Brevet FR3093828A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : EQUIPEMENT ROBOTISE DE CAR- TOGRAPHIE ET PROCEDE DE CARTOGRAPHIE METTANT EN OEUVRE UN TEL EQUIPEMENT Domaine de l'invention 100011 La présente invention concerne un équipement robotisé permettant de réaliser la collecte d'informations cartographiques sur une surface, en particulier, mais non exclusivement, située à l'intérieur d'un bâtiment. 100021 L'invention concerne également un dispositif de cartographie comprenant un tel équipement robotisé, ainsi qu'un procédé de cartographie au cours duquel un tel équipement robotisé est utilisé. Art antérieur [0003] De plus en plus d'équipements électroniques comprennent des fonctionnalités de géolocalisation. En terrain découvert, des solutions de géolocalisation telles que celles connues sous le nom de GPS (Global Positioning System) ou Galileo permettent d'assurer efficacement une telle géolocalisation, avec une précision de l'ordre du mètre qui est généralement suffisante pour assurer, par exemple, le guidage d'un véhicule sur une route. [0004] Les solutions de géolocalisation généralement utilisées n'offrent cependant pas un niveau de fiabilité et de précision suffisant pour permettre le guidage des piétons, en particulier à l'intérieur des bâtiments. En effet, les bâtiments gênent généralement. la propagation des ondes radio qui sont utilisées par ces systèmes de géolocalisation. Par ailleurs, même quand les signaux radio peuvent être captés, la précision de localisation n'est pas suffisante pour déterminer effectivement la position de l'appareil dans un bâtiment. Pour compléter les données de géolocalisation fournies par de tels systèmes de positionnement. radio, il est connu d'utiliser les mesures inertielles de l'appareil électronique, afin d'estimer son déplacement. De telles solutions restent cependant encore insuffisantes pour assurer un positionnement et un guidage précis des personnes, notamment à l'intérieur des bâtiments. [0005] Il existe donc un besoin d'une solution permettant d'assurer la localisation et le guidage des personnes, notamment dans les bâtiments ou dans les zones piétonnes. Ce besoin de guidage est particulièrement important pour les personnes souffrant d'un handicap, notamment d'un handicap visuel ou d'un handicap moteur. L'existence de cc handicap gêne en effet les déplacements de ces personnes et leur rend plus compliquée la recherche d'un itinéraire dans des zones telles qu'un aéroport, une gare, un réseau de transport en commun, un centre commercial ou un immeuble. 2 100061 Pour rendre plus efficace la géolocalisation à l'intérieur des bâtiments, il a été imaginé de mesurer, en chaque point de la surface du bâtiment, les perturbations du champ magnétique terrestre, qui sont notamment générées par les métaux présents dans la structure du bâtiment. Une telle mesure permet d'établir une cartographie des variations du champ magnétique terrestre dans le bâtiment. Une fois cette cartographie établie, un équipement électronique qui se déplace sur une surface cartographiée, tel qu'un téléphone portable équipé d'un capteur magnétique, peut comparer les données magnétiques qu'il relève avec les données cartographiques. Cette comparaison de données, couplée avec des mesures inertielles relevées par le même équipement, permet d'obtenir des informations de géolocalisation de l'équipement sur la surface cartographiée plus fiables et plus précises qu'en utilisant d'autres méthodes. [0007] L'établissement d'une telle cartographique nécessite cependant d'effectuer un grand nombre de mesures du champ magnétique terrestre en de très nombreux points de la surface. Il a été proposé que ces mesures soient effectuées par un robot. Cependant, les mesures effectuées présentent souvent des précisions insuffisantes. En effet, les magnétomètres permettant de mesurer le champ magnétique terrestre présentent des variations de calibrage induisant des erreurs dans leurs mesures. Les variations de champ magnétique terrestre étant très faibles, dans un même bâtiment, les différences de calibrage entre différents capteurs, ou les différences de calibrage d'un même capteur selon son orientation, peuvent diminuer sensiblement la précision de la cartographie établie, et donc la précision et la fiabilité de la géolocalisation ou du guidage basé sur une telle cartographie. Objectifs de l'invention [0008] La présente invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. [0009] En particulier, l'invention a pour objectif de fournir un équipement robotisé des car- tographies permettant de réaliser une mesure plus précise