Brevet FR2969571A1 — publié le 20120629

Système robotisé collaborateur La présente invention porte sur un système robotisé collaborateur, i.e. un système robotisé pouvant aider un être humain en milieu difficile ou hostile, particulièrement un utilisateur se déplaçant à pied. II est connu des robots télécommandés, par exemple, aidant au déminage. Par exemple le robot démineur SCAMP pour "Specialized Compact Automated Mechanical-clearance Platform" en langue anglaise, est une plate-forme mécanique compacte permettant de sécuriser une zone comprenant des mines. Un tel robot comprend une cage roulante contenant six pistons qui exercent des pressions sur le sol, au moyen de roulettes métalliques. La pression exercée sur le sol est prévue pour faire détonner toute mine se trouvant enfouie à l'endroit où est exercée cette pression. Le robot est prévu pour résister au souffle d'une mine anti-personnel. Un autre exemple connu est le robot de déminage Tactique HD2 SWAT, radiocommandé, également capable de monter un escalier grâce à l'utilisation de roues munies de dents et d'une bande de roulement en caoutchouc. De tels robots ne sont pas polyvalents, et ne peuvent pas fournir une assistance étendue à un utilisateur intervenant en milieu hostile. Un but de l'invention est de proposer un système robotisé collaborateur, d'encombrement réduit, modulable, évolutif, pouvant également transporter son utilisateur. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système robotisé collaborateur comprenant : une plateforme mobile munie de moyens de roulage, d'un ensemble moteur électrique de propulsion, et d'un ensemble de liaison mécanique longitudinal comprenant une articulation ; une source de puissance électrique ; des moyens de commande manuels du système ; des moyens de commande à distance du système ; un ensemble calculateur d'au moins un calculateur ; et des moyens d'accueil matériels adaptés pour intégrer des capteurs et effecteurs, et des moyens d'accueil logiciels adaptés pour intégrer des éléments logiciels. Un tel système robotisé permet d'avoir un système robotisé collaborateur ayant un mode de commande réversible manuel/télécommandé/autonome, d'encombrement réduit, capable d'éviter ou de franchir des obstacles. En outre, le système robotisé collaborateur est évolutif, et modulable, selon les applications envisagées. Par exemple, ledit ensemble calculateur est à processeurs parallèles comprenant des processeurs élémentaires aptes à exécuter simultanément une même instruction sur des données différentes appartenant à une structure de données. L'utilisation de tels calculateurs, par exemple décrits dans la 15 demande de brevet français FR 2162829, permet d'avoir une forte puissance, à basse consommation d'énergie et forte compacité. Selon un mode de réalisation, ladite articulation est munie d'un moteur électrique commandé par des moyens de gestion de la stabilité de la plateforme munis de moyens de mesure de l'inclinaison de la surface de 20 roulage. Ainsi l'articulation est une articulation active, permettant un maintien commandé de l'équilibre de la plateforme mobile, notamment lors de l'évolution de la plateforme mobile sur un terrain accidenté ou bien lors du franchissement d'un obstacle. 25 L'articulation peut être, par exemple, un pivot d'axe longitudinal, en se référant à ladite plateforme mobile. La présence d'une telle liaison pivot permet d'améliorer à tout instant le contact entre chacune des quatre roues et la surface de roulage, garantissant ainsi l'adhérence nécessaire à un bon contrôle du déplacement, 30 ainsi que la stabilité de l'ensemble en maintenant le centre de gravité du système robotisé à un niveau aussi bas que possible. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble calculateur comprend des moyens de gestion de comportements sensorimoteurs intégrés, adaptés pour arbitrer des mises en oeuvre de plusieurs 35 comportements sensorimoteurs en parallèle. Un comportement sensorimoteur est une capacité de déplacement basée sur des informations relatives à l'environnement proche du véhicule ("rejoindre un objet perçu", "suivre une route", ...) ; cette capacité consiste en une boucle d'asservissement recevant en entrée une consigne ainsi que les données issues de divers capteurs d'environnement embarqués, et générant en sortie la commande nécessaire aux différents moteurs agissant sur le déplacement du système. Le système, notamment en mode autonome, est ainsi capable de gérer ou arbitrer les comportement sensorimoteurs à mettre en oeuvre pour effectuer une mission demandée par l'utilisateur. Dans un mode de réalisation, le système comprend un radar millimétrique, un télémètre laser, et des moyens de fusion des données délivrées par ledit radar et ledit télémètre. Ainsi, le système robotisé collaborateur est capable de détecter ou percevoir une gamme étendue d'obstacles susceptibles de se trouver sur sa trajectoire, afin de pouvoir en analyser la forme, voire la nature, afin de les éviter ou les franchir. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de commande à distance comprennent un élément tactile à communication sans fil, et/ou un 20 viseur tête haute, et/ou une manette de commande. Ainsi, l'utilisateur peut commander facilement le système robotisé collaborateur à distance, ou en manuel, aisément. Dans le cas de présence d'un viseur tête haute, l'utilisateur peut garder au moins une main disponible, pour effectuer autre chose que la commande du système robotisé, par 25 exemple tenir un outil. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de commande à distance comprennent un élément à retour de force. Le retour de force peut être artificiellement généré à partir de grandeurs telles que la proximité d'un obstacle (l'effort ressenti dans le 30 moyen de commande étant alors inversement proportionnel à la distance entre la plateforme mobile et l'obstacle ou entre un élément intégré à la plateforme mobile et l'obstacle ou élément à atteindre) ou bien à partir du couple des moteurs de traction (l'effort ressenti étant alors proportionnel à la difficulté d'avancement de la plateforme mobile). En cas de manipulation à distance par l'intermédiaire d'un dispositif de préhension appartenant au système robotisé collaborateur, l'utilisateur peut également, grâce au retour de force, gérer efficacement le dispositif de préhension, et manipuler correctement l'élément appréhendé. Selon un mode de réalisation, ladite plateforme est munie de moyens de transmission d'informations représentatives de l'environnement extérieur de la plateforme, et lesdits moyens de commande à distance comprennent des moyens de visualisation de l'environnement extérieur de la plateforme. Ainsi, notamment dans le cas d'une transmission vidéo de l'environnement extérieur de la plateforme, l'utilisateur, à distance, peut évaluer cet environnement, et notamment la présence de risques ou non dans cet environnement extérieur de la plateforme. Dans un mode de réalisation, l'un des comportements sensorimoteurs du système comprend des moyens de sélection d'un élément à atteindre par la plateforme mobile à partir desdits moyens de visualisation de l'environnement extérieur de la plateforme. Ainsi, l'utilisateur peut, à distance, à partir de la vidéo transmise, fixer un objectif à atteindre au système robotisé collaborateur, qui va le faire de manière autonome. Ces moyens sont particulièrement adaptés pour la réalisation de comportements sensorimoteurs, tel le ralliement automatique d'un objet, consistant à fixer un objectif à atteindre au système robotisé, qui, de manière autonome, va le rejoindre. Dans un mode de réalisation, le système robotisé collaborateur 25 est d'encombrement réduit, de largeur inférieure à 70 cm et de masse inférieure à 100 kg. Les dimensions réduites du systèmes robotisé collaborateur, lui permettent d'emprunter tous types de chemin que peut emprunter un piéton. Dans un mode de réalisation, ladite plateforme mobile est adaptée 30 pour transporter un être humain. Elle est conçue de manière à pouvoir transporter plus de 150 kg, pour une masse du système de l'ordre de 100 kg. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble de liaison mécanique est démontable. Par exemple, il peut être monté par des clips, en moins de trois minutes, permettant de relier par l'ensemble de liaison mécanique deux éléments de la plateforme comprenant chacun un essieu et deux roues. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un système robotisé collaborateur, selon un aspect de l'invention ; et les figures 2 et 3 illustrent schématiquement un mode de réalisation de la plateforme mobile du système robotisé collaborateur, selon un aspect de l'invention. Sur l'ensemble de figures, les éléments ayants les mêmes références sont similaires. Tel qu'illustré sur la figure 1, un système robotisé collaborateur est représenté, comprenant une plateforme mobile PFM munie d'un ensemble de roulage, en l'occurrence 4 roues R1, R2, R3 et R4, d'un ensemble moteur électrique de propulsion, en l'espèce quatre moteurs électriques ME1, ME2, ME3, et ME4 respectivement associés aux quatre roues R1, R2, R3, et R4 de la plateforme mobile PFM comprenant deux modules de déplacement MOD1 et MOD2. La plateforme mobile PFM comprend également un ensemble de liaison mécanique ELM munie d'une articulation ART. Une source d'alimentation électrique, non représentée sur la figure alimente en énergie électrique les moteurs électriques du système. La source d'énergie électrique peut être un ensemble de batteries électriques et/ou une pile à combustible. Le système robotisé collaborateur comprend des éléments de commande manuelle CM, en l'espèce sous forme d'un guidon semblable à celui d'une motocyclette. Le système robotisé collaborateur comprend également des éléments de commande à distance, en l'occurrence un élément tactile à communication sans fil CD, représenté monté sur les éléments de commande manuelle, mais étant démontable instantanément. Le système robotisé comprend également au moins un calculateur CALC, par exemple à processeurs parallèles comprenant des processeurs élémentaires aptes à exécuter simultanément une même