Brevet FR2636750A1 — publié le 19900323

Système de signalisation et de communication pour la gestion de la circulation d'objets# mobiles autonomes. L'invention concerne un système de signalisation et de communication pour la conduite d'objets mobiles autonomes. Par objet mobiLe autonome, on entend un objet pouvant se déplacer par ses propres moyens et sans intervention humaine. Ledit objet est par conséquent muni de moyens d'entraînement (moteur par exemple), de moyens de déplacement (roues, patins...) pour se déplacer sur des moyens de guidage (rails, fils...) et de moyens pour commander le déplacement de l'objet sur ces moyens de guidage (microprocesseur embarqué sur l'objet, systèmes de commande mécaniques par jeux de came...). L'invention s'applique dans le cas ou ces objets sont des robots chargés d'effectuer des taches données en différents points d'un site, ou des chariots véhiculant des charges en différents points du site. Ce peut être par exemple le cas d'une installation de chargement sur des quais de stockage de produits sortant de la fabrication : plusieurs chariots de transport sont utilisés et tournent sur un circuit ; selon leur charge on les aiguille sur un quai ou un autre. Il est par conséquent nécessaire de gérer la circulation desdits objets mobiles autonomes, le plus souvent au moyen d'un ordinateur ou plus généralement d'un système central de commande qui traite les données fournies selon un programme donné pour en sortir des instructions pour chaque objet, lesdites instructions étant transmises aux objets par un système de signalisation et de communication. Les modèles les plus courants de chariots de convoyage industriel emploient un procédé de guidage fondé sur la présence d'un ou plusieurs fils conducteurs noyés dans Le sol qui émettent un signal électromagnétique caractéristique, utilisé par des asservissements moteurs pour maintenir le chariot sur le circuit. Selon les systèmes, les mêmes fils ou des fils spécialisés véhiculent des signaux de données, par exemple pour qu'un système de conduite com munique avec chacun des chariots : envoi de consignes, collecte des états, etc. D'autres fils encore sont utilisés comme repères géo- métriques, pour déterminer les points d'arrêt, l'entrée dans des "aiguillages", etc. Les installations en filoguidé présentent plusieurs inconvénients bien connus, notamment la rigidité des installations (fils métalliques noyés dans le sol), et la difficulté de modification des circuits (å cause de la densité du câblage). Lorsque les mêmes fils sont utilisés pour communiquer avec les chariots, on observe en outre des limitations de débit de données utiles, qui deviennent critiques lorsque croit le nombre de chariots qui se partagent un nombre limité de fils de communication, voire un seul. Enfin, la signalisation aux intersections, aiguillages, etc. se traduit, en général, par des fils supplémentaires mis en place à cette seule fin, par la multiplication d'automatismes locaux prévus pour les gérer et/ou par une forte densité de câblage supplémentaire (pour centraliser les signaux voulus). On a pensé alors s'affranchir du filoguidage en utilisant d'autres moyens de guidage : bandes magnétiques... ou même chemins immatériels définis par des suites de repères dans L'espace (balises). Cependant, il demeure nécessaire de communiquer avec les objets mobiles autonomes. Il a été proposé des fils (mais on revient aux inconvénients précédemment cités) ou des liaisons radio (une antenne centrale émettant sur le site). Mais si ces liaisons sont à la rigueur admissibles pour des engins isolés ou en très petit nombre, elles ont de nombreux inconvénients connus. D'abord, l'allocation de fréquences radio est strictement réglementée, et leur obtention est susceptible d'introduire des délais d'installation inacceptables ; on risque même une interdiction pure et simple. L'utilisation des bandes de fréquences "publiques" autorisées se heurte quant à elle au possible voisinage de radio-amateurs, d'émetteurs de télécommandes, etc. Ensuite, les parasites électromagnétiques en milieu industriel sont trés nombreux, souvent mal identifiés, et évoluent de manière pratiquement imprévisible. Un système basé sur la radio, pour communiquer entre robots et centre de contrôle, peut être mis hors service du jour au lendemain par l'introduction d'un nouvel équipement "rayonnant" sur le même site (moteurs, charges inductives, chauffage haute fréquence, etc.). Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention propose un système de signalisation et de communication pour la conduite d'objets mobiles autonomes guidés sur un circuit, ledit système assurant la communication entre le système central de commande de la circulation et lesdits objets, ces objets étant munis de moyens d'entraînement, de moyens de déplacement et de moyens de commande desdits déplacements, dans Lequel - ledit système central est relié à un certain nombre de bornes de communication disposées en des points déterminés sur le circuit, - lesdits objets sont munis d'un émetteur de reconnaissance permet tant leur identification par chacune desdites bornes lorsque l'un des objets approche de ladite borne, - les bornes en coopération avec lesdits objets mobiles sont munies de dispositifs permettant l'arrêt et le positionnement convenable desdits objets par rapport à ladite borne, - les bornes sont munies de dispositifs de transmission d'ordres, en provenance dudit système central, lesdits ordres étant reçus et exécutés par ledit objet mobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites bornes et lesdits objets sont munis de moyens permettant aux objets de transmettre des informations vers les bornes, lorsqu'ils sont à t'arrêt en position de transmission d'ordres. L'invention sera mieux saisie à partir des figures - la figure 1 représente un circuit de circulation d'objets mobiles autonomes, muni de bornes de communication, - sur les figures 2A, 2B, et 2C est montrée une disposition relative avantageuse des moyens de détection, d'identification et de communication placés sur une borne et sur un objet, - la figure 3 montre un mode de réalisation de la structure d'une borne, - la figure 4 montre schématiquement une structure de liaison entre le système central et les bornes, - sur la figure 5 un mode de réalisation de multiplexeur est illustré. Sur le site représenté figure 1 pour illustrer l'invention, se trouvent deux unités de production 1 et 2, et deux quais de chargement 3 et 4. Des chariots (objets mobiles autonomes) 5, 6, 7, 8, 9, 10 sont chargés de transférer des produits des unités 1 et 2 vers les quais 3 et 4 selon un circuit 11. On a même représenté sur cette figure un parc de stockage 12 pour les chariots non utilisés. Le circuit 11 peut être repéré de diverses façons - iL est matérialisé par des moyens de guidage matériels tels que rails, fils.... - ou bien Le schéma du circuit est entre dans le système central de commande et que le circuit n'a pas d'existence matérielle au sol ou bien est constitué de chemins immatériels dont les coordonnées ont été prises par rapport à des repères sur le sol (balises à identité connue par exemple). On préfère matérialiser le circuit par des bandes optiques, des moyens de Lecture et de correction de La direction du chariot étant prévus au niveau du chariot et/ou du système central de commande. Chaque chariot (ou objet) guidé est muni - de moyens d'entraînement : moteur... - de moyens de déplacement sur le circuit : roues, patins... adaptés aux moyens de guidage matériels éventuellement utilisés, - de moyens de commande de son déplacement sur le circuit, lesdits moyens pouvant agir sur les moyens d'entraînement (arrêt, marche, accélération...), sur les moyens de déplacement (freinage, chan gement de direction...). Selon l'invention, sur le circuit 11 sont disposées des bornes de communication 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, qui ont pour fonction de - détecter l'approche d'un objet et de l'identifier, transmettre les informations du système central de commande vers ledit objet, ce sont les instructions de route (aller à tel endroit), transmettre les données (notamment présence d'objet, identité d'objet, informations en provenance de l'objet) vers le système central de commande, eventuellement recevoir les informations en provenance dudit objet, eventuellement, d'assurer la transmission des informations entre le système central et des dispositifs industriels fixes du site placés à proximité de la borne. Elles assurent donc en combinaison avec le système central de commande la communication des informations avec l'objet mobile, la signalisation :les instructions transmises sont équivalentes à des panneaux "tournez à droite", "stop", etc., et éventuellement, la liaison avec les dispositifs industriels fixes du site. L'emplacement desdites bornes sur le circuit dépend donc des besoins de signalisation et communication existants dans