Optical localization of multiple micro-conveyors mobile over smart surfaces
Localisation optique de micro-convoyeurs mobiles sur une surface active
Résumé
This thesis aims to develop a method for optical localization and tracking of microconveyors moving over a surface in the context of micro-robotics. The principle of the proposed localization method consists of detecting a beam that is reflected on the micro-conveyor and analyzing this optical received signal to obtain the corresponding positions. The main elements of the system are a corner cube reflector, a MEMS mirror and a beam splitter. The corner cube is placed on the micro-conveyor in order to allow the optical signal to be reflected in its incident direction. The MEMS mirror allows the surface to be scanned with the laser. As for the beam splitter, it is an optical component used to guide the reflected light to a photodetector which is in turn used for localization and tracking through the exploitation of the signal that it detects. The important role of localization is to optimize the trajectory followed by the micro-conveyors. This could be achieved by controlling the respective position and speed of each of them in order to be finally able to localize the micro-conveyor with high precision and to avoid possible collisions between them. The surface used is a micro-conveying surface based on an electromagnetic principle, developed at the Roberval laboratory. The surface is used to perform experimental tests and to evaluate the developed sensor. A system calibration, using homography, was carried out in order to ensure the localization and tracking of the micro-conveyor, and then to control its trajectory and speed. Simultaneous localization and tracking of two micro-conveyors using time division multiplexing was also developed and validated in this work. An application of the thesis at the macroscopic scale is presented as well through applying free space optical communication between two mobile systems controlled by closed-loop optical tracking. Each system includes an active transmitter and a receiver (instead of a passive corner cube reflector in the case of the micro-conveyor). The system is driven by two servomotors which permit it to have free movement in three-dimensional space. The two modules must be aligned in order to be able to send and receive information by laser and thus communicate. In this case, a high-precision tracking system which is capable of aligning the two moving modules is required.
Dans le contexte de la micro-robotique, cette thèse vise à développer une méthode de localisation et de suivi optique de micro-convoyeurs se déplaçant sur une surface. Le principe de la méthode de localisation proposée consiste à détecter un faisceau réfléchi sur le micro-convoyeur et à analyser ce signal optique pour obtenir les positions correspondantes. Les principaux éléments du système sont un rétroréflecteur à coin cube placé sur un micro-convoyeur et qui permet de réfléchir le signal optique dans sa direction incidente, un miroir MEMS qui permet de balayer la surface avec un éclairement laser, un séparateur de faisceau qui est un composant optique utilisé pour guider la lumière réfléchie vers un photodétecteur utilisé pour assurer la localisation et le suivi à travers l’exploitation du signal détecté par ce dernier. L’importance de la localisation est d’optimiser la trajectoire suivie par les micro-convoyeurs en contrôlant leur position et leur vitesse pour finalement pouvoir localiser les micro-convoyeurs avec une grande précision et éviter d’éventuelles collisions entre eux. Pour faire des tests expérimentaux et évaluer le capteur développé, la surface utilisée est une surface de micro-convoyage basée sur un principe électromagnétique, développée au laboratoire Roberval. Une calibration du système, en utilisant l’homographie, a été effectuée afin d’assurer la localisation et le suivi du micro-convoyeur pour après contrôler sa trajectoire et sa vitesse. Une localisation et un suivi simultané de deux micro-convoyeurs en utilisant un multiplexage temporel a été également développé et validé dans ce travail.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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