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ECOLE POLYTECHNIQUE

DE MONTREAL

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

Projet de systeme de perception

pour un robot footballeur

Rapport de projet de fin d’etudes soumis

comme condition partielle a l’obtention du

diplome de baccalaureat en ingenierie

Presente par : Alexandre Garant

Matricule: 1074914

Directeur de projet : Richard Gourdeau

Date: 15 avril 2003

Sommaire

Afin de pouvoir controler un robot a contrainte non-holonome autonome pour

sa participation au tournoi de football robotise appele Robocup, celui-ci doit avoir

un systeme de vision robuste et pouvant fournir les informations necessaires a la

caracterisation de son environnement. Le systeme de perception du robot comprend

une partie primaire et secondaire. La premiere est composee d’un systeme de camera

video qui sert principalement a identifier l’environnement. La deuxieme est un systeme

qui permet de fournir la distance et l’orientation en temps reel tout en etant robuste.

Dans le cadre du present ouvrage, un systeme de perception secondaire est propose

afin de doter le robot joueur de football de tout les atouts necessaire a la participa-

tion de la Robocup. En effet, ce systeme est essentiel pour acceder a la victoire de

ce tournoi, car un robot autonome ne peut pas se deplacer s’il ne connaıt pas son

environnement.

Ce document consiste tout d’abord en la definition des specifications dont le sys-

teme secondaire est contraint, que ce soit par le robot lui-meme ou par les reglements

de la Robocup. Ensuite, l’analyse des differents systemes de perception possible est

fait afin de decider lequel des solutions sera utilisees pour elaborer le systeme de vi-

sion secondaire. Un systeme compose de sonars ayant ete choisi, cette solution sera

presentee en detail avec les raisons qui ont poussees a cette decision et le type de

sonar choisi pour l’application. Finalement, l’integration du systeme sur le robot sera

presentee. En effet, le controle et l’architecture seront etudies.

TABLE DES MATIERES ii

Table des matieres

Remerciements iv

Liste des tableaux v

Liste des figures vi

Listes des symboles et abreviations vii

1 Introduction 1

2 Problematique 3

2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Specification du robot footballeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.3 Reglement de la Robocup specifique au systeme de vision . . . . . . . 4

2.3.1 Reglement de la FIFA et les modifications de la Robocup . . . 5

2.3.2 Reglement specifique de la Robocup . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4 Limitation d’un systeme de vision a l’aide d’une camera . . . . . . . . 8

3 Choix du systeme de perception secondaire 10

3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2 Choix du systeme de perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2.1 Systeme infrarouge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2.2 Systeme tactile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2.3 Systeme GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

TABLE DES MATIERES iii

3.2.4 Systeme sonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.2.5 Systeme radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2.6 Solution retenue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3 Choix du sonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3.1 Massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3.2 Mekatronix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.3.3 Polaroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.3.4 Devantech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3.5 Solution Retenue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Integration 17

4.1 Choix de la disposition des sonars sur le robot . . . . . . . . . . . . . 17

4.1.1 Interference entre sonars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.1.2 Solution pour contrer l’interference entre les sonars . . . . . . 19

4.2 Disposition des sonars sur le robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.2.1 Sonar dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.2.2 Sonar statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.3 Interface du sonar avec le robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5 Discussion et conclusion 29

Remerciements

Je tiens avant tout a remercier mon directeur de projet, Richard Gourdeau, qui a

bien voulu me consacrer temps et me guider tout au long du projet.

Un remerciement tout particulier a Julien Beaudry, personne ressource lors de la

realisation du projet, ayant trouve reponses a la multitude d’interrogations survenues

tout au long des travaux.

Liste des tableaux

3.1 Specification des sonars de Massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2 Specification du sonar MUST01 de Mekatronix . . . . . . . . . . . . . 14

3.3 Specification du sonar 6500 de Polaroid . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4 Specification des sonars de Devantech . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Table des figures

4.1 Interference entre les sonars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2 Interference continue entre les sonars . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.3 Interference continue entre les sonars sans rejet . . . . . . . . . . . . 20

4.4 Interference continue entre les sonars avec rejet . . . . . . . . . . . . 21

4.5 Encodage different de deux sonars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.6 Detection d’obstacle avec deux sonars . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.7 Detection d’obstacle a l’aide la triangulation . . . . . . . . . . . . . . 23

4.8 Sonar dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.9 Delai des informations dans un sonar dynamique . . . . . . . . . . . . 25

4.10 Puissance du sonar Devantech selon l’angle . . . . . . . . . . . . . . . 27

Listes des symboles et abreviations

d distance de freinage du robot a vitesse maximale et deceleration maximale

a Acceleration maximale ou deceleration maximale

v Vitesse maximale

h Hauteur du ballon de football

T1 Cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 1

E1 Emission d’impulsions du sonar 1

R1 Reception des impulsions du sonar 1

D1 Temps entre le debut d’emission et le debut de la reception d’impulsion pour le sonar 1

T2 Cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 2

E2 Emission d’impulsions du sonar 2

D2 Temps entre le debut d’emission et le debut de la reception d’impulsion pour le sonar 2

T1a Premier cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 1

T1b Deuxieme cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 1

T2a Premier cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 2

T2b Deuxieme cycle d’emission-reception des impulsions du sonar 2

D2a Premier temps entre le debut d’emission et le debut de la reception d’impulsion pour le sonar 2

D2b Deuxieme temps entre le debut d’emission et le debut de la reception d’impulsion pour le sonar 2

TE1 Temps d’emission des impulsions du sonar 1

TV11 Temps entre lequel le sonar 1 emet et recoit ses impulsions

TE12 Temps entre l’emission des impulsions du sonar 1 et ceux du sonar 2

T2 Temps d’emission des impulsions du sonar 2

TV12 Temps entre lequel le sonar 2 emet ses impulsions et recoit ceux du sonar 2

Chapitre 1

Introduction

L’idee de creer une machine capable de faire les memes choses que l’etre humain a

toujours alimente l’imaginaire. La premiere generation de robot fait surtout reference

aux automates. Ces machines executent des taches repetitives surtout sur les chaınes

de montage dans les industries. Leurs environnements sont definis, car ils sont pro-

grammes pour effectuer des taches precises. Ainsi, ils n’ont pas besoin de prendre des

donnees de l’environnement pour reagir. Par contre, la deuxieme generation de robot

peut reagir avec l’environnement a l’aide de capteurs. Cette categorie devient de plus

en plus utilisee, car les robots sont plus precis que ceux de la premiere generation.

En effet, les capteurs permettent aux robots de prendre des decisions une fois que les

donnees, que les capteurs envoient, sont traitees. Donc, presque toutes les situations

peuvent etre traitees cas par cas.

