Système d'évitement d'obstacles Lymow One

Avec l'essor des technologies de maison connectée et d'IA, les tondeuses à gazon automatiques s'imposent comme la solution incontournable pour les ménages souhaitant une pelouse impeccable et saine. Mais pour fonctionner efficacement et en toute sécurité dans les conditions changeantes des espaces extérieurs, l'évitement intelligent des obstacles est devenu un critère essentiel pour les acheteurs. Dans cet article, nous explorerons les principaux types de capteurs utilisés pour la détection d'obstacles sur les tondeuses à gazon actuelles, en évaluant leurs points forts et leurs points faibles, et nous nous pencherons sur le système avancé d'évitement d'obstacles de la Lymow One.

Un aperçu des capteurs courants d'évitement d'obstacles

Capteurs de pare-chocs physiques

Pour éviter les obstacles, les capteurs physiques de pare-chocs sont largement utilisés dans de nombreux types de robots en raison de leur simplicité et de leur efficacité, notamment les tondeuses à gazon robotisées. Lorsque la tondeuse rencontre un objet, le pare-chocs déclenche un capteur ou un interrupteur mécanique, ce qui provoque l'arrêt et le changement de direction de la machine.

Avantages :

• Simplicité : aucune électronique compliquée n'est requise, juste une conception mécanique simple qui détecte de manière fiable les obstacles.
• Abordabilité : La production et la maintenance sont toutes deux rentables.
• Fiabilité : fonctionne bien dans la plupart des situations, en particulier lors de la rencontre d'objets durs.
• Compatibilité : Il peut être facilement intégré dans les conceptions de tondeuses existantes.

Inconvénients :

• Évitement passif des obstacles : il ne réagit qu'en cas de contact réel avec un obstacle, ce qui peut causer des dommages mineurs à la fois à la machine et à l'obstacle.
• Manque de prévoyance : il ne peut pas détecter les obstacles à l'avance, ce qui réduit l'efficacité de la tonte.
• Applicabilité limitée : il peut ne pas identifier efficacement les obstacles mous ou petits, tels que les petites pierres.

Capteurs à ultrasons

Les capteurs à ultrasons jouent un rôle crucial dans les robots d'extérieur : ils émettent des impulsions ultrasonores et mesurent le temps de retour des échos. Ce procédé leur permet de déterminer avec précision la présence et la distance des obstacles à venir. Grâce à un large champ de vision (FOV), plusieurs capteurs à ultrasons positionnés stratégiquement à différents angles permettent d'éviter efficacement les obstacles pour l'ensemble de la machine.

Avantages :

• Rentabilité : les capteurs à ultrasons offrent une solution économique sans sacrifier les performances.
• Installation conviviale : La conception compacte facilite l'intégration facile dans divers emplacements sur la tondeuse.
• Résistance aux intempéries : Conçus pour exceller dans toutes les conditions météorologiques, les capteurs à ultrasons garantissent un fonctionnement fiable même la nuit ou dans l'obscurité
• Réponse rapide : identifiez rapidement les obstacles et réagissez rapidement.

Inconvénients :

• Limitations de résolution : ils peuvent avoir du mal à détecter de très petits objets et leur efficacité diminue avec la distance.
• Défis avec les objets mous ou transparents : les objets tels que les sacs en plastique ou les lignes fines peuvent ne pas être détectés efficacement.
• Sensibilité environnementale : les performances peuvent être considérablement affectées par la température, l'humidité, la vitesse du vent et d'autres facteurs.
• Portée de détection limitée : les capteurs à ultrasons ont souvent des angles morts, offrant généralement une détection efficace uniquement à quelques mètres près.

Capteurs ToF (temps de vol)

Les capteurs ToF utilisent la technologie infrarouge ou laser pour mesurer le temps nécessaire à la lumière pour se déplacer vers un objet et revenir, ce qui leur permet de calculer avec précision la distance par rapport aux obstacles.

Avantages :

• Réponse rapide : fournit des informations de distance précises et en temps réel.
• Haute précision : par rapport aux capteurs à ultrasons, les capteurs ToF offrent une précision supérieure.
• Conception compacte : leur petite taille les rend faciles à intégrer dans des appareils compacts sans ajouter de poids significatif.
• Faible consommation d'énergie : nécessite une énergie minimale pour fonctionner, ce qui contribue à prolonger la durée de vie de la batterie.

