Systèmes de navigation inertiels pour robots mobiles

Navigation IMU pour robots autonomes

Ces robots sont de plus en plus utilisés pour des applications domestiques, industrielles ou encore militaires.

Les robots mobiles autonomes ont besoin d’une aide à la navigation pour se déplacer d’un point à l’autre. Parallèlement à la navigation, ils ont aussi besoin d’un système de localisation, car la commande de navigation dépend de l’emplacement du robot.

Comprendre le système de navigation idéal pour les robots 

  • Coût bas : étant donné que les robots vont devenir de plus en plus présents, ils seront produits en grande quantité. Pour faciliter la production à grande échelle, l’INS utilisé sera peu coûteux.
  • Compact : les robots doivent occuper un faible espace, le système de navigation lui-même devra être très compact.
  • Sécurisé : à mesure que le nombre de robots augmente, leur sécurité sera une préoccupation majeure. Un piratage généralisé sur des robots n’est pas une possibilité lointaine. Pour éliminer ces tentatives, le système de navigation devra être protégé contre les attaques.
  • Précision : les robots opérant dans un environnement restreint et prenant en charge le déplacement d’objets ou autres actions similaires, la précision requise est très élevée.
centrale inertielle miniature POLLUX PITCH TECHNOLOGIES
INS PS POLLUX

Options ou systèmes disponibles pour fournir une assistance à la navigation aux robots mobiles :

Systèmes de navigation par inertie

Les systèmes de navigation par inertie comprennent des gyroscopes et des accéléromètres qui déterminent le déplacement dans une direction donnée.

L’accélération est intégrée pour calculer la distance parcourue par le robot dans une direction donnée qui est ensuite utilisée pour calculer l’emplacement final. Diverses technologies peuvent être utilisées pour les INS. L’utilisation des technologies FOG (Fiber Optic Gyro) ou RLG (Ring Laser Gyro) permet d’obtenir un INS de haute précision avec un minimum d’erreur. Par contre, ces systèmes FOG / RLG sont très coûteux à fabriquer et de grande taille. Cela rend ces systèmes impropres à l’application robotique miniaturisée

La troisième technologie disponible pour la fabrication de systèmes de navigation par inertie est MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). La technologie MEMS permet de produire des systèmes de navigation par inertie compacts et économiques, mais manque de la précision et de l’exactitude requises. Le signal de sortie de ces systèmes diminue à mesure que l’erreur induite augmente avec le temps.

GPS / GNSS

Bien que le GPS ou le GNSS soit une option supplémentaire pour la navigation de robots, il présente certainement plus de limitations que d’avantages. Tout d’abord la précision de positionnement de ces systèmes est discutable. Dans le même temps, la disponibilité du signal GPS à l’intérieur n’est pas très fiable. Une autre préoccupation majeure concernant le GPS / GNSS est sa susceptibilité à se faire pirater ou manipuler. Comme il s’agit d’un problème de sécurité majeur, la préférence pour ce mode de navigation diminuera avec le temps.

Systèmes de localisation par caméra

Un autre mode de communication possible consiste à utiliser une caméra qui détermine la position du robot dans la pièce / l’espace donné et à traiter les données pour générer des commandes de navigation. Ces systèmes utilisent également des lumières, des plafonniers, des carreaux, etc. pour calculer l’emplacement exact du robot. Ces systèmes sont encore au stade naissant et auront besoin de temps pour mûrir.

Système hybride INS-GPS / GNSS

Autre possibilité pour la navigation de robots mobiles autonomes : un système hybride de systèmes de navigation inertielle MEMS et INS-GPS. Ces systèmes dépendent principalement d’un système de navigation par inertie MEMS pour la localisation et l’aide à la navigation. Le rendement de ces systèmes a tendance à dériver au fur et à mesure que les erreurs induites augmentent. Le signal GPS peut être utilisé périodiquement pour éliminer ces erreurs et obtenir des emplacements précis.

Un autre point qui mérite d’être pris en compte est l’évolution de MEMS INS. Même si les systèmes de navigation par inertie MEMS étaient connus pour leur manque de précision, les progrès des algorithmes de filtrage ont considérablement accru la fiabilité de ces systèmes.

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MEMS AERON SYSTEMS

Avantages de ce système hybride constitué de MEMS et GNSS

La technologie GNSS couplé à des MEMS présente un grand nombre d’avantages par rapport aux autres systèmes :

  • Economique : ces systèmes sont très abordables. Cela les rend parfaitement adaptés à une production et à une utilisation à grande échelle.
  • Sécurisé : étant donné que ces systèmes utilisent principalement un système de navigation par inertie indépendant et reposent sur le signal GNSS uniquement pour la correction, ils sont beaucoup plus sûrs que les systèmes basés sur GPS / GNSS.
  • Précision : la précision de la sortie de ces systèmes est bien meilleure que celle des systèmes GPS / GNSS autonomes. Un point à noter est que, grâce aux progrès des algorithmes et des techniques de filtrage, on peut obtenir une précision comparable aux systèmes RLG et FOG des systèmes MEMS.
ParamètreRLG / FOG MEMS GPS / GNSSMEMS / GPS
PrécisionTrès bonneBasseMoyenneBonne
CoûtElevéBasTrès basMoyen
SécuritéTrès bonneTrès bonneBasseElevée
TailleGrandePetiteTrès petitePetite

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