En octobre 1992, un groupe de recherche japonais, constitue de Minoru Asada,

Yasuo Kuniyoshi et Hiroaki Kitano, chercha une facon de promouvoir la science et

la technologie dans une competition d’envergure. Apres plusieurs etudes, il arriva a

la conclusion que le jeu du football europeen etait une solution technologiquement,

socialement et economique faisable. En juin 1993, le groupe decida de creer une com-

petition robotique nommee ” the Robot J-league”. Le concept interessa grandement

les chercheurs a l’exterieur du Japon et la ligue changea de nom pour la Robocup. Par

contre, ce n’est qu’en 1997 que la premiere competition officielle eut lieu. Aujourd’hui,

CHAPITRE 1. INTRODUCTION 2

la Robocup est devenue un evenement de grande envergure. En juin 2002, lors de la

competition qui a eu lieu a Fukuoka au Japon, 117 300 visiteurs ont pu observer 188

equipes provenant de 29 pays differents. [1]

A l’Ecole Polytechnique de Montreal, le departement de genie electrique, plus pre-

cisement celui d’automatisation a pour but d’enseigner a des ingenieurs les connais-

sances et les habilites necessaires a la conception et a la creation dans le domaine de

l’automatisation industrielle. Les etudiants apprennent les concepts modernes de com-

mande pour les systemes lineaires et non lineaires, et les technologies informatiques

permettant d’implanter des strategies de controle. Depuis 5 ans a l’Ecole Polytech-

nique de Montreal, le cours ELE3100 portant sur la robotique mobile et l’informatique

qui s’y rattache amene les etudiants au baccalaureat en genie electrique a travailler

sur la conception d’un robot footballeur, le developpement de son controleur par

simulation dynamique et l’elaboration d’algorithmes de jeu pour participer a une

competition.[2]

Ainsi, depuis le debut de l’ete 2002, des developpements intenses ont lieu au sein

du laboratoire de mecatronique de l’Ecole Polytechnique de Montreal pour concevoir

deux equipes de trois robots mobiles capables de communiquer entre eux, de percevoir

les differents elements presents sur le terrain de football et finalement de jouer au

football de facon entierement autonome. Dans la conception d’un robot autonome, il

est necessaire de concevoir un systeme de perception. Ce systeme permet au robot de

se situer dans son environnement et consequemment de pouvoir reagir au changement

de celui-ci. Le projet de fin d’etude presente dans ce qui va suivre est donc, une

explication des demarches entreprises pour trouver et integrer la meilleure solution

pour le systeme secondaire de perception du robot joueur de football. En effet, Dans

ce qui suit, la definition des besoins reels est definie, la methodologie de la recherche

de la meilleure solution est expliquee et l’integration du systeme est enoncee.

Chapitre 2

Problematique

2.1 Introduction

Cette partie servira surtout pour determiner la problematique du probleme d’in-

genierie qui se trouve dans la recherche d’un systeme de perception secondaire a la

vision par camera video. Premierement, les specifications du robot joueur footballeur

seront decrites. Ces specifications comprennent celles propres au robot et celles rela-

tives aux reglements de la Robocup qui traitent du systeme de vision. Ensuite, une

fois que les limitations du systeme de vision a l’aide d’une camera seront definies, il

sera possible de determiner exactement quelles sont les specifications et les limitations

que le systeme de perception secondaire doit rencontrer.

2.2 Specification du robot footballeur

Tout d’abord, avant de definir le type de systeme de perception secondaire qui est

necessaire pour les robots footballeur, il est de mise de determiner les specifications

propres au robot. Celles-ci permettront de determiner quelques aspects du module. La

vitesse tangentielle maximale du robot est de 2,82 m/s et la vitesse angulaire maximale

de 16,88 rad/s. Pour ce qui est de l’acceleration maximale et la deceleration maximale

elles sont de 1,3669 m2. Donc, le systeme de perception devra etre capable de detecter

CHAPITRE 2. PROBLEMATIQUE 4

des obstacles a une distance minimum. Celle-ci est due a l’inertie du robot lorsque

celui-ci se deplace a une vitesse maximale et freine avec une deceleration maximale.

Le temps de freinage a ete fixe a 2 s.

d = −

1

2at2 + vt = 2,90m

Ainsi, le robot freine sur une distance de 2,90 m. A cette distance il faut ajouter

celle qu’un autre robot prend pour freiner et une marge de securite. Donc, le systeme

de perception doit etre capable de detecter des obstacles sur une distance minimum

de 6m. Pour ce qui est des caracteristiques physiques. Le robot a une forme circulaire

lorsqu’il est vu de dessus. Le diametre est 42 cm et la hauteur est 30 cm sans le

systeme de camera video.

2.3 Reglement de la Robocup specifique au sys-

teme de vision

Etant donne que l’objectif de la Robocup est de pouvoir former une equipe pour

2050 qui soit capable de competitionner avec les champions du monde de football,

les reglements de la Robocup doivent etre pareils que ceux de la FIFA. En realite,

le comite qui s’occupe des reglements de la Robocup a modifie les reglements en fai-

sant des ajouts et des modifications aux reglements officiels de la FIFA. En effet, ces

changements ont pour but d’adapter les reglements selon la capacite et la technologie

des robots. Ainsi, chaque annee le comite qui est responsable des reglements de la

Robocup se reunit pour apporter les changements necessaires pour le bon fonction-

nement de la coupe et l’avancement des technologies reliees aux robots joueurs de

football. Donc, la conception d’un systeme de perception est contrainte par certains

reglements. Ceux-ci seront enumeres ci-dessous [1].

Premierement, il est interessant de mentionner la philosophie des reglements de

la Robocup. En effet, ceux-ci ne doivent pas decrire le comportement des robots lors


des parties, ils assurent seulement que les competitions sont justes et encouragent la

creativite et le developpement technique. De plus, ils ne doivent pas contraindre le

design des robots, leurs aspects mecaniques, sensoriels, de communications, etc., sauf

si les contraintes assurent l’avancement scientifique et une competition loyale.

Les reglements specifiques au systeme de vision sont divises en deux parties. La

premierement est la description des reglements de la FIFA et des modifications ap-

portees par le comite de la Robocup. La deuxieme est l’enumeration des ajouts de

reglements essentiels pour le bon fonctionnement des competitions. Dans ce qui suit,

la description des reglements essentiels a l’elaboration des specifications du systeme

de perception sera enumeree avec une breve description conduisant a la determination

des specifications.

2.3.1 Reglement de la FIFA et les modifications de la Robo-

cup

Reglement 1 : Le terrain de jeu

La longueur du terrain doit etre entre 8 m et 10 m et sa largeur doit etre la moitie

de sa longueur. Le terrain n’est pas delimite par un mur, mais par une ligne blanche

de 12,5 cm d’epaisseur. Un but est situe a chaque extremite du terrain sur chaque

ligne determinant la largeur. Le centre des buts est au milieu de cette ligne. Il a une

largeur de 2 metres, une profondeur d’au moins 40 cm et sa hauteur est de 90 cm.