des variations du champ magnétique terrestre sur une surface, par exemple à l'intérieur d'un bâtiment. [0010] Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel équipement robotisé de car- tographie qui puisse être mis en oeuvre facilement, en limitant les étapes préalables de calibrage des capteurs. Exposé de l'invention 100111 Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints à l'aide d'un équipement robotisé de cartographie, comprenant des moyens de déplacement sur une surface, et des moyens de support d'au moins un magnétomètre, dans lequel, selon l' invention, les moyens de support maintiennent le ou les magnétomètres à une distance prédéterminée et constante de la surface sur laquelle sc déplace l'équipement robotisé de cartographie, l'équipement robotisé de cartographie 3 comprenant des moyens de maintien de l'orientation du ou des magnétomètres, indépendamment de la direction de déplacement de l'équipement robotisé de cartographie. [0012] Selon un mode de réalisation avantageux, le moyens de maintien de l'orientation du ou des magnétomètres sont constitués par les moyens de déplacement, qui comprennent des roues omnidirectionnelles associées à un équipement électronique de commande configuré pour commander les roues de telle façon que l'équipement robotisé de cartographie conserve son orientation au cours de ses déplacements. [0013] Avantageusement, dans cc cas, les roues omnidirectionnelles sont des roues de type mecanum. [0014] Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de maintien de l'orientation du ou des magnétomètres sont constitués par les moyens de support, qui comprennent un support monté mobile dans l'équipement robotisé de cartographie, et des moyens d'asservissement configurés pour maintenir constante l'orientation du support. [0015] Avantageusement, la distance prédéterminée est comprise entre 60 cm et 150 cm. [0016] De préférence, cette distance prédéterminée est comprise entre 80 cm et 110 cm. [0017] Avantageusement, le ou les magnétomètres sont portés par ledit équipement robotisé de cartographie par l'intermédiaire de ressorts. [0018] Selon un mode de réalisation préférentiel, l'équipement robotisé de cartographie comprend au moins quatre magnétomètres placés dans un même plan horizontal. [0019] L'invention concerne également un procédé de cartographie du champ magnétique sur une surface comprenant : [0020] une première étape de circulation d'un équipement robotisé de cartographie tels que décrit ci-dessus, le long d'une première trajectoire, dans une orientation choisie pour qu'au moins deux des magnétomètres se déplacent le long d'une même première ligne, et au moins un autre magnétomètre se déplace le long d'une seconde ligne parallèle à la première ligne ; [0021] une seconde étape de circulation de l'équipement robotisé de cartographie le long d'une seconde trajectoire, choisie pour qu'au moins un magnétomètre se déplace le long de ladite seconde ligne définie lors de la première étape, et au moins deux magnétomètres se déplacent le long d'une même troisième ligne parallèle à la seconde ligne. [0022] Avantageusement, l'équipement robotisé de cartographie se déplace dans des sens opposés au cours de la première et la seconde étape, et les magnétomètres sont orientés dans la même direction au cours de ces deux étapes. Liste des figures [0023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnée à titre de simple exemple figuratif et non limitatif, et accompagnée des figures parmi lesquelles : [0024] [fig.1] la figure 1 est une vue en perspective d'un équipement robotisé de car- tographie selon un mode de réalisation de l'invention ; [0025] [fig.2] la figure 2 est une vue de dessous de l'équipement rohotisé de cartographie de la figure 1, montrant les roues de celui-ci ; [0026] [fig.3] la figure 3 est une vue en perspective du haut de l'équipement robotisé de car- tographie de la figure 1, montrant les supports des capteurs ; [0027] [fig.4] la figure 4 est une vue de dessus schématique de l'équipement robotisé de car- tographie de la figure 1 en mouvement ; [0028] [fig.5] la figure 5 représente l'équipement robotisé de cartographie de la figure 1 dans une première position, au cours de la cartographie d'une surface ; [0029] [fig.6] la figure 6 représente l'équipement robotisé de cartographie de la figure 1 dans une seconde position, au cours de la cartographie de la surface de la figure 5 ; [0030] [fig.7] la figure 7 représente l'équipement robotisé de cartographie de la figure 1 dans une troisième position, au cours de la cartographie de la surface de la figure 