Inconvénients :

• Sensibilité à une lumière intense : la lumière intense du soleil ou d’autres sources de lumière vive peuvent interférer avec les performances du capteur.
• Coût plus élevé : bien que moins chers que le LiDAR, les capteurs ToF sont toujours plus chers que les capteurs à ultrasons, les résolutions plus élevées entraînant des coûts plus élevés.
• Exigences d’étalonnage : Un étalonnage régulier est nécessaire pour maintenir la précision.

LiDAR (détection et télémétrie par la lumière)

Le LiDAR construit une carte 3D de l’environnement environnant en émettant des faisceaux laser et en recevant des signaux réfléchis.

LiDAR 2D

Également connu sous le nom de LiDAR monoligne, il fonctionne principalement sur un plan horizontal, fournissant des informations de distance de haute précision largement utilisées dans des domaines tels que la navigation robotique, la surveillance de la sécurité, l'automatisation industrielle et les tondeuses à gazon robotisées.

Avantages :

• Données précises sur les plans horizontaux : Fournit des informations environnementales détaillées sur les surfaces planes.
• Stabilité : Fonctionne de manière fiable sur des terrains plats, garantissant un fonctionnement constant.

Inconvénients :

• Manque d'informations verticales : Adaptabilité limitée aux terrains présentant des variations de hauteur importantes.
• Coût plus élevé : plus cher par rapport aux autres capteurs.
• Grande taille : moins adapté aux conceptions compactes.

LiDAR 3D (détection et télémétrie par la lumière)

Le LiDAR 3D utilise des faisceaux laser pour mesurer les distances et créer des cartes 3D de l'environnement. En émettant des impulsions laser et en recevant les signaux réfléchis, il calcule la distance, la forme et la position des objets. Cette technologie est largement utilisée dans les véhicules autonomes, les drones, la cartographie du terrain, les robots intelligents et les tondeuses à gazon automatiques.

Avantages :

• Informations détaillées dans l'espace 3D : Capable de générer des cartes 3D complètes.
• Efficace sur les terrains complexes : Fonctionne efficacement même dans des paysages accidentés, s'adaptant bien à divers environnements.

Inconvénients :

• Coût élevé : particulièrement coûteux pour les systèmes LiDAR rotatifs mécaniques, ce qui limite son utilisation dans les produits de consommation.
• Taille et poids : le LiDAR rotatif mécanique a tendance à être encombrant et lourd, ce qui le rend inadapté aux conceptions compactes.
• Consommation d'énergie élevée : ces systèmes consomment une énergie importante pendant leur fonctionnement, ce qui peut avoir un impact sur la durée de vie de la batterie.
• Sensibilité aux facteurs environnementaux : Bien que moins affectées par les conditions d'éclairage, les performances peuvent diminuer en cas de conditions météorologiques extrêmes, comme un brouillard épais ou de la pluie.
• Traitement de données complexes : les grandes quantités de données de nuages ​​de points générées nécessitent une puissance de calcul importante et des algorithmes efficaces pour le traitement.

Capteurs de vision

Les capteurs de vision imitent le fonctionnement de l'œil humain, utilisant des caméras pour capturer et traiter des images destinées à la détection d'obstacles et à la navigation. Cette approche est conforme aux Premiers Principes.

Vision binoculaire

Avantages :

• Imitant le principe de disparité binoculaire humaine : permet l'estimation de la profondeur et fournit des informations 3D.
• Précision supérieure : par rapport à la vision monoculaire, la vision binoculaire offre une précision de profondeur supérieure.

Inconvénients :

• Sensibilité à la lumière : les variations d’éclairage peuvent avoir un impact sur la qualité de l’image et, par conséquent, sur l’estimation de la profondeur.
• Forte demande de calcul : le traitement d’image et le calcul de profondeur nécessitent des ressources de calcul importantes.
• Exigences d'étalonnage : un étalonnage précis des deux caméras est essentiel pour la précision.

