Brevet FR2610427A1 — publié le 19880805

SYSTEME ET PROCEDE DE CONTROLE DE LA MARCHE D'UN VEHICULE AUTONOME DESCRIPTION La présente invention concerne un système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome parcourant un trajet qui peut fluctuer et dépourvu de pilotage par un conducteur; elle concerne également un procédé utilisant ce système. Par contr8le de la marche, on entend le repérage de la position du véhicule le Long de ce trajet et la commande des organes corrigeant les déviations. Le système et le procédé peuvent en outre s'appliquer à la commande de tout autre organe du véhicule. Les véhicules concernés, tels qu'un robot de nettoiement dans une station de métro ou une usine, doivent parcourir, après une programmation adéquate, des trajets prédéterminés. Comme leur longueur peut être importante (un robot de nettoiement effectue son travail en parcourant des bandes parallèles sur une surface), il est exclu de les guider par des moyens mécaniques tels que des rails. Tout guidage par des systèmes de repérage visibles aisément détériorables est aussi exclu. C'est pourquoi l'invention prévoit que le guidage est assuré sans contact et par des aimants permanents implantés dans le sol et répartis de façon à engendrer des champs magnétiques localisés aptes à servir de bornes. Ces aimants, une fois recouverts, sont parfaitement protégés et leur durée de vie est importante. Une alternative possible conduit à prévoir l'inclusion de produits aimantés dans la réalisation même du sol (carrelages, ciments ou autres) sans avoir à effectuer un perçage de celui-ci. Le véhicule évolue successivement au-dessus des bornes, et ses déviations latérales peuvent être repérées à l'aide d'une rangée de détecteurs magnétiques portés par le véhicule et disposés perpendiculairement au sens de la marche de celui-ci. Il est donc possible d'obtenir une distribution d'informations selon la largeur du véhicule sous forme d'une fonction en escalier que l'on peut comparer avec des distributions de référence (avec une position connue du véhicule) pour en déduire la position des bornes par rapport à la rangée. Avec un tel procédé, l'incertitude sur la position latérale du véhicule est égale en pratique à un demi-intervalle entre détecteurs à gauche ou à droite en supposant les détecteurs régulièrement répartis. On peut améliorer sensiblement la précision de la localisation si le véhicule est pourvu d'un moyen d'interpolation des distributions de référence en fonction du décalage des détecteurs pour en déduire la distribution effectivement mesurée. De plus, l'association dans une borne d'un groupe d'aimants de p6les positif et négatif permet d'inclure localement un message codé en code binaire ou ternaire. Ce message décodé par un calculateur de bord peut fournir des éléments de repérage de position ou transmettre des instructions déterminées. L'invention concerne donc un système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome comportant des moyens pour faire parcourir à ce véhicule un trajet déterminé sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend des sources de champs magnétiques localisés implantées dans le sol, des détecteurs fournissant au cours du trajet des informations en fonction du champ magnétique et fixés sur le véhicule selon une rangée perpendiculaire à une direction d'avance du véhicule, ainsi qu'un ensemble électronique sensible aux informations émises par les détecteurs pour contrôler lesdits moyens. Avantageusement, les détecteurs comprennent chacun une paire de capteurs qui produisent deux courants induits sous l'influence du champ magnétique, et l'ensemble électronique soustrait ensuite lesdits courants induits pour chaque détecteur. Le procédé selon l'invention comprend quant à lui une opération de collecte périodique des informations des détecteurs et une opération de comparaison des informations collectées quand le véhicule et les détecteurs occupent une position au-dessus d'une source au cours du trajet avec des informations de référence fournies par les détecteurs quand ceux-ci et le véhicule occupent des positions de référence connues au-dessus de la source. On peut aussi prévoir des sources