5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La hase [0031] La figure 1 représente un équipement rohotisé de cartographie 1 selon un mode de réalisation de l'invention, qui comprend des capteurs magnétiques, ou magnétomètres, destinés à réaliser une cartographie des champs magnétiques en différents points d'une surface. Cet équipement robotisé 1 comprend une hase 11, sensiblement rectangulaire, qui porte les roues permettant à l'équipement robotisé 1 de se déplacer. Les roues [0032] La figure 2 représente en vue de dessous cette base 11, sur laquelle sont montées les roues 111, 112, 113 et 114. [0033] De façon avantageuse, ces roues sont de type omnidirectionnel, permettant de rendre l'équipement robotisé de cartographie 1 holonome, ou omnidirectionnel. Plus précisément, ces roues 111, 112, 113 et 114 sont les roues du type connu sous le nom de « mecanum », décrit par exemple par le brevet US 3 876 255 A. Leur périphérie porte des rouleaux pivotants, montées fous sur des axes inclinés de 45° par rapport au plan de la roue et de 45° par rapport à l'axe principal de la roue. [0034] Les quatre roues sont chacune motorisée et commandée en vitesse, indépendamment les unes des autres, en fonction du mouvement à produire. Elles sont placées à proximité des quatre angles de la base 11, les deux roues avant Ill et 112 étant coaxiales et les deux roues arrière 113 et 114 étant coaxiales, selon un axe parallèle à celui des roues avant. Par ailleurs, l'orientation des rouleaux sur les roues avant droite 112 et arrière gauche 114 est opposé à l'orientation des rouleaux sur les roues avant gauche 111 et arrière droite 113. [0035] Cette configuration des roues «mecanum », qui est connue en elle-même, permet de rendre holonome l'équipement robotisé 1. Celui-ci peut ainsi réaliser : [0036] une translation vers l'avant/arrière, en faisant tourner toutes les roues ensemble dans le même sens, [0037] un mouvement de rotation pure, en faisant tourner les roues droites 112 et 113 et les roues gauches 111 et 114 en sens opposé, [0038] une translation vers la droite/gauche, en faisant tourner la roue avant droite 112 et la roue arrière gauche 114 dans le sens opposé à la roue avant gauche 111 et la roue arrière droite 113. Ces mouvements peuvent également être combinés en étant réalisés simultanément. Le positionnement et le guidage [0039] La base 11 de l'équipement robotisé 1 comprend également un équipement élec- tronique (non représenté) permettant de mesurer les déplacements de l'équipement robotisé 1 afin de connaître, au cours de son déplacement, sa position exacte par rapport à sa position initiale connue. Il est ainsi possible d'associer chaque mesure des capteurs magnétiques à une position de l'équipement robotisé, afin de constituer une cartographie. [0040] Cet équipement électronique calcule, de façon connue en elle-même, les dé- placements et la position du robot à partir d'informations sur le nombre de tours effectués par chaque roue, provenant des moteurs de ces roues, et à partir des données d'accélération mesurées par une centrale inertielle intégrée à la base 11. [0041] Cette base 11 peut également comprendre un LIDAR lui permettant de mesurer sa distance par rapport au mur ou aux obstacles, ainsi que tout autre type de capteurs connus permettant d'améliorer la mesure du déplacement et de la position de l'équipement robotisé de cartographie 1. [0042] La base 11 de l'équipement de cartographie comprend également un équipement électronique de commande apte à commander les moteurs des roues 111, 112, 113 et 114 afin de commander le déplacement de l'équipement robotisé de cartographie 1 le long d'une trajectoire souhaitée. Cette trajectoire, qui peut être déterminée préalablement ou peut être calculée en temps réel par l'équipement électronique de guidage, permet de préférence à l'équipement robotisé 1 de parcourir systématiquement l'ensemble d'une surface à cartographier. L e support des capteurs [0043] Au-dessus de la base 11, l'équipement robotisé de cartographie comprend un tronc 12 qui permet de porter des capteurs magnétiques, à une distance déterminée du sol. De préférence, cette distance est comprise entre 60 cm et 150 cm. Dans le mode de réalisation représenté, cette distance est comprise entre 80 cm et 110 cm. Une telle distance a été identifiée comme préférable pour deux raisons. D'une part, elle permet d'éloigner suffisamment les capteurs magnétiques des composants de la base 11, et 6 notamment des moteurs électriques contenus dans cette hase, pour éviter que ces composants n'interfèrent de façon sensible sur les champs magnétiques