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Tracker de postion 3D, sans GPS et sans ondes electromagnétiques


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8 réponses à ce sujet

#1 Bastienb01

Bastienb01

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Posté 28 octobre 2020 - 12:11

Bonjour,

 

Je fais appel à vous suite à d'innombrables recherches sur ce sujet sans trouver mon bonheur.

Je cherche à réaliser un tracker de position le plus précis possible et le moins encombrant possible (Avec un budget assez conséquent). Je souhaite uniquement renvoyer la position X,Y,Z de mon objet.

La meilleur option serait de prendre une centrale inertielle mais apparemment cela dérive beaucoup dans le temps. Je cherche donc a savoir si cela vient des centrales inertielles low cost ou de la technologie.

 

Savez vous si les centrales inertielles de très hautes qualités et assez peu encombrantes existes et sont vraiment fiable ? En effet, le problème de ce système est qu'il ne possède pas de point de référence en temps réel et donc dérive rapidement de son point initiale (si j'ai bien compris).

 

Il existe la technologie SLAM également, mais je suis pas persuadé quelle fonctionne très bien pour un système se déplacent dans les 3 dimensions de l'espace comme un drone. 

 

Pour finir, quel système de localisation 3D en temps réel me conseilleriez vous pour avoir le maximum de précision et sans être trop encombrant (Budget large).

 

Je vous remercie pour le temps accordé et vous souhaite une bonne journée.

 

Bien cordialement,

 

Bastien

 

 



#2 Mike118

Mike118

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Posté 28 octobre 2020 - 09:24

Tracker une position 3D sans GPS et sans ondes électromagnétiques ( Je pense que cette seconde remarque c'est pour éliminer tout ce qui est signal radio ... ) 

Est ce que des balises ultrasons espacées mais reliées ensemble par des fils pour la communication ( vu qu'on peut pas passer par de la radio ... ) est une solution envisageable ? 
Ou bien plusieurs caméra reliées ensemble?


Ou de manière générake  est ce qu'un système de tracking 3D extérioceptif est à proscrire ? Qu'entendez vous par sans être trop encombrant? 


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#3 Microrupteurman

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Posté 28 octobre 2020 - 09:39

 

 

sans GPS et sans ondes  électromagnétiques

 

Pourquoi ?


 
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#4 Bastienb01

Bastienb01

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Posté 29 octobre 2020 - 02:34

Tracker une position 3D sans GPS et sans ondes électromagnétiques ( Je pense que cette seconde remarque c'est pour éliminer tout ce qui est signal radio ... ) 

Est ce que des balises ultrasons espacées mais reliées ensemble par des fils pour la communication ( vu qu'on peut pas passer par de la radio ... ) est une solution envisageable ? 
Ou bien plusieurs caméra reliées ensemble?


Ou de manière générake  est ce qu'un système de tracking 3D extérioceptif est à proscrire ? Qu'entendez vous par sans être trop encombrant? 

Bonjour,

 

Tout d'abord merci pour votre réponse.

 

Je ne souhaite pas utiliser d'ondes électromagnétiques car j'utilise un détecteur, ce qui risquerais de le perturber. Je n'utilises pas non plus de GPS car cela se fait en intérieur avec aucunes ondes GPS circulantes.

 

Oui le système de balise pourrait être une bonne solution, cependant j'ai bien peur que la disposition des balises ne soit contraignantes. En effet, le système à localiser se situe à environ 1 mètres de l'objet que l'on souhaite mesurer ( un objet de plusieurs mètres carrés), ce qui rend compliqué la disposition des balises. Idem pour les caméras.

 

C'est pourquoi une solution sans système extérieur est préférable. J'entends par "pas trop encombrant", un système d'environ maximum 10x10 cm² pour un poids dépassant pas les 5 kg environ.



#5 Mike118

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Posté 29 octobre 2020 - 02:54

Est il possible d'avoir un peu plus de détail sur le besoin ? 

