Brevet FR2938774A1 — publié le 20100528

Dispositif de pilotage d'un drone La présente invention concerne un dispositif de pilotage d'un drone, notamment d'un drone à voilure tournante. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des jouets radiocommandés pouvant être utilisés par des enfants, notamment dans des environnements d'intérieur comme, par exemple, une pièce d'une maison ou d'un appartement. Un drone est un engin volant piloté à distance au moyen d'un dispositif de commande. Certains drones sont dits à voilure tournante, ce qui com- prend toutes les formules de modèles réduits d'hélicoptères connues. Le pilotage d'un drone s'effectue le plus souvent à partir d'une radiocommande munie de deux leviers, chaque levier pouvant être incliné selon au moins deux axes orthogonaux commandant respectivement une fonction élémentaire de pilotage comme décrit ci-dessous : - pour un premier levier, un premier axe contrôle le tangage du modèle réduit - dans un sens pour avancer et dans le sens opposé pour reculer - tandis qu'un second axe contrôle le pivot du modèle réduit - inclinaison du levier dans un sens pour le pivot gauche et dans le sens op- posé pour le pivot droit ; - pour un second levier, un premier axe contrôle la puissance du (ou des) moteur(s) du modèle réduit - dans un sens pour augmenter cette puissance et dans le sens opposé pour diminuer cette puissance - tandis qu'un second axe contrôle le roulis - dans un sens pour avancer en crabe sur un côté du drone et dans un autre sens pour avancer en crabe sur le côté opposé du drone. L'intensité avec laquelle une fonction élémentaire de pilotage doit être exécutée est généralement dépendante de l'angle d'inclinaison de chaque levier selon l'axe correspondant à cette fonction. En remplacement ou en combinaison des leviers, il est également connu d'utiliser des boutons pour piloter un drone, par exemple dans des interfaces de jeu vidéo simulant ou commandant le vol réel d'un engin. De fait, les consoles de jeu vidéo sont munis d'une pluralité de boutons - boutons directionnels et boutons d'actions - qui permettent d'attribuer à chaque bouton une des fonctions élémentaires de pilotage précédemment décrites. Dans certaines variantes, un ou plusieurs boutons sont remplacés par une ou plusieurs gâchette(s) située(s) en avant des commandes. Dans ce cadre des jeux vidéo, il est également connu de piloter une fonction élémentaire de pilotage par un contact sur une surface tactile - ta-blette ou écran - du dispositif de commande. Par exemple, la puissance des moteurs peut être ainsi commandée dans un jeu vidéo simulant le vol d'un engin en déplaçant la manette des gaz représentée sur l'écran au moyen du doigt ou d'un stylet. La présente invention résulte de la constatation qu'aucun des dispositifs de commande précédemment mentionnés ne permet un contrôle simple du vol d'un drone, notamment un contrôle intuitif. De façon pratique, la maîtrise de ces commandes est longue et requiert 15 un entraînement important, avec le risque éventuel d'endommager le drone pendant cette phase d'apprentissage. Aussi, un but de l'invention est de proposer un dispositif qui permette à des personnes non initiées au pilotage, comme des enfants, de pouvoir piloter un drone sans avoir à contrôler un nombre trop élevé de leviers 20 et/ou de boutons. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif de pilotage d'un drone comprenant un boîtier muni d'un détecteur d'inclinaisons du boîtier et d'une dalle tactile affichant une pluralité de zones tactiles, ce boîtier comprenant en outre : 25 - des moyens pour détecter des signaux émis par les zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier ; - des moyens pour transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone, et - des moyens pour émettre ces commandes de pilotage au drone. 