Brevet FR2721424A1 — publié le 19951222

La présente invention concerne un système et un procédé de surveillance de la position du centre de gravité d'un objet ou d'un dispositif. Plus particulièrement, I'invention peut s'appliquer à la surveillance de la présence d'une personne dans un lit afin de prévenir des chutes accidentelles. Un dispositif de ce type est connu du document FR 2 690 774. Il s'agit d'un dispositif comportant un capteur de pression implanté en un endroit particulier d'une chaise, d'un lit ou autre, et un système d'alarme et/ou de signalisation. La fonction de ce dispositif est de signaler l'absence ou la présence de la personne sur la chaise ou le lit. Il ne permet pas de suivre les déplacements de la personne sur le support, il n'a pas de fonction de prévoyance. Un premier but de l'invention est de pallier les inconvénients du dispositif précité et, par exemple, de signaler le désir d'une personne de quitter son lit alors que son état nécessite une assistance, ou par exemple de signaler qu'elle se trouve dans une zone risquant d'entrainer la chute. Selon des applications plus générales, un but de l'invention et de surveiller les déplacements du centre de gravité d'une charge, et par exemple de déterminer si ledit centre de gravité reste dans un ou plusieurs périmètres prédéterminés autorisés, ou pénétre dans une ou plusieurs zones interdites afin de déclencher une alarme. Selon une autre application générale, on peut prévoir un asservissement des capteurs pour ramener le centre de gravité surveillé à sa position initiale, afin de conserver la stabilité du support. L'invention atteint tous les buts fixés et consiste en un dispositif de surveillance de la position du centre de gravité d'un objet ou d'un matériel du type à capteur implanté en un point donné d'un support, caractérisé en ce qu'il comporte: - un ensemble de trois capteurs positionnés en trois points formant un tnangle sous un des pieds du support de manière à supporter au moins une partie du poids, - un ensemble électronique pour la mesure des grandeurs envoyées par les capteurs et pour calculer et surveiller la position du centre de gravité de la charge. En outre les pieds du support déterminent un polygone dans la surface duquel se trouvent des zones interdites et autorisées pour la projection du centre de gravité. Une alarme ou un système de surveillance et/ou visualisation permet d'alerter le personnel de surveillance lorsque le centre de gravité de la charge surveillée est situé dans une zone interdite du polygone. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte une étape de suivi des rapports entre les trois forces captées par les capteurs et une étape de surveillance de la somme des trois forces. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes: - Figure 1 : vue de dessous d'un dispositif de surveillance selon l'invention, - Figure 2 : dessin des forces exercées dans le cas non limitatif d'une utilisation de l'invention sous un des pieds d'un lit, - Figure 3 : schèma fonctionnel du dispositif, - Figure 4: schéma d'une application préférée de l'invention. Un dispositif selon l'invention se compose de: - un ensemble de trois capteurs (C1, C2, C3) reliés rigidement entre eux, - un boîtier (1) comportant un dispositif électronique pour la mesure (MPE) des grandeurs (pression, effort) envoyées par les capteurs et pour le calcul et la surveillance (CG) de l'emplacement d'un centre de gravité (G), - un système (2) pour la transmission (TA) d'alarme et/ou de visualisation recevant les données de sortie du boîtier ( 1). Le principe de l'invention est le suivant: - pour poser de manière stable un matériel (un lit, une table, un véhicule, une tablette, etc...) sur un plan, il est nécessaire d'utiliser trois ou quatre points d'appui. - sous ou sur un des points d'appui, on installe un système composé de trois points de contact (A, B et C). Chaque force d'appui sur le sol (Fl, F2 et F3) va être mesurée. Pour cela on pourra utiliser tout type de capteur permettant de mesurer une force, une pression, un déplacement ou une contrainte. Ils pourront être absolus, relatifs ou différentiels. La figure 1 montre le principe de l'invention appliqué à un matériel (3) à quatre points d'appuis subissant les efforts (Pi, P2,P3,P4), dont l'un d'eux est remplacé par l'ensemble à trois capteurs (Cl,C^,C3) selon l'inxention, captant les efforts (Fl,F2,F3) aux trois points de contact (A,B,C) avec le sol. De préférence A,B,C forme un triangle équilatéral de façon à obtenir trois efforts (F1,F9,F3) de même intensité à l'initialisation du système. Le dispositif fonctionne comme suit: - les efforts (Fl,F2,F3) sont mesurés, c'est étape MPE de la figure 3, - puis, après calibration simple, la position du centre de gravité (G) de l'ensemble (support plus charge) est calculée dans l'étape CG (figure 3) par rapport aux axes OX et OY parallèles aux côtés BC et BA du triangle ABC. Egalement lors de l'étape CG, le suivi des rapports entre Fl, F2 et F3 permet de surveiller les déplacements du centre de gravité (G) et la somme Fl,F2F3 permet de surveiller l'évolution totale de la charge. Les abréviations employées ci-dessus ont les significations suivantes: - MPE: Mesure de Pression ou d'Effort, - CG : Calcul de l'emplacement du point G et de sa position relative par rapport à une zone, - TA : Transmission d'Alarme et/ou de visualisation. De préférence, mais non obligatoirement, les côtés BC et BA sont parallèles aux côtés du polygone (3). Un système électronique permettant de réaliser une table (OX,OY) gère le système. Les points P1, P2, P3 et P4 déterminent un polygone (3) dans la surface duquel on pourra déterminer des zones interdites (4) et autorisées (5) pour la projection du centre de gravité et transmettre les informations correspondantes (voir figure 4). La transmission de la force d'appui au capteur pourra se faire en pneumatique ou en hydraulique. Dans le cas d'une transmission pneumatique, on équipe les soufflets des capteurs de ressorts de rappel afin de compenser leur écrasement sous l'effet des pressions. La charge d'un ressort (force par millimètre de course) est calculée de la façon suivante: K=SX M+m nxNxc avec: S = coefficient de sécurité par exemple 1,5 M = masse du support m = masse de la charge n = nombre de pieds du matériel surveillé par exemple quatre pour la figure 4 N = nombre de points ici trois points A,B,C c = course choisie en mm par exemple 5 mm Par ailleurs l'alimentation du système de transmission d'alarme et/ou de visualisation pourra se faire par fils ou moyens HF, U.S., IR, M.O. à un récepteur situé dans la chambre ou dans un poste de contrôle. Par exemple l'alarme est transmise par HF à un boîtier récepteur raccordé au réseau 220 V. Le signal sera acheminé jusqu'au poste de contrôlc par modulation sur le réseau 220 V. Les pressions s'exerçant sur les capteurs sont mesurées et gérées au moyen d'un convertisseur et d'un micro-contrôleur (MPE et CG) placé dans le boîtier (l). L'alimentation peut être réalisée au moyen de batteries rechargeables placées dans le boîtier (l), ou à partir d'une alimentation extérieure Le système spécifiquement dé\cloppé est de préférence composé de - un capteur de pression absolue en F3, - un capteur de pression différentielle en F1 et F2 afin d'augmenter la sensibilité et la fiabilité. D'autre part, la précision du système s'accroît avec l'augmentation des longueurs des côtés du triangle A,B,C. Enfin, selon une variante d'utilisation, si les résultats de l'étape CG indiquent un déplacement du point G par rapport à une position prédéterminée, on exerce au moyen des capteurs (C1,C2,C3) des forces opposées entrainant le retour du point G vers cette position prédéterminée. On prévoit alors que dans le circuit de fluide une boucle d'asservissement des capteurs. Le dispositif selon l'invention fonctionne alors comme un stabilisateur. Les avantages de l'invention sont importants: - absence de surveillance vidéo, - absence de contrainte physique (barrières, filets, liens), - apport d'une notion de prévoyance. Ses applications sont nombreuses: - en milieu hospitalier et en gériatrie, - en milieu carcéral, - en médecine vétérinaire, - partout où il est intéressant de positionner une charge par rapport à un point fixé, - surveillance des vds ou effractions, etc... REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance de la position du centre de gravité d'un objet ou d'un matériel du type à capteur implanté en un point donné d'un support, caractérisé en ce qu'il comporte: - un ensemble de trois capteurs (Cl,C2,C3) positionnés en trois points (A,B,C) formant un triangle, sous un des pieds du support (1) de manière à supporter au moins une partie du poids total du support et de sa charge, - un ensemble électronique pour la mesure des grandeurs envoyées par les capteurs et pour calculer et surveiller la position du centre de gravité (G) de la charge. 2. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système électronique permettant de réaliser une table (OX,OY) qui gère le système. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pieds du support (P1,P2...) déterminent un polygone (3) dans la surface duquel se trouvent des zones interdites (4) et autorisées (5) pour la projection du centre de gravité. 4. Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission de la force d'appui au capteur est réalisée par système hydraulique. 5. Dispositif selon l'une au moins des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la transmission de la force d'appui au capteur est réalisé par un système pneumatique. 6. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'on prévoit des ressorts de compensations dont la charge est déterminée par la formule: K=Sx M+m nxNxc avec: S = coefficient de sécurité par exemple 1,5 M = masse du support m = masse de la charge n = nombre de pieds du matériel surveillé par exemple 4 pour la figure 4 N = nombre de points ici trois points A,B,C c = course choisie en mm par exemple 5 mm 7. Dispositif selon l'une au moins des rex endications 3 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système d'alarme déclenchée lorsque le centre de gravité se trouve dans une zone interdite (4). 8. Dispositif selon l'une au moins des revendications I à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un boucle d'asservissement pour ramencr le point G à sa position initiale lorsqu'il s'en est éloigné. 9. Procédé pour la surveillance du déplacement du centre de gravité (G) d'un objet sur la surface qui le porte caractérisé en ce qu'il comporte une étape de suivi des rapports entre F1,F2,F3 qui sont captés par un ensemble de trois capteurs (Cl,C2,C3) pour déterminer les déplacements du point G, et une étape de surveillance de la somme des trois grandeurs (Fl,F2,F3) pour surveiller l'évolution totale de la charge. 10. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'une ou plusieurs zones interdites (5) dans le polygone (3) supportant la charge.