 

 

" En effet, le système à localiser se situe à environ 1 mètres de l'objet que l'on souhaite mesurer ( un objet de plusieurs mètres carrés),  " 

J'ai l'impression que le "système à localiser "  ressemble à un " scanner portatif 3D " ... qui " scan l'objet à mesurer ". 

mais ensuite : "
un système d'environ maximum 10x10 cm² pour un poids dépassant pas les 5 kg environ." à fixer sur  le système à localiser me fait dire que c'est une contrainte bien lourde pour ce genre d'équipement.... 

Mieux comprendre la problématique permettrait sans doute de proposer de meilleurs solutions ... 

 


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#6 zavatha

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Posté 30 octobre 2020 - 09:47

Est il possible d'avoir un peu plus de détail sur le besoin ? 

 

 

" En effet, le système à localiser se situe à environ 1 mètres de l'objet que l'on souhaite mesurer ( un objet de plusieurs mètres carrés),  " 

J'ai l'impression que le "système à localiser "  ressemble à un " scanner portatif 3D " ... qui " scan l'objet à mesurer ". 

mais ensuite : "
un système d'environ maximum 10x10 cm² pour un poids dépassant pas les 5 kg environ." à fixer sur  le système à localiser me fait dire que c'est une contrainte bien lourde pour ce genre d'équipement.... 

Mieux comprendre la problématique permettrait sans doute de proposer de meilleurs solutions ... 

 

+1

 

J'ai voulu tenter une réponse hier et je me suis ravisé car j'ai compris en la rédigeant que je ne n'avais rien compris au besoin justement ^^

 

avec si peu d'infos ça va être compliqué d'être pertinents là...

 

@+

Zav



#7 Sandro

Sandro

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Posté 31 octobre 2020 - 12:17

Bonjour,

 

tout d'abord, pour répondre à une partie de la question initiale, sur les centrales inertielles.

Si on considère l'orientation parfaitement connue (ce qui est rarement le cas), alors on a la vitesse qui est l'intégrale de l'accélération (mesurée par l'accéléromètre), et la position qui est l'intégrale de la vitesse.

Si on connaît l'accélération exacte (a_mes=a_réel), alors on obtient la posiiton exacte (x_est=x_reel).

Si en revanche il y a un offset : a_mes=a_réel+a_offset, alors on a v_est=v_réel + a_offset*t et x_est=x_réel + a_offset * t²/2. Donc tu as une dérive proportionnelle au temps au carré. Avec une bonne qualibration (et/ou un très bon accéléromètre calibré en usine), tu peux avoir un offset très petit, mais jamais nul : sur le temps (très) long, tu aura forcément cette erreur en t²

 

Si on suppose qu'on a parfaitement calibré l'accéléromètre, alors il n'y a pas d'offset, mais il reste un bruit aléatoire sur l'accélération. Si mes souvenirs sont bons, ça donne une erreur en E*t*racine_carrée(t) sur la position, avec E d'autant plus grand que ton accéléromètre est de mauvaise qualité. Tu peux avoir E petit en y mettant le prix, mais jamais nul.

 

Enfin, ton orientation ne sera jamais parfaite, et vu qu'un accéléromètre mesure l'accélération - g (où g=9.81m/s² est l'accélération de la pesanteur), si tu as une erreur d'orientation infime, tu progètes une partie des 9.81m/s² sur le mauvais axe, ce qui fait vite une très grosse erreur.

 

Donc pour conclure, intrinsèquement, une centrale inertielle déviera toujours au fil du temps (si tu n'as aucune information absolue même peu précise pour compenser). En revanche, avec une bonne centrale inertielle, tu peux espérer garder une précision satisfaisante "relativement" longtemps.

Tout dépends du budget que tu as : j'ai entendu dire que les américains travaillaient sur des missiles inter-continantaux guidés uniquement par centrale inertielle (pour ne pas être affecté par un éventuel brouillage GPS), et que certains sous marins militaires navigaient à la centrale inertielle pendant plusieurs semaines. Après, on parle là de centrales inertielles qui doivent coûter des centaines de millier d'euros pièce, voir plus.

