Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La navigation autonome est devenue l’un des enjeux technologiques majeurs du XXIe siècle. Les besoins de mobilité sont immenses en robotique de service et dans les transports. Plusieurs systèmes de localisation sont aujourd’hui disponibles : le GPS civil, très performant, mais souffrant d’une précision variable (de 5 m à 30 m) en fonction de la météo et de l’environnement, la vision par ordinateur, coûteuse en termes de ressources calculatoires mais aussi sensible aux variations de la luminosité, limitant ainsi son utilisation en extérieur. Directement inspiré de la fourmi du désert Cataglyphis, le robot hexapode AntBot se localise en comptant ses foulées et mesure sa distance parcourue (odométrie) visuellement en intégrant le défilement visuel
du sol. Son cap, quant à lui, est estimé à l’aide d’une boussole céleste. AntBot se repositionne avec une erreur d’à peine 7 cm, soit presque 100 fois plus faible que celle du GPS civil.
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Autonomous navigation has become one of the major technological challenges of the 21st century. Mobility needs are immense in service robotics and transports. Several location systems are now available: civilian GPS, which is very efficient, but suffers from variable accuracy (from 5m to 30m) depending on the weather and the environment, computer vision, expensive in terms of computing resources but also sensitive to variations in light, thus limiting its use outdoors. Directly inspired by the Cataglyphis desert ant, the AntBot hexapod robot is located on the basis of step counting and visual odometry by integrating the visual scrolling of the ground, while its heading is estimated using a celestial compass. AntBot repositioned itself with an error of just 7 cm, almost 100 times lower than the civilian GPS.
Auteur(s)
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Julien DUPEYROUX : Docteur, Aix-Marseille Université
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Stéphane VIOLLET : Directeur de recherche, CNRS
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Julien SERRES : Maître de Conférences, Aix-Marseille Université
INTRODUCTION
Un des instruments de navigation du robot AntBot repose sur un compas céleste détectant le rayonnement diffusé par l’atmosphère en bande spectrale ultraviolette (UV). Cet instrument est inspiré de la partie dorsale des yeux composés des insectes, et plus particulièrement de la fourmi du désert Cataglyphis fortis. Ce compas céleste bio-inspiré est doté de seulement deux photodiodes surmontées de filtres polarisants linéaires rotatifs permettant de balayer la voûte céleste, mesurant ainsi l’angle de polarisation (AdP) – noté mathématiquement ψ – de la lumière du ciel afin de fournir une information de cap au robot. Le modèle de détermination du cap s’inspire de celui proposé par Thomas Labhart (Université de Zürich, Suisse) sur la vision de la polarisation chez le grillon. Bien que ce modèle biologique doive être considéré avant tout comme une vue de l’esprit, il n’en reste pas moins très intéressant de par sa parcimonie sensorielle pour développer des instruments bio-inspirés capables de fournir une information de cap. Les performances de ce nouvel instrument de navigation décrites dans cet article attestent du caractère novateur, minimaliste, fiable et robuste de cette boussole optique pour l’estimation du cap d’un véhicule autonome naviguant en environnement extérieur.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
vision | Biomimicry | navigation | hexapod | celestial compass | bionics | biorobotics
DOI (Digital Object Identifier)
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Le robot hexapode AntBot
En anglais
1. Généralités
1.1 Stratégies actuelles de navigation en robotique
La navigation autonome est aujourd’hui un enjeu majeur dans le développement de véhicules et de robots autonomes. On compte en moyenne chaque année plus de 5 000 porte-conteneurs en service, plus d’un milliard de voitures sur les routes, et on estime que près de 5 000 avions sont dans les airs à chaque instant. Afin d’assurer la fiabilité de ces moyens de transport, il apparaît urgent de travailler à l’élaboration de nouveaux systèmes de navigation robustes et répétables. Les applications de ces systèmes de navigation autonomes sont nombreuses : exploration d’environnements ayant subi des catastrophes naturelles ou technologiques et d’infrastructures urbaines, mais aussi à l’occasion d’exploration extraterrestre, où on peut citer le rover Curiosity (NASA) et prochainement le rover ExoMars (ESA) ; transport de biens et de personnes sur de longues distances ; inspection et ramassage automatiques des récoltes dans les champs ; navigation maritime autonome (projet norvégien de développement du tout premier porte-conteneurs autonome entièrement électrique, le Yara Birkeland) ; et enfin applications militaires telles que les missions de reconnaissance (drones, avions sans pilote…).
Le GPS civil (Civilian Global Positioning System) est à ce jour la principale méthode utilisée pour se localiser sur Terre. On le retrouve dans une multitude d’objets du quotidien tels que les téléphones portables, les voitures, et même les montres connectées. Pourtant sa précision reste variable, s’accompagnant généralement d’une incertitude de l’ordre de 5 m dans des conditions d’utilisation standard (couverture nuageuse faible, peu ou pas d’occultation, etc.) . En environnement urbain, la précision du GPS est facilement altérée par les interférences électromagnétiques, aux effets de dérive, mais également par les interruptions de signal dues aux occultations causées...
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Généralités
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RENFRO (B.), ROSENQUEST (J.), TERRY (A.), Boeker (N.) - An Analysis of Global Positioning System (GPS) Standard Positioning System (SPS). Performance for 2015. - Space and Geophysics Laboratory / Applied Research Laboratories / The University of Texas at Austin (2017).
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(5) - LOWRY (S.), SüNDERHAUF (N.), NEWMAN (P.), LEONARD (J.J.), COX (D.), CORKE (P.) et al - Visual Place Recognition :...
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