Brevet FR2886723A1 — publié le 20061208

REFERENTIEL DE POSITION DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un référentiel de position, appréciable surtout pour fournir une référence fixe dans un volume de vaste dimension, et encore plus pour fournir une référence commune entre des salles superposées d'un même bâtiment. L'intérêt de tels référentiels apparaît avec certains appareils mobiles tels que des robots qui parcourent un trajet programmé par des positions successives déterminées (par opposition à un trajet défini par une suite de déplacements) ou qui doivent repérer la position d'objets environnants. Un capteur optique peut alors être adjoint à l'appareil pour repérer un groupe de balises fixes dans l'environnement qui matérialisent le référentiel et dont les positions sont connues avec précision: les mouvements angulaires accomplis par le capteur optique pour observer une balise après l'autre sont enregistrés et permettent de calculer la position de l'appareil par rapport aux balises par des calculs de triangulation. Si un procédé semblable est appliqué à des objets munis d'un réseau analogue de balises qui leur est fixé et dont la disposition est connue, d'autres triangulations associées à ce réseau de balises déterminent la position de l'objet par rapport à l'appareil et par rapport aux balises de l'environnement, c'est-à-dire qu'elles permettent de localiser l'objet dans l'environnement. Le capteur optique peut repérer directement des balises comprenant des artifices de localisation de couleur ou de texture déterminée, lumineux ou réfléchissants, à condition d'envoyer sur ces derniers un faisceau lumineux dont le capteur reçoit la réflexion. Ces procédés, décrits dans nombre de brevets antérieurs, sont d'emploi courant aujourd'hui. Une difficulté apparaît quand les localisations doivent être faites par rapport à une origine éloignée, par exemple dans une salle de niveau différent, puisqu'il est évident qu'un dispositif optique n'est utilisable que dans une salle unique. Une autre difficulté apparaît dans les environnements encombrés, puisque les balises optiques sont souvent cachées par des objets voisins, ce qui rend leur repérage impossible. L'invention concerne un référentiel de position qui permet des calculs de position relative entre des points de salles différentes, et avec des balises placées avec une grande précision, mais qui peuvent être déplacées si cela devient nécessaire. Une idée à la source de l'invention est que la position verticale des balises n'est pas toujours importante avec des appareils mobiles sur des sols et dont l'orientation reste horizontale, puisque la mesure d'azimut suffit à donner la direction de l'appareil par rapport à la balise et que les calculs de triangulation s'effectuent en projection horizontale des mesures. On recourt à un fil suspendu, traversant éventuellement plusieurs niveaux d'un bâtiment, et muni de balises constituant des repères ponctuels qui lui sont fixés et qu'on peut accrocher au fil dans des niveaux respectifs. La position de chaque balise est en projection verticale. Elle coïncide avec la position du fil si les balises sont centrées sur le fil. Il est important que le fil ne soit pas soumis à des oscillations et encore plus qu'il ne soit pas déplacé. Un amortisseur sans contact, notamment à son extrémité inférieure, et un tube de protection, transparent ou ouvert devant les balises, peuvent écarter ces risques. Les balises peuvent comprendre des cadres d'accrochage au fil et des supports d'artifices de localisation, qui permettent les repérages de position conformément aux procédés connus. Certaines dispositions particulières de l'invention permettent de placer aisément les balises sur le fil, de les déplacer et de maintenir une grande précision de leur position. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de l'invention, et les figures 2, 3, 4 et 5 représentent une vue de face, une vue démontée, une vue de montage partiel et une vue de côté d'une balise de localisation. La figure 1 représente une salle supérieure 1 et une salle inférieure 2 superposées dans chacune desquelles se déplace un appareil mobile 3 ou 4 muni d'un capteur optique non représenté et éventuellement, d'un laser tournant émettant un rayon 5. Le rayon 5 est renvoyé vers le capteur optique par des artifices de localisation réfléchissants en les atteignant; le capteur optique peut aussi repérer directement les artifices de localisation en les visant. Quelle que soit leur nature, certains des artifices de localisation sont placés sur des balises 6 et 31 au sol ou sur un objet 30 à repérer et, selon l'invention, sur une ou plusieurs balises 7 suspendues à un fil 8 tendu et vertical qui, dans cette réalisation, traverse la séparation 9 (le sol de la salle supérieure 1) entre les salles 1 et 2 avec un jeu suffisant pour n'être pas contraint et maintenir une position parfaitement verticale. Le fil 8 s'étend donc entre un point d'accrochage 10 au plafond de la salle supérieure 1 et un amortisseur 11 sur le sol de la salle inférieure 2. Masse L'amortisseur 11 est du genre sans contact, comprenant une partie immobile, fixée au sol, et une partie suspendue au bas du fil 8 et séparée de la première par un entrefer. L'amortissement se fait par création de courants de Foucault entre l'amortisseur 11 et une masse 26 métallique suspendue au bas du fil 8 quand celui-ci oscille, de manière à ramener la masse 26 à la position d'équilibre statique. La masse 26 contribue elle-même à stabiliser le fil 8. Le fil 8 est lisse et de forme aussi régulière que possible, et de préférence composé d'un seul brin, pour qu'il fournisse la référence de position avec la précision souhaitée. Ici, il est entouré par un tube 12 qui le protège des perturbations extérieures mais qui peut cependant être omis. Le tube 12 est percé de fenêtres 13, ouvertes ou transparentes, autour des balises 7 afin de leur permettre d'être détectées. Voici une description des balises 7. Elles comprennent (cf les figures 2 à 5) un cadre 