Avec un IMU d'une carte de développement à 20€, immobile, calibré pendant 20 minutes,j'avais une dérive de 1km en 30 minutes.

 

Donc pour l'utilisation d'une centrale inertielle, je dirais que se posent 3 questions :

- quelle durée d'utilisation avant remise à zéro (quelques secondes, c'est facile; quelques minutes, il faut étudier en détail ; quelques heures : prévois un prix à 5 chiffres)

- quelle précision est nécessaire à la fin de la durée?

- quel est ton budget? 20€? 100€? 1k€? 10k€? 100k€?

 

Globalement, avec le peu d'infos que j'ai, je penses pas que la centrale inertielle seule soit la bonne solution (en revanche, une centrale inertielle complété par une information peu précise mais sans dérive peut offrir de très bon résultats).

 

 

 

Sinon, pour mieux pouvoir répondre à ton problème, il faudrait que tu nous en dises plus :

1) veux tu tracker ton objet dans l'espace "absolut", ou relativement à un autre objet?

2) où peut-on rajouter de l'équippement? Sur l'objet à traquer? Dans la pièce? Sur un éventuel "autre objet" qui doit tracker le premier?

3) quelle est la taille de la zone où l'objet se déplace?

4) quelle est la précision souhaitée/minimale?

5) quel est le budget (tu parles de "large budget", mais s'agit-il de 50€ ou de 50 000€? selon la réponse, on ne te proposera pas les mêmes solutions)

6) tu demandes qu'il n'y ait pas d'ondes électromagnétiques, mais pourrais-tu être plus précis? Des ondes électromagnétiques, il y en a plein de toute façon : lumière visible, rayonnement infra-rouge, si tu n'est pas loin sous terre radio FM/AM, probablement ondes de transmission téléphonique (3G,4G, ...), ondes électromagnétiques émises par tes circuits électroniques, ...  Et je ne connais pas d’équipement de mesure qui soit sensible à toute la gamme des ondes électromagnétiques. Donc quelle est la gamme de fréquences que tu souhaites éviter?

7) les ondes "sonores" (mécaniques) sont-elles possibles (ultra-sons par exemple)

8) l'environnement est-il parfaitement connu

9) "qui" doit connaître la position de l'objet en mouvement? L'objet en mouvement lui-même? Un autre objet mobile? Une installation fixe dans la pièce?

 

Bref, si tu veux qu'on t’oriente vers la meilleurs solution, il nous faut d'abord cerner précisément le problème.

 

Bonne journée

Sandro



#8 Bastienb01

Bastienb01

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Posté 02 novembre 2020 - 04:23

Bonjour,

 

tout d'abord, pour répondre à une partie de la question initiale, sur les centrales inertielles.

Si on considère l'orientation parfaitement connue (ce qui est rarement le cas), alors on a la vitesse qui est l'intégrale de l'accélération (mesurée par l'accéléromètre), et la position qui est l'intégrale de la vitesse.

Si on connaît l'accélération exacte (a_mes=a_réel), alors on obtient la posiiton exacte (x_est=x_reel).

Si en revanche il y a un offset : a_mes=a_réel+a_offset, alors on a v_est=v_réel + a_offset*t et x_est=x_réel + a_offset * t²/2. Donc tu as une dérive proportionnelle au temps au carré. Avec une bonne qualibration (et/ou un très bon accéléromètre calibré en usine), tu peux avoir un offset très petit, mais jamais nul : sur le temps (très) long, tu aura forcément cette erreur en t²

 

Si on suppose qu'on a parfaitement calibré l'accéléromètre, alors il n'y a pas d'offset, mais il reste un bruit aléatoire sur l'accélération. Si mes souvenirs sont bons, ça donne une erreur en E*t*racine_carrée(t) sur la position, avec E d'autant plus grand que ton accéléromètre est de mauvaise qualité. Tu peux avoir E petit en y mettant le prix, mais jamais nul.

