Brevet FR2820985A1 — publié le 20020823

L'invention concerne le principe et réalisation d'un jouet interactif mobile et autonome, figurine à redressement spontané. Dans la suite du texte l'invention sera nommée le 'jouet'. Ce jouet interactif réagit à son environnement, en particulier toute source de bruit, dont il se rapproche ou s'éloigne, selon une programmation évolutive. Ce jouet se déplace avec agilité et adresse dans son environnement qu'il perçoit à l'aide de capteurs de proximité. L'état de l'art et l'offre commerciale comporte de nombreux robots d'usage ludique. La plupart sont zoomorphes, avec une préférence pour les formes canines. Selon les degrés de sophistication, une multiplicité de capteurs et une programmation interactive apporte au robot une autonomie de mouvement de déplacement et de réaction. Cependant des défauts sont liés à ces réalisations zoomorphes : Le très grand nombre de moteurs et d'actionneurs nécessaires pour animer les articulations, et le coût correspondant. Une agilité et une mobilité restreinte résultant d'un contrôle des pattes approximatif. La fragilité de la réalisation zoomorphe dont les articulations actives sont exposées aux coups. Le robot peut tomber ou être bloqué par up environnement et le rester. Aussi, la présente invention constitue un jouet d'éveil destiné au premier âge, il doit donc être : robuste, résister à des coups de pied, des projections, - mobile, et le rester, quel que soit l'environnement, il doit par exemple supporter une descente d'escalier et redémarrer une fois en bas économique : comportant le moindre nombre de moteurs et de capteurs. Ce jouet doit solliciter l'exploration et la marche de l'enfant, susciter l'envie de le poursuivre ou de l'attendre, susciter le désir d'interaction. Un tel besoin suppose que le jouet développe un comportement joueur, ou pseudo-animal, dont le programme sera ébauché. Description de l'invention Il est décrit figure 1 l'ébauche de la forme de l'invention, vu de face et de coté. Proche de celle d'une figurine à redressement spontané elle est destinée à ce que l'invention retrouve dans toutes les conditions et après tout incident sa posture verticale. L'invention comporte deux roues 1, dessinées inclinées comme sur la figure 1 ou bien verticales et parallèles. Les dites roues sont intégrées dans une forme ovoïde. Seuls deux secteurs des roues sortent de la structure et prennent appui sur le sol. Selon l'invention, le centre 5 de gravité G du jouet est concentré à sa base, sous l'axe qui joint le centre des deux roues. Ainsi, le centre gravité abaissé impose au jouet la posture verticale et un équilibre stable. Selon l'invention, la base ovoïde est de forme régulière, et d'un diamètre tel que couché sur une surface plane, il tourne jusqu'à retrouver sa posture verticale, en remontant sur ses roues. Selon l'invention, chaque roue 1 comporte un axe entraîné en rotation par un moteur 2 dont le boîtier est solidaire de la structure du jouet. La figure représente un engrenage conique pour la transmission de la rotation. De préférence, afin de contribuer à baisser le centre de gravité, le moteur est placé à la base du jouet, sous l'axe passant par le centre des deux roues. Selon l'invention le jouet comporte deux roues indépendantes et deux moteurs indépendants pour les animer. Selon l'invention, le jouet comporte une source d'énergie autonome, par piles ou batteries rechargeables, dessinées en 5 figure 1. Elles sont de préférence confinées sous l'axe joignant le centre des deux roues, afin de contribuer également à baisser le centre de gravité. Selon l'invention, le jouet peut également comporter un lest, situé au point le plus bas de la structure, réalisé dans un matériau dense comme le plomb par exemple, pour contribuer encore à baisser le centre de gravité et améliorer la stabilité. Ceci n'est pas dessiné, car évident pour l'homme de l'art, d'autre part cette mise en oeuvre n'est pas recommandée, car elle alourdit le jouet, ce qui atténuerait sa mobilité. Mode de déplacement : Le déplacement du jouet interactif est régit par les moteurs qui font tourner les roues par rapport à la structure. Par exemple, si la roue de droite tourne vers l'avant et la roue de gauche tourne vers l'arrière, alors le jouet tourne sur place. Si les deux roues tournent vers l'avant, alors le jouet avance. Si les deux roues tournent vers l'arrière, alors le jouet recule. Il est à noter un comportement très amusant et démonstratif du déplacement du jouet, qui s'incline vers l'arrière lors de la phase d'accélération et s'incline vers l'avant en décélération. Les capteurs : Les soucis d'économie incitent à restreindre le nombre des capteurs, pourtant nécessaires pour assurer l'interactivité et la navigation. Aussi, l'interactivité est assurée par des capteurs sonores, afin que le jouet réagisse aux bruits et à la voix de l'enfant. Plus précisément, le jouet comporte au moins deux capteurs sonores (microphones), sinon trois de préférence, afin de situer la direction dès l'origine d'un son. Ces trois micros sont symbolisés en 4 sur la figure 1. La navigation impose de détecter et d'éviter les obstacles : Cela suppose une détection active, dévolue au capteur 6. Selon une première version, le capteur 6 est un transducteur sonore ou ultrasonore, qui émet selon un cône étroit. Selon une seconde version le capteur