De plus, un mur est place autour des limites du but. Finalement, des cylindres sont

places sur chacun des quatre coins du terrain. Ils ont un diametre de 20 cm et une

hauteur de 90 cm.[1]

Interpretation : Ainsi, le sonar doit etre capable de mesurer des distances qui

vont jusqu’a 11,2 m, soit la diagonale du terrain maximale, mais il a ete mentionne

dans les specifications propre au robot que la distance minimum de perception est de

6m.

Reglement 2 : Le ballon


Le ballon utilise pour la competition Robocup est un ballon standard de la FIFA

de taille 5.[1]

Interpretation : Les ballons de taille 5 ont une circonference entre 68.5 cm et

69.5 cm, il faut arrondir la circonference a 70 cm pour evaluer le pire cas. Donc, la

hauteur, h, du ballon peut etre facilement calculee a l’aide de la formule suivante :

h(cm) = 70cm/pi

Cette hauteur etablit un critere de decision du systeme de perception secondaire.

Celui-ci devra etre situe a une hauteur minimum de 22,28 cm sur le robot. Cette

position permettra au dispositif de continuer a prendre des donnees meme si le support

possede le ballon. De plus, elle permet de savoir s’il y a un autre robot lorsque le ballon

est entre le systeme de perception et l’obstacle.

Reglement 3 : Le nombre de joueur

La partie se joue avec deux equipes. Chacune est constituee de quatre joueurs,

dont un gardien. Une partie ne peut pas commencer si une des deux equipes a moins

de deux joueurs. Durant la partie, celle-ci est annulee si une des deux equipes n’a plus

de joueurs disponibles.[1]

Interpretation : Il y a toujours entre deux et six robots sur le terrain et au

moins un de chaque equipe. Il se peut que les robots de l’autre equipe possedent

les memes systemes de perception et que consequemment ils creent de l’interference.

Cette remarque est valable aussi pour les robots d’une meme equipe. Donc, il est

important de tenir compte du bruit environnant et d’assurer que ce sont les bonnes

donnees que le dispositif enregistre.

2.3.2 Reglement specifique de la Robocup

Reglement 1 : Le design du robot

Les dimensions des robots doivent faire en sorte que celles-ci, une fois projetees sur

le sol, ne depassent pas 50 cm par 50 cm. La hauteur du robot doit etre comprise entre


30 cm et 80 cm et son poids ne doit pas exceder 80 Kg. Les systemes utilises pour

la perception doivent etre sur le robot et ne pas depasser les dimensions mentionnees

ci-dessus, ceux-ci ne doivent pas alterer l’environnement, soit le terrain ou les autres

robots. De plus, il est interdit d’utiliser un systeme de vision global. [1]

Interpretation : Ce reglement donne plusieurs renseignements sur l’eventuel sys-

teme de perception. Tout d’abord, le poids total du dispositif ne doit pas etre trop

eleve, car le poids maximum du robot est de 80 Kg et il a ete fixe 15 Kg au laboratoire

de mecatronique. En effet, chaque ajout de poids sur celui-ci fait varier ses caracte-

ristiques. Ainsi, la vitesse pour tel tension aux bornes du moteur peut diminuer si

le poids augmente par exemple. Ensuite, le systeme doit etre situe dans le carre de

50 cm par 50 cm impose au robot. Finalement, aucun systeme de vision global est

permis.

Reglement 3 : Fautes et mauvaise conduite des robots

Il ne peut y avoir qu’un seul robot a la fois dans la zone du gardien adverse, et

ce, pendant 10 s seulement si le ballon se trouve dans cette zone. Si un autre robot

entre lorsque qu’un de ses coequipiers y est deja, il a 5 s pour quitter la zone. De plus,

chaque robot doit eviter d’endommager les autres robots. Il est de la responsabilite

du robot, lorsqu’il est en mouvement, d’eviter tout contact avec les autres robots,

qu’ils soient en mouvement ou non. Finalement, le robot ne doit pas bloquer ou nuire

aux systemes de communication et de perceptions des autres robots.[1]

Interpretation : Il faut absolument un systeme de perception qui soit robuste,

car il doit se deplacer et reagir dans des temps relativement courts. Ce reglement

demontre aussi l’importance d’eviter les obstacles.


2.4 Limitation d’un systeme de vision a l’aide d’une

camera

Pour que le robot puisse se positionner et interagir avec son environnement, une

camera video sera disposee sur le robot. Presentement, le laboratoire de mecatronique

utilise un systeme de vision global qui permet au robot de connaıtre son emplacement,

ceux des autres robots, des buts et celui du ballon en tout temps. Par contre, les

reglements de la Robocup stipulent qu’il est interdit d’utiliser un systeme de vision

global. Pour cette raison, un systeme de vision par image sera dispose sur le robot. Ce

dispositif offre plusieurs avantages, mais aussi des limitations. Celles-ci permettront

de mieux cerner les besoins du systeme secondaire de perception. Les avantages et les

desavantages seront decrits dans les paragraphes suivants.

Premierement, il est important d’enumerer les avantages de l’utilisation d’une

camera video pour la perception du robot. En effet, ceci permettra de ne pas oublier

que ce qui est recherche est un systeme de secondaire et que celui-ci ne doit pas

servir a l’execution des memes fonctions que le primaire. La principale qualite d’une

perception a l’aide d’images est de pouvoir identifier l’environnement qui entoure

le robot. Il est possible de determiner les obstacles, de differencier un robot d’un

ballon par exemple. En plus, il determine si le robot detecte est un adversaire ou

un coequipier. Ce dispositif permet aussi de situer le robot par rapport aux elements

statiques de l’environnement. Ainsi, les buts et les limites du terrain peuvent etre

connus par le robot.

D’un autre cote, les desavantages sont nombreux. Ce systeme est tres complexe

et tres difficile a calibrer. La complexite vient du fait que l’information doit etre

traitee et ceci exige beaucoup de ressources. Les calculs sont enormes et longs, ce

qui engendre des delais dans le traitement des donnees qui sont essentielles au com-

portement des robots. De plus, beaucoup de memoire est requise pour emmagasiner

les matrices des images recueillies par la camera. Ces matrices augmentent le delai


proportionnellement a leurs precisions. Une autre complexite de cette utilisation est

lorsque les objets se deplacent trop vite pour la camera. Plus le temps de saisie d’une

image est long, plus les objets se deplacent a grande vitesse, plus ils vont etre de-

formes. Ce phenomene est du au fait que pour etre capable de recueillir une image,

la camera doit laisser entrer la lumiere pour reagir avec la lentille. Plus l’exposition

est longue, plus la lumiere reagit et plus l’image devient lumineuse et vice et versa.