dissemblables. Dans ce cas, il peut comprendre une opération de collecte périodique des informations des détecteurs et les informations des détecteurs sont converties en messages codés servant à contrôler les moyens pour faire parcourir au véhicule le trajet sur le sol. La réalisation préférée de l'invention va à présent être décrite avec des variantes possibles et de manière illustrative et non limitative à l'aide des figures annexées suivantes: - la figure I représente un véhicule équipé de l'invention et évoluant sur un sol approprié, - la figure 2 représente un ensemble électronique de traitement des informations des détecteurs, - la figure 3 représente des distributions d'information typiques avec une rangée de détecteurs, - la figure 4 représente un organigramme de traitement des informations obtenues par les détecteurs. D'après la figure 1, le sol sur lequel évolue le véhicule autonome 1 est muni de bornes 3 composées d'aimants permanents positifs 4 et négatifs 5 créant des champs magnétiques localisés que l'on représente ici dans le cas avantageux o on emploie deux aimants positifs 4 et deux aimants négatifs 5 disposés en carré, respectivement sur les deux diagonales. Une telle disposition garantit des gradients de champ importants. Les côtés du carré peuvent avoir quelques centimètres de longueur. Les bornes 3 sont enfouies dans le sol le long du trajet que doit parcourir le véhicule 1. Elles ne sont pas obligatoirement semblables entre elles. Le nombre et la polarité 2610 4 2 7 des sources magnétiques constituent une personnalisation, c'est- à-dire une signature pour la distinguer des bornes voisines. Le véhicule 1 comprend une rangée de détecteurs 2 de champ magnétique disposés sous le ch ssis selon une ligne transversale. Leur nombre peut être choisi, de façon plausible, entre cinq et vingt. Leur répartition peut être uniforme ou non; ici, on se place dans le premier cas et on appelle h leur espacement, qui doit être nettement inférieur à l'intervalle entre aimants 4 ou 5. Au cours de son déplacement, le véhicule 1 passe au- dessus d'une succession de bornes 3. Quand l'une d'entre elles est atteinte, son champ magnétique est repéré par les détecteurs 2 et le calculateur de bord, programmé pour une trajectoire prédéterminée, connaqt la position de cette borne 3 et détermine la position et la direction de la borne 3 à atteindre ensuite. Il agit donc sur les organes directeurs et moteurs du véhicule en conséquence. Toutefois, le système ainsi décrit est insuffisant car les déviations du véhicule 1 dans le sens latéral peuvent rapidement lui faire perdre contact avec les bornes 3, l'égarant ainsi complètement. Il convient donc d'introduire un système de repérage de la position latérale du véhicule 1, qui constitue L'invention et va être décrit à l'aide tour à tour des figures 2 et 3. Dans une réalisation concrète, les détecteurs 2 utilisent l'effet Hall: une bande conductrice parcourue suivant sa longueur par un courant électrique et plongée dans un champ magnétique perpendiculaire à sa surface est le siège d'un champ électrique dans le sens de sa largeur, qui peut fournir une tension induite. Ici, chaque détecteur 2 est constitué d'une paire de tels capteurs 20 et 30 à effet Hall. La tension alimentant ces capteurs 20 et 30 est issue d'une source 9 et est périodique. On peut utiliser une tension sinusoldale à haute fréquence (plusieurs centaines ou milliers de Hertz) de manière à éliminer 2610 4 2 7 le bruit basse fréquence - on reviendra plus loin sur ce problème - mais il est avantageux d'y superposer une tension continue de manière à ce que Le signe de la tension résultante ne change pas, évitant ainsi une polarisation dynamique des capteurs 20 et 30. La ligne d'alimentation des détecteurs 2 relie la source 9 à un potentiomètre 12, o elle bifurque vers les deux capteurs 20 et 30 qu'elle atteint après avoir traversé une résistance 11; le potentiomètre 12 permet d'égaliser les courants parcourant les deux branches de la bifurcation. Après avoir traversé les capteurs 20 ou 30, la ligne arrive à la masse 13. L'effet Hall crée une tension induite entre Les lignes 21 et 22 issues du capteur 20, ainsi qu'une tension