 

Enfin, ton orientation ne sera jamais parfaite, et vu qu'un accéléromètre mesure l'accélération - g (où g=9.81m/s² est l'accélération de la pesanteur), si tu as une erreur d'orientation infime, tu progètes une partie des 9.81m/s² sur le mauvais axe, ce qui fait vite une très grosse erreur.

 

Donc pour conclure, intrinsèquement, une centrale inertielle déviera toujours au fil du temps (si tu n'as aucune information absolue même peu précise pour compenser). En revanche, avec une bonne centrale inertielle, tu peux espérer garder une précision satisfaisante "relativement" longtemps.

Tout dépends du budget que tu as : j'ai entendu dire que les américains travaillaient sur des missiles inter-continantaux guidés uniquement par centrale inertielle (pour ne pas être affecté par un éventuel brouillage GPS), et que certains sous marins militaires navigaient à la centrale inertielle pendant plusieurs semaines. Après, on parle là de centrales inertielles qui doivent coûter des centaines de millier d'euros pièce, voir plus.

Avec un IMU d'une carte de développement à 20€, immobile, calibré pendant 20 minutes,j'avais une dérive de 1km en 30 minutes.

 

Donc pour l'utilisation d'une centrale inertielle, je dirais que se posent 3 questions :

- quelle durée d'utilisation avant remise à zéro (quelques secondes, c'est facile; quelques minutes, il faut étudier en détail ; quelques heures : prévois un prix à 5 chiffres)

- quelle précision est nécessaire à la fin de la durée?

- quel est ton budget? 20€? 100€? 1k€? 10k€? 100k€?

 

Globalement, avec le peu d'infos que j'ai, je penses pas que la centrale inertielle seule soit la bonne solution (en revanche, une centrale inertielle complété par une information peu précise mais sans dérive peut offrir de très bon résultats).

 

 

 

Sinon, pour mieux pouvoir répondre à ton problème, il faudrait que tu nous en dises plus :

1) veux tu tracker ton objet dans l'espace "absolut", ou relativement à un autre objet?

2) où peut-on rajouter de l'équippement? Sur l'objet à traquer? Dans la pièce? Sur un éventuel "autre objet" qui doit tracker le premier?

3) quelle est la taille de la zone où l'objet se déplace?

4) quelle est la précision souhaitée/minimale?

5) quel est le budget (tu parles de "large budget", mais s'agit-il de 50€ ou de 50 000€? selon la réponse, on ne te proposera pas les mêmes solutions)

6) tu demandes qu'il n'y ait pas d'ondes électromagnétiques, mais pourrais-tu être plus précis? Des ondes électromagnétiques, il y en a plein de toute façon : lumière visible, rayonnement infra-rouge, si tu n'est pas loin sous terre radio FM/AM, probablement ondes de transmission téléphonique (3G,4G, ...), ondes électromagnétiques émises par tes circuits électroniques, ...  Et je ne connais pas d’équipement de mesure qui soit sensible à toute la gamme des ondes électromagnétiques. Donc quelle est la gamme de fréquences que tu souhaites éviter?

7) les ondes "sonores" (mécaniques) sont-elles possibles (ultra-sons par exemple)

8) l'environnement est-il parfaitement connu

9) "qui" doit connaître la position de l'objet en mouvement? L'objet en mouvement lui-même? Un autre objet mobile? Une installation fixe dans la pièce?

 

Bref, si tu veux qu'on t’oriente vers la meilleurs solution, il nous faut d'abord cerner précisément le problème.

 

Bonne journée

Sandro

Bonjour,

 

Je te remercie beaucoup pour ta réponse très développée et intéressante.

Pour clarifier le besoin, il est souhaité de pouvoir suivre le déplacement d'un objet dans un environnement complexe à partir d'une position initiale. J'entends par complexe un environnement composé d'objets encombrants autour et avec des restrictions sur l'utilisation d'ondes wifi/bluetooth... (du à des réglementations). 