mesurés. D'autre part, cette distance du sol correspond à la hauteur à laquelle sont ordinairement placés les équipements électroniques portés par des personnes debout. La mesure des champs électroniques à une telle hauteur permet d'établir une cartographie des champs magnétiques à la hauteur qui sera généralement la plus utile pour la géolocalisation et le guidage des personnes. [0044] Les capteurs magnétiques peuvent donc être portés par le tronc 12 au niveau d'un plan horizontal 13, marqué en pointillés sur la figure 1, proche du sommet de ce tronc. Préférentiellement, un couvercle 14, placé au sommet du tronc 12, permet de masquer ces capteurs, quand il est en place, ou au contraire d'y accéder, quand il est retiré. [0045] La figure 3 est une vue en perspective du haut de ce tronc 12, quand le couvercle 14 a été retiré. Comme le montre cette figure, le tronc 12 présente des pattes d'accrochage 121, 122 et 123, au niveau de sa périphérie. Des ressorts de traction 2 sont accrochés à ces pattes d'accrochage par une première de leurs extrémités et, par leur seconde extrémité, à des platines 31, 32, 33, 34. D'autres ressorts 2 sont accrochés à ces platines 31, 32, 33, 34 afin de les connecter les unes aux autres. L'ensemble de ces ressorts 2 permet de maintenir les différentes platines portées par le tronc 12 dans un même plan, et d'amortir les chocs ou vibrations pouvant être transmis à ces platines par le tronc 12. De préférence, la position des pattes 121, 122 et 123 est choisie de façon à ce que les platines 31, 32, 33, 34 soient maintenues dans un plan horizontal. Par ailleurs, les ressorts 2 sont choisis de façon à placer les platines 31, 32, 33, 34, dans ce plan, à des positions prédéterminées éloignées les unes des autres. [0046] Ces platines 31, 32, 33, 34 sont des plaques sensiblement carrées présentant un trou central d'axe vertical. Chacune est destinée à recevoir un support de capteurs. Cependant, sur la figure 3, les platines 33 et 34 en sont dépourvues, afin de les rendre plus visibles. Les supports de capteurs 41 et 42 sont montés, respectivement, sur les platines 31 et 32. [0047] Le support 41 comporte une plaque inférieure 411, qui est placée en dessous de la platine 31 et prend appui sur la surface inférieure de cette platine 31. Ce support 41 comprend également une plaque supérieure 412 placée sur la platine 31 et prenant appui sur sa surface supérieure. Un axe, non visible sur la figure, relie la plaque supérieure 412 et la plaque inférieure 411 en passant par le trou de la platine 31. Cet axe serre les plaques inférieure 411 et supérieure 412 avec une force suffisante pour maintenir ces plaques dans leur position par rapport à la platine 3, en l'absence d'une action d'un opérateur, mais suffisamment faible pour permettre une rotation du support 41 pal- rapport à la platine 3, sous l'action d'un opérateur. Un tel montage permet d'effectuer un réglage facile de l'orientation des capteurs magnétiques. 7 [0048] La plaque supérieure 412 porte, sur sa surface supérieure, des colonnes 413 en matière plastique qui supportent elles-mêmes, à leur sommet, la carte électronique 51 constituant un capteur magnétique. Les colonnes de plastique servent à placer le capteur 51 à une distance suffisante des ressorts 2, pour que ceux-ci ne perturbent pas les champs magnétiques mesurés. [0049] Le support de capteurs 42, identique au support de capteurs 41, n'est pas plus décrit. Il supporte la carte électronique 52 constituant un capteur magnétique, identique à la carte électronique 51. De préférence, d'autres supports de capteurs identiques, portant d'autres capteurs magnétiques, sont également montés sur les platines 33 et 34. [0050] Les capteurs 51 et 52 peuvent ainsi être placés dans le plan horizontal 13, à la distance souhaitée du sol. Ils sont également protégés des vibrations et des chocs pouvant être subis par l'équipement robotisé 1, et sont suffisamment éloignés des niasses métalliques et des composants pouvant perturber les champs magnétiques pour pouvoir effectuer une mesure satisfaisante du champ magnétique terrestre. Les capteurs [0051] Les capteurs magnétiques sont des magnétomètres à trois axes, capables de mesurer les champs magnétiques dans toutes les directions. De tels capteurs, qui sont connus en eux-mêmes, peuvent mesurer de façon assez précise les variations d'un champ magnétique au cours du temps. En revanche, ils présentent couramment une erreur constante dans la mesure de la valeur absolue du champ magnétique. Cette erreur est par ailleurs variable en fonction de la direction dans laquelle le capteur