les diverses zones du circuit. Par exemple, sur le circuit Il : une borne 20 est placée à la sortie du parc de stockage 12 pour délivrer les instructions à l'objet qui sort (aspect communica tion) et pour lui indiquer si la voie est libre ou non (aspect signalisation) en raison de l'arrivée possible d'un autre objet (noté 9), deux bornes 13 et 14 sont placées chacune devant les unités de production 1 et 2 pour identifier L'objet et, lorsque le charge ment a été effectué, lui donner Les instructions de route. L'arrêt de l'objet peut être obtenu de deux façons au niveau d'un poste de travail (selon la figure 1 au niveau des unités de production et des quais) soit à partir de la borne qui envoie vers L'objet un signal cor respondant à "arrêt", - soit par des dispositifs indépendants de la borne gérés par le système central de commande. Ce dernier peut agir sur les dispositifs via la borne, c'est-à-dire que Les signaux sont acheminés du système central à la borne qui dispose d'entrées/sorties de type industrielles pour communiquer avec des dispositifs industriels fixes du site (machinesoutils, automates programmables, capteurs divers, feux de signalisation å l'usage du personnel...). A l'inverse, les dispositifs industriels peuvent envoyer des informations au système central, via la borne. L'indication que le chargement a été effectué provient en général du dispositif industriel qui peut émettre vers le système central en passant par les entrées/sorties de type industrieL. Le système central dispose ainsi de moyens pour vérifier que ses ordres ont été exécutés - les bornes 15, 16, 17, 18, 19 sont placées au niveau des embran chements de façon à éviter Les collisions : elles stoppent les objets auxquels la priorité n'est pas accordée et fournissent bien sûr également si besoin des instructions de route à suivre. Les bornes 16 et 18 vérifient L'identité des chariots déchargés aux quais. Les bornes peuvent être placées sur les côtés du circuit, en dessous et avantageusement au-dessus, elles sont alors suspendues par exemple à des poutres, ce qui évite d'encombrer le site. A titre de remarque, notons que le circuit 11 est un circuit à sens unique tel que représenté sur la figure 1. Mais ce mode particulier de réalisation ne saurait limiter L'invention, en effet des chemins aller et retour peuvent aussi bien être prévus ou des voies de garage dans le cas de chemins matérialisés. Chaque borne et chaque objet sont équipés de moyens qui coopèrent, ce sont (voir les figures 2A, 2B, 2C) : - des moyens de détection de présence d'objet montés sur chaque borne 26 et chaque objet 23, - des moyens pour L'identification de l'objet montés sur chaque borne 26, chaque objet possédant de son côté des moyens 23 lui permettant d'être identifié (émetteur de reconnaissance). Les moyens de détection de présence d'objet sont de préférence disposés sur la borne et l'objet de façon que la détection ait lieu à distance de la borne, lorsque L'objet s'en approche. Il en est de même pour les moyens d'identification de l'objet. Cette disposition permet de gagner du temps. Les mêmes moyens peuvent servir à la détection ou l'identification, ou bien ce peuvent être des moyens différents. Ce peut être un faisceau infrarouge émis par un émetteur infrarouge placé sur l'objet mobile, chaque objet émettant avec une caractéristique qui lui est propre de façon à l'identifier, ledit faisceau étant capté par un récepteur infrarouge compatible monté sur chaque borne ; la distance à laquelle la détection et l'identification ont lieu est variable suivant le matériel employé, aussi réduite que possible, toujours pour éviter la pollution de la communication par l'environnement. Ce peut être également un code à barres porté par l'objet et lu par une caméra placée sur chaque borne. D'autres moyens sont également possibles - des moyens 28 portés par la borne et 29 par l'objet permettant de stopper ledit objet dans une position prédéterminée devant la borne, position à partir de laquelle la transmission d'ordres peut se faire. Ce peut être un émetteur infrarouge "tout ou rien" : si le faisceau existe, il y a arrêt, sinon l'objet continue sa route - des moyens 30 pour l'émission d'informations équipant chaque borne et des moyens 31 pour leur réception équipant chaque objet, pour transmettre à l'objet les ordres en provenance du système central, - éventuellement, des moyens 33 pour la réception d'informations équipant chaque borne et des moyens 32 pour