Brevet FR2656429A1 — publié le 19910628

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA POSITION D'UN VEHICULE DESCRIPTION L'invention a trait à un procédé de détermination (localisation) de la position d'un véhicule. Les véhicules et notamment les robots qui parcourent une trajectoire doivent pouvoir effectuer des mesures périodiques de leur position, pour subir le cas échéant un recalage sur une trajectoire théorique prédéterminée dont ils se sont écartés à cause des imprécisions des organes locomoteurs et des capteurs de déplacement qui mesurent te chemin parcouru. Les systèmes de localisation absolue comprennent d'une façon générale des balises dont La position est fixe par rapport à la trajectoire et un détecteur embarqué sur le véhicule et apte à repérer la position de ces baLises A chaque localisation, le aétecteur mesure La position d'un certain nombre de balises parmi les plus proches du véhicule par rapport au véhicule et il est possible de déduire, par des calculs assez simples à partir de ces positions relatives et des positions absolues des baLises, La position absolue du véhicule dans son environnement et donc sa déviation éventuelle par rapport à la trajectoire qu'il doit suivre.Parmi les systèmes couramment utilisés, les balises peuvent être des émetteurs à hyperfréquences ou des poteaux réfléchissants et les détecteurs sont alors respectivement un récepteur radiophonique et un faisceau laser tournant avec un capteur de rayonnement lumineux. L'inconvénient principal de ces systèmes consiste en ce qu'vil est nécessaire d'utiliser au moins deux ou trois balises pour chaque localisation, c'est-à-dire un nombre total qui peut être considérable en fonction de la longueur totale de la trajectoire. L'invention permet au contraire d'utiliser une seule balise par localisation. On peut alors se contenter d'un nombre réduit de balises le long de L'ensembLe de la trajectoire, et éventuellement même une seule peut suffire, par exemple dans Le cas d'une trajectoire en boucle d'un robot de surveillance qui tourne alors autour d'une balise centrale. Le procédé consiste à effectuer une détermination de la position d'une seule balise, dont la position absolue est connue, par rapport au véhicule, et à compléter cette détermination par une détermination de L'orientation du robot au moyen des informations d'un capteur de cap au moment où la détermination de la position de la balise est effectuée. La position du véhicule peut alors être située par rapport à une trajectoire théorique qu'vil devrait suivre. Il est intéressant de remarquer que le procédé peut être mis en oeuvre même dans Le cas fréquent où le capteur de cap est sujet à des dérives et ne peut donc apparemment être utilisé pour produire des informations de localisation absolue. Il faut alors vérifier périodiquement Les informations du capteur de cap en fonction des incertitudes de localisation autorisées et de la vitesse prévisible de dérive des informations. On a prévu pour cela deux solutions. Dans la première d'entre elles, on suppose que l'orien- tation du véhicule est connue quand on détermine la position relative d'une balise : cette orientation est assimilée à la direction d'une portion d'une trajectoire théorique que le véhicule est censé suivre à ce moment. On compare cette orientation avec les indications du capteur de cap. Dans la seconde, on utiLise deux déterminations simultanées des positions relatives de deux balises par rapport au véhicule, ce qui fournit L'orientation réelle du véhicule. Pour plus de clarté, on va maintenant passer au commentaire des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif - Les figures 1 et 2 illustrent les procédés antérieurs ; - la figure 3 illustre une localisation selon L'invention ; - la figure 4 indique une mise en oeuvre possible de L'invention ; et - les figures 5 et 6 représentent deux modes de recalage des informations du capteur de cap. La figure 1 explicite le procédé connu de localisation par goniométrie. Le véhicule 1 se déplace dans un environnement défini par les coordonnées de ses points dans un repère fixe d'origine O et de vecteurs de base X et Y orthogonaux, et occupe actuellement une position inconnue désignée par le point P. L'environnement proche du véhicule 1 comprend trois balises B1, 82 et 83 fixes dont on peut définir, pour chacune d'entre elles, les coordonnées x, y. On appelle U et V les vecteurs de base d'un repère orthogonal lié au véhicule 1, le vecteur U étant dirigé vers L'avant du véhicule 1, et X' le vecteur parallèle à X et ayant le point P pour origine. Quand une localisation est entreprise, le procédé consiste à mesurer les angles Oui, 02 et 03 entre le vecteur U et, respectivement, les segments PB1, PB2 et PB3. En fonction des coordonnées x et y des trois balises, on peut déduire facilement Les coordonnées du point P ainsi que L'orientation du véhicule I, c'est-à-dire l'angle a entre les vecteurs X' et U. Si le système de localisation permet de mesurer également les distances du véhicule 1 aux balises B, on peut utiliser deux balises seulement telles que B1 et 82 comme le représente la figure 2. Les coordonnées x et y du point P, ainsi que L'orientation a, peuvent être déduites par calcul de la connaissance des angles 01 et o2 ainsi que des distances pl et p2 entre P et B1, B2. Ces distances peuvent être mesurées par télémétrie ou par une mesure de déphasage d'ondes. La figure 3 représente un véhicule 1 équipé d'un capteur de cap 2. Selon l'invention, on se contente de localiser une seule balise B1 par ses coordonnées polaires pl et 01 par rapport au véhicule 1, car le capteur de cap 2 indique L'orientation a! du véhicule 1, c'est-à-dire l'angle entre les vecteurs X' et U. Deux cas peuvent se présenter. Si le capteur de cap peut être considéré comme absolu, c'est-à-dire si ses informations ne dérivent pas avec le