Vision multi-caméras/vision à 360 degrés

Avantages :

• Champ de vision large : capable de surveiller l'ensemble de l'environnement environnant.
• Perspectives multiples : améliorer la compréhension de scénarios complexes.

Inconvénients :

• Traitement de données complexe : la gestion des données provenant de plusieurs caméras augmente la charge de calcul.
• Défis d’intégration : la synchronisation et l’étalonnage de plusieurs caméras compliquent l’intégration du système.
• Coût élevé : nécessite des caméras et un support matériel supplémentaires, ce qui augmente les dépenses globales.

Stratégie complète d'évitement des obstacles de la tondeuse robotisée Lymow One

La tondeuse robot Lymow One est dotée d'une stratégie avancée d'évitement d'obstacles multicouches combinant des capteurs de vision binoculaire, plusieurs capteurs à ultrasons et des pare-chocs physiques. Cette intégration innovante exploite les atouts de chaque technologie pour surmonter les limites d'une méthode unique, garantissant un fonctionnement sûr et efficace dans divers environnements.

La combinaison de la compréhension sémantique et de la perception 3D

Dès le départ, la conception du Lymow One a nécessité des recherches approfondies sur différents capteurs, soulignant l'importance des capteurs visuels. Les informations sémantiques sont parmi les données les plus complexes d'un jardin ; leur perception et leur traitement sont donc essentiels pour l'avenir des tondeuses robotisées, tout comme la perception par caméra est essentielle pour les aspirateurs.

En revanche :

• Les tondeuses robotisées qui s'appuient uniquement sur des pare-chocs physiques et des capteurs à ultrasons ne peuvent pas relever des défis sémantiques complexes et ont recours à un évitement d'obstacles de base.
• Les capteurs comme le radar, qui ne fournissent que des informations de distance, excellent dans la détection des obstacles situés au-dessus du sol. En revanche, ils peinent à détecter les obstacles plus bas, comme les couvertures de pique-nique, les tuyaux d'arrosage ou les têtes d'arrosage, ce qui les rend incomplets dans leur détection.

Ainsi, nous pensons que les capteurs de vision binoculaire sont un choix optimal pour les robots de jardin contemporains, offrant plusieurs atouts :

• Praticité : La vision binoculaire capture des données environnementales riches, facilitant la navigation et l'évitement des obstacles dans des scénarios complexes, et est couramment utilisée pour la reconstruction de scènes 3D.
• Stabilité : Largement éprouvée dans la robotique mobile, les véhicules autonomes et les drones, la vision binoculaire a démontré une stabilité remarquable.
• Haute évolutivité : En tant qu'entrée fondamentale pour les algorithmes de fusion multimodale, les capteurs de vision offrent une grande évolutivité, permettant des applications telles que la perception sémantique, la détection des limites et la récupération environnementale.

Sur la base de cette analyse, Lymow One utilise la vision binoculaire pour la compréhension sémantique et la reconstruction 3D de son environnement, lui permettant d'appréhender des scénarios de chantier complexes sous deux perspectives :

1. Ses puissantes capacités de perception confèrent à la tondeuse une intelligence sémantique, permettant une compréhension plus approfondie de l'environnement.
2. La reconstruction 3D par vision binoculaire garantit une sécurité fondamentale, permettant à la tondeuse de franchir les obstacles en toute sécurité même lorsque les données sémantiques font défaut.
3. La combinaison de ces deux aspects donne naissance à un système d’évitement d’obstacles intelligent, sûr et performant.

Conclusion

Cet article fournit un aperçu détaillé des principaux capteurs d’évitement d’obstacles utilisés dans les tondeuses à gazon robotisées intelligentes, soulignant les avantages et les inconvénients uniques de chacun.

Pour Lymow One, nous avons adopté dès le départ une approche de conception centrée sur la vision, optant finalement pour un système de vision binoculaire mature et stable. En intégrant la compréhension sémantique à la perception 3D, nous proposons une solution d'évitement d'obstacles robuste, alliant intelligence et sécurité.


Lymow One sur Kickstarter :
https://www.kickstarter.com/projects/lymowone/lymow-one-boundary-free-robot-mower-for-any-terrain-and-size