La précision à chaque pas : pourquoi les robots humanoïdes ont besoin du GNSS et d’une IMU

Lorsqu’une personne traverse une pièce, elle s’arrête rarement pour réfléchir à l’inclinaison de son corps, à l’endroit exact où son pied se pose ou à la distance qui la sépare de sa destination. Un robot humanoïde doit, au contraire, évaluer en permanence toutes ces informations et les traduire en coordonnées exploitables. Pour marcher de manière continue, tourner, saisir des objets et évoluer dans un environnement dynamique et incertain, il lui faut plus qu’une estimation approximative de sa position. Il a besoin d’un référentiel spatial continu, fiable et à faible latence. Les modules GNSS, les IMU et les services de correction PointX de CHC Navigation contribuent à fournir cette base de positionnement et de navigation.

Modules GNSS de haute précision : le référentiel de position absolue des robots humanoïdes

Le système mondial de navigation par satellite, ou GNSS, est la technologie de positionnement qui sous-tend la plupart des systèmes modernes de navigation. Un module GNSS reçoit les signaux de plusieurs constellations de satellites et calcule la position du robot sur Terre, notamment sa latitude, sa longitude, son altitude, l’heure précise et sa direction de déplacement. Cette couche relie la représentation interne de l’environnement du robot à des coordonnées géographiques réelles.

Les modules GNSS sont au cœur des technologies développées par CHC Navigation. Ils permettent aux robots humanoïdes de fonctionner au-delà des environnements contrôlés des laboratoires. Prenons l’exemple d’un robot d’inspection travaillant sur un vaste site industriel, dans une zone logistique ou au sein d’une installation extérieure. Pour suivre un itinéraire et atteindre le point d’inspection prévu, il doit connaître la position de sa destination, déterminer où il se trouve et savoir dans quelle direction se déplacer. Le GNSS lui fournit cette référence globale. À mesure que les robots humanoïdes se déploient dans la fabrication, la logistique, l’inspection extérieure, les villes intelligentes et les services publics, un positionnement par satellite fiable devient l’une des bases de leur architecture de navigation.

CHC Navigation fournit cette couche fondamentale à travers sa gamme de modules GNSS. Prévu pour une commercialisation mondiale en 2026, le module GNSS M722 est conçu pour fournir la référence de positionnement absolue nécessaire aux robots humanoïdes de nouvelle génération :

• Prise en charge multi-constellations et multifréquence, afin de maintenir un positionnement stable dans les environnements urbains complexes et les zones de transition entre l’intérieur et l’extérieur.

• Fonction de cap à double antenne, fournissant une orientation précise lors du démarrage, des déplacements à faible vitesse et des changements de direction, tout en limitant la dérive du cap inertiel.

• Conception compacte et à faible consommation, adaptée aux contraintes d’espace et d’autonomie énergétique des robots humanoïdes.

• Conception de niveau automobile, validée pour des projets de production en série et adaptée aux exigences de fonctionnement continu des applications industrielles.

La valeur du M722 ne réside pas uniquement dans sa capacité à indiquer au robot où il se trouve à un instant donné. Elle tient également à sa capacité à fournir une référence absolue stable dans le temps, sans dérive cumulative.

Au-delà d'une précision métrique : les services de correction GNSS

Pourquoi les robots ont-ils besoin d’une précision supérieure à celle du GPS intégré à un smartphone ? La réponse réside dans les exigences de leurs missions. Le GNSS standard fournit généralement une précision de l’ordre du mètre. Celle-ci convient à la navigation routière classique, mais reste insuffisante pour un robot devant rejoindre une zone précise, s’aligner sur une infrastructure ou coordonner ses déplacements avec d’autres machines. Une erreur de deux à cinq mètres rendrait impossible toute opération exigeant un positionnement global précis.

Le positionnement cinématique en temps réel, ou RTK, répond à cette limite. Les signaux satellites sont affectés par les retards atmosphériques, les imprécisions d’orbite et d’horloge, ainsi que par les réflexions dues aux trajets multiples. La technologie RTK s’appuie sur des stations de référence dont les coordonnées sont connues avec précision afin d’estimer ces erreurs et de transmettre des corrections aux récepteurs. Elle permet ainsi d’améliorer une précision métrique pour atteindre un positionnement de l’ordre du centimètre dans des conditions adaptées.

CHC Navigation fournit ces corrections à travers PointX, son infrastructure intégrée de services de correction GNSS. PointNet propose un service NRTK via Internet, reposant sur un réseau de plus de 10 000 stations de référence pour offrir une convergence rapide et une précision centimétrique. PointSky diffuse des corrections GNSS basées sur le PPP par satellite en bande L pour les environnements isolés ou disposant d’une connectivité limitée, dans lesquels une connexion mobile permanente ne peut pas être garantie. Ensemble, ces services transforment une estimation approximative du type « quelque part dans cette zone » en une position beaucoup plus précise, exploitable par le système de navigation du robot.