temps, l'estimation de la direction du vecteur X' qu'il indique reste correcte, c'est-à-dire qu'il fournit toujours L'orientation a exacte du véhicule 1. Il est alors possible, sans autre précaution, de calculer les coordonnées x et y à l'aide de pi, Oi et a. Un tel capteur de cap 2 peut être constitué d'un gyrocompas magnétique. Si par contre le capteur de cap 2 est un odomètre ou un gyromètre donnant des indications sujettes à dérive, il indiquera à un moment donné, comme direction évaluée du vecteur X', une direction angulaire X" distante d'un angle de dérive a du vecteur X' qu'il est donc nécessaire de pouvoir corriger. Pour cela, on se reporte à La figure 4 où un mode d'évaluation est expliqué. Le véhicule 1 passe devant une balise B4 en parcourant une trajectoire réelle en pratique un peu distincte d'une trajectoire théo rique T. On mesure alors les coordonnées polaires 04 et p4 de la balise 84 par rapport au véhicule 1 tout en supposant que le véhicule 1 suit la trajectoire théorique T. Cette détermination indique la portion de la trajectoire théorique T près de laquelle le véhicule 1 se trouve à ce moment. L'orientation de la trajectoire théorique T à cet endroit a pu être calculée ou mesurée auparavant, en particulier pendant l'apprentissage ou la création de la trajectoire théorique T.L'angle a4 entre le vecteur U et le vecteur X' peut être évalué avec une légère incertitude en supposant que le véhicule 1 est orienté suivant la trajectoire théorique T. Il suffit alors de déterminer l'angle P4 entre les vecteurs U et X" par une simple lecture du capteur de cap 2 pour en déduire par addition ou soustraction L'angle a entre les vecteurs X' et X". Une telle évaluation est sujette à des imprécisions car la trajectoire réelle peut ne pas coincider parfaitement avec la trajectoire théorique T. C'est pourquoi on effectuera plutôt des évaluations successives de aà à des endroits rapprochés en prenant la même balise B4 comme point de repère unique, et on comparera les résultats obtenus pour avoir une évaluation finale plus précise, par exemple en calculant leur moyenne. Un autre cycle d'évaluation est fait quand le véhicule 1 passe devant une balise suivante B5 : de la même façon, on détermine Os, ps, as et ss5 pour en déduire une nouvelle évaluation de Skx. Un autre procédé envisageable est représenté sur la figure 5 et consiste à effectuer une localisation simultanée de deux balises 86 et 87 par les coordonnées polaires p6 , 06 et p7, 07 de leur position relative par rapport au véhicule 1. On en déduit, de manière identique au procédé de la figure 2, la position du véhicule 1 dans le repère fixe et en particulier son orientation t. Une lecture de L'information du capteur de cap 2 à ce moment fournit une évaluation de L'angle penture les vecteurs U et X" : on en déduit alors X. Ce mode de vérification n'impose aucune condition sur la position du véhicule 1 pour obtenir une évaluation correcte de la dérive.Il faut simplement prévoir au moins un emplacement sur la trajectoire parcourue où deux balises seront simultanément visibles, c'est-à-dire une zone de recouvrement de leurs portées. Dans la zone de recouvrement de la portée des balises, il est possible de réinitialiser les informations du capteur de cap car le cap suivi par le véhicule peut être déterminé. La figure 6 représente un cas plausible de l'utilisation de l'invention où le véhicule parcourt une trajectoire T1 fermée de surveillance d'un périmètre, c'est-à-dire un chemin de ronde. On peut éventuellement se contenter de quatre balises B10 à 813, disposées sensiblement en carré, pour toute cette trajectoire. On référence par C10 à C13 les cercles représentant la limite de portée de la balise respective. La trajectoire T1 passe toujours à portée d'une des balises, avec quelques zones de transition ou de recouvrement qui correspondent au chevauchement entre les cercles et dans lesquelles le procédé de la figure 5 peut être appliqué. En passant par ces zones de transition, le véhicule change de balise de référence pour effectuer les localisations. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la position absolue d'un véhicule (1) parcourant une trajectoire, caractérisé par une détermination de la position par rapport au véhicule d'une seule balise (B1, B10 à 13), dont la position absolue est connue, en combinaison avec une détermination de l'orientation du véhicule au moyen des informations d'un capteur de cap (2) au moment de la détermination de la position de la balise. 2. Procédé de détermination de la position d'un véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des vérifications périodiques des informations du capteur de cap. 3. Procédé de détermination de la position d'un véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que les vérifications des informations du capteur de cap consistent à effectuer au moins une détermination de la position par rapport au véhicule d'une balise (84), dont la position absolue est connue, et à effectuer une lecture des informations du capteur de cap en supposant que l'orientation du véhicule est identique à l'orientation d'un emplacement d'une trajectoire théorique (T) sur laquelle le véhicule est supposé se trouver au moment de la détermination. 4. Procédé de détermination de la position d'un véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer plusieurs vérifications successives et à comparer ces vérifications entre elles. 5. Procédé de détermination de la position d'un véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que les vérifications des informations du capteur de cap consistent à effectuer simultanément des déterminations de la position par rapport au véhicule de deux balises (86, 87), dont les positions absolues sont connues, pour déterminer L'orientation du véhicule, et à effectuer une lecture des informations du capteur de cap à ce moment.