l'émission d'informa tions équipant chaque objet, afin de transmettre des informations de l'objet vers le système central. Ces moyens de communication entre l'objet et la borne sont constitués par exemple par un ou des faisceaux d'ondes infrarouges modulés émis par un émetteur et captés par un récepteur. Si l'on veut un dialogue entre borne et objet, chacun doit être muni de la paire (émetteur-récepteur). D'autres moyens de communication sont envisageables. Par exemple un circuit bouclé émettant en ondes radio, reçu par un autre circuit bouclé, un circuit étant porté par L'objet et l'autre par La borne. La transmission d'informations a lieu lorsque l'objet est en arrêt en vis-à-vis de la borne, ce qui assure une transmission plus sûre des informations, cette transmission est d'autant meilleure que La distance borne-objet est plus faible. Les figures 2A, ZB, 2C montrent un emploi du système de signalisation et de communication selon l'invention, dans lequel : - la détection et L'identification (figure 2A) de l'objet 21 ont lieu à distance de la borne 22, lorsque l'objet s'approche, grâce à un émetteur infrarouge 23 monté sur l'avant 24 de L'objet et dont le faisceau 25 est capté par un récepteur 26 porté sur le coté 27 de la borne, - la communication a lieu avec L'objet placé en vis-à-vis de la borne, l'objet étant à l'arrêt L'information "stop" pour L'arrêt de l'objet est donnée par un faisceau infrarouge émis par un émetteur "tout-ou-rien" 28 placé sur la borne 22, signal qui, s'il existe, est reçu par le récep teur 29 situé sur l'objet 21 (figure 28). L'information "stop" reçue par 29 est répercutée sur les moyens de commande du déplacement de l'objet qui actionnent alors les moyens d'entraînement et éventuellement de déplacement. L'arrêt n'est pas immédiat. Selon ladite invention, les moyens de commu nication sont placés sur chaque borne et chaque objet de façon que l'objet en arrêt ait ses moyens de communication en regard de ceux portés par la borne. Ainsi l'objet, après arrêt, peut recevoir des instructions. L'échange d'informations (figure 2C) a lieu grâce à un ou des faisceaux infrarouges modulés, émis par un modulateur et captés par un démodulateur. Selon la figure 2C, le modulateur 30 porté par la borne 22 émet sur le démodulateur 31 porté par l'objet 21 pour donner les ins tructions du système central de commande vers l'objet. Eventuel lement, et c'est le cas représenté sur cette figure, avec un modulateur 32 porté par l'objet et un démodulateur 33 porté par le chariot, ce dernier peut transmettre des informations à la borne. Tous ces moyens de détection, identification, communication portés par la borne sont évidemment reliés au système central de commande. De plus, chaque borne comporte - des moyens de transmission de données en provenance de et vers le Système central (fibres optiques par exemple), - des moyens pour gérer les signaux afin de sélectionner le signal à envoyer sur tel moyen porté par la borne et de sélectionner le signal porteur d'information relative à l'objet identifié ; ces tâches sont assurées de préférence par un microprocesseur. De plus, chaque objet comporte des moyens pour transmettre les ordres reçus aux moyens de commande de son déplacement sur te circuit, afin que lesdits ordres soient exécutés. La figure 3 montre un mode de réalisation des différents organes constituant une borne de communication 22. Celle-ci est équipée d'une logique à microprocesseur 34, de type classique, notamment dotée de deux canaux duplex de transmission en série, et de plusieurs lignes d'entrée/sortie en parallèle dont on voit l'affectation ci-après. Un premier canal série est relié au câble à deux fibres optiques 35 via le récepteur 36 et l'émetteur 37 ; c'est cette liaison qui assure la transmission de données avec le système central de commande. Un second canal série est relié au modulateur infrarouge 30 et au démodulateur 33 ; c'est cette liaison qui assure la trans mission de données avec l'objet mobile en position d'arrêt en regard. La logique à microprocesseur assure le relais entre les deux liaisons, offrant le double service d'adaptation de vitesse et de régénération des signaux. Elle est, par exemple, réalisable à l'aide du microprocesseur monobloc de référence 8051 de la firme Intel, et du double transmetteur de référence 8274 de cette même firme. Cette logique est également reliée en parallèle - à l'émetteur infrarouge tout-ou-rien 28, pour La commande d'arret de L'objet, - au