induite entre les lignes 31 et 32 issues du capteur 30; ces tensions ont des intensités différentes, ce qui est souhaité et s'obtient automatiquement car les capteurs 20 et 30 sont voisins dans un champ magnétique non uniforme. Les tensions induites dans chacune des lignes 21, 22, 31 et 32 sont amplifiées par un condensateur 14 et une résistance 15 égaux et disposés en série, après quoi on obtient les tensions induites dans les capteurs 20 et 30 en soustrayant la tension de la ligne 32 à la tension de la ligne 31 dans un soustracteur 33, et, de façon semblable, en soustrayant la tension de la ligne 22 à la tension de la ligne 21 dans un soustracteur 23. Les différences de tension se retrouvent dans les lignes 36 et 26 respectivement en aval des soustracteurs 33 et 23; il faut en outre noter que les lignes 22 et 26 d'une part, 32 et 36 d'autre part, sont reliées près des soustracteurs 23 et 33 par des résistances 17 de même valeur, et que les lignes 21 et 31 sont reliées, près des soustracteurs 23 et 33, par des résistances 16 de valeur égaLe à celles des résistances 17 à ta masse 13. De tels circuits permettent d'imprimer un déphasage aux tensions amplifiées, déphasage variable en fonction de la tension: comme on a vu que les tensions étaient différentes au 2610 4 27 départ, iL en résulte que Les tensions sur Les Lignes 26 et 36 ne sont pas en phase. Après un étage d'amplification, qui peut être constitué d'une résistance 18 de même valeur sur chacune des lignes 26 et 36, la tension sur la ligne 36 est soustraite de celle sur la ligne 26 au moyen d'un soustracteur 40 et la différence passe sur une ligne 46. Les lignes 36 et 46 sont reliées, près du soustracteur 40, par une résistance 34; d'autre part, la ligne 26 est reliée, près du soustracteur 40, à la masse 13 par une résistance 24 de même valeur que la résistance 34. La tension sur la ligne 46 est amplifiée par un amplificateur 41, puis passe par un filtre 42 et par un transformateur 43 qui la convertit en tension rectangulaire. La phase du signal est alors comparée à une phase de référence, par exemple celle de la tension issue de la source 9 après passage dans une ligne 47 et par un transformateur 44 qui la convertit en tension rectangulaire. Le comparateur de phase 45 peut être de tout type connu, mais fournit de préférence à une ligne 48 un signal linéaire en fonction du déphasage constaté. L'ensemble 8 constitué par le potentiomètre 12, les résistances 11, les capteurs 20 et 30 et le circuit électronique en aval est identique pour tous les détecteurs 2. On obtient donc un certain nombre de signaux de déphasage alimentant une centrale de pilotage 49 qui contient en particulier le calculateur de bord par les lignes 48, c'est-à-dire une distribution spatiale de déphasage dont l'utilité apparaît par le commentaire de la figure 3. La centrale de pilotage 49 qui effectue les opérations que l'on va décrire possède en effet en mémoire des distributions à la suite d'un étalonnage préliminaire, avec une position connue du véhicule 1 vis-à-vis de la borne 3 considérée. Sur la figure 3, on représente une distribution de déphasage mesurée quand un détecteur 2A se trouve au-dessus d'un aimant positif 4 et un détecteur 2E à peu près au-dessus d'un aimant négatif 5, avec trois détecteurs intermédiaires 2B, 2C et 2D, les niveaux 61 à 65 étant associés respectivement aux détecteurs 2A à 2E. Le véhicule 1 peut encore être pourvu d'autres détecteurs de part et d'autre de ceux représentés, mais ils n'interviennent pas dans ce cas car ils passent à l'écart de la borne 3 et n'enregistrent à peu près aucun signal. Quand le véhicule 1 repasse au-dessus de La borne 3, au cours d'un de ses trajets, c'est avec un décalage latéral par rapport à sa position d'étalonnage: les détecteurs les plus proches des positions associées aux détecteurs 2A à 2E sont référencés 2i à 2m et leur distribution de déphasage est indiquée par les niveaux 71 à 75 qu'ils mesurent respectivement et dont la connaissance va permettre de retrouver la position du véhicule 1 vis-à-vis de la borne 3 par connaissance des niveaux 61 à 65. L'explication est entreprise à l'aide de la figure 4. Le processus utilisé comprend