Octinion et l’équipe Mechatronics 4.0 guident un AGV extérieur à l’aide d’une technologie à ultralarge bande

AGV

Grâce aux évolutions technologiques récentes, les robots et les véhicules à guidage automatique (AGV) sont de plus en plus courants, y compris en dehors des environnements industriels. À titre d’exemple, citons le prototype de robot cueilleur de fraises d’Octinion.

Octinion a mis au point un prototype de robot cueilleur de fraises (http://octinion.com). Ce robot peut naviguer de manière autonome dans une serre, repérer visuellement les fraises, puis cueillir et trier les fruits mûrs sans les endommager. La qualité et la vitesse de cueillette sont comparables à celles d’un cueilleur humain idéal, mais le robot est doté d’un contrôle de qualité avancé qui améliore le tri.


 Le prototype de robot cueilleur de fraises d’Octinion

Pour qu’un véhicule à guidage automatique soit efficace, il requiert un système de localisation qui extrait des informations sur sa position précise. Ces informations sont injectées dans son algorithme de navigation. Pour l’application de cueillette de fraises, une précision de l’ordre du centimètre et une fréquence de mise à jour de 10 Hz sont requises. Il existe différentes solutions technologiques à cette fin, dont chacune possède des avantages et des inconvénients spécifiques.

  • Le premier jeu de solutions repose sur le GPS. On trouve sur le marché des modules GPS à coût réduit. Toutefois, leur précision est trop faible pour l’application AGV. Les systèmes GPS différentiels sont plus précis, mais à un coût prohibitif. En outre, les signaux GPS ont tendance à être bloqués par les bâtiments, arbres, etc. proches.
  • Les balises visuelles sont une alternative. Elles reposent sur des capteurs optiques qui localisent l’objet par rapport à des éléments visuels étalonnés (balises) dans l’environnement. Il est ainsi possible d’élaborer des solutions précises, mais leurs performances peuvent être considérablement influencées par les conditions ambiantes, p. ex. l’éclairage et les conditions météorologiques comme la brume ou la neige.
  • La technologie de communication à ultralarge bande (UWB) est une troisième solution. Il s’agit d’une technologie de transmission d’informations étalées sur une large bande passante. Une durée de trajet bidirectionnelle peut être mesurée sur la base des échanges de communication entre l’ancre et la balise, ce qui permet ensuite de calculer une portée (voir figure ci-dessous). Les coordonnées 3D d’un objet peuvent ainsi être calculées par triangulation. L’UWB semble être une alternative prometteuse qui pourrait atteindre une précision de l’ordre de 10 cm, résolvant ainsi les inconvénients du GPS et des balises visuelles. Toutefois, il n’est pas encore possible de déterminer si l’UWB de Decawave est techniquement faisable pour ce genre d’applications.


Communications UWB pour l’obtention d’une mesure de portée

Dans ce projet, Octinion et l’équipe Mechatronics 4.0 ont démontré la faisabilité de la technologie UWB de Decawave en vue d’obtenir une localisation précise pour la navigation d’un AGV. L’architecture du système est illustrée à la figure suivante. L’AGV est équipé d’une balise UWB et de quatre ancres qui sont fixées sur les bords de la plage de fonctionnement.

Comme le filtre UWB ne peut atteindre qu’une précision de 10 à 20 cm, sa mesure de position globale est fusionnée, à l’aide d’un filtre Kalman, aux signaux provenant d’une unité de mesure inertielle (IMU) et de codeurs rotatifs. Il est ainsi possible d’obtenir la précision requise pour le contrôle du positionnement, mais aussi d’acquérir des informations sur l’orientation et la vitesse de l’AGV, qui sont nécessaires pour sa navigation. L’IMU mesure les accélérations et les vitesses de rotation dans un système de coordonnées locales. La figure suivante illustre la disposition de cette fusion de capteurs.

 Représentation schématique du système de positionnement UWB (gauche) et de l’approche de fusion de capteurs permettant d’atteindre une estimation précise de la position et de l’orientation

La figure ci-dessous montre le résultat de l’estimateur (rouge) et le compare aux données brutes de l’UWB (mauve). Le niveau de bruit de l’estimation de localisation est significativement réduit. Une analyse stochastique de l’erreur montre que l’écart type de la mesure de position est d’environ 50 mm et celui de l’orientation d’environ 1 degré.

Estimation de position réalisée à l’aide de la fusion de capteurs de la localisation UWB, de l’IMU et des données des codeurs

Pour en savoir plus sur la façon dont l’équipe Mechatronics 4.0 et Octinion ont obtenu ces résultats, et pour voir un AGV naviguer sur la base de données UWB, assistez au masterclass de Mechatronics 4.0 sur la localisation, le 28 mars prochain.

Personnes de contact Flanders Make: RisangGatot.Yudanto@flandersmake.be et Maarten.Witters@flandersmake.be

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