récepteur d'infrarouge codé 26, pour la détection d'arrivée et l'identification du robot, - aux entrées d'états tout-ou-rien 38, du type "industrielles" (par exemple : contacts secs et/ou bouclés de courant), - aux sorties d'états tout-ou-rien 39 du type "industrielles" (par exemple : relais ou sorties isolées). La logique à microprocesseur assure génériquement te relais des informations en entrée et sortie, et/ou l'adaptation des données (format, rapidité). Elle est essentiellement transparente à la signification de ces informations. Dans les installations assez simples, cette caractéristique permet aux autres procédés de partager le réseau centralisateur avec la conduite des objets mobiles, d'où des économies (sur le câblage du site et sur les dispositifs de transmission, notamment). Cette caractéristique permet également au système central d'effectuer le contrôle de circulation du personnel ou d'engins pilotés, grâce à des dispositifs tels que capteurs de présence, feux tricolores etc., en synchronisme avec la circulation d'objets autonomes. Ceci contribue notablement à la sécurité d'exploitation de sites, où cohabitent personnel et engins mobiles automatiques, parfois en conflit. Des feux de circulation peuvent être incorporés à la borne proprement dite. La figure 4 représente schématiquement un exemple de réseau reliant les bornes de communication, et par leur intermédiaire les objets mobiles, avec le système central de commande. Le système central 39 est un équipement informatique de tout type connu, doté de lignes de transmission de données duplex standard 40, telles que les liaisons connues sous le sigle américain RS232C ou sous le signe international V24. Via les multiplexeurs 41 qui concentrent des liaisons duplex du type à fibres optiques 42, le système central se trouve relié de manière permanente aux bornes de dialogue 43. En outre, une liaison immatérielle de transmission de données 44, du type à rayons infrarouges modulés dans la réalisa- tion préférée, assure la continuité de transmission entre la logique propre d'un objet 45 et le système central. Le réseau constitué par les multiplexeurs 41 et les liaisons 42 peut se voir substituer tout type de réseau connu assurant un service du type "circuit de données transparent" (c'est-à- dire sans modification des données qui traversent ce circuit de données), entre le système central et les bornes de communication. Le protocole de communication assure l'adressage des dif férentes bornes, ainsi que l'identification et l'adressage des objets mobiles lorsqu'iLs sont à proximité d'une borne. Dans la solution préférée, on util-ise un protocole du type connu comme "point à multipoint". La figure 4 illustre une caractéristique d'un réseau de bornes de communication agencées selon l'invention qui est d'assurer, dans une position prédéterminée de l'objet arrêté par rapport à n'importe quelle borne, un service de transmission de données entre cet objet et le système central de commande. Une autre caractéristique souhaitée est la rapidité de la liaison de données, associée à une haute immunité aux parasites industriels et à un isolement galvanique rigoureux. Cette caractéristique est obtenue dans la réalisation préférée au moyen de liaisons à fibres optiques. La figure 5 représente à titre indicatif la structure d'un multiplexeur 41. Ce multiplexeur est relié au système central 39 en duplex par une liaison standard 40, pour l'exemple une jonction normalisée RS232C ou V24, via l'émetteur 46 et le récepteur 47. Grâce aux portes 48 et 49, les signaux sont mis en parallèle avec une seconde liaison auxiliaire, via l'émetteur 50 et le récepteur 51. Cette seconde liaison est utile pour La maintenance du réseau : on peut notamment y attacher un appareil analyseur de trafic, sans interruption du service. Le multiplexeur est relié aux bornes de communication par autant de câbles optiques à deux fibres 42, via les émetteurs 52 et les récepteurs 53. Les signaux émis par le système central sont diffusés en parallèle vers tous les émetteurs 52 via la porte 49, tandis que les signaux reçus de tous les récepteurs 53 sont concentrés via la porte à plusieurs entrées 54. Ainsi est réalisée une liaison de type point-à-multipoint (au sens logique), où - les signaux émis par le système central sont diffusés vers toutes les bornes et/ou les objets arrêtés en regard, - le signal envoyé par une seule des bornes, ou bien un seul des objets à la fois, est répercuté vers le système