tout d'abord une étape périodique de collecte 85 des informations fournies par les détecteurs 2, puis une prise de décision 86 selon qu'ils passent au-dessus d'une borne 3 ou non. Si les détecteurs 2 n'enregistrent qu'un bruit de fond caractérisable par son niveau assez bas et sa basse fréquence, les informations des détecteurs 2 sont mises en mémoire par une étape de mémorisation 87 et la collecte 85 reprend après une temporisation 97. Si une borne 3 est détectée, le repérage longitudinal 93 de la position du véhicule 1 peut être effectué dans la mesure o son trajet est prédéterminé; parallèlement, on procède à une soustraction 88 des informations saisies au cours de la mémorisation 87 précédente, ce qui permet d'éliminer le bruit de fond dont le niveau change relativement lentement. Cette soustraction 88 n'est cependant pas obligatoire en pratique, si on se contente d'un repérage latéral approché. On dispose alors d'une distribution expérimentale 71 à qu'il faut comparer à une distribution de référence 61 à 65. On sélectionne au moins un niveau expérimental 71 à 75 et on cherche, dans une réalisation possible du procédé, son niveau de référence 61 à 65 le plus proche. Par exemple, on peut s'intéresser au niveau 71 délivré par le détecteur 2i et déterminer que le niveau de référence 61 le plus proche a été délivré par le détecteur 2A. On conclut alors que le détecteur 2i est à la position du détecteur 2A, et cette comparaison 98 permet donc de déterminer la position latérale du véhicule 1 à un demi-intervalle h/2 entre détecteurs près à gauche ou à droite dans le cas o ils sont uniformément répartis. Dans une réalisation plus soignée du procédé, on réalise cependant, après la soustraction 88, un encadrement 89 du ou des niveaux expérimentaux sélectionnés par des niveaux de référence: si on reprend l'exemple, on détermine que le niveau 71 délivré par le détecteur 2i est compris entre les niveaux 61 et 62 délivrés par les détecteurs voisins 2A et 2B. On procède alors à une interpolation linéaire 91 pour déterminer la position du détecteur 2i dans l'intervalle entre les détecteurs 2A et 2B. La position latérale du véhicule 1 est connue avec une précision bien meilleure. Il est bien sOr possible et souhaitable de faire porter la comparaison 98 ou l'encadrement 89 sur plusieurs détecteurs à la fois; les imprécisions s'en trouvent réduites. Les repérages longitudinal 93 et latéral 92 permettent à la centrale de pilotage 49 de faire une recherche de la borne suivante 94 dont la distribution de référence 61 à 65 fait l'objet d'une sélection 90 de distribution stockée en mémoire en vue de l'encadrement 89 ou de la comparaison 98 quand cette borne suivante sera effectivement atteinte. De plus, la connaissance du trajet exact du véhicule I permet de déterminer une correction de lacet 95 que l'on réalise à l'aide d'impulsions aux organes directeurs 96. Les collectes 85 s'effectuent de toute façon régulièrement après la temporisation 97. Conjointement au repérage de position précédemment décrit, la polarité des signaux 61 et 65 renseigne sur les signes 2610 427 respectifs des aimants enfouis dans le sol. La borne 3, représentée figure 1, peut être variée dans la mesure o les signes et le nombre des aimants 4 et 5 peuvent être changés, offrant alors au véhicule la lecture d'une signature différente. Le nombre de signatures possibles augmente très vite avec le nombre et la polarité des aimants. On dispose ainsi d'un système de transmission d'ordre ou de positionnement absolu sans que la centrale de pilotage 49 ait besoin de conserver en mémoire la position de La borne 3 que l'on s'attend à atteindre. La soustraction 88 est suivie dans ce cas d'une conversion des niveaux expérimentaux 71 à 75 en message codé 99 sous forme d'un nombre en langage binaire ou ternaire par exemple, qui est susceptible de fournir la position précise du véhicule 1 et de commander des modifications du fonctionnement de certains appareils 100 de direction, de nettoyage, d'inspection,..., en fonction de la mission attribuée au véhicule 1. Il est clair que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la présente description sans sortir du cadre de l'invention, notamment en ce qui concerne les figures 2 et 4. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle de la marche d'un véhicule (1) autonome comportant des moyens pour faire parcourir à ce véhicule un trajet déterminé sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend des sources (3) de champs magnétiques localisés implantées dans le sol, des détecteurs (2) fournissant au cours du trajet des informations en fonction du champ magnétique et fixes sur le véhicule selon une rangée perpendiculaire à une direction d'avance du véhicule (1), ainsi qu'un ensemble électronique sensible aux informations émises par les détecteurs pour contrôler lesdits moyens. 2. Système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs (2) comprennent chacun une paire de capteurs (20 et 30) qui produisent deux courants induits sous l'influence du champ magnétique, et en ce que l'ensemble électronique soustrait ensuite lesdits courants induits pour chaque détecteur (2). 3. Système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs (20 et 30) sont alimentés par une tension électrique périodique. 4. Système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension périodique conserve toujours le même signe. 5. Système de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'ensemble électronique comprend, pour chaque détecteur (2), un circuit déphaseur (16, 17, 23, 33), des courants induits dans chaque capteur en fonction de leur intensité, un circuit soustracteur (24, 34, 40) des courants déphasés et un comparateur de phase (45) qui fournit un signal en fonction du déphasage entre un courant périodique issu du soustracteur (24, 34, 40) et un courant de référence de même fréquence. 6. Système de contrSle de La marche d'un véhicule autonome selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un potentiomètre (12) intercalé entre l'alimentation (9) et chaque paire de capteurs (20 et 30). 7. Procédé de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend quant à lui une opération de collecte (85) périodique des informations des détecteurs (2) et une opération de comparaison des informations (71 à 75) collectées quand le véhicule (1) et Les détecteurs (2) occupent une position au-dessus d'une source (3) au cours du trajet avec des informations de référence (61 à 65) fournies par les détecteurs (2) quand ceux-ci et le véhicule (1) occupent des positions de référence connues au-dessus de la source (3). 8. Procédé de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon La revendication 7, caractérisé en ce qu'on assimile la position, pendant la comparaison, d'au moins un détecteur (2i) dont on collecte une information (71) à la position de référence d'au moins un détecteur (2A) dont l'information de référence (61) est la plus proche de l'information collectée (71) pour en déduire la position du véhicule (1) pendant la comparaison. 9. Procédé de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon la revendication 7, caractérisé en ce que la position du véhicule (1) au moment de la comparaison est obtenue par interpolation linéaire (91) entre les informations de référence (61, 62) d'au moins une paire de détecteurs voisins (2A, 2B) pour retrouver l'information (71) collectée pendant la comparaison d'au moins un détecteur (2i) et pour en déduire la position, pendant la comparaison, dudit détecteur (2i) entre les positions de référence de ta paire de détecteurs voisins (2A, 2B). 10. Procédé de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et dans lequel les sources (3) sont dissemblables, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de collecte (85) périodique des informations des détecteurs (2) et en ce que Les informations des détecteurs (2) sont converties en messages codés servant à contrôler les moyens pour faire parcourir au véhicule (1) le trajet sur le sol. 11. Procédé de contrôle de la marche d'un véhicule autonome selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les informations (71 à 75) collectées quand les détecteurs sont au-dessus d'une souce (3) subissent une soustraction (88), pour chaque détecteur (2), des informations collectées par le même détecteur (2) au cours d'une collecte précédente.