Brevet FR2606176A1 — publié le 19880506

Procédé et dispositif d'autoguidage d'un véhicule entre des obstacles dressés, et véhicule muni de ce dispositif. La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'autoguidage d'un véhicule entre des obstacles dressés tels que, par exemple, des rangs d'arbres, arbrisseaux, arbustes, ou autres plantes disposés en lignes parallèles, alignements de parois naturelles (rochers) ou artificielles (murs), un tel véhicule pouvant être équipé d'une installation destinée à accomplir une tâche spécifique, sans conducteur embarqué. L'invention englobe également les véhicules équipés de ce dispositif d'autoguidage ou susceptibles d'être autoguidés par la mise en oeuvre de ce procédé. Dans le domaine agricole, l'invention est notamment applicable à l'autoguidage d'un engin automobile dans une plantation structurée en haies ou en rangées, telles que verger, vignoble ou autre, dans le but d'accomplir des tâches diverses, robotisées ou non, telles que travaux de récolte ou d'entretien (traitement, labour, taille, palissage, arrosage, etc.). Dans le domaine industriel, l'invention est, par exemple, applicable à l'autopositionnement d'un engin automoteur entre des parois de nature diverse (murs, parois verticales de tranchées ou de galeries souterraines, alignements de rochers, etc.) ou entre des objets divers (machines installées en alignements dans des ateliers, etc.). Dans le domaine agricole, plusieurs systèmes et procédés de guidage ont déjà été proposés pour réaliser le pilotage d'un engin automoteur dans des plantations structurées en alignements parallèles. Selon le procédé de filoguidage, un fil métallique, alimenté ou non électriquement, est enterré dans le sol entre les rangs, et un dispositif installé sur le véhicule détecte la présence du fil et maintient en permanence ledit véhicule à proximité de celui-ci. Suivant le procédé de guidage sur une balise autonome équipée d'un laser, une balise mobile autonome se déplace, en bout d'allées, par radio-commande ; surmontée d'un laser, elle indique la direction à suivre au véhicule équipé d'une cible et d'un système de détection du faisceau laser. Selon le procédé de repérage par rapport à des balises émettrices, le véhicule est muni d'un détecteur d'ondes électromagnétiques et calcule sa position par rapport à un système de balises émettrices placées au sol. Un inconvénient commun à ces trois procédés, réside dans le fait que le véhicule ne s'autoguide pas de manière autonome et qu'il est indispensable, pour réaliser son guidage, de mettre en oeuvre, sur le site de travail, une installation complémentaire dont le prix de revient et le coût d'entretien sont généralement très élevés. Selon le procédé de guidage automatique par palpeur, un dispositif de commande de direction Permet d'asservir directement le volant de l'engin à l'information issue d'un palpeur articulé, fixé sur la carrosserie dudit engin. Ce procédé présente l'inconvénient de ne permettre qu'un guidage à faible vitesse du véhicule et de provoquer des oscillations dudit véhicule entre les rangs. L'invention a pour objet un procédé et un dispo-sitif d'autoguidage totalement exempts des inconvénients ou insuffisances des procédés et systèmes connus. Le procédé d'autoguidage de véhicule selon l'invention est principalement remarquable par le fait que l'on mesure, à L'aide de capteurs télémétriques associés à un module électronique d'acquisition et montés sur le véhicule, la distance comprise entre celui-ci et les obstacles qui l'encadrent. Les mesures ainsi obtenues et enregistrées par le module d'acquisition sont transmises à un logiciel de guidage qui procède à leur traitement, en déduit la position et l'orientation du véhicule dans l'allée où se déplace celui-ci. Le logiciel effectue ensuite les corrections de trajectoire nécessaires en agissant sur la direction dudit véhicule, par l'intermédiaire d'un module de pilotage. Le dispositif d'autoguidage de véhicule selon l'invention comprend au moins un télémètre monté de chaque côté du véhicule et orienté perpendiculairement à l'axe de progression de ce dernier, un module électronique d'acquisition apte à effectuer l'acquisition des mesures prises par les télémètres, un logiciel de guidage permettant le traitement des mesures transmises par Le module d'acquisition, et un module de pilotage agissant sur la direction dudit véhicule en fonction des informations communiquées par ledit logiciel de guidage. Ce dispositif a pour avantage, contrairement à la plupart des systèmes existants, de ne nécessiter aucune installation annexe sur le site de travail, de sorte que l'engin réalise son autoguidage de manière complètement autonome. De plus, il peut être assez facilement implanté sur tout type de véhicule et, dans son application intéressante au domaine agricole, il peut être utilisé dans tout type de plantation structurée en haies ou alignements. Un autre avankaBe de l'invention réside dans le fait que l'engin équipe de ce dispositif d'autoguidage se maintient dans l'axe de l'allée sans osciller autour de cet axe, ce qui cont-;hue au bon accomplissement des tâches auxquelles est destiné ledit engin. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective et à caractère schématique d'un engin automoteur à 2 roues avant directrices, 2 roues arrière motrices et à direction hydraulique, équipé du dispositif d'autoguidage selon l'invention. La figure 2 est une représentation synoptique des fonctions du système de guidage selon l'invention. La figure 3 est une autre représentation synoptique de ce système d'autoguidage et, plus particulièrement, de son module d'acquisition des mesures, lequel est, dans ce cas, destiné à être associé à des télémètres à ultrasons. La figure 4 est une représentation synoptique d'un exemple de constitution du module de pilotage du véhicule lequel est, dans ce cas, équipé d'une direction hydraulique. La figure 5 est une vue de dessus d'un engin autoguidé entre deux rangées d'arbres, par le système d'autoguidage selon l'invention. On se reporte auxdits dessins pour décrire un exemple intéressant, mais nullement limitatif, d'exécution du dispositif et de mise en oeuvre du procédé d'autoguidage selon l'invention. Comme le montre la figure 1, le véhicule 1 est muni, sur chacun de ses côtés, d'au moins un télémètre 2 de type connu en soi. Chaque côté du véhicule est équipé d'un nombre égal de télémètres dont la répartition sur un même côté de celui-ci est fonction du type de direction du véhicule, lesdits télémétries étant pareillement répartis sur les côtés de ce dernier. Par exemple - pour un véhicule comportant deux roues arrière motrices 3 et deux roues avant Qirectrices 4, seul compte le centrage de l'avant du véhicule dans l'allée où il se déplace, de sorte que les télémetres 2 sont-donc, dans ce cas, regroupés à l'avant dudit véhicule ; - par contre, pouP un véhicule à quatre roues motrices, les télémètres sont également répartis à l'avant et à l'arrière dudit véhicule. Dans tous les autres cas (véhicule ayant deux roues avant directrices et progressant en marche arrière, véhicule possédant une autre structure motrice, véhicule pouvant connaitre des dérapages), les télémétries sont disposés régulièrement sur les côtés du véhicule, le long de ces derniers. Les télémètres 2 peuvent, par exempte, être constitués par des émetteurs-récepteurs à ultrasons et ils sont, dans ce cas, avantageusement munis de cônes de focalisation. De préférence, les télémétries sont montés sur le véhicule avec une position réglable aussi bien dans le plan vertical que dans le plan horizontal, de façon à autoriser, d'une part, un réglage de leur hauteur par rapport au sol et, d'autre part, un réglage de leur écartement, afin de permettre un fonctionnement du système d'auto-guidage quels que soient la nature, la hauteur et l'espacement des obstacles entre lesquels ledit véhicule est appelé à se déplacer. Dans L'application au domaine agricole, le système d'autoguidage peut ainsi fonctionner dans les plantations de toute nature (vergers, vignobles, etc.). Le réglage de l'écartement des télémètres 2 est, par exemple, obtenu par le montage de ces derniers sur des barrettes opposées 5 fixées sur les extrémités opposées d'une barre horizontale de dimension réglable qui peut être constituée de deux tronçons tubulaires extrêmes 6 montés avec une aptitude de coulissement ou de glissement sur ou dans un tronçon tubulaire central 7. Des moyens de blocage connus en soi, assurent l'immobilisation des tronçons mobiles 6 dans la position souhaitable. Afin d'autoriser le réglage en hauteur des télémètres, la barre horizontale 6-7 est, par exemple, pourvue d'un manchon central 8 par l'intermédiaire duquel elle est montée avec une aptitude de coulissement sur un mât 9 ou autre organe vertical, par exemple rigidement solidaire du châssis 12 du véhicule. Des moyens de blocage connus en soi, assurent l'immobilisation de ladite barre horizontale à la hauteur désirée. Chaque barrette porteuse 5 peut porter un ou plusieurs télémètres et, par exemple, 1 à 3 télémètres. Dans le domaine des applications agricoles, l'augmentation du nombre de télémètres, à chaque emplacement de prise de mesure, permet d'améliorer la précision sur la mesure de la distance du feuillage dans le cas où un autoguidage de très grande précision est désiré. Le module d'acquisition des mesures (figures 2 et 3) est constitué par un montage électronique connu en soi. Dans le cas où les télémètres sont constitués par des émetteurs-récepteurs à ultrasons (figure 3), le module électronique d'acquisition des mesures comporte un circuit de comptage permettant de mesurer l'intervalle de temps entre l'émission d'un train d'ondes ultra sonores et la réception du premier écho significatif. Le module d'acqui sition est centré autour d'un processeur qui, associé à une zone mémoire, effectue le calcul des distances mesurées sur chaque télémètre. Les mesures des distances entre le véhicule et les obstacles .