central. Techniquement, un tel multiplexeur est réalisable à l'aide d'emetteurs/recepteurs optiques de la firme Hewlett-Packard (de la série référencée HFBR), et de circuits intégrés usuels dans les technologies de logique appelées "TTL" ou "CMOS". Il en est de même pour les interfaces optiques des bornes de communication. Le multiplexeur ainsi décrit est en lu;-même d'un principe connu, ainsi que les protocoles d'adressage ("polling" en terminologie anglo-saxonne) qui assurent L'unicité d'émission en retour. Il vient compléter et illustrer l'agencement caractéristique du réseau, prévu pour établir des Liaisons permanentes avec les bornes de communication, et pour établir des liaisons ponctuelles avec les objets mobiles. L'invention ici décrite peut s'appliquer à ta circulation de n'importe quel type d'engins mobiles autonomes dans des environnements variés. Le choix des matériels tient compte de cet environ nement. Il a été présenté une application particulière aux chariots de manutention de produits, il est également avantageux d'utiliser l'invention pour la conduite de robots effectuant des tâches en des lieux différents. REVENDICATIONS 1. Système de signalisation et de communication pour la conduite d'objets mobiles autonomes guidés sur un circuit, ledit système assurant la communication entre le système central de commande de La circulation et lesdits objets, ces objets étant munis de moyens d'entraînement, de moyens de déplacement et de moyens de commande desdits déplacements, caractérisé en ce que :: - ledit système central est relié a un certain nombre de bornes de communication disposées en des points déterminés sur le circuit, - lesdits objets sont munis d'un émetteur de reconnaissance permet tant leur identification par chacune desdites bornes lorsque l'un des objets approche de ladite borne, - les bornes en coopération avec lesdits objets mobiles sont munies de dispositifs permettant l'arrêt et le positionnement convenable desdits objets par rapport à ladite borne, - les bornes sont munies de dispositifs de transmission d'ordres, en provenance dudit système central lesdits ordres étant reçus et exécutés par ledit objet mobile. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'identification des objets est réalisée à partir d'un faisceau infrarouge caractéristique de l'objet émis par ledit objet et capté par un récepteur infrarouge étant disposé convenablement sur respectivement l'objet et la borne. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'identification des objets est réalisée avec un code å barres caractéristique de l'objet et porté par celui-ci, une caméra placée de façon convenable sur la borne permettant de le lire. 4. Système selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission d'ordres est assurée å partir d'un modulateur infrarouge monté sur la borne et un démodulateur placé en vis-à-vis sur l'objet en arrêt. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission d'ordres est assurée par un émetteur et un récepteur d'ordres radio, placés respectivement sur la borne et l'objet. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie au moins des bornes disposent de moyens pour recevoir les informations émises par les objets en arrêt dans la position convenable pour la transmission d'ordres. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un modulateur infrarouge placé sur l'objet et un démodulateur associé placé sur la borne en vis-à-vis du modulateur. 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que Lesdits moyens sont constitués par un émetteur d'ordres radio porté par l'objet et un récepteur sur la borne. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arrêt de l'objet est obtenu lorsqu'un faisceau infrarouge particulier est émis par l'objet, à partir d'un émetteur placé sur la borne, un récepteur placé sur l'objet et relié à son moyen de commande du déplacement permet d'obtenir L'arrêt dudit objet dans une position prédéterminée devant la borne. 10. Système selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bornes comportent des entrées/sorties de type industrielles. 11. Système selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bornes sont reliées au système central par L'intermédiaire d'un ou plusieurs multiplexeurs, un multiplexeur pouvant desservir plusieurs bornes. 12. Système selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit est muni de bandes optiques, et les objets sont équipés de moyens pour les suivre.