L'IMU : équilibre et perception du mouvement

Si le GNSS indique au robot où il se trouve dans un référentiel global, l’unité de mesure inertielle, ou IMU, mesure ce que fait son corps à chaque instant. Prévue pour une commercialisation mondiale en 2026, la CHCNAV CI-300 est une IMU de haute précision associant un accéléromètre triaxial et un gyroscope triaxial. Elle mesure l’accélération linéaire, la vitesse angulaire, les changements d’orientation et la direction de la gravité. Grâce à ces données, le système peut déterminer si le robot s’incline, tourne, accélère ou subit un mouvement inattendu.

Cette perception contribue directement à la stabilité d’un robot bipède. Les humains maintiennent leur équilibre grâce au système vestibulaire de l’oreille interne, associé à la vision et aux informations transmises par les muscles et les articulations. Un robot humanoïde repose sur une architecture comparable combinant IMU, caméras, codeurs articulaires et capteurs de force. Lorsque le robot effectue un pas et que son centre de gravité se déplace, l’IMU détecte les variations d’inclinaison et d’accélération. Le système de contrôle peut alors ajuster les angles des articulations, l’appui des jambes et la posture en quelques millisecondes. L’IMU joue ainsi un rôle comparable à celui de l’oreille interne, en fournissant des mesures à haute fréquence nécessaires à la stabilité pendant chaque étape du cycle de marche.

Fusion des capteurs : intégrer les différentes couches

Dans un robot opérationnel, ces différentes couches ne fonctionnent pas séparément. Le GNSS fournit la position globale, les corrections RTK l’affinent jusqu’au niveau centimétrique et l’IMU apporte des données de mouvement et d’orientation à haute fréquence. Les caméras, le LiDAR, les codeurs articulaires et les capteurs de force complètent ces informations en analysant l’environnement et les mouvements du robot.

Des algorithmes de fusion de capteurs, comme le filtre de Kalman étendu ou l’optimisation par graphe de facteurs, combinent ces observations pour produire une estimation unique et continue de la position, de la vitesse, de l’orientation et de la relation du robot avec son environnement. Le GNSS permet de corriger la dérive progressive de la navigation inertielle, tandis que l’IMU maintient la continuité entre les mises à jour GNSS ou pendant de brèves interruptions du signal. La vision et le LiDAR précisent ensuite la position relative du robot par rapport aux obstacles, aux équipements et aux surfaces qui l’entourent. Il en résulte une forme d’intelligence spatiale permettant au robot de planifier un itinéraire, d’éviter les obstacles, d’atteindre une destination et d’interagir avec son environnement en s’appuyant sur une estimation fiable de son état.

GNSS et GNSS/INS pour les machines autonomes

Le GNSS constitue l’une des bases de cette architecture, et c’est sur cette couche de positionnement et de navigation que se concentre CHC Navigation. Les systèmes GNSS/INS associent un récepteur GNSS de haute précision à un capteur inertiel intégré dans une même unité étroitement couplée. Cette combinaison fournit des données cohérentes de position, de vitesse, d’attitude et de cap, y compris lors de brèves dégradations du signal satellite.

Le système GNSS/INS pour l'automotive CHCNAV CGI-230 fournit un positionnement de haute précision et maintient une solution de navigation exploitable pendant de courtes interruptions du signal GNSS. Le CGI-610, doté d’une configuration à double antenne, ajoute une information de cap précise pour les plateformes qui doivent déterminer leur orientation lors des déplacements à faible vitesse ou des manœuvres fréquentes.

Ces systèmes s’intègrent aux solutions de navigation et de positionnement CHC Navigation destinées aux machines autonomes. Des architectures similaires sont déjà utilisées dans la conduite autonome, les robots de service et les flottes logistiques à faible vitesse. Pour les équipes développant la prochaine génération de robots humanoïdes, un modèle d’intelligence artificielle performant doit pouvoir relier ses décisions au monde physique grâce à des données fiables sur la position, l’orientation et le mouvement. C’est précisément à cette interface que les technologies de positionnement et de navigation de CHC Navigation apportent leur valeur.

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À propos de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) développe des solutions avancées de cartographie, de navigation et de positionnement conçues pour améliorer la productivité et l'efficacité. Au service de secteurs tels que le géospatial, l'agriculture, le contrôle des machines et l'autonomie, CHCNAV propose des technologies innovantes qui donnent les moyens d'agir aux professionnels et favorisent le progrès de l'industrie. Avec une présence mondiale couvrant plus de 140 pays et une équipe de plus de 2 200 professionnels, CHC Navigation est reconnue comme un leader dans le secteur géospatial et au-delà. Pour plus d’informations sur CHC Navigation [Huace:300627.SZ], rendez-vous sur : https://navigation.chcnav.com/about/overview