Brevet FR3154194A1 — publié le 20250418

L’invention concerne un marqueur pour lidar consistant en un catadioptre recouvert d’un revêtement, la position du marqueur étant obtenue à partir de l’intensité réfléchie par le marqueur. MARQUEUR DE POSITIONNEMENT INDOOR POUR LIDAR Domaine technique de l’invention Le domaine technique de l’invention est celui des véhicules mobiles autonomes indoor, en particulier les véhicules qui peuvent être déployés au sein d’infrastructures telles que des usines, des centre logistiques, des hôpitaux ou des lieux publics sans imposer des modifications substantielles de ces infrastructures. Arrière-plan technologique Les véhicules mobiles autonomes, plus connus sous l’acronyme anglais AIV pour Autonomous Intelligent Vehicules ou AMR pour Autonomous Mobile Robot sont des robots destinés à se déplacer dans des entrepôts, centres de production, centres de logistiques, etc., en navigation libre, sans éléments de guidage et sans pilotage. Ces robots permettent ainsi de transporter des marchandises d’un point à un autre de l’entrepôt, sans intervention extérieure ni supervision. Les AIV utilisent des cartes de leur environnement pour se localiser en la comparant aux mesures de leurs capteurs. Même si d'autres technologies existent, celle qui est utilisée par la quasi-totalité des AIV est la technologie lidar combinée à l'odométrie. Le robot estime son déplacement à court terme grâce à l'odométrie (mesure de la rotation des roues) et vient corriger les erreurs accumulées (drift) en comparant les mesures faites par son capteur lidar à la carte de l'environnent. Cette solution a plusieurs inconvénients. Premièrement, la précision de cette solution dépend de plein de facteurs et parmi eux on trouve la résolution de la carte. La résolution de la carte a un impact énorme sur les temps des calculs de localisation et de navigation, plus cette résolution est petite, plus c'est long. Une valeur correcte très souvent utilisée est 5cm par pixel. Grossièrement, cette valeur limite aussi la précision de la localisation à 5cm. Une telle précision ne permet pas de réaliser des opérations de navigation fines telles que la charge automatique aussi appelée "docking". Deuxièmement, la localisation sur la carte a besoin d'un point de départ pour fonctionner. Cette position initiale sert à la première estimation de position qui est ensuite raffinée lors du déplacement du véhicule et corrigée par la comparaison avec la carte. Pour le docking, le robot a besoin d'un repère local précis et non global. En effet l'important n'est pas de positionner le robot précisément sur la carte, mais bien précisément sur son dock pour qu'il puisse se recharger ou effectuer sa tâche correctement. Plusieurs solutions existent déjà pour obtenir la position relative entre un robot et sa station de charge. Il y a eu les systèmes actifs infrarouges qui fonctionnent comme un phare pour guider le robot, cela nécessite un récepteur sur le véhicule et une diode led sur la station de charge. On connaît aussi les systèmes qui utilisent une caméra pour détecter un marqueur visible (type QRcode), cela requière une caméra et est souvent sensible à l'éclairage ambiant (éblouissement ou nuit). Une autre solution connue est l'utilisation d'une forme remarquable sur la station de charge telle qu'un creux en V. Cette forme particulière est détectable grâce au lidar et permet une mesure de position relative. L'utilisation d'une forme remarquable ne permet pas l'identification de la station devant laquelle le robot se trouve. Objectif de l’invention L’objectif de l’invention est de permettre un positionnement relatif précis du robot afin d’exécuter une manœuvre de docking ou une localisation grâce à un marqueur visible par un lidar et pouvant éventuellement transmettre une information d’identification en sus de l’information positionnelle. Pour ce faire l’invention concerne un marqueur pour lidar, qui est une solution passive et simple à mettre en œuvre. Nous avons utilisé une bande réfléchissante catadioptrique de taille fixe sur laquelle, nous imprimons une bande opaque à la gamme d’onde du lidar permettant d’identifier le marqueur. Aujourd’hui, la grande majorité des lidars renvoie une information d'intensité en plus de l'information de distance. Nous avons utilisé cette information d'intensité pour détecter précisément le réflecteur catadioptrique dans l'environnement. En effet, le catadioptre renvoie beaucoup plus de lumière que les objets standards ainsi l'information d'intensité permet de l'identifier clairement parmi le reste des mesures. Cependant, l'intensité lumineuse renvoyée par le catadioptre est sensible à l'angle d'incidence, ce qui réduit la fiabilité de détection du marqueur. Pour résoudre ce problème, nous avons identifié un revêtement, qui peut etre dépendant de la longueur d’onde du lidar, à ajouter au catadioptre agissant comme un filtre permettant de palier ce problème. Ce filtre transparent permet de lisser l'intensité lumineuse renvoyée et résout le problème de sensibilité. La taille du marqueur permet de calculer précisément sa position et son angle relatif au robot. Ce calcul est fait à la fréquence de mesure du capteur. En outre, cela permet à l'algorithme d'asservissement d'effectuer une manœuvre de docking avec une précision de l'ordre de +-5mm. Pour le code d’identification du marqueur, nous avons fait les calculs en utilisant les spécifications du lidar utilisé, nous avons déterminé le pattern suivant. Le marqueur est constitué d'une ou plusieurs bandes absorbant la longueur d’onde du lidar et positionnée sur un réflecteur catadioptrique pour optimiser le contraste, le catadioptre et muni d’un revêtement spécifique afin de traiter l’angle d’incidence. La position et la largeur de cette bande opaque définissent l'identifiant du marqueur. Cela créera un pattern « Noir-blanc-noir-blanc-noir » de taille fixe facile à détecter dans l’ensemble de mesures renvoyé par le capteur. La caractéristique essentielle de cette solution est l’utilisation d’un élément catadioptrique pour pouvoir utiliser l’intensité renvoyée par le capteur lidar afin de localiser précisément cet élément. L’utilisation d’un filtre pour lisser la mesure est secondaire, mais permet de rendre la mesure fiable, quel que soit l’angle d’incidence du rayon. C’est cela qui rend le procédé suffisamment fiable pour être utilisable. L’utilisation de plus d’une bande pour l’identifiant permet d’augmenter le nombre d’identifiant possible. Le marqueur peut être utilisé sans bande d’encodage d’informations. Dans ce cas le marqueur n’a pas d’identifiant, mais peut quand même servir pour effectuer une manœuvre précise. L’utilisation d’une bande permet une distinction forte. Le catadioptre et la bande facilitent le processus d’identification. L’utilisation d’une seule bande simplifie la fabrication et l’identification, mais réduit le nombre d’identifiants utilisable.