Des robots mobiles avec le Leica GPS1200

Des robots mobiles
avec le Leica GPS1200
Parc Botanická záhrada de Bratislava au format Open Street Map, capturé avec le Leica GPS1200.
par František Duchon, Marián Kl’úcik, Ladislav
Jurišica, Anton Vitko, Dušan Kaštan
Des robots, des robots, des robots, il y en a
partout. Souvent à notre insu, ils ont un impact
considérable sur nos vies : nous achetons des
produits fabriqués par des robots, nous les
utilisons pour la science et ils explorent des
territoires inconnus. Les robots ne sont pas
des machines « idiotes », ils résolvent de nombreuses tâches compliquées sans aide humaine.
Ils « vivent » dans notre monde et ils peuvent
l'observer grâce à leurs capteurs. Pour pouvoir
se déplacer, les robots doivent savoir où ils se
trouvent, où ils veulent aller et comment s'y
rendre. Les tâches robotisées de base sont la
localisation et la navigation. Elles couvrent un
large spectre de technologies et d'applications,
à partir de techniques très anciennes, mais également de certaines des dernières avancées de
la spatiologie et de l'ingénierie. Parmi celles-ci,
on trouve la technologie de Leica Geosystems,
comme l'ont démontré de récents tests, réalisés
avec le Leica GPS1200 à l'institut des techniques
de contrôle et d’informatique de l’université
technique slovaque de Bratislava.
Aujourd'hui, la plupart des robots d'extérieur utilisent un GPS indépendant pour leur localisation, ce
qui fournit une estimation de la position horizontale à environ 20 m près. Cette précision est suffisante pour conduire un véhicule, mais pas pour la
robotique, où la réussite se distingue de l'échec à
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quelques centimètres. Des solutions logicielles ou
matérielles peuvent améliorer les calculs de localisation et de nombreux robots utilisent des procédures mathématiques compliquées pour améliorer l'estimation de leur localisation par GPS. Les
récepteurs avancés peuvent régler ce problème : ils
peuvent utiliser d'autres systèmes GNSS (GLONASS
et bientôt Galileo, par exemple), faire des mesures
de phase DGPS, utiliser des modèles de surface terrestres compliqués, et beaucoup d'entre eux peuvent
également prendre des mesures RTK. Grâce à ces
fonctions, ces systèmes peuvent améliorer les estimations de position horizontale pour obtenir une
précision centimétrique.
Notre équipe de l'institut des techniques de contrôle
et d’informatique de la Faculté d’ingénierie électronique et d’informatique de l’Université technique slovaque de Bratislava recherchait une solution au problème de localisation et a testé certains récepteurs
GPS non destinés à l'arpentage, mais aucun n'était
satisfaisant. Au départ, nous avions décidé d'améliorer la qualité de l'estimation à l'aide de procédures
mathématiques (filtre de Kalman et moyenne de
déplacement). L'estimation de la position était meilleure, mais elle ne suffisait toujours pas pour localiser précisément le robot. Nous avons alors décidé
d'obtenir un récepteur GPS de qualité supérieure et
nous avons choisi un Leica GPS1200. Il s'utilise habituellement pour les applications de géodésie, mais
nous voulions l'essayer en robotique. Et nous avons
été très surpris ! Ses estimations de position d’une
précision centimétrique ont entièrement résolu notre
problème de localisation en extérieur, ce qui nous a
permis de l'utiliser de diverses manières.
Notre premier essai avec le Leica GPS1200 était
une estimation de la position de notre robot mobile
extérieur. Ce robot est richement équipé de composants matériels comme un système visuel rotatif, un
gyroscope, des encodeurs optiques, des télémètres
à ultrasons, un scanner laser et un GPS. Il est très difficile d'obtenir des données de tous ces capteurs. En
outre, il existe d'autres procédures de traitement des
données qui utilisent des calculs compliqués. Notre
récepteur GPS non destiné à l'arpentage n'était pas
capable de fournir une estimation adéquate de la
position, même avec l'application du filtre de Kalman.
Le Leica GPS1200 a résolu les problèmes d'estimation de la position et a également amélioré le temps
de calcul pendant le traitement des données.
précédentes, de nombreuses cartes de l'environnement étaient disponibles peu avant la compétition.
Il pouvait s'agir de simples enregistrements de la
distance parcourue (navigation à l'estime) et de la
direction (boussole) ou d’une analyse d'image non
négligeable avec les points remarquables du parcours. Pour la compétition, les robots disposent uniquement de la carte et des coordonnées de la ligne
d'arrivée. Ils ne connaissent pas leur point de départ
exact et les interventions de l'opérateur se limitent
à la saisie de la ligne d'arrivée. L'objectif des robots
est de résoudre cette tâche afin de montrer leurs
capacités de navigation à l’aide de la carte fournie.
Avant la compétition, notre récepteur Leica GPS1200
a été utilisé pour créer une carte du parc Botanická
záhrada de Bratislava. Les données relevées ont été
transformées au format Open Street Map et rendues
publiques sur Internet. Chaque équipe en compétition pour le « Robotour 2010 » a utilisé cette carte.
Bien que les équipes aient obtenu des résultats différents, nous sommes fiers d'annoncer que le Leica
GPS1200 a permis de créer une carte précise du parc.
Le Leica GPS1200 est un instrument puissant qui
fournit une solution complète pour la localisation,
ainsi qu'une solution partielle pour la navigation en
robotique. À partir d'un certain nombre de tâches
compatibles avec ce système, nous l'avons utilisé
pour la localisation du robot mobile extérieur et
comme système de cartographie pour le « Robotour
2010 ». Grâce à certaines améliorations de nos algorithmes de commande, nous envisageons d'utiliser
le Leica GPS1200 dans les robots extérieurs mobiles
entièrement autonomes que nous sommes en train
de développer.
Nous aimerions remercier Erik Frohmann de chez
Geotech, un partenaire de Leica Geosystems,
pour son dévouement et pour son travail très utile
pendant notre projet avec l'utilisation du Leica
GPS1200.
Robot extérieur mobile équipé du Leica GPS1200.
Le second essai du Leica GPS1200 était pour le
« Robotour 2010 » (www.robotika.sk). Le « Robotour » est un concours où des robots autonomes se
déplacent dans les rues pavées d'un parc. Les années
À propos des auteurs :
František Duchon, Marián Kl’úcik, Ladislav Jurišica,
Anton Vitko et Dušan Kaštan sont membres de l'institut des techniques de contrôle et d’informatique de
l’université technique slovaque de Bratislava. ([email protected])
Le magazine mondial de Leica Geosystems | 31