30 Un tel dispositif repose sur une redéfinition complète de l'interface homme-machine pour commander des manoeuvres et des commandes de pilotage. De fait certaines manoeuvres de pilotage, qui nécessitaient différentes actions à effectuer par l'opérateur sur des commandes à leviers ou à bou- tons dans l'art antérieur, peuvent être désormais effectuées de façon intuitive par l'opérateur par inclinaisons du dispositif selon l'invention. Par exemple, pour piloter un drone à voilure tournante de façon à le faire "avancer", il suffit à l'utilisateur d'incliner son dispositif à accéléromètre se- lon l'axe de tangage correspondant. L'invention s'articule ainsi autour du concept de pilotage du drone à l'aide d'une commande par inclinaisons, intuitive et facile à réaliser. Dans une réalisation, ce dispositif est un appareil multimédia portable, par exemple un téléphone cellulaire et/ou un lecteur de contenus multimédia. Selon une réalisation, la dalle tactile comprend au moins quatre zones tactiles pour commander des fonctions élémentaires de pilotage activées par contact de ces zones tactiles, lesdites fonctions étant des fonctions du groupe formé par : décoller, atterrir, atterrir d'urgence, monter, descendre, pivoter à droite, pivoter à gauche, avancer, reculer, déplacer à droite, translater à gauche, simuler un tir sur une cible. Dans une réalisation, les au moins quatre zones tactiles sont groupées sur la dalle tactile. Selon une réalisation, le dispositif comprend des moyens pour commander un atterrissage automatique d'urgence lorsque le dispositif de pilotage est retourné. Selon une réalisation, le dispositif comprend des moyens pour afficher une image prise par une caméra embarquée sur le drone. L'invention concerne également un procédé de pilotage d'un drone utilisant un dispositif selon l'une des réalisations précédentes, muni d'un dé- tecteur d'inclinaisons du dispositif et d'une dalle tactile affichant une plura- lité de zones tactiles, ce procédé comprenant les étapes suivantes : - détecter des signaux émis par les zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier ; - transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone, et - émettre ces commandes de pilotage au drone. Dans une réalisation, le dispositif stabilise le drone en vol stationnaire en l'absence de commande émanant du dispositif de pilotage. L'invention concerne également un programme destiné au pilotage d'un drone et apte à être stocké dans un dispositif muni d'un détecteur d'inclinaisons de ce dispositif et d'une dalle tactile affichant une pluralité de zones tactiles, ce programme permettant de commander des éléments du dispositif selon un procédé conforme à l'une des réalisations précédentes pour : - détecter des signaux émis par ces zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier ; - transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone ; et - émettre ces commandes de pilotage au drone. On va maintenant décrire un exemple d'une mise en oeuvre de l'invention en référence à l'unique dessin annexé qui est un diagramme d'un dispositif de pilotage et d'un drone pouvant être commandé par inclinaisons dudit dispositif conformément à l'invention. 0 Comme précédemment indiqué, le drone est typiquement un engin volant de faibles dimensions, tel qu'un modèle réduit d'hélicoptère pouvant être mono-rotor avec rotor anti-couple, à tandem à birotor banane, "Kamof' à rotors coaxiaux contrarotatifs ou encore un engin à quatre rotors, égale- ment dénommé "quadricoptère" 8 (figure 1) par la suite. Conformément à l'invention, des fonctions élémentaires de pilotage sont prédéfinies pour commander des opérations de vol exécutées par le drone au moyen de ses actionneurs tels que moteur(s), volet(s), etc. Dans cet exemple, ces fonctions comprennent le tangage, le roulis, le la-cet et la variation d'altitude. Pour rappel, ces fonctions sont expliquées ci-dessous en référence aux axes 18, 21 et 24 définissant un repère orthogonal : - le tangage est l'inclinaison du drone par rapport à un premier axe 18 compris dans le plan du quadricoptère 8. Un tangage avant 19 permet de faire avancer le drone tandis qu'un tangage arrière 20 entraînant un recul du drone ; - le roulis est l'inclinaison du drone par rapport à un second axe 21 compris dans le plan du quadricoptère 8, perpendiculaire au