est de nature infrarouge, associant au moins une diode émettrice et deux diodes réceptrices. La première version schématisée figure 2 représente un schéma simplifié des capteurs et du système d'acquisition. Les trois micros 22,23 et 24 captent les sons environnants. Le micro-contrôleur équipé d'entrées analogiques et de convertisseurs analyse les signaux sonores captés par les micros et les enregistre. Le micro-contrôleur agit ensuite sur les moteurs pour déplacer le jouet vers la source sonore ou s'en éloigner. L'identification de la direction d'une source sonore s'effectue en comparant les niveaux sonores synchrones enregistrés sur les micros 22,23 et 24. La direction du son correspond à la direction du micro qui reçoit le signal le plus fort. Aussi, l'identification de la direction d'une source sonore s'effectue en plusieurs étapes itératives : La première consiste à détecter le signal le plus puissant, sur les micros 22 23 ou 24, puis à tourner le jouet dans la direction du capteur correspondant. La seconde étape consiste à affiner la direction, en tournant le jouet d'un angle proportionnel à la différence relative de niveau sonore entre 23 et 22. Cette seconde étape aboutit sur une détection sonore de niveau équivalent entre les capteurs 22 et 23, et un jouet dans l'axe de la source. La troisième étape correspond alors à la progression du jouet vers la source sonore. Cette progression démarre par la mise en rotation synchrone des deux roues. La navigation vers la source nécessite un capteur de proximité, afin de contourner les obstacles et de ne pas heurter la source. Selon la première version de mise en oeuvre de l'invention, dès le démarrage, le capteur 6 figure 1 représenté en 25 figure 2 émet une haute fréquence sonore, proche des ultrasons, nommé fréquence de détection. Selon l'invention, les capteurs 22 et 23 reçoivent une fraction des sons réfléchis sur les obstacles rencontrés. Le coté du niveau sonore le plus élevé indique l'obstacle. En conséquence l'évitement d'obstacle correspond à une rotation vers le capteur dont le niveau de réception de la fréquence de détection est la plus faible. Selon l'autre version de réalisation de l'invention, le capteur 6 est de nature infrarouge, il réunit une diode électroluminescente et deux photodiodes, la détection d'obstacle passant par une comparaison de niveau rétrodiffusé sur les deux photodiodes. La programmation du microcontrôleur 21 détermine le comportement du jouet. Selon l'état de l'art, et selon le degré de sophistication croissant du programme, il peut - se rapprocher systématiquement de toute source de bruit et s'arrêter à proximité. - ne se rapprocher que de sources de bruit mobiles - se rapprocher d'une source et s'en éloigner dés que le niveau sonore augmente - inviter au jeu et animer le jeu avec des motifs sonores préenregistrés. - reconnaître et identifier des mots, grâce à un programme de reconnaissance vocale multi-locuteur, et obéir aux injonctions : Par exemple l'ordre d'approcher ou de fuir pour jouer à le poursuivre. - faire évoluer son comportement en fonction des sollicitations. L'invention prend la forme d'une figurine à redressement spontané, cette forme générique se prête aussi à une imitation animale, de nature aviaire, comme un pingouin, un canard, ou autre, lapin, ourson, etc... Sa mise en oeuvre peut avantageusement rassembler des matériaux divers, par exemple une coque en matière plastique injectée, couverte d'un tissu décoratif. Revendications 1) Jouet interactif mobile de forme ovoïde, caractérisé en ce qu'il : - est en équilibre stable sur deux roues - chaque roue étant indépendante et motorisée - retrouve spontanément son équilibre vertical sur deux roues, même après avoir été bousculé - est autonome, alimenté par batterie rechargeable ou pile - comporte des capteurs sonores pour interagir avec son environnement. - comporte un détecteur de proximité pour l'évitement des obstacles. - comporte un microcontrôleur qui régit l'interaction du jouet avec son environnement 2) Jouet interactif selon la revendication 1 caractérisé en ce que son centre de gravité est situé sous un axe joignant le centre des deux roues. 3) Jouet interactif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moteurs des roues et les piles ou batteries sont situées sous l'axe joignant le centre des roues. 4) Jouet interactif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux microphones, trois de préférence, pour déterminer la direction de provenance des bruits environnants. 5) Jouet interactif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la direction de provenance des sons environnant est déterminée par comparaison de niveaux de réception synchrone sur au moins deux ou trois des dits microphones. 6) Jouet interactif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il s'oriente et se dirige spontanément vers une source sonore. 7) Jouet interactif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le capteur de proximité est un transducteur sonore qui émet des sons de haute fréquence ou des ultrasons. 8) Jouet interactif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les capteurs sonores détectent les échos des obstacles. 9) Jouet interactif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le capteur de proximité est constitué d'une diode électroluminescente et d'au moins deux photodiodes.