effectue la mesure. [0052] Dans le mode de réalisation décrit, les cartes électroniques 51 et 52 portent, en plus des magnétomètres, des centrales inertielles et des accéléromètres. Les mesures relevées par ces capteurs sont avantageusement enregistrées avec les mesures de champ magnétique. Elles peuvent permettre d'apporter des corrections à ces mesures de champ magnétique quand, par exemple, des chocs subis par l'équipement robotisé de cartographie 1 perturbent les mesures de champ magnétique. Les déplacements sur la surface à cartographier [0053] La figure 4 est une représentation schématique, en vue de dessus, de l'équipement robotisé de cartographie 1 portant quatre capteurs 51, 52, 53 et 54, maintenus en place dans le même plan par des ressorts 2. La position de ces quatre capteurs est choisie de telle sorte que, quand l'équipement robotisé 1 se déplace dans sa direction d'avancement 91, les capteurs 51 et 53 mesurent la valeur du champ magnétique le long d'une même ligne 82, afin que deux mesures successives soient effectuées sur cette ligne 82. Les capteurs 52 et 54 mesurent le champ magnétique le long de lignes, respectivement 81 et 83, parallèles à la ligne 82 et équidistantes de cette ligne 82, à droite et à gauche de celle-ci. 8 [0054] Quand, comme le représente la figure 5, l'équipement robotisé de cartographie 1 circule selon une trajectoire rectiligne sur une surface à cartographier 7, les capteurs 51, 52, 53 et 54 peuvent alors mesurer le champ magnétique le long des lignes 81, 82 et 83. Le long de la ligne 82, deux mesures successives sont effectuées, ce qui permet de renforcer la fiabilité et la précision des mesures. [0055] Après avoir effectué un déplacement le long d'une première trajectoire rectiligne, selon la première direction d'avancement 91, l'équipement robotisé de cartographie 1 peut effectuer un mouvement selon une direction d'avancement transversale 92 perpendiculaire à la première direction d'avancement 91. De façon particulièrement avantageuse, ce mouvement qui est représenté sur la figure 6 se fait sans modifications de l'orientation de l'équipement robotisé de cartographie 1. Ce mouvement se fait de préférence sur une distance égale à la distance séparant la ligne 81 de la ligne 83. [0056] À l'issue de cc mouvement latéral, l'équipement robotisé de cartographie 1 peut se déplacer dans une troisième direction d'avancement 93, parallèle à la première direction d'avancement 91 mais de sens opposé. Là encore, ce déplacement se fait sans modifier l'orientation de l'équipement robotisé de cartographie 1. [0057] Au cours de cc déplacement le long d'une seconde trajectoire, le capteur 52 effectue les mesures de champ magnétique le long de la ligne 83, de telle sorte que deux mesures successives sont effectuées sur cette même ligne, par des capteurs différents. Les capteurs 51 et 53 effectuent par ailleurs deux mesures le long d'une nouvelle ligne 84 et le capteur 54 effectue une mesure le long d'une ligne 85. Maintien de l'orientation des capteurs [0058] Il est à noter que, lors de cette circulation de l'équipement robotisé de cartographie 1 sur la surface à cartographier 7, les capteurs 51, 52, 53 et 54 gardent constamment la même orientation, bien que l'équipement robotisé 1 se déplace dans des directions variées. Ce maintien de l'orientation des capteurs leur permet, avantageusement, d'effectuer des mesures précises des variations de champ magnétique, sans que les erreurs de mesure de la valeur absolue de ce champ magnétique, variables selon l'orientation du capteur, n'interfèrent. Il est ainsi possible d'obtenir des mesures précises, en limitant la nécessité de calibrages des capteurs. [0059] Dans le mode de réalisation représentée, ce maintien de l'orientation des capteurs est obtenu en maintenant stable l'orientation de l'équipement robotisé de cartographie 1, grâce à l'usage des roues omnidirectionnelles associées à un équipement électronique de commande qui est configuré pour commander les roues de telle façon que l'équipement robotisé de cartographie 1 conserve son orientation, alors qu'il se déplace dans des directions différentes. Dans d'autres modes de réalisation, cependant, il serait également possible de rendre les supports de capteurs pivotants autour d'axes verticaux, et d'asservir leurs orientations de telle façon qu'elles restent constantes 9 malgré des changements d'orientation de l'équipement robotisé de cartographie. L'équipement robotisé de cartographie pourrait alors changer d'orientation, sans changer l'orientation des capteurs. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]