Ainsi, plus le temps de saisie est long, plus les objets peuvent se deplace sur la meme

image. Ce phenomene engendre des traınees derriere les objets. C’est comme si l’objet

etait saisi plusieurs fois sur la meme image. L’autre point negatif de ce systeme est sa

calibration. En effet, il est sensible a beaucoup de parametres. Tout d’abord, la lumi-

nosite doit etre ajustee. Une luminosite trop elevee ou trop basse ferait en sorte que

le systeme ne puisse pas differencier certaines couleurs et consequemment les objets

sur le terrain. La calibration de la courbure et de l’emplacement de la camera doit

aussi etre faite. Ceci est du au fait que la dimension de chaque pixel dans le systeme

de coordonnees par pixel n’a pas exactement les memes valeurs que dans le systeme

de coordonnees monde. En effet, les pixels situes au centre de l’image sont equivalents

a des dimensions plus petites que les pixels situes a la peripherie.

Donc, le systeme de perception constitue d’une camera possede de nombreux desa-

vantages. Par contre, il possede la qualite essentielle pour implanter des strategies a

un robot joueur de football. En effet, il est impossible d’etre competitif si le robot ne

peut pas identifier son environnement. Ainsi, le systeme de perception secondaire doit

etre complementaire a celui-ci. Il doit etre capable de fournir au robot les donnees

necessaires pour qu’il soit capable de reagir presque en temps reel. Ce systeme permet

au robot de savoir la position et la distance des obstacles dans un temps relativement

court. De plus, ce systeme doit etre robuste, car la camera video ne l’est pas. Il peut

arriver que celle-ci ne soit pas capable de reconnaıtre les images qu’elle saisit. Donc, le

systeme de perception secondaire agit comme le module d’urgence en meme temps.

Chapitre 3

Choix du systeme de perception

secondaire

3.1 Introduction

Dans le chapitre precedent, les specifications du systeme de perception secondaire

ont ete determinees. Maintenant, il est de mise de choisir le systeme en etudiant le plus

de solutions possible. Il faut rejeter les solutions qui ne repondent pas aux exigences

et faire les pour et les contre des autres solutions pour trouver la meilleure. Dans

les paragraphes qui suivront, la suite des demarches suivies pour la mise en place du

systeme de perception secondaire sur le robot sera decrite. Premierement, les types de

systemes de perception seront etudies. Ensuite, plusieurs sonars seront evalues pour

cibler lequel est le plus approprie aux robots joueurs de football.

3.2 Choix du systeme de perception

Une fois que les specifications voulues sont determinees, l’etape primordiale dans

le choix d’un systeme de perception secondaire est de selectionner le type. Dans cette

section, les systemes de detection infrarouge, tactile, GPS, sonar et radar seront etu-

dies. Chacun sera decrit et evalue.

CHAPITRE 3. CHOIX DU SYSTEME DE PERCEPTION SECONDAIRE 11

3.2.1 Systeme infrarouge

Les systemes de detection infrarouge sont rapides et tres peu couteux. Le principe

de fonctionnement est simple. Une onde est emise dans les longueurs d’onde infra-

rouges dans une direction precise. Une fois que l’onde percute un obstacle, celle-ci

revient et c’est son intensite qui determine la distance entre l’emetteur-recepteur et la

cible. Le probleme avec cette solution c’est que l’exactitude de la distance depend de

beaucoup de parametres. En effet, l’intensite du signal qui revient a l’emetteur n’est

pas seulement fonction de la distance, mais aussi des proprietes reflectrices des obs-

tacles et de leurs formes. De plus, les distances maximales que peut detecter module

est de l’ordre du metre, ce qui est loin des 6 m requis. Ainsi, cette solution ne peux

pas service de systeme de perception secondaire a cause de sa distance de detection,

mais surtout pour sa faible robusteste. [3]

3.2.2 Systeme tactile

Les systemes tactiles sont surtout des capteurs de contact. Generalement, ils sont

utilises dans les pare-chocs, mais peuvent etre employes comme des moustaches de

souris pour percevoir son environnement avant les contacts avec le corps meme du

robot. Ces derniers ne peuvent pas etre de tres grande longueur pour notre application,

car les reglements de la Robocup ne permettent pas que le robot depasse 50 cm par 50

cm lorsqu’il est vu du dessus et celui-ci a deja un diametre de 42 cm. Avec l’inertie des

robots, 14 cm ne suffiraient pas pour eviter les obstacles. Pour ce qui est des capteurs

dans les pare-chocs, la distance est encore moins grande. Ainsi, cette solution ne peut

pas etre retenue, car le temps pour reagir et contourner l’obstacle, une fois que celle-ci

est detecte, est trop court. Par contre, ce systeme de perception sera tres utile, si ce

n’est pas essentiel, pour determiner si le robot a fait contacter avec un autre robot

ou le ballon.[3]


3.2.3 Systeme GPS

Le systeme de positionnement global a ete developpe par le departement de la

defense de Etats-Unis a partir 1973. Il s’agit d’une constellation de 21 satellites qui

orbite autour de la terre. Le systeme ne demande pas grand calcul et est tres precis.

Par contre, etant donne que notre environnement est tres petit, a l’interieur et que le

delai doit etre court, cette solution doit etre rejetee. De plus, il est interdit d’utiliser

des balises pour se positionner.[3]

3.2.4 Systeme sonar

Le sonar n’est pas une invention de l’homme. La chauve-souris l’utilise depuis

longtemps pour reperer les obstacles et les proies potentielles. L’utilisation d’un sonar

equivalent en robotique n’a pas le meme degre de precision. Toutefois, il peut s’averer

tres utile de connaıtre la distance approximative d’un obstacle en avant du robot.

Pour mieux comprendre le fonctionnement du sonar, l’equipement qui le compose

sera etudie. Cet equipement est generalement forme de deux elements principaux: le

transducteur et une carte de controle. Le transducteur sert a la fois d’emetteur et

de recepteur. Le principe de fonctionnement est simple. Le transducteur utilise un

principe electrostatique pour emettre et recevoir des ondes ultrasoniques. Une varia-

tion de voltage aux bornes du transducteur fait varier la distance entre les plaques.

Cette variation de distance entraıne une propagation d’ondes ultrasoniques dans l’air.

Lors de la reception, le transducteur est ” charge ”, un peu comme un condensateur.

Cette charge permet de detecter les echos des ultrasons. Lorsque qu’un ultrason est

recu sur le transducteur, une variation de la distance entre les plaques entraıne aussi

une variation de la tension. Cette ondulation dans la tension DC est detectee par

la carte de controle et la distance est calculee. La determination de la distance est

relativement rapide et precise. Le module est peu couteux et facilement configurable.