premier axe 35 18. Un roulis gauche 22 entraîne une progression du drone 8 sur sa gauche tandis qu'un roulis droit 23 entraîne une progression du drone 8 sur sa droite ; - le lacet est le pivotement du drone 8 par rapport à son axe vertical 24, un pivot gauche 25 entraînant une rotation du drone 8 vers la gauche tandis qu'un pivot droit 26 entraîne une rotation du drone 8 vers la droite ; - la variation d'altitude comprend tout déplacement vertical selon l'axe 24 soit en vol - monter ou descendre - soit pour débuter ou arrêter ce vol - décollage ou atterrissage. Outre ces fonctions élémentaires classiques, un drone 8 conforme à l'invention peut mettre en oeuvre, pour son pilotage, des fonctions élémentaires spécifiques telles que l'atterrissage d'urgence ou la simulation d'un tir sur une cible, ces nouvelles fonctions étant mises en oeuvre comme décrit ultérieurement. En résumé, ces fonctions permettent d'effectuer les opérations suivantes : décoller, atterrir, atterrir d'urgence, monter, descendre, pivoter à droite, pi-voter à gauche, avancer, reculer, déplacer à droite, translater à gauche, simuler un tir sur une cible. Pour activer au moins une de ces fonctions, le dispositif 10 utilise son dé- tecteur d'inclinaisons 12 relié à un moyen 14 de commande du drone. Pour transmettre des commandes au drone 8, ce moyen 14 peut alors utiliser une technologie filaire ou non-filaire, par exemple du type Bluetooth (marque déposée du Bluetooth SIG, Inc.). Également, dans une autre va-riante, le moyen 14 communique avec un émetteur-relais 15 qui effectue une radiotransmission des commandes. Dans cette réalisation, les fonctions élémentaires de pilotage commandées via l'inclinaison du dispositif 10 de commande comprennent le tan-gage, le roulis, l'atterrissage d'urgence et la simulation de tir. De fait, l'axe 18 de tangage, l'axe 21 de roulis et l'axe 24 de déplacement vertical ont été représentés par rapport au dispositif 10 de commande puisque toute inclinaison du dispositif 10 par rapport à ces axes est repro- duite par le drone. A titre d'exemple, une inclinaison du dispositif 10 de commande selon un angle a par rapport à son axe 18 de tangage commande le drone 8 de manière à incliner ce dernier d'un tel angle a par rapport à son axe de tangage 1 8. Dès lors, il est possible d'effectuer un pilotage du drone par inclinaisons du dispositif 10 de commande de telle sorte que, de façon pratique, les inclinaisons du dispositif 10 soient équivalente à des inclinaisons d'un manche de pilotage virtuel. Par ailleurs, certaines fonctions élémentaires sont commandées de façon spécifique à l'invention. A titre d'exemple, un atterrissage d'urgence ou la simulation d'un tir sur une cible par le drone peuvent être commandés respectivement par un retournement complet, ou un mouvement horizontal saccadé, du dispositif 10 de commande. Dans cette réalisation préférée, le dispositif 10 est un appareil multimédia portable, tel qu'un téléphone cellulaire du type iPhone ou un reproducteur de contenus multimédia du type iPod Touch (marques déposées de la so- ciété Apple Inc., USA). Ces dispositifs peuvent également être munis d'une dalle tactile 16 qui est alors utilisée pour activerldésactiver le pilotage par inclinaisons du dispositif et pour commander d'autres fonctions élémentaires de pilotage par appui sur des boutons virtuels. Plus précisément, la dalle tactile 16 affiche un bouton 30 qui requiert un contact, typiquement du pouce, pour activer la commande du drone par inclinaisons du dispositif. Cette touche d'activation permet notamment d'assurer la stabilité du drone lorsque ce dernier est équipé d'un système de stabilisation auto-nome tel que, en l'absence de toute commande de l'utilisateur, le drone à voilure tournante se maintient en équilibre û vol stationnaire. Ainsi, un utilisateur peut simplement enlever son pouce de la surface d'activation 30 pour que, en l'absence d'autres commandes de pilotage, ce système automatique assure la stabilisation du drone. En d'autres termes, le drone s'immobilise en l'air à l'aide de commandes exploitant