14 dont les extrémités supérieure et inférieure sont munies de douilles 15 opposées, sur d'autres logements, dont les évidements reçoivent des paliers 16, ou d'autres systèmes de serrage et de centrage, formés de paires de demi- bagues 17 amovibles et aptes à s'accoler ou à se disjoindre. Les évidements des douilles 15 sont alignés verticalement et le fil 8 les traverse. Les paires de demi-bagues 17 sont jointes en enserrant le fil 8 et enfoncées dans les douilles 15 avec un coincement dû à un ajustement de formes coniques des évidements et des demi-bagues 17. Les demi-bagues 17 pourraient être remplacées par une bague fendue unique, pouvant se resserrer, ou par des mors de mandrin par exemple. Le cadre 14 est muni d'un troisième évidement 18 qui reçoit une broche 19 de mise en place d'un support 20 comprenant encore un plateau 21. La broche 19 est engagée dans l'évidement 18 avec un ajustement soigné de façon à assurer la position du support 20 sur le cadre 14. Un artifice de localisation 22 est alors posé sur le plateau 21; il comprend une sphère 23 munie d'une surface de repérage 24 par le capteur optique de l'appareil 3 ou 4. Enfin, le cadre 14 est muni d'un dispositif écarteur 25 en forme d'arceau, articulé autour d'un axe horizontal défini par des pivots 26. Sa dimension est un peu inférieure à celle du cadre 14. En le faisant tourner, le fil 8 est écarté entre les paliers 16 et échappe au contact de l'artifice de localisation 22, qu'on peut alors poser sur le plateau 21. Le centre de la sphère 23 est placé sur le fil 8. Les balises 7 restent toujours sur un même alignement vertical. Le cadre 14 est fendu d'un côté, aux endroits des douilles 15 et du troisième évidement 18, pour permettre d'introduire le fil 8 latéralement dans les douilles 15. Il est aussi fendu de l'autre côté à l'endroit du troisième évidement 18 pour permettre au fil 8 de sortir du troisième évidement 18 et d'être bien dégagé par le dispositif écarteur 25. Les serrages des demi-bagues 17 permettent ensuite de retenir chaque balise 7 à la hauteur souhaitée où elle a été montée. On conçoit que leur démontage et leur remontage à une hauteur différente sont très faciles. Le cadre 14 et les éléments qui lui sont associés sont équilibrés, avec un centre de gravité colinéaire au fil 8, pour ne pas rompre son alignement vertical. Les paliers 16 offrent un bon centrage du cadre 14 par rapport au fil 8. Un ajustement soigné de la broche 19 dans le troisième évidement 18 et un ajustement de forme entre le sommet du plateau 21 (en empreinte sphérique) et la sphère 23 assurent le centrage de l'artifice de localisation 22 dans le cadre 14 et l'alignement du centre de la sphère 23 sur le fil 8. La position des artifices de localisation 22 est donc déterminée avec une grande précision à la verticale du support 10. Les appareils 3 et 4 (ou même un seul appareil transporté d'une salle à l'autre) peuvent ainsi indiquer la position d'un objet 30 quelconque, pourvu d'artifices de localisation 31 et présent dans la salle supérieure 1, par rapport à une référence de la salle inférieure 2 donnée par les balises 6 au sol. Les appareils localisent les balises 6 au sol, les balises 7 de l'invention dans les deux salles 1 et 2 et celles de l'objet 30. Il est facile de déduire la position de toutes les balises 7 sur le fil 8 par rapport aux balises 6 au sol à l'attitude près, puis la position de l'objet 30 par rapport aux balises 7, et donc la position de l'objet 30 par rapport à une origine quelconque dans la salle inférieure 2. REVENDICATIONS 1) Référentiel de position dans un volume, caractérisé en ce qu'il comprend un fil (8) suspendu s'étendant dans un volume et au moins une balise (7) accrochée au fil (8) à une altitude réglable et pourvue d'un artifice de localisation (22) centré sur le fil. 2) Référentiel de position selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un amortisseur sans contact (11) à une extrémité inférieure du fil. 3) Référentiel de position selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la balise (7) comprend un cadre de support (14) accroché au fil par deux extrémités opposées, et l'artifice de localisation est disposé dans le cadre. 4) Référentiel de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cadre de support comprend un dispositif écarteur (25) du fil entre les extrémités opposées du cadre de support. 5) Référentiel de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémités opposées du cadre comprennent chacune un logement fendu (15), les logements étant alignés. 6) Référentiel de position selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités opposées du cadre comprennent chacune un système de serrage et de centrage composé d'une bague fendue ou de plusieurs portions de bague (17) enserrant le fil et enfoncées avec un coincement dans les logements. 7) Référentiel de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'artifice de localisation (22) est sphérique. 8) Référentiel de position selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend un support (20) de l'artifice de localisation comprenant un plateau (21) sur lequel l'artifice de localisation est posé avec centrage, une broche (19) sous le plateau, et en ce que le cadre (14) comprend un évidement (18) dans lequel la broche est enfoncée avec ajustement. 9) Référentiel de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (12) entourant le fil avec du jeu et évidé ou transparent devant la balise (7). 10) Référentiel de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil s'étend dans plusieurs niveaux (1, 2) du volume, les niveaux étant divisés par des séparations que le fil traverse avec du jeu, et comprenant deux desdites balises dans des niveaux différents. 11) Référentiel de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une masse (26) est suspendue au bas du fil. 12) Référentiel de position selon les revendications 2 et 11, caractérisé en ce que l'amortisseur sans contact (11) agit par création de courants de Foucault exercés sur la masse (26).