L'objet (qui sera sans doute l'IMU) partira d'une position de référence connu (type : coin inférieur gauche de la face de l'armoire) qui sera transmit à ceux qui traiteront les données du déplacement de l'objet. Son chemin sera échelonné de points d'arrêts (de plusieurs heures).

 

Pour répondre à tes questions, nous avons trouvé une solution pour effectuer des remises à zéros assez régulièrement (toutes les 5-10 secondes environs, max 20 secondes). 

La précision souhaité serait de l'ordre du centimètre (pas plus de 5 cm pour une mesure de 5 secondes). Au niveau du budget nous pouvons aller vers 1k maximum, bien que je pense que dans mon cas cela ne soit pas nécessaire d'avoir un tel budget.

 

Au niveau des questions numérotées : 

1. Je souhaite tracker dans l'espace absolu

2. Rajouter de l'équipement est compliqué sachant que l'environnement est inconnu et bien souvent avec des configurations complexes (en zone collaborative, avec beaucoup d'objets autour...)

3. La taille peut aller de 10 à 30 mètres.

4. Erreurs souhaitée de 5 cm au maximum.

6. Il y a également la raison des restrictions de la zone de travail qui préfère éviter au maximum les ondes électromagnétiques.

7. Oui elles sont possibles mais semble difficile à mettre en place au vu de la configuration de l'environnement : Zone collaborative et beaucoup d'objets autour de l'objet à localiser.

8. Non l'environnement est inconnu.

9. La position de l'objet sera juste enregistrer dans l'ordinateur pour avoir un suivi du chemin de l'objet. 

 

Au vu de toutes ces conditions je pense également que l'utilisions d'un IMU seul semble la meilleur solution sachant que les remises à zéros seront très régulière (toutes les 5-10 secondes). 

Cependant, je ne sais pas vraiment quel IMU acheté, dois-je en prendre un intégrant également un magnétomètre ? Un IMU low-cost fait-il l'affaire ? J'ai entendu dire que prendre un IMU plus cher ne changeait pas enormement sur la précision de ce dernier si ce n'est sa calibration. 

Ainsi, dans mon cas est-il rentable de prendre un IMU qui serait de type low-cost 0-100 euros ou bien plus cher vers les 1k euros ?

 

 

Je suis conscient que mes explications ne soient pas très clair mais l'environnement de travail l'est également rendant les explications difficiles. En tout cas, je vous remercie pour le temps accordé à mon projet.

 

Bonne journée.

 

Bastien



#9 Sandro

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Posté 02 novembre 2020 - 06:32

Bonsoir,

si toutes les 20 secondes max tu as une remise à zéro(*), alors un IMU fera probablement l'affaire.

 

(*) Pour la remise à zéro, il y a 3 possibilités:

- tu connais parfaitement l'orientation : tu pourra calculer la position relativement à ta dernière mise à zéro

- tu connais parfaitement l'orientation et la position : tu peux garder une position absolue par rapport à l'origine

- tu connais l'orientation et la position sans biais, mais avec du bruit aléatoire: tu peux quand même t'en sortir, mais il te faudra un meilleur IMU que pour dans les autres cas (en gros, pour diviser ton "bruit" par N, il faut que ton IMU te permettes de naviguer pendant N^2 recalages, de anière à faire une "moyenne"

 

 

Lors des remises à zéro, la position n'est pas très critique (si tu as dx mm d'erreur sur la position initiale, tu aura dx mm d'erreur sur la position finale).

 

La précision de l'orientation est en revanche primordiale.

