Brevet FR2584197A1 — publié le 19870102

DESCRIPTION La présente invention concerne un système de localisation et de guidage automatique de véhicules mobiles. Elle est basée sur des techniques électroniques et optiques et utilise principalement des composants existants disponibles sur le marché. Les systèmes existants sont plutôt bases soit sur des techniques radar (mesure de distances) soit sur des systèmes de détection de fils enterrés ou de bandes collées au sol, soit sur des systèmes à centrales inertielles, soit encore sur des mesures de distances par mesures de temps de trajet d'impulsions radio synchronisées au départ par des horloges très précises. Le principe de la présente invention repose sur des mesures d'angles par visées successives, à partir du mobile, de balises fixes. Le système se compose de balises fixes (au moins 3) et d'un équipement monté sur le véhicule à guider. Le principe de la localisation est mis en évidence par la figure 1/6. Soit un véhicule (4) orienté selon # et 3 balises fixes (1), (2) et (3) émettant en permanence un signal lumineux modulé. A partir de visées successives de ces balises, le vé- hicule détermine - son orientation : angle (5) que fait son axe par rapport à la direction d'une des balises, - les 2 angles b (6) et c (7) ; le véhicule se trouve donc sur le cercle C b (8); lieu des points d'où l'on voit les balises 1 et 2 sous l'angle b.(6). sur le cercle C c (9), lieu des points d'où l'on voit les balises 2 et 3 scus I angle c (7) figure 1/6) a à l'intersection des 2 cercles C b et C c point unique Les angles sont éL!rrnés pir comptage d impulsions d'horloge entre les visées faites par un. téte d analyse qui tourne å vitesse constante donnée. L'élaboration de l'ordre de guidage en direction se fait à partir d'une comparaison des angles à ceux d'une mémoire. La valeur de l'angle b (6) (temps entre visée balise 1 et visée balise 2) donne une information de position dans une direction perpendiculaire à une ligne reliant les balises 1 et 2. Cet angle est appelé angle d'avance. Si le véhicule est sur la bonne trajectoire, à chaque angle b (6) correspond. d'une part un angle c (7) idéal dit "de consigne" c' et d'autre part1 une orientation a (5) de consigne a'. Programmer une trajectoire pour le véhicule consiste à calculer pour chaque angle b un angle de consigne, c' et un angle de consigne a', puis à mettre en mémoire un tableau de toutes les valeurs c' et a' correspondantes. L'ordre de guidage est de la forme G = m (c' - c) + n ( a' - a ) + p r m, n et p étant des constantes et r un terme proportionnel à l'orientation des roues par rapport à l'axe du véhicule Chaque balise est portative, autonome. Elle comporte comme représentée sur la figure 2/6, une batterie (10) avec éventuellement son chargeur, une électronique de génération du signal de modulation, une série de diodes électroluminescentes (I1) un filtre polariseur (12) et un récepteur radio (13) facultatif.L'électronique se compose d'un générateur d'horloge (14) à environ 100 KHz, d'un générateur de code (15) (réglable) de 4 à 8 bits et de circuits amplificateurs (16) Le récepteur de radio (13) de conception très simple, calé sur une seule fréquence est destiné à déclencher l'émission du code par les diodes électroluminescentes pendant 10 secondes après réception d'une impulsion radio sur la bonne fréquence, ceci dans le but d'économiser la-batterie (10) lorsque le (ou les; véhicule est au repos. Les diodes sont modulées en amplitude avec un code qui sc répète à environ 10 KHz. Sur le véhicule à guider se trouve un équipement comportant une tête d'analyse avec son capot (transparent aux signaux lumineux). . un moteur avec son électronique de commande, une électronique de traitement et d'élaboration des ordres avec sa mémoire, des asservissements agissant sur la direction et sur la vitesse du véhicule La tête d'analyse est composée d'un dispositif optique qui tourne à vitesse constante à l'aide d'un moteur pas à pas, et d'un détecteur photosensible suivi d'un préamplificateur et d'un circuit de mise en forme. La face sensible du détecteur est disposée horizontalement. Le dispositif optique qui tourne autour d'un axe vertical passant par le centre du détecteur peut être réalisé selon l'une des solutions ci-dessous 1ère Solution (voir figure 3/6) Réflecteur parabolique (17) réfléchissant les rayons parallèles venant de l'infini selon l'axe de visée vers un miroir à 45 (18) placé en-dessous du détecteur (19) de sorte que le foyer de la parabole soit l'image (20) du détecteur par rapport au miroir. Le moteur (21) en traîne le disque (22) sur lequel sont fixés le réflecteur (17) et le miroir (18) à 45". 2ème Solution (voir figure 4/6) Dans cette solution, c'est le réflecteur parabolique (17) qui est incliné d'environ 45 , ce qui permet de supprimer le miroir à 45 . Les rayons lumineux (23) venant de l'infini sont concentrés sur le détecteur photo-sensible directement. 