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Types de capteurs pour robot autonome ?


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10 réponses à ce sujet

#1 rubbersouls

rubbersouls

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Posté 11 janvier 2021 - 02:21

Bonjour, je suis actuellement en BTS Conception de produits industriels. 
Dans le cadre de mes études je dois réaliser un robot autonome germicide.
Mais j'ai pas mal de problèmes sur les types de capteurs à utiliser.
 
Le robot doit:
-détecter les obstacles à distance
-Il doit détecter un humain à 15M 
-Il ne doit pas tomber dans un trou.
 
Image en pièces joint des idées sur le  type de capteurs que je pense utiliser; 

                

Mais 2 problèmes sont:

 

  • Comment détecter un trou ?

-Je sais que les robots aspirateur utilise des capteurs infrarouge émetteur/récepteur ( https://www.abavala....liers-en-verre/mais mon robot sera à 50/60 mm du sol, donc je ne sais pas si cela fonctionne. De plus j'ai du mal à trouver ce types de capteurs dans le commerce.

 -Ma deuxième idée était les capteurs capacitifs, mais je ne sais pas si a 60mm du sol le capteur va bien fonctionner. 

 

  • Mon deuxième problème est pour détecter un humain ?

-Mon idée était des capteur infrarouge mais cela cout vite chère pour entourer tous le robot. De plus si il y a un radiateur dans la pièces les capteur vont le détecter.  Et j'ai également du mal a trouver un magasin qui vend ce type de capteurs. 

-L'autre option est une caméra 360° le problème je ne sais pas ou la placer car j'ai le capteur laser tous en haut. Donc je ne sais pas si il existe une caméra 360 qui permet détecter des obstacles, de savoir leurs distance et d'analyser l'image pour détecter un humain. 

 

Ce robot ne va pas être réaliser, mais je ne doit pas avoir des capteurs qui coutes trop chère. Pour le moment j'ai que les capteurs ultrason et laser 2d 360°:

 

ultrason https://www.turck.de/en/product/1610057

 

Laser https://www.ydlidar.com/products/view/14.html

 

Si vous avez des idées je suis preneur  ;) 

https://www.hiboox.f...bot-capteur.png



#2 Ludovic Dille

Ludovic Dille

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Posté 11 janvier 2021 - 03:37

Hello,

Est-ce que tu as des contraintes qui empêche de placer un capteur plus proche du sol ? Du style avoir un structure pour rapprocher les capteurs ?

Pour la caméra, tu peux envisager du machine learning embarqué pour faire de la reconnaissance mais ça me semble faire compliqué pour ce robot.
Je suppose que laser dont tu parles est un lidar. A quoi sert-il ici ?


Ludo



#3 rubbersouls

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Posté 11 janvier 2021 - 04:05

Merci Ludo pour votre réponse rapide.

 

Est-ce que tu as des contraintes qui empêche de placer un capteur plus proche du sol ? Du style avoir un structure pour rapprocher les capteurs ?

 

Oui je peut crée une structure pour que les capteurs se rapproche du sol, mais il faut mieux utiliser un capacitif ou un infrarouge ?

 

Je suppose que laser dont tu parles est un lidar. A quoi sert-il ici ?

 

Le robot va mesurer au maximum 1m80, sont environnement sera surtouts dans les entrepôts, hyper marché, salle de classe. J'ai peur que le robot percute un obstacle qui n'ai pas détecter par les capteur ultrason qui sont placer en bas du robot. Le lidar 360 permet d'éviter d'avoir a remettre plusieurs capteur en hauteur. 

Le robot utilise des roues omnidirectionnelles donc il ce déplace dans tous les sens ce qui multiplie le nombre de capteur. 

 

Je n'ai aucun connaissance en capteur, je ne sais pas si tous mes capteur sont réellement utile.

Et pour détecter un humain je n'ai toujours pas d'idée :/ 

 

Merci pour vos conseils 



#4 Ludovic Dille

Ludovic Dille

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Posté 11 janvier 2021 - 05:32

Très bien,

ça veut dire que tu pourrais aussi utiliser des capteurs à ultrasons aussi. Entre capacitif j'aurais plus une préférence pour l'infrarouge.

Pour ce qui est de la détection des humains tu peux peut-être regarder du côté du SLAM (en profitant de ton lidar). Sachant que tu pourrais aussi imaginer avoir un autre Lidar plus bas  dans le robot (ce qui implique des zones d'ombres mais c'est pas trop dérangeant). Sinon vu que ça doit rester théorique dans les grandes lignes tu peux quand même explorer ta piste de caméra et utiliser des solutions intéressante comme un catadioptre pour avoir une image à 360 degrés


screenshot_20210111_172909.png

 

une autre idée serait d'utiliser aussi des caméras infrarouges pour détecter les zones de chaleurs (humains)



#5 Sandro

Sandro

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Posté 11 janvier 2021 - 05:51

Bonsoir,

pour les trous (si le sol hors trous est plat), je te conseillerais des capteurs infra-rouges orientés de biais (par exemple 45° vers le bas) : en temps normal, tu mesures une valeur quasi-constante ; si la valeur augmente, tu as un trou (ou ton robot penche) ; si la valeur diminue, tu as un obstacle.