Par contre, le sonar doit faire attention aux autres ondes emises par d’autres sonars

ou reflechies plusieurs fois.[3]


3.2.5 Systeme radar

Les systemes de perception radar fonctionnent relativement comme les sonars,

mais ceux-ci operent dans les hautes frequences radios. l’avantage des radars sur les

sonars c’est qu’etant donne qu’ils utilisent des ondes radio et non des ondes acous-

tiques, ils peuvent operer dans un environnement sans atmosphere. Le probleme avec

les systemes radar, c’est qu’il sont tres chers et trop lourds pour notre application.[3]

3.2.6 Solution retenue

Donc, pour repondre a tous nos besoins, le sonar est une solution tres interessante

pour plusieurs raisons. Premierement, il peut trouver les obstacles dans les distances

specifiees dans le chapitre precedent. Ensuite, il est robuste. Finalement, il est peu

couteux et facilement configurable.

3.3 Choix du sonar

3.3.1 Massa

La compagnie Massa offre plusieurs types de sonars dont les caracteristiques dis-

ponibles sur leur site web [4] sont presentees ci-dessous, tableau 3.1.

Tab. 3.1 – Specification des sonars de Massa

Modele E-201B/215 E-220B/40 E-220B/26

Nombre de Transducteurs Deux Un Un

Portee 7,62 cm a 61,0 cm 61,0 cm a 6,1 m 61,0 cm a 9,14 m

Alimentation 8 a 15 V DC 8 a 15 V DC 8 a 15 V DC

Courant 20 mA a 30 mA 20 mA a 30 mA 20 mA a 30 mA

Puissance 160 mW a 450 mW 160 mW a 450 mW 160 mW a 450 mW

Poids 0,12 Kg a 0,24 Kg 0,12 Kg a 0,24 Kg 0,12 Kg a 0,24 Kg


Les modeles se separent en deux familles. La premiere, E-201B, est fonctionne

avec deux transducteurs et la deuxieme, E-220B, avec un seul. La precision des sonars

Massa est excellente. Par contre, Les deux seuls sonars qui sont capables de detecter

des obstacles sur une distance minimum de 6 m sont le E-220B/40 et E-220B/26, mais

ceux-ci ne sont pas capables en dessous de 61,0 cm. De plus, le poids est relativement

eleve surtout si plus d’un sonar est utilise par robot, car la charge utile du robot est

fixee a 15Kg.

3.3.2 Mekatronix

Mekatronix offre le sonar MUST01. Les caracteristiques disponibles sur leur site

web [5] sont decrites ci-dessous, tableau 3.2.

Tab. 3.2 – Specification du sonar MUST01 de Mekatronix

Modele MUST01

Nombre de Transducteurs Un

Portee 2,54 cm a 12,19 m

Alimentation 5 V DC

Courant 30 mA

Puissance 150 mW

Poids 0,017 Kg

Le circuit integre est monte a l’arriere transducteur, ce qui reduit considerablement

l’espace consomme. Toutefois, sa sortie analogique 0-5VDC est plus compliquee a lire,

car un convertisseur analogique-numerique est requis.

3.3.3 Polaroid

Le module 6500 de Polaroid offre aussi une multitude de caracteristiques interes-

santes. Ces specifications disponibles sur leur site web [6] sont decrites ci-dessous,

tableau 3.3.


Tab. 3.3 – Specification du sonar 6500 de Polaroid

Modele 6500

Nombre de Transducteurs Un

Portee 15,24 cm a 10,67 m

Alimentation 4,5 a 6,8 V DC

Courant 2 A

Puissance 9 a 13,6 W

Poids 0,266 Kg

L’utilisation du sonar de Polaroid est tres avantageuse pour sa grande portee. Par

contre, il faut faire attention a sa consommation, car il peut consommer jusqu’a 2

amperes lorsqu’il est en mode emission, ce qui enorme pour notre application.

3.3.4 Devantech

Devantech offre deux sonars : Le SRF04 et le SRF08. Les specifications de chaque

sonar disponible sur leur site web [7] sont decris ci-dessous, tableau 3.4.

Tab. 3.4 – Specification des sonars de Devantech

Modele SRF04 SRF08

Nombre de Transducteurs Deux Deux

Portee 3 cm a 3 m 3 cm a 6 m

Alimentation 5 V DC 5 V DC

Courant 50 mA 50 mA

Puissance 250 mW 250 mW

Poids 0,11 Kg 0,11 Kg

Etant donne que le module SRF04 peut detecter des objets dans une plage allant de

3 cm a 3 m celui-ci est rejete, car il a ete determiner que le systeme de perception doit

pouvoir operer entre 25 cm et 6 m. Au lieu d’utiliser un transducteur, les SRF utilisent

un emetteur et un recepteur separes, ce qui reduit la resonance liee a l’emission. Les


SRF sont monobloc et sont tres compacts. Le SRF08 possede deja un microcontroleur

capable de fournir des donnees en microsecondes, en millimetres ou en pouces. De

plus, il possede un capteur photoelectrique qui permettrait de differencier un ballon

d’un obstacle. Le code source utilise est disponible, ce qui permet une flexibilite de

traitement incomparable.

3.3.5 Solution Retenue

En conclusion, le sonar qui convient le mieux aux specifications enonce dans le

chapitre precedent est le SRF08 de Devantech. Le MUST01 de Mekatonix n’a pas ete

retenu a cause de sa sortie analogique qui rend le systeme plus complexe. Le Polaroid

a ete rejete du a sa grande consommation d’energie et les module de Massa pour

leur poids eleve. Le SRF08 a tout la qualite recherche pour le systeme de perception

secondaire et possede des caracteristique interessante qui ne sont pas necessairement

obligatoire.

Chapitre 4

Integration du systeme de

perception secondaire

4.1 Choix de la disposition des sonars sur le robot

Dans cette section, la disposition des sonars sur le robot sera evaluee. Etant donne

que le systeme de perception est secondaire, il ne doit pas trouver le ballon, le but

ou determiner si le robot est de l’equipe adversaire. Sa seule fonction est de fournir

les donnees necessaires pour que le robot puisse determiner quel chemin suivre. Ainsi,

plusieurs architectures ont ete pensees pour effectuer cette tache. Avant de commencer

l’analyse, il est essentiel d’expliquer l’interference qui peut se produire entre les sonars

et comment ce probleme peut etre resolu. Ensuite, il sera possible de determiner

comment disposer les sonars.

