Fusion multiphysique pour système de localisation indoor - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Multiphysic fusion for indoor localization system

Fusion multiphysique pour système de localisation indoor

Résumé

This work is part of a Cifre thesis carried out in collaboration between the SATIE laboratory and the ez-Wheel company. The company specializes in developing compact, integrated motorized wheels that facilitates the motorization and the automation of mobile platforms aimed at transporting heavy loads. Throughout the course of this project, the company introduced a new generation of products tailored for safe mobile robotics applications in industrial environments. A critical requirement for developing an autonomous mobile robot based on these wheels is a localization system that is suitable for the targeted industrial environments. To address this requirement, we initially investigated the localization approaches proposed in the scientific literature. Our first proposed solution is based on multi-LiDARs fusion while assuming a static or weakly dynamic environment. However, the targeted industrial environments are expected to have highly dynamic surroundings. Therefore, after observing that in such environments, the ceiling remains invariant and mostly static, we introduced a new approach that separates the navigation space from the localization space. Thus, to detect obstacles and ensure safe movements, we utilize a 2D LiDAR on the horizontal plane. While we use a camera oriented towards the ceiling (vertical plane) to guarantee a robust relative localization. This decoupling effectively eliminates the issues related to the detection and the filtering of dynamic objects, thereby improving the localization quality without extra processing cost. We have proposed a ceiling-vision localization system based on the Direct Sparse Odometry (DSO), and validated its performance and accuracy on our experimental platform. Finally, to further validate our approach in real-world scenarios, we designed and conducted an experiment to collect a multisensor dataset focused on ceiling-vision. The novelty of this work resides in the fact that there are no available datasets in the scientific literature that allow the evaluation of ceiling-camera localization methods. The methodological and technological choices of this work were strongly influenced by the industrial context of the thesis, aiming to present a TRL 6 prototype for subsequent integration into the company's products.
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une thèse Cifre réalisée en collaboration entre le laboratoire SATIE et l'entreprise ez-Wheel. L'entreprise développe des roues motorisées compactes et hautement intégrées pour faciliter la motorisation des plateformes mobiles destinées au transport des lourdes charges. Pendant la durée de cette thèse, une nouvelle génération de produits a été développée par l'entreprise, spécifiquement conçue pour des applications à la robotique mobile sûre dans des environnements industriels. Pour assurer une navigation sécurisée, les plateformes robotiques équipées de ces roues nécessitent un système de localisation adapté aux environnements industriels visés. Dans cette thèse, nous abordons ce problème de localisation en étudiant d'abord les approches de localisation disponibles dans la littérature scientifique. Puis, dans un premier temps, nous proposons une solution basée sur la fusion multi-LiDARs en supposant un environnement statique ou faiblement dynamique. Cependant, dans les environnements industriels visés, nous nous attendons à des environnements hautement dynamiques. Après avoir observé que dans les environnements cibles, le plafond représente un espace invariant et entièrement statique, nous avons proposé une nouvelle approche qui consiste à séparer l'espace de navigation de l'espace de localisation. Ainsi, pour détecter les obstacles et assurer la sûreté des déplacements, nous exploitons un LiDAR 2D sur le plan horizontal. Et pour garantir une localisation relative robuste, nous utilisons une caméra orientée vers le plafond (plan vertical). Ce découplage nous permet d'éliminer les problèmes liés à la détection et au filtrage des objets dynamiques, tout en améliorant la qualité de la localisation. Nous avons proposé un système de localisation par vision verticale à base de la méthode directe DSO, avec une validation expérimentale sur notre plateforme. Enfin, afin de valider notre approche dans des environnements réels, nous avons conçu et réalisé une expérimentation pour collecter un jeu de données multicapteurs centré sur la vision verticale. Ce travail est unique, car dans la littérature scientifique, il n'existe pas de jeux de données permettant d'évaluer des méthodes de localisation par caméra verticale. Les choix méthodologiques et technologiques adoptés dans ce travail ont été fortement influencés par le contexte industriel de la thèse. Le but étant de proposer un prototype de maturité technologique de niveau 6 (TRL6) pour son intégration ultérieure dans les produits de l'entreprise.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04861196 , version 1 (02-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04861196 , version 1

Citer

Abdelhak Bougouffa. Fusion multiphysique pour système de localisation indoor. Robotique [cs.RO]. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPAST110⟩. ⟨tel-04861196⟩
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