3sème Solution La figure 5j6 montre une tête d'analyse comportant sur le disque tournant (2 ! un objectif optique faits d'une suc cession de lentilles (24) suivi d'un miroir à 45Q (18). Pour les 3 solutions le disque qui comporte l'optique tourne à environ 200 tours/minute de façon à balayer 1" en 1 ms. Le signal reçu par la tête d'analyse est traité par des circuits électroniques qui réalisent les fonctions suivantes comme le montre la figure 6/6. - Génération d'horloge . Horloge 100 RHz (25) pour le décodage des signaux reçus, . Horloge (26) de comptage des angles à 800 Hz pour un codage des angles sur 8 bits (horloge à 3,5 z pour un codage des angles sur 12 bits), - compteur a (28) démarré par le décodeur de la balise 1 et arrêté par un contact électrique qui se déclenche lorsque l'axe de visée de la tête est parallèle à l'axe du véhicule compteur b (29) démarré par le décodeur de la balise 1 et arrêté par le décodeur de la balise 2. compteur c (30) démarré par le décodeur de la balise 2 et arrêté par le décodeur de la balise 3. mémoire a' (31) adressée par la valeur du compteur b et contenant les angles a'. mémoire c' (32) adressée par la valeur du compteur b et contenant les angles c'. - Additionneurs (33) permettant d'obtenir (a' - a) + (c' - c) - Convertisseur numérique analogique (34) - Asservissement (35) du moteur (36) de direction avec retour potentiométrique (37). mémoire de vitesse v (38) adressé par la valeur du compteur b - Asservissement en vitesse (39) Trois systèmes différents peuvent être utilisés pour réaliser ces fonctions - Des opérateurs cabales, associés à des mémoires et à des circuits logiques, - un microprocesseur avec scs circuits periphériques. - Un micro-ordinateur avec carte ertrée/sortie numérique et analogique t mémoire (par exemple disquette). REVENDICATIONS 1) Système opto-électronique destiné à localiser et à guider un mobile automatiquement selon une trajectoire prépro gammée les ordres de guidage étant élaborés à partir de la comparaison à des valeurs de consignes mémorisées de valeurs angulaires mesurées par la visée successive, à l'aide d'une tête optique détectrice directive tournante, de balises émettrices d'un signal lumineux codé, les balises, au nombre minimum de 3, étant disposées de façon à délimiter la zone de déplacement du mobile. 2) Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête optique détectrice tourne à vitesse constante pour que le temps qui s'écoule entre les visées de 2 balises soit proportionnel à l'angle formé par les directions des 2 ba lises depuis le mobile. 3) Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que chaque balise émet une suite d'impulsions lumineuses (visible ou infra-rouge) formant un code répétitif spéci fique de la balise. 4) Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un dispositif de contact électrique donne à chaque tour de la tête détectrice une impulsion électrique à l'instant ou l'axe de visée de la tête est parallèle à l'axe du mo bile ce qui permet d'en déterminer l'angle d'orientation par mesure du temps entre cette impulsion et la visee d'une balise de référence. 5) Système selon les revendications 1, 2 et4 , caractérisé en ce qu'il mesure 2 angles entre balises, l'un de ces angles (appelé angle d'avance) ayant le règle d'adressage de mé moires qui contiennent les valeurs de consignes de l'angle d'orientation, de l'autre angle entre balises (appelé angle de guidage latéral) et de la vitesse de consigne du mobile. 6) Système selon les revendications 1, 2, 4 et 5 caractérisé en ce que l'ordre de guidage en direction est un signal électrique dont une partie est proportionnelle à la dif férence entre l'angle d'orientation mesuré et l'angle d'orientation de consigne mémorisé et une autre partie proportionnelle à la différence entre l'angle de guidage latéral mesuré et la valeur de consigne mémorisée. 7) Système selon les revendications 1,2, 4, 5 et 6 caractérisé par la faculté "d'apprentissage d'une trajectoire" par la mémorisation dans des mémoires vives, adressées-par l'angle d'avance, de l'angle d'orientation, de l'angl-e de guidage latéral et de la vitesse pendant un premier parcours de cette trajectoire fait "à la main". 8) Système selon les revendications 1. 2 et 3 caractérisé par l'emploi de filtres polariseurs rectilignes disposés d'une part. devant la partie émettrice de chaque balise et d'autre part, devant le détecteur de sorte que les signaux lumineux émis par les balises et directement reçus par la tête d'ana lyse du mobile ne soient pas atténués par la présence des filtres tandis que les signaux lumineux de balises qui seraient reçus après réflexion sur des obstacles soient atténués à cause du changement de polarisation dû à la réflexion. 9) Système selon les revendications 1. 2, et 3 caractérisé en ce que chaque balise est autonome et équipé d'un récepteur radio qui commande l'alimentation, à partir de la batterie,des diodes électroluminescentes de sorte que celles-ci n'émettent leur signal que pendant un temps fixé à l'avance (par exemple 10 secondes) après avoir reçu un signal radio à la bonne fréquence. 10) Système selon les revendications 1. 2, 3 et 9 caractérisé par la présence et l'utilisation sur le mobile à guider d'un émet teur radio destiné à mettre en émission seulement les balises lumineuses dont il a besoin pour se guider selon son activité (marche ou arrêt) et la mémoire qu'il a de sa position.