4.1.1 Interference entre sonars

Les sonars sont capable de detecter des obstacles qui se trouvent dans une region,

devant eux, formee par un cone avec une ouverture de 30 degres. Ainsi, si un robot

veut couvrir tout l’espace utile qu’il a autour de lui, il doit mettre plusieurs sonars un

a cote de l’autre pour couvrir tout l’environnement necessaire. Donc, il y a plusieurs

CHAPITRE 4. INTEGRATION 18

impulsions qui se promenent en meme temps dans l’environnement et c’est d’autant

plus vrai s’il y a d’autre robots qui utilisent des sonars. Cette maniere de proceder pour

determiner l’environnement et le fait que les autres robots puissent avoir eux aussi des

sonars introduit un probleme d’interference entre les sonars. En effet, pour que le sonar

puisse calculer la distance qui le separe de l’obstacle, il doit envoyer une impulsion

acoustique. Le sonar attend que l’impulsion revienne et calcul la distance en divisant

le temps que l’impulsion a pris pour aller et revenir par deux et en le multipliant par la

vitesse de l’impulsion, qui est celle du son. Par contre, lorsque l’impulsion est emise,

il se peut que l’impulsion qui revient soit celle d’un autre sonar. Ainsi, des objets

virtuels apparaissent dans l’environnement, car le temps que l’impulsion a parcouru

n’est pas celui de l’impulsion emise par le sonar. Dans la figure 4.1, il est possible de

voir que la distance entre le sonar 3 et l’obstacle reel sera bien calculee. Par contre, le

sonar 1 va recevoir l’impulsion du sonar 3 qui a ete reflechi par l’obstacle reel. Ainsi, le

sonar 1 croira que l’impulsion recue du sonar 3 est l’impulsion qu’il a emise. Donc, le

sonar determinera qu’il y a un obstacle dans son champs de vision, mais cet obstacle

est virtuel.

Sonar 1

Sonar 3

Sonar 2

Obstacle réel

Obstacle virtuel pour le sonar 2

Fig. 4.1 – Interference entre les sonars


Il devient tres important de pouvoir de minimise cet effet et meme de l’annuler

pour avoir des resultats precis sur les distances des obstacles.

4.1.2 Solution pour contrer l’interference entre les sonars

Plusieurs solutions ont ete penser pour resoudre ce probleme. Tout d’abord, Jo-

hann Borenstein et Yoran Koren [8] ont elaborer une theorie qui consiste a comparer

les signaux des echos recus entre eux et de rejeter ceux qui sont completement dif-

ferent. Par exemple, si une impulsion determine la presence d’un obstacle, il peut y

avoir plusieurs calculs pour la meme obstacle avant que l’obstacle ne soit plus dans le

champ de vision du sonar, car les calculs sont en temps reels et tres rapide. Donc, la

distance entre le sonar et l’obstacle est evaluee plusieurs fois pour une meme position

du sonar et de l’obstacle . Pour resoudre le probleme d’interference, la distance calcu-

lee est comparee avec les distances evaluees avant et ceux apres. Ainsi, une distance

qui serait tres differente, due a l’interference, serait rejetee. Cette solution rencontre

un probleme si la source d’interference est un sonar situe sur le meme robot. En effet,

a chaque calcul, la distance de l’objet sera faussee par l’interference de l’autre so-

nar.Par exemple, si le robot de la figure 4.2 a le temps de faire le calcul de la distance

de l’obstacle dix fois par exemple, celle-ci sera faussee dix fois, car les dix evaluations

de la distance ont de l’interference. Donc, il est impossible de rejeter le fausse distance

due a l’interference en comparant les resultats avec ceux d’avant et ceux d’apres.

Pour resoudre ce probleme, Johann Borenstein et Yoran Koren [8] ont pense alter-

ner le temps d’attente avant l’emission de l’impulsion entre chaque cycle d’emission

reception de l’impulsion. Par exemple, chaque sonar a deux temps d’attente differents

et qui sont different des autres sonars aussi. Ainsi, lorsqu’il y une interference conti-

nue il est maintenant possible d’eliminer l’erreur, mais il est impossible de calcul la

distance. Dans la figure 4.3 est un exemple de lorsque le signal errone n’est pas rejete

et la figure 4.4 lorsqu’il l’est.

Ainsi, il est possible de remarquer que sur la figure 4.3 il est impossible de rejeter


Sonar 1 Sonar 3 Sonar 2

Obstacle

Robot

Fig. 4.2 – Interference continue entre les sonars

Sonar 1

Sonar 2

E1

E2

R1 E1 E1 R1 R1

R1 R1 R1 E2 E2

T1

D1 D1

D2 D2 D2

T1

T2 T2

Fig. 4.3 – Interference continue entre les sonars sans rejet


Sonar 1

Sonar 2

E1

E2

R1 E1 E1 R1 R1

R1 R1 R1 E2 E2

T1a

D1 D1

D2a D2b D2a

T1b

T2a T2b

D1

Fig. 4.4 – Interference continue entre les sonars avec rejet

le calcul de la distance erronee, car celle-ci, D2 percu par le sonar 2 est toujours la

meme. Ceci est du au fait que les impulsions emises par le sonar 1 et 2 sont toujours

relativement aux memes temps. Ce qui fait que la methode de comparaison avec des

signaux recu avant et apres donne un distance faussee. Par contre, la figure 4.4 montre

que lorsque les temps d’emission sont alternativement different pour un meme sonar

et entre les sonars, il est possible de rejeter les distances qui ont ete obtenues par

interference.

Par contre, la meilleure solution et la plus simple a ete developpe par Shraga Shoval

et Johann Borenstein [9]. Elle consiste a encoder le signal emis par le transducteur. Il

suffit d’envoyer un nombre d’impulsion propre a chaque sonar, une sorte de signature.

La figure 4.5 montre l’encodage de deux sonars. le sonar 1 envoi quatre impulsions

et le sonar 2 en envoi deux. Ainsi, chaque sonar est capable de reconnaıtre sa propre

impulsion et l’impulsion des autres sonars.

Pour un systeme de n sonars, chaque sonar envoi sont propre nombre d’impulsions.

Ainsi, chaque sonar est capable de savoir de quel sonar vient les impulsions. Au lieu

de rejeter chaque signal des autres sonars, ils sont utilises pour determiner la distance

et l’emplacement des obstacles par triangulation. Par exemple, la figure 4.6 montre


Sonar 1

Sonar 2

Émission du Sonar 1

Réception du l'émission du sonar 1

temps

temps




Émission du Sonar 2

Impulsion

Fig. 4.5 – Encodage different de deux sonars

l’emplacement d’un obstacle qui est dans le champ de vision du sonar 1 seulement.

Par contre, l’onde emise par le sonar 1 revient egalement vers le sonar 2.

