, tout ceci ayant pour effet général de laisser le déplacement du véhi- cule s'effectuant à la suite de cela prendre éventuellement un écdrt important par rapport à la direction prédéterminée. Sur la figure 5 est présenté un panneau de manoeuvre destiné à la manoeuvre des commutateurs SW 1, SW 2, etc, ainsi que d'un levier de manoeuvre 19 qui est prévu de la manière illustrée. Sur la figure 103 est montré un parcours de dépla- cement particulier o les lignes de guidage et le véhicule en dépla- cement sont respectivement désignés par A et B. Les ensembles associés que forment les lignes de guidage et les capteurs ne se limitent pas à des ensembles du type sans contact tels que pièces en matériau magnétique et capteurs magnétiques, éléments électroluminescents et capteurs photo-élec- triques, etc, mais ils peuvent également être du type à contact tels que par exemple un rail prévu en chaque point de contrôle pour jouer le rôle de la ligne de guidage, la carrosserie du véhicule étant alors équipée de galets destinés à venir porter sur le rail d'un côté et de l'autre, les galets faisant fonction de capteurs. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du véhicule à déplacement automatique dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D; C A T 1 O t S 1 Dispositif se déplaçant automatiquement du type pouvant reproduire un apprentissage, qui est doté d'un premier mncyen de commande ( 16) destiné à manoeuvrer des roues directrices ( 8), en fonction de données d'information mémorisées précédemment, lorsque le véhicule a parcouru des distances prédéterminées à partir d'un point de départ, suivant des angles prédéterminés respectifs, le véhicule étant caractérisé en ce qu'il comprend: des détecteurs ( 3 et 4) de ligne de guidage constitués de plusieurs capteurs (S) qui sont disposés dans les directions gauche et droite de la carrosse- rie ( 1) du véhicule et qui sont destinés à capter l'approche, dans certaines limites de distance, d'objets ( 7) à capter qui sont dis- posés sur le sol pour constituer la ligne de guidage; et un deuxième moyen de commande ( 15) destiné à commander, en fonction de signaux de sortie desdits détecteurs ( 3 et 4) de ligne de guidage, la carros- serie du véhicule afin de maintenir son parcours sur la ligne de guidage; o ledit deuxième moyen de commande est conçu pour avoir priorité sur le premier moyen de commande aussi longtemps que l'un quelconque desdits détecteurs de ligne de guidage est en *train de détecter ledit objet à capter. 2 Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commutation réalisée du premier moyen de commande au deuxième moyen de commande et du deuxième moyen de commande au premier moyen de commande est effectuée à l'aide des signaux de sortie desdits capteurs (S) dudit deuxième moyen de commande, les signaux ayant donc un semblable double but.