 

En revanche, pour les obstacles "positifs", je te conseillerais soit du lidar, soit de l'ultrason, car un capteur infrarouge fixe rate facilement des obstacles étroits (comme un pilier d'étagère)



#6 Forthman

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Posté 11 janvier 2021 - 06:37

Salut,

Il doit détecter un humain à 15m, c'est un robot qui bombarde des UV ?

Peut-être avec de la reconnaissance d'image, vois du coté de la chaîne Youtube L42project (j'arrête pas de parler de ce gars, on va croire que je suis amoureux :crazy:)

Laurent42 traînait par ici l'année dernière, tu peux toujours lui envoyer un MP



#7 Sandro

Sandro

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Posté 11 janvier 2021 - 07:38

Pour la détection à 15m, est-ce que tu pourrais être un peu plus précis sur tes critères?

- détection des humains "visibles" à 15m de distance, ou aussi ceux cachés par un obstacle? Et qu'en est-il de ceux partiellement cachés (par exemple une jambe qui dépasse de derrière un coin de rayon)?

- quel délai max de détection?

- est-ce acceptable si un humain surgit brusquement à 1m devant le robot (ie a-t-il le temps d'arrêter son action "dangereuse" (ou juste désagréable?) avant que l'humain ne soit atteint?)

- quel est le taux d'erreur acceptable (erreur de type non détection d'un humain)

- quel est le taux de faux positif acceptables (ie le robot croit détecter un humain alors qu'il n'y en a pas)?

 

Selon tes réponses, ça peut se faire assez raisonnablement (probablement avec caméra + machine learning), soit être de la techno de pointe où si tu trouves une solution et que tu dépose un brevet tu pourra gagner des dizaines de millions en vendant des licences à l'armée



#8 rubbersouls

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Posté 11 janvier 2021 - 08:06

Merci pour vos réponse rapide.

 

-Ludo

je vais donc m'orienter plus sur la technologie infrarouge pour détecter un trou. et je vais également me renseigne sur la technologie SLAM. Merci encore cela aiguille mes recherche

 

-Sandro

Merci, cela confirme l'infrarouge et également les capteurs ultrason pour les obstacles lors du déplacement. Pour les détecteurs d'humains, mon projet  reste théorique dans les grandes lignes. Je ne suis pas spécialisé dans les capteurs. Je dois juste trouver les bons capteurs donc je ne prends pas vraiment en compte les erreurs, le délai, le faux positif.  

Mon robot utilise les rayons UV pour désinfecter. Lorsqu'un humain rentre dans la pièces il doit couper les lumière. La caméra j'ai pas mal regardé mais cela coute vites chères. Je connais que les caméras + machine learning ou l'infrarouge pour détecter les humains sur un robot, donc si vous avez d'autre idée de détection je suis preneur. 

 

-Forthman

Oui le robot bombarde des UV ;). Merci pour le partage de la chaine L42project, les vidéos sont intéressent mais complexe.

 

 

Merci encore pour toutes vos réponses, je vais faire des recherches avec tous vos conseils.



#9 Sandro

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Posté 11 janvier 2021 - 09:10

Pour la détection d'humains :

- si par chance tu as un environnement extrêmement peu changeant (par exemple un musée, une station de métro après la fermeture, ...), alors tu peux "simplement" détecter les changements entre l'endroit "vide" et l'instant présent : si tu as un changement sur une zone assez importante pour être potentiellement un humain, alors tu considère que s'en est un. Pour détecter les différences, tu peux soit utiliser une/des caméras (pas besoin d'une très bonne résolution, donc elles peuvent être assez bon marché), soit un lidar assez proche du sol pour ne pas risque de passer par dessus la personne (s'il y a risque de présence d'enfants, alors il faut qu'il soit très bas). L’inconvénient de cette méthode est qu'elle ne marche que si l'environnement change très peu (tout obstacle absent de la carte entraînera un arrêt de l'émission des UV). Le risque de faux négatif (non détection d'un humain) est faible (ie bonne sécurité), mais les faux positifs seront très nombreux si ton environnement est changeant.

- détection des humains par caméra classique + machine learning :  à 15m, tu aura probablement un taux d'erreur de plusieurs pourcents (voir plus selon l'algo et la résolution de la caméra). Le taux de faux négatifs sera probablement assez faible (sauf si tu as des affiches, de grosses poupées, ...)

