Intégration d'un système radio à bande ultra-large pour la navigation de robots mobiles

La localisation revêt une grande importance dans les applications de robotique mobile. Cette tâche devient plus compliquée quand il s'agit d'une localisation d'un groupe de robots évoluant dans un environnement partagé. Un élément clé dans ce type d'application est le système de mesure des distances qui permet de localiser chaque robot en se basant sur les mesures des distances qui les séparent. Les travaux réalisés, dans la plupart des algorithmes multi-robots, supposent qu'il existe une solution efficace pour effectuer ces mesures de distance. Cependant, avoir une bonne précision dans le système de mesures représente un vrai problème, en particulier dans un environnement intérieur. Le travail réalisé dans le cadre de cette maîtrise a pour objectif le déploiement d'un système permettant à un robot mobile d'effectuer des mesures de distance avec d'autres robots ou un certain nombre de points de référence. Ceci est fait en intégrant aux robots un système de communication Ultra Wideband (UWB) pour les mesures de distance. Cette technologie est l'une des plus intéressantes pour ce type d'application. Son avantage majeur est sa forte résolution temporelle pour effectuer des mesures assez précises du temps de propagation d'un signal. Le système de mesure de distance développé a été également exploité dans la navigation robotique ce qui devrait être utile dans nombreuses applications. En effet, la fusion des mesures de distance UWB avec un système de navigation inertielle permet d'avoir un système de localisation haute précision qui peut être déployé autant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Les résultats expérimentaux montrent que ce système de localisation hybride peut être intégré dans plusieurs types de plate-formes robotiques, tels que les drones et les robots au sol. En outre, le système conçu peut servir également à la communication courte portée entre les robots. Mots clés : Ultra Wideband, système de mesure de distance, localisation, robotique mobile.

Abstract

Localization is one of the most important tasks in mobile robotics applications. The complexity of this task increases when it comes to multi-robot localization. For such applications, a ranging system could be used to perform range measurements between robots and enable cooperative localization of the robots based on range measurements. Much of the work carried in multi-robot localization assumes that there is an efficient solution to perform ranging measurements. However, such a system is not easy to deploy, especially in an indoor environment. In this report, we introduce a design of a ranging system based on Ultra-wideband technology. This system is able to provide effective tools for mobile robots to perform ranging measurements with other robots. UWB technology has important advantages for such applications due to its good ability to resolve the temporal features of signals. The developed ranging measurement system is also used for robotic localization, which is useful in many applications, such as autonomous navigation. In fact, merging the UWB ranging system with an inertial navigation system allows us to achieve cm-level accuracy at high update rates. Merging these two systems makes up for the shortcomings of each, and gives a better performance than what is possible with a single system. The experimental results show that the hybrid positioning system can be used with several types of robotic platforms, such as drones and unmanned ground robots. In addition, the proposed system could be useful for the short-range communication between robots. Keywords : Ultra Wideband, ranging measurements system , localization, mobile robotics.