(feuillage des plantes dans le cas des applications au domaine agricole) sont transmises périodiquement à la carte unité centrale sur laquelle est implanté le logiciel de guidage dudit véhicule. Le module électronique d'acquisition des mesures assure la commande des télémètres. Il offre, en outre, la possibilité de régler automatiquement - la fréquence de prise de mesure des télémètres en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule ; - le taux d'intégration des mesures ; en effet, toute mesure de distance transmise par la carte d'acquisition à l'unité centrale est le résultat de la moyenne des n dernières mesures prises par un même télémètre. L'entier n est appelé taux d'intégration. Le logiciel de guidage (figure 3) est implanté sur la carte unité centrale du système (figure 2), et il est constitué par un montage électronique connu en soi. Selon le processus mis en oeuvre par le logiciel de guidage, les mesures fournies périodiquement par le module d'acquisition sont filtrées ; si une mesure présente un écart trop important par rapport aux mesures prises sur un même télémètre, à des instants antérieurs ou postérieurs, elle est éliminée. Une moyenne glissante est calculées à chaque nouvelle prise de mesure. Elle est le résultat de la formule suivante où : moy ij est la moyenne glissante calculée à la ième prise de mesure sur un télémètre j ; dkj est la distance mesurée sur le télémètre j à la prise de mesure k ; M est le nombre de mesures intervenant dans la moyenne glissante. La position et l'orientation du véhicule. sont déduites des moyennes glissantes obtenues à chaque instant sur chacun des télémètres. A chaque prise de mesure, est déduite la correction à apporter à la position et à l'orientation du véhicule pour que celui-ci se maintienne dans l'axe de l'allée dans laquelle il se déplace. Une consigne, fonction de l'erreur de positionnement relevée, est alors envoyée sur la direction du véhicule, par l'intermédiaire du module de pilotage. Par exemple, dans le cas d'un véhicule à roues avant directrices et roues arrière motrices, la consigne de braquage des roues avant est directement proportionnelle à la différence entre les moyennes glissantes obtenues sur les capteurs télémétriques avant droit et gauche. Le logiciel de guidage permet de programmer deux modes de fonctionnement en fonction des besoins de l'utilisation - fonctionnement en continu : le véhicule se déplace dans une allée, effectue un demi-tour lorsque celle-ci est terminée et redémarre dans l'allée suivante ; - fonctionnement en pas à pas : le véhicule effectue automatiquement et périodiquement la séquence suivante parcours d'une distance programmable obtenue par le comptage, au moyen d'un capteur odométrique, d'un nombre donné de tours de roues, arrêt pendant une durée ajustable pour permettre l'exécution d'une tâche (cueillette de fruits, traitement, arrosage, etc., par exemple, dans le cas d'une application agricole). Le module de pilotage du véhicule commande tous les degrés de liberté de celui-ci : il assure la commande de la direction ainsi que la mise en marche et l'arrêt de l'engin. Ce module de pilotage est également constitué par un montage électronique connu en soi. Par exemple, dans le cas d'un véhicule à roues avant directrices et roues arrière motrices et dont la direction est constituée par un vérin hydraulique 10 (figure 1), couplé à un potentiomètre 11 (figure 4), la commande de direction est assurée par un module d'asservissement analogique. La consigne de braquage des roues avant du véhicule calculée par le logiciel de guidage est comparée à la position instantanée du vérin de direction. Cette information est fournie par le potentiomètre il directement couplé à la direction. Le vérin de direction 10 est ensuite commandé en fonction de l'écart obtenu par l'intermédiaire d'un relayage. Le module d'acquisition des mesures, la carte unité centrale dans laquelle est implanté le logiciel de guidage et le module de pilotage peuvent être regroupés dans un coffret 13 installé sur le véhicule. Le fonctionnement du dispositif et a mise en oeuvre du procédé selon l'invention ressortent bien de l'exposé qui précède. Le véhicule 1 étant engagé et se déplaçant dans une allée, entre deux alignements d'obstacles 14 (rangées d'arbres, selon l'exemple illustré à la figure 5), Le module d'acquisition effectue l'acquisition des mesures des distances comprises entre ledit véhicule et lesdits obstacles prises par les télémètres 2. Le logiciel de guidage procède au traitement des mesures ainsi obtenues, en déduit la position et l'orientation du véhicule dans l'allée et effectue la correction éventuellement nécessaire, en agissant sur la direction 10 dudit véhicule, par l'intermédiaire du module de pilotage, afin que ledit véhicule se maintienne dans l'axe de l'allée. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'autoguidage d'un véhicule entre des obstacles dressés, par exemple pour l'autoguidage d'un engin agricole destiné à l'accomplissement de tâches, dans des plantations structurées en rangées, caractérisé en ce que l'on mesure, à L'aide de capteurs télémétriques (2) associés à un module électronique d'acquisition de mesures et montés sur le véhicule (1), la distance comprise entre celui-ci et les obstacles qui l'encadrent, les mesures ainsi obtenues et enregistrées par le module d'acquisition étant transmises à un logiciel de guidage qui procède à leur traitement, en déduit la position et l'orientation du véhicule dans l'allée où il se déplace et effectue les corrections de trajectoire nécessaires en agissant sur la direction (10) dudit véhicule, par l'intermédiaire d'un module de pilotage. 2. - Dispositif d'autoguidage d'un véhicule entre des obstacles dressés, par exemple pour l'autoguidage d'un engin destiné à l'accompl ssement de tâches agricoles, dans des plantations structurées en rangées, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un télémètre (2) monté de chaque côté du véhicule (1) et orienté latéralement par rapport à l'axe de progression de ce dernier ; - un module électronique d'acquisition apte à effectuer l'aquisition des mesures prises par les télémètres ; - un logiciel de guidage permettant le traitement des mesures transmises par le module d'acquisition ; - et un module de pilotage agissant sur la direction (10) dudit véhicule en fonction des informations communiquées par ledit logiciel de guidage. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance comprise entre le véhicule (1) et les obstacles (11) qui l'encadrent, est mesurée à l'aide de télémétries (2) disposés en nombre égal et pareillement répartis sur chaque côté du véhicule. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, applicable à l'autoguidage d'un véhicule comportant deux roues avant directrices (4) et deux roues arrière motrices (3), caractérisé en ce que les télémètres (2) permettant de mesurer La distance comprise entre le véhicule (1) et les obstacles (14) qui L'encadrent, sont placés, de part et d'autre, à l'avant dudit véhicule. 5. - Procédé selon L'une des revendications 1 ou 3, applicable à l'autoguidage d'un véhicule comportant quatre roues motrices, caractérisé en ce que les télémètres (2) permettant de mesurer la distance comprise entre le véhicule (1) et les obstacles (11) qui l'encadrent, sont pareillement répartis à l'avant et à l'arrière dudit véhicule. 6. - Procédé selon a revendication 1, caractérisé en ce que l'on calcule à partir des mesures fournies périodiquement par le module d'acouisition et au moyen du logiciel de guidage, une moyens glissante, à chaque nouvelle prise de mesure, cette moyenne glissante étant donnée par la formule où : moy ij est la moyenne glissante calculée à la ième prise de mesure sur un télémétrie j ; djk est la distance mesurée sur le télémètre -j à la prise de mesure k ; M est le nombre de mesures intervenant dans la moyenne glissante la position et l'orientation du véhicule étant déduites des moyennes glissantes obtenues à chaque instant sur chacun des télémètres, la correction à apporter à la position et à l'orientation dudit véhicule étant déduite à chaque prise de mesure, et une consigne fonction de l'erreur de positionne ment relevée étant alors envoyée au module de pilotage. 7. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les télémètres (2) sont disposés en nombre égal et pareillement répartis sur chaque côté du véhicule (1). 8. - Dispositif suivant L'une des revendications 2 ou 7 destiné à l'équipement d'un véhicule (1) comportant deux roues avant directrices (4) et deux roues arrière motrices (3), caractérisé en ce que les télémètres (2) sont disposés, de part et d'autre, à l'avant dudit véhicule. 9. - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 7 destiné à l'équipement d'un véhicule comportant quatre roues motrices, caractérisé en ce que les télémètres sont pareillement répartis à l'avant et à l'arrière dudit véhicule. 10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que les télémètres (2) sont constitués par des émetteurs-récepteurs à ultrasons. 11. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que les télémètres (2) ont une position réglable en hauteur et, également, un écartement réglable. 12. - Véhicule autoguidé, caractérisé en ce qu'il est autoguidé suivant le procédé de l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 5 ou 6, ou équipé d'un dispositif d'autoguidage suivant L'une quelconque des revendications 2, 7, 8, 9, 10, ou 11.