- détection des humains par caméra thermique : j'ai jamais testé, mais à priori il est très facile de détecter des tâches chaudes (éventuellement avec une taille minimale), qu'on considérera comme étant des humains. Le taux de faux négatifs (personnes non détectées) devrait être faible (même avec une caméra de résolution relativement faible), donc une bonne sécurité. Le taux de faux positifs dépend de t'en environnement (élevé si tu as des appareils qui chauffent, si la température ambiante dépasse les 30° ou s'il y a des animaux, probablement faible dans le cas contraire).

- détection des mouvements (simple détecteur de mouvement ; caméra + détection des pixels qui ne bougent pas de manière "logique" en fonction du déplacement du robot). Gros problème, ça ne marche pas si la personne est immobile.

- détection sonore des respirations (probablement très compliqué à mettre en place de manière fiable).

 

Une question clé est de savoir à quel point les rayons UV, à la dose envoyée, sont nocifs pour l'être humain?

Si c'est un léger coup de soleil après 1h d'exposition, alors toutes les solutions font l'affaire.

Si c'est un coup de soleil en quelques minutes, alors il faut une solution avec un faible taux de faux négatifs

Si c'est un coup de soleil en quelques secondes, alors le taux de faux négatifs doit être extrêmement faible. Je suis loin d'être expert en analyse de risques, mais comme ordre d'idée, on peut par exemple partir sur une espérance de maximum 1 personne atteinte par an : reste à estimer le nombre de personnes qui risquent potentiellement de se trouver à portée (avec d'éventuelles mesures type gyrophare, sirène, panaux d'avertissement, ...) pour en déduire le taux maximum de non détection tolérable. Si à priori les lieux sont désert, ça reste "facile", s'ils sont fréquentés alors ça devient déjà très délicat

Si les dommages sont plus important qu'un coup de soleil (brûlures sévères, dégâts aux yeux, risques cancérigènes bien supérieurs à ceux d'un coup de soleil, ...), alors une analyse des risques détaillée est indispensable, et il faudra probablement non seulement des capteurs très fiables, mais en plus une redondance des capteurs.



#10 rubbersouls

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Posté 11 janvier 2021 - 09:56

Merci Sandro pour votre réponse complète et bien détaillé. Je vais réfléchir à toutes vos solutions, mais la première me semble la meilleure. Mon environnement ne devrais pas changer, j'utilise déjà un lidar et a priori les lieux seront désert.

Les UV types C sont  rapidement dangereux surtouts pour les yeux. Mais mon robot  est un projet qui ne sera pas réaliser. Je suis plus spécialiser dans la conception que dans les capteurs.  Donc cela suffi largement pour ma conception.

 

 

Merci encore à tous pour vos réponses, si d'autres personnes ont des idées ou des commentaires à ajouter n'hésitez pas ;)  Les capteurs sont un sujet complexe mais très intéressent. 



#11 Sandro

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Posté 11 janvier 2021 - 10:42

J'ai bien compris que le robot ne sera pas réalisé.

 

Pour la première solution (détection des différences), fais bien attention au fait qu'elle est ultra sensible aux changements d'environnement. Pour reprendre ta liste d'utilisations :

- entrepôts : toute palette posée au sol sera considérée comme un humain ; de même pour un rayonnage dans la zone de détection qui a été rempli ou vidé depuis la création de "l'image" (ou scan) de référence

- hyper marché : un rayon vidé ou rempli depuis l'image de référence, un "stand" ajouté ou enlevé, un "entassement" de gros articles, ... bref, plein de cas de fausse détection

- salle de classe : une table ou une chaise un peu décalée suffit pour être détecté comme un obstacle.

 

Bref, dans la grande majorité des situations, tu aura de nombreux faux positifs (ie tu crois détecter une personne quand il n'y en pas). Seul les environnements absolument statiques (aucun objet susceptible de bouger) permettent d'éviter ce problème. Ou alors, il faut faire 2 rondes : une première pour re-cartographier, et une heure plus tard une seconde pour désinfecter : on peut supposer qu'une improbable personne présente la nuit aura bougée entre temps (contrairement à la plupart des objets qui sont déplacés durant la journée). Le seul point positif est que le risque de ne pas détecter une personne est plutôt faible.

 

 

 

Pour ma part, je pense que j'aurais plutôt opté pour la caméra thermique : plus facile à mettre en place (simple détection de température dans un intervalle), très faible risque de rater un humain, risque quasi nul de fausses détection (en l’absence d'objets chauffants).

 

 

 

Pour ton lidar, je me pose la question de la pertinence de le mettre tellement haut : tu ratera la plupart des obstacles (qui sont moins hauts) : il ne pourra donc servir qu'à la localisation. A ta place, je le mettrais plutôt en bas à l'avant (champ de vision de 180°), ce qui permet non seulement la localisation, mais aussi la détection des obstacles (tu peux du coup déplacer les ultrasons vers le haut du robot pour détecter les tables).

Ou alors, tu mets le lidar à moyenne hauteur (vers 60cm?), avec juste quelques "piliers" à cette hauteur pour soutenir le haut du robot : de cette façon, tu as une vue à 360° (excepté de petits angles morts)






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