des mesures issues d'actionneurs embarqués sur le drone comme: un accéléromètre, un gyromètre, un télémètre à ultrasons fournissant son altitude et/ou une caméra vidé permettant de déterminer sa vitesse. Ainsi, l'apprentissage du pilotage est plus rapide et plus sûr puisque les commandes de pilotage ne visent plus à stabiliser le drone mais à entraîner son déplacement d'un point d'équilibre à un autre. Par ailleurs, les désactivations de la commande du drone par inclinaisons du dispositif de commande permettent d'annuler les dérives ou erreurs du détecteur. En d'autres termes, lors de chaque activation de la commande du drone par inclinaisons du dispositif de commande, le repère 20/21 de commande est réinitialisé. La dalle tactile affiche des zones 32, 34, 36, 38, 40 et 42 telles que la sur-face définie par chacune de ces zones commande une fonction élémentaire de pilotage. De façon analogue à une console de jeu vidéo, quatre zones 32, 34, 36 et 38 peuvent être associées à quatre opérations, deux à deux complémen- taires, telles que monter (zone 32) et descendre (zone 34) ou pivoter à gauche (zone 36) et pivoter à droite (zone 38). Dans ce cas, ces quatre zones 32, 34, 36 et 38 sont groupées sur la dalle tactile de façon à définir une zone de contrôle typique pour une manette de jeu vidéo. Par ailleurs, une même zone 40 peut être associée aux opérations d'atterrir ou de décoller. Ainsi, un contact avec cette zone 40 entraîne soit un décollage du drone - lorsque ce dernier est à terre - soit un atterrissage - lorsque le drone est en vol. En outre une zone 42 peut être associée à un atterrissage d'urgence du drone, cet atterrissage d'urgence s'effectuant de façon plus rapide qu'un atterrissage classique. II convient de noter que l'écran de contrôle du dispositif 10 conforme à l'invention présente cinq boutons à contrôler pour piloter un drone tandis qu'une console de jeu vidéo requiert huit boutons de contact, ou de corn- mande, pour effectuer ce contrôle. En outre, les cinq boutons sont situés de façon à optimiser le pilotage du drone : le bouton d'activation/désactivation du pilotage par inclinaisons du dispositif est accessible au pouce droit tandis que les boutons contrôlant le pivot ou le mouvement vertical du drone sont accessibles au pouce gauche, les boutons centraux étant accessibles aux pouces gauche ou droit. En résumé, comme cela a été mentionné plus haut, les fonctions élémentaires de pilotage selon le procédé conforme à l'invention peuvent être ac- tivées au moyen de touches commandant des fonctions élémentaires de pilotage telles que : Dh Avancer Db Reculer L Pivoter à gauche R Pivoter à droite Dg Translation vers la gauche Dd Translation vers la droite Dg+Dh Virage en vélo antihoraire Dd+Dh Virage en vélo horaire Ah Monter Ab Descendre À ces fonctions élémentaires s'ajoutent les séquences automatiques de 20 décollage et d'atterrissage. Les fonctions "Tourner à gauche" et "Tourner à droite" peuvent être dé-doublées respectivement en "Pivoter à gauche" et "Virage en vélo antihoraire" d'une part, et "Pivoter à droite" et "virage en vélo horaire" d'autre part, la fonction "Pivoter" s'appliquant en mode vol stationnaire et la fonc- 25 Lion "Virage en vélo" s'appliquant au mode translation. Bien entendu, toute autre règle de correspondance peut être établie sans sortir du cadre de l'invention. Dans une variante de mise en oeuvre, certaines fonctions élémentaires de pilotage peuvent être également commandées par des tracés formés avec 30 le doigt sur la dalle tactile, par exemple : Tracé du centre vers le haut Avancer Tracé du centre vers le bas Reculer Tracé du centre vers la gauche Translation vers la gauche 35 Tracé du centre vers la droite Translation vers la droite 15 Tracé circulaire antihoraire Tracé circulaire horaire Tracé du centre vers le coin haut gauche Tracé du centre vers le coin haut droit Tracé du bas vers le haut Tracé du haut vers le bas Tracé du haut vers le bas, puis horizontal La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Par exemple, un atterrissage automatique d'urgence du drone peut être associé à un retournement complet du dispositif ù pivotement de 180° selon l'axe 18. Finalement, il convient de noter que le pilotage d'un modèle réduit au moyen d'inclinaisons d'un dispositif de commande peut être mis en oeuvre tant pour des drones aériens, du type hélicoptère ou avion, que pour des modèles réduits maritimes, sous-marins ou terrestres. Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de commande permet d'afficher des images prises par une caméra embarquée dans le drone piloté. En effet, la dalle tactile utilisée pour la commande peut afficher des images reçues par télétransmission. Finalement, selon une autre variante, le dispositif de commande peut utiliser un logiciel de reconnaissance vocale pour activer/désactiver une fonction élémentaire de pilotage telle que la simulation du tir sur une cible. Pivoter à gauche Pivoter à droite Virage vélo antihoraire Virage vélo horaire Monter/décoller Descendre Atterrir REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de pilotage d'un drone (8), caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier muni d'un détecteur (12) d'inclinaisons du boîtier et d'une dalle tactile (16) affichant une pluralité de zones tactiles (32, 34, 36, 38, 40, 42), ce boîtier comprenant en outre : - des moyens pour détecter des signaux émis par les zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier ; - des moyens pour transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone (8) ; et - des moyens (14) pour émettre ces commandes de pilotage au drone. 10 2. Dispositif (10) selon la revendication 1 dans lequel ce dispositif est un appareil multimédia portable. 3. Dispositif (10) selon la revendication 2 dans lequel l'appareil multimédia 15 portable est un téléphone cellulaire et/ou un lecteur de contenus multimédia. 4. Dispositif (10) selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel la dalle tactile comprend au moins quatre zones tactiles (32, 34, 36, 38) pour corn- 20 mander des fonctions élémentaires de pilotage activées par contact de ces zones tactiles (32, 34, 36, 38), lesdites fonctions étant des fonctions du groupe formé par : décoller, atterrir, atterrir d'urgence, monter, des-cendre, pivoter à droite, pivoter à gauche, avancer, reculer, déplacer à droite, translater à gauche, simuler un tir sur une cible. 25 5. Dispositif (10) selon la revendication 4 dans lequel les au moins quatre zones tactiles (32, 34, 36, 38) sont groupées sur la dalle tactile (16). 6. Dispositif (10) selon l'une des revendications précédentes comprenant 30 des moyens pour commander un atterrissage automatique d'urgence lorsque le dispositif de pilotage (10) est retourné. 7. Dispositif (10) selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens pour afficher une image prise par une caméra embarquée sur le drone (8). 8. Procédé de pilotage d'un drone (8), caractérisé en ce qu'il utilise un dis-positif selon l'une des revendications 1 à 7 muni d'un détecteur (12) d'inclinaisons du dispositif et d'une dalle tactile (16) affichant une pluralité de zones tactiles, ce procédé comprenant les étapes suivantes : - détecter des signaux émis par ces zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier ; - transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone (8), et - émettre ces commandes de pilotage au drone. 9. Procédé de pilotage selon la revendication 8 comprenant la stabilisation du drone (8) en vol stationnaire en l'absence de commande émanant du dispositif (10) de pilotage. 10. Programme destiné au pilotage d'un drone (8) et apte à être stocké dans un dispositif (10) muni d'un détecteur (12) d'inclinaisons de ce dis-positif et d'une dalle tactile (16) affichant une pluralité de zones tactiles, ce programme permettant de commander des éléments du dispositif (10) selon un procédé conforme à l'une des revendications 8 ou 9 pour : - détecter des signaux émis par ces zones tactiles et par le détecteur d'inclinaisons du boîtier; - transformer ces signaux détectés en commandes de pilotage du drone (8), et - émettre ces commandes de pilotage au drone (8).