Supposons que du ais une erreur d'angle de d_alpha=0.01 rad (environ 0.5°)

l'accélération mesurée étant accélération-g, tu auras donc sur l'axe horrizontal (disons x), une erreur :

err_acc_x=-g*sin(d_alpha) - (-g*sin(0))= -g*sin(d_alpha) = -g*d_alpha  (en supposant d_alpha en radians et petit)

on a donc err_vitesse_x(t)= -g*d_alpha *t

et err_position_x(t)= -g*d_alpha * t^2/2

Si on prends g=10m/s^2, d_alpha=0.01rad et t=20s, ça nous fait err_position_x(t)= -10*0.01 *20^2/2 = -20m

Donc 0.5° d'erreur d'orientation, au bout de 20 secondes, ça te fait 20m d'erreur !!!

 

Si en t=5 secondes, tu ne veux pas plus que dx=5cm=0.05m d'erreur, alors il te faudra une erreur d'angle d_alpha <= dx / (g*t^2 /2)=0.05/(10*5^2 /2)=0.0004 rad=0.02°

 

 

Est-ce que tu es capable d'initialiser ton orientation (orientation de l'objet + calibration) à une telle précision? C'est pas impossible, mais ça me semble difficile.

 

 

L'alternative est d'utiliser plusieurs positions successives, et d’interpoler entre avec l'IMU, et de se servir de cette interpolation pour déterminer les biais au passage. C'est possible (par exemple avec un filtre de kalman qui estime considère aussi les biais comme des états), mais c'est pas évident comme traitement du signal. Et ça nécessite un bon IMU.

 

 

Donc

- si tu peux garantir une orientation et une calibration quasi parfaite, alors c'est faisable et "pas trop dur" (bon, refaire l'intégration d'un IMU en 3D n'est pas facile non plus, mais tu dois pouvoir trouver des codes tout prêts).

- Si tu n'as pas une orientation initiale correcte mais pas quasi parfaite, mais que tu peux recaler très fréquemment (au pif, 1 fois/s), alors tu peux faire un filtre de Kalman "simple" (ou tu estimes juste la position et l'orientation)

- si tu as une orientation initiale de qualité "quelconque", et que tu ne peux pas recaler très souvent, mais que tu as un très bon IMU, tu peux estimer tes erreurs (orientation initiale, biais des capteurs) dans le filtre de Kalman : par contre, là, il vas te falloir quelqu'un qui maîtrise très bien les filtres de Kalman et les IMU.

 

 

 

 

Sinon, pour ta question du magnétomètre : si tu es dans un bâtiment, et qu'il y a soit du fer dans les murs/sols (béton armé), soit des appareils électriques qui consomment un peu (ordinateurs, ...), alors ton signal sera perturbé (tu peux utiliser une boussole pour voir à quel point).

Globalement, en intérieur, dans le meilleurs des cas tu obtiendras une orientation à quelques degrés près, au pire, tu peux avoir un signal inexploitable (par exemple proche d'un tuyau en acier, ta boussole vas s'aligner avec le tuyau).

Donc si tu vises quelques centimètres d'erreurs après avoir traversé la pièce, alors le magnétomètre ne te sera probablement pas utile.

(ou alors, si l'environnement est très stable, j'ai entendu dire qu'on pouvait utiliser les anomalies du champ magnétique comme moyen d'aider à se localiser, mais je penses que ton environnement est trop changeant).

 

 

 

 

Pour conclure, je penses que sur le principe, un IMU est possible (avec un budget matériel <1k€), mais avec les durées et précisions que tu donnes, ça ne m'a pas l'air trivial, encore moins pour quelqu'un qui ne semble avoir aucune expérience en utilisation d'IMUs. Si tu comptes le coût salarial, et que le but est de réaliser un seul exemplaire, alors je penses que tu explosera le budget de 1k€.

 

Bonne soirée

Sandro

 

PS : je commence à arriver aux limites de ce que je me souviens de mes cours sur les IMUs : si tu veux poursuivre dans cette voie, il te faudra soit te débrouiller tout seul, soit trouver plus compétant pour t'aider (pour aller plus loin, je devrais reprendre tout le cours, et là, il ne s'agirait plus de passer une heure pour t'aider, ce que j'ai fais volontiers, mais plusieurs jours ...)






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