Sonar 1

Sonar 2

Sonar 1

Sonar 2

Obstacle

Robot

TE 1

TE 2 TE12

TV 11

TV 12

Fig. 4.6 – Detection d’obstacle avec deux sonars

La distance entre l’obstacle et les sonars peut etre facilement calculee. En effet,

toutes les variables necessaires au calcul sont presentes. Le temps d’emission des

impulsions du sonar 1, TE 1, du sonar 2, TE 2, le temps entre l’emission des impulsions

du sonar 1 et ceux du sonar 2, TE12, le temps entre lequel le sonar 1 emet et recois ses

impulsions, TV11, et finalement le temps entre lequel le sonar 2 emet ses impulsions


et recoit ceux du sonar 2, TV12. Il est maintenant possible de calcul la position exacte

par triangulation. Il s’agit de tracer des cercles autour des sonars dont le rayon est

egale a la distance entre le sonar et l’obstacle. L’intersection des deux cercles sera

l’emplacement de l’obstacle comme dans la figure 4.7 . Les formules pour calculer

les distances entre les sonars 1 et 2 et l’obstacle, D1 et D2 respectivement, sont

demontrees ci-dessous :

D1 =(TE1 + TV 11) ∗ v

2

D2 =(TE12 + TE2 + TV 12 − (TE1 + T11)) ∗ v

2

ou v = vitesse du son

Sonar 1

Sonar 2

Robot

Obstacle

D1

D2

Fig. 4.7 – Detection d’obstacle a l’aide la triangulation

Cette solution est interessante, car en plus d’eliminer les effets nefastes de l’in-

terference, elle utilise la triangulation pour trouver exactement l’endroit ou se trouve

l’obstacle. De plus, elle est peu complexe a integrer sur le robot. Il suffit de d’utili-

ser un micro controleur qui envoie le signal aux n sonars de commencer, chacun leurs


tours, l’emission des impulsions propre a chacun. Ensuite, il compare les signaux recus

et les compare avec les signaux de chacun des sonars. Une fois que les signaux sont

identifies, il calcul la distance des obstacles par triangulation et envoie les informations

au module qui controle le robot.

4.2 Disposition des sonars sur le robot

Maintenant, en se basant sur la solution developpee par Shraga Shoval et Johann

Borenstein [9] et sur le role du systeme de perception qui a ete etabli dans les chapitres

precedent, il est possible de determiner la disposition du systeme de perception sur

le robot. Deux solutions seront etudiees. La premiere est un sonar qui peut bouger a

l’aide du moteur et l’autre est une solution qui opte pour des sonars statiques disposes

de differentes facons sur le robot.

4.2.1 Sonar dynamique

La premiere solution est de placer un sonar a l’avant du robot et un sonar a

l’arriere. Ainsi, le controleur pourra changer de sonar pour ses lectures dependant

dans quel sens avance le robot. Si le robot avance vers l’avant ce sera le sonar avant

qui fera l’acquisition de donnees et vice et versa. De plus, ils peuvent se deplacer sur

un certain angle avec un motor. Ceci permet au robot d’avoir un grand champ de

vision devant lui avec un seul sonar. Le principe est de prendre des lectures une apres

l’autre en faisant faire une rotation au sonar a l’aide du moteur comme la figure 4.8 le

demontre. Le robot a un champ trois fois plus grand que s’il avait seulement un sonar

statique dans cette figure. Ainsi, pour couvrir tout le champ de vision, il tourne de

gauche a droite et prend trois mesures comme le montre la figure. Par contre, cette

facon de proceder introduit un delai qui n’est pas negligeable.

Cette solution possede deux problemes majeurs pour notre application. Le premier

est le delai qu’il y a entre chaque lecture, car le sonar ne peut pas tourner a une


temps

Robot Robot Robot

Robot

Champs de vision souhaité pour le robot

Robot

Champs de vision du sonar

Fig. 4.8 – Sonar dynamique

grande vitesse angulaire. Il doit attendre que l’impulsion revienne avant de tourner

pour couvrir une nouvelle region. Ce phenomene entraıne la perte d’informations

importantes. Ce probleme est illustre a la figure 4.9. Celle-ci montre un obstacle qui

arrive apres que le sonar ai couvert cette region. Une collision peut alors survenir avec

le robot.

temps

Robot Robot Robot

Obstacle

Obstacle

Fig. 4.9 – Delai des informations dans un sonar dynamique

L’autre probleme est que le robot peut posseder une vitesse angulaire lui aussi.

Pour regler ce probleme il faut asservir le sonar avec la vitesse angulaire du robot.

Du a la complexite de cette solution et a la perte d’informations importantes, celle-ci

n’est pas retenue pour la disposition du systeme de perception secondaire sur le robot.


4.2.2 Sonar statique

La deuxieme solution est de disposer les sonars sur le robot de sorte qu’ils couvrent

toute la region voulue. Cette fois-ci, les sonars sont statique sur le robot et ils ne

bougent pas. Comme pour les sonars dynamiques, ceux statiques sont places a l’avant

et a l’arriere du robot pour permettre d’utiliser les sonars avant lorsque le robot

avance et les sonars arriere qu’il recule. Par contre, au lieu de controler le motor

qui fait tourner le sonar dynamique, il faut controler l’emission des sonars avec un

microcontroleur. L’utilisation de plusieurs sonars pour couvrir le champ de vision du

robot souhaite a pour avantage de couvrir cette zone, mais cette fois-ci en tout temps.

La figure montre l’utilisation de trois sonars pour couvrir la zone souhaitee.

Cette avantage elimine ou du moins diminue enormement les pertes de donnees

importantes pour l’evitement d’obstacles. Encore une fois, la rotation du robot peut

faire perdre des donnees lorsque celui-ci tourne a une grande vitesse angulaire. Cette

rotation a vitesse angulaire maximale se fait rarement et il devient possible d’ignorer

la perte de ces donnees pour l’evitement d’obstacles. De plus, etant donne que le

robot veut savoir seulement ce qu’il y a devant lui, il n’est pas important de traiter

l’information sur les signaux qui ne seront plus en avant lorsque le robot aura finit de

tourner.

Le probleme avec cette solution est de determiner le nombre de sonars a utiliser

pour l’application des robots qui participe a la Robocup. Les sonars de devantech ont

un angle approximatif de 60 degre pour leur champ de vision (figure 4.10)[7], car a

partir de 60 degres d’ouverture, la puissance des impulsions emise est de -6 dB. Etant

donne que la puissance diminue proportionnellement avec le carre de la distance, les

impulsions sont presque inutiles. Pour avoir un minimum de securite, l’ouverture des

sonars sera de 30 degre. Avec cet angle, la puissance est de -2 dB. Pour ce qui est

du robot, son champ de vision du systeme de perception secondaire devra etre de 90

degres, ce qui lui permettra d’effectuer ses fonctions.

Sachant qu’il faut un minimum trois de sonars pour couvrir toute la region, l’option


Fig. 4.10 – Puissance du sonar Devantech selon l’angle

de mettre un ou deux sonars est ainsi eliminee. Par contre, la solution de mettre trois

sonars est retenue, car elle permet de detecter tous les obstacles dans une region,

devant le robot, qui a une ouverture de 90 degres et assure aussi un minimum de

complexite pour ce qui a trait a la conception et aux comportements des impulsions

d’un systeme de perception a N sonars, ou N > 3. En effet, plus il y a de sonars, plus le

controle de ceux-ci est complique et le temps d’implantation est eleve. Le delai produit

par le controleur lors de l’execution de ses fonctions augmentent proportionnellement

avec le nombre de de sonars. Par contre, ce delai est tres negligeable devant le temps

que prennent les impulsions pour aller aux obstacles et revenir aux sonars. A ce

temps s’ajoute aussi le fait que celles-ci ne sont pas tous emis en meme temps. Ainsi,

ajouter des sonars signifie un delai et celui-ci peut signifier des pertes d’informations

importantes pour un robot se deplacant a grande vitesse. De plus, plus il y a de sonars,

plus il y a d’impulsions et plus il y a risque de chevauchement des impulsions aux

recepteur des sonars et ainsi, pertes d’informations.C’est pourquoi il est important de

minimiser le nombre de sonars le plus pres de deux, car un sonar ne nous permet pas

d’evaluer la distance et l’orientation des obstacles par triangulation.


4.3 Interface du sonar avec le robot

Maintenant que le type de systeme de perception secondaire et sa disposition sur le

robot sont connus, il important de savoir comment le robot va pouvoir communiquer

avec celui-ci. Comme il a ete determiner dans la section sur l’interference entre les

sonars, il faut encoder les impulsions de chaque sonar differemment. Ceci permettra

d’identifier la source d’impulsions a la reception. Le systeme de perception secondaire

sera gere par un micro-controleur. Celui-ci effectuera toutes les taches necessaires

pour qu’il puisse envoyer au robot la distance et la position relative des obstacles

a celui-ci, lorsqu’il a besoin de ces informations. Ainsi, lorsque le robot demandera

au micro-controleur du systeme de perception secondaire la distance et la position

des obstacles, celui devra faire plusieurs fonctions. Premierement, il devra determiner

quel groupe de sonars utiliser, car il y a un groupe a l’avant lorsque le robot avance

et un groupe de sonars a l’arriere lorsque le robot recule. Donc, le micro-controleur

devra savoir, du robot, dans quelle direction il se deplace. Ensuite, le controleur devra

synchroniser l’emission des impulsions pour que chaque sonar envoie leurs impulsions,

codees par celui-ci, a des temps differents. Ceci minimisera le chevauchement des

signaux. Une fois les impulsions recus aux sonars, le microcontroleur devra identifier

chaque signaux avec les attributs suivants : le sonar emetteur, le sonar recepteur et le

temps que l’impulsion a voyage. Ainsi, il pourra calculer par triangulation la distance

et la position relative au robot des obstacles. Finalement, il informera le robot des

donnees evalues. Chaque sonar aura l’architecture des SRF08 de Devantech pour

garder leurs specifications avantageuses. Par contre, ceux-ci devront etre controler

par le micro-controleur mentionne ci-dessus et non par celui qui vient avec lors de

leur achat.

Chapitre 5

Discussion et conclusion

Ce travail avait pour but de trouver une solution pour ce qui est du choix du sys-

teme de perception secondaire. La solution comportant un sonar s’est averee la plus

interessante, car elle dispose de plusieurs avantages en comparaison avec les autres

types de systemes. Premierement, le choix du systeme de perception secondaire choisi

dans ce travail repond a tous les criteres qui ont ete enonces au chapitre 2. Il est

capable de detecter des obstacles sur une distance minimum de 6m. L’interference

entre tous les sonars sur le terrain est minimise et meme utilise pour avoir des lo-

calisations d’obstacles plus exactes. Le systeme est situe dans le carre de 50 cm par

50 cm impose au robot et son poids est tres petit, soit 0,66 Kg pour les sonars plus

le poids du microcontroleur futur. La seule specification qui n’a pas ete discute est

l’emplacement exact des sonars sur le robot, plus precisement la hauteur de ceux-ci

pour qu’ils puissent etre plus haut que 22,28 cm, soit la hauteur du ballon. Le cadre

du PFE ne definissait pas l’elaboration d’un micro-controleur, car il n’etait pas prevu

au commencement du projet final d’etude que la solution devrait comporter un micro-

controleur. C’est pour cette raison que le systeme n’existe pas encore reellement et

que consequemment sa hauteur sur le robot ne peut pas etre determinee. Les sonars

SRF08 ont ete choisis, car ils possedent plusieurs caracteristiques interessantes pour

des robots joueurs de football autonome. En effet, ils utilisent 5 VDC et consomment

une puissance de 250 mW chacun. Cette caracteristique est tres importante, car les

robots puisent leurs energies de batteries qui ont une duree de vie de 2 heures, ac-

tuellement sans le systeme de perception secondaire et primaire. Apres, il faut les

recharger. En competition, il donc important que les robots ne manquent jamais de

puissance et c’est la raison pour laquelle le module secondaire doit consommer le

moins d’energie possible.

Apres l’integration du module sur le robot, il sera interessant de savoir comment

celui-ci reagira avec son environnement, plus specifiquement lorsqu’il sera en rotation.

En effet, il peut se produire quelques problemes si le robot est trop longtemps en

rotation, car etant donne que le robot veut savoir ce qu’il y a devant lui et non pas ce

qu’il y avait avant. Les pertes d’information dues a la rotation ne sont pas critique. Par

contre, si le robot est en rotation trop long temps, plus aucune information ne pourra

etre traitees, mais il se peut qu’il commence a traiter l’information qui a deja percute

des obstacles il y a un certain temps. Ainsi, il percevrait un environnement virtuel qui

n’existe pas. Il sera aussi interessant de connaıtre les limites de la methode d’encodage.

Il se peut que le robot se trouve dans un environnement ou plusieurs robots utilisent

un grand nombre de sonars. L’interference serait de plus en plus frequente. Le robot

pourrait perdre beaucoup d’information s’il y a trop de chevauchement de signaux.

Les travaux futurs qui porteront sur le systeme de perception secondaire seront

surtout de deux natures, l’implantation du systeme sur le robot et la cooperation entre

le systeme de perception primaire et secondaire. En effet, comme il a ete mentionne, il

sera necessaire de concevoir le programme d’un micro-controleur pour que les sonars

puissent operer. Le sonar de devantech possede un detecteur qui est sensible a la

lumiere. De l’information pourrait etre tiree de ce systeme. Il sera donc important

de gerer l’information qui vient des differents systemes de perception, que ce soit la

camera video, les sonars ou tout autres systemes qui pourraient etre ajoutes.

A la lumiere de cette recherche, il possible de comprendre l’importance de bon

systeme de vision, qu’il soit secondaire ou primaire. Ce travail constitue une etape

importante dans le developpement des robot joueurs de football et meme pour des

CHAPITRE 5. DISCUSSION ET CONCLUSION 31

robots autonome qui doivent se deplacer dans un environnement dynamique.

BIBLIOGRAPHIE 32

Bibliographie

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