instruction sur des données différentes appartenant à une structure de données. L'utilisation de tels calculateurs, par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 2162829, permet d'avoir une forte puissance, à basse consommation d'énergie et forte compacité. Le ou les calculateurs CALC comprennent des moyens d'accueil matériels adaptés pour intégrer des capteurs et effecteurs, et des moyens d'accueil logiciels, par exemple dans le calculateur CALC, adaptés pour intégrer des éléments logiciels. Ainsi le système est particulièrement évolutif et modulable. L'articulation ART peut être munie d'un moteur électrique MEC commandé par des moyens de gestion de la stabilité de la plateforme PFM, intégrés dans le calculateur CALC, munis de moyens de mesure de l'inclinaison de la surface de roulage, tel un inclinomètre. L'articulation ART peut être réalisée sous forme d'un pivot longitudinal, en se référant à la plateforme mobile PFM, qui est une articulation à un degré de liberté, qui est particulièrement utile dans l'ensemble de liaison mécanique ELM, notamment pour franchir une ou plusieurs marches. L'ensemble calculateur CALC comprend un module de gestion GES de comportements sensorimoteurs intégrés CS, adaptés pour arbitrer des mises en ceuvre de plusieurs comportements sensorimoteurs CS en parallèle. Le calculateur CALC comprend des moyens logiciels adaptés pour intégrer de nouveaux équipements et de nouvelles fonctionnalités portant, notamment, à la fois sur la capacité de déplacement et sur l'exploitation des divers éléments embarqués, tels des capteurs ou effecteurs. Concernant le déplacement, Il peut être manuel, l'utilisateur étant transporté sur le véhicule robotisé, ou bien radiocommandé, ou bien autonome supervisé par l'utilisateur. Le déplacement autonome est basé sur un ensemble de comportements sensorimoteurs CS permettant à la plateforme de se déplacer en tenant compte de l'environnement proche. Chaque comportement sensorimoteur CS est réalisé en mettant en oeuvre un ou plusieurs capteurs fournissant des informations représentatives de l'environnement (caméras mono-vision ou stéréovision en lumière visible ou infrarouge, nappe laser à deux dimensions, imageur laser à trois dimensions, radar millimétrique, ...), et un logiciel dédié exploitant les données délivrées par ces capteurs pour commander la motorisation du véhicule afin d'asservir son déplacement en conséquence. Les comportements sensorimoteurs CS, connus de l'homme de l'art, intégrés ou disponibles peuvent comprendre, par exemple, les suivants : suivi automatique d'une personne, celle-ci pouvant notamment être l'utilisateur du système robotisé, suivi automatique d'un bord de route ou de chemin, suivi automatique d'un véhicule, suivi automatique d'une "référence verticale" (mur, lisière, clôture, ...) ralliement automatique d'un point désigné par ses coordonnées géographiques, par exemple exprimées en latitude et longitude, et ralliement automatique d'un objet indiqué à distance par l'utilisateur sur une image vidéo perçue par une caméra embarquée sur le système robotisé. Le déplacement global entre un point de départ et un point d'arrivée est réalisé par l'enchaînement de comportements sensorimoteurs CS et/ou de phases de radiocommande du système robotisé. L'enchaînement peut être imposé par l'utilisateur dans une phase de préparation de mission ou décidé en temps réel par le module de gestion GES, comprenant par exemple des moyens logiciels embarqués appelés contrôleur de mission. Dans les deux cas, le choix des comportements sensorimoteurs CS pertinents ou adéquats s'appuie sur une certaine connaissance a priori de l'environnement (présence de route ou de lisière pouvant être suivies, d'objet à rallier, ...), d'origine cartographique ou bien capitalisée lors de missions précédentes. Chaque comportement sensorimoteur CS peut être mis en oeuvre au moyen d'un ou plusieurs algorithmes complémentaires pour améliorer sa robustesse et son domaine de fonctionnement. A ces fins, les algorithmes de base peuvent être complétés par un mécanisme d'auto-évaluation spécifique, fournissant en temps réel un indice de confiance sur sa capacité à accomplir correctement la fonction. Un mécanisme d'arbitrage multi-algorithmes peut exploiter, en temps réel, cet indice de confiance, ainsi que la formalisation d'une connaissance a priori des performances de l'algorithme, pour confier l'exécution du comportement sensorimoteur CS à l'algorithme jugé le plus efficace à l'instant courant, en fonction de la situation présente. La commutation d'un algorithme à un autre se fait au vol, pendant le déplacement, via des mécanismes qui assurent la continuité du déplacement. Si aucun des algorithmes disponibles pour un même comportement sensorimoteur CS n'est reconnu capable d'assurer le déplacement, alors il y a échec de la réalisation du comportement sensorimoteur CS correspondant. En cas d'échec du comportement sensorimoteur CS, si le comportement sensorimoteur CS était imposé par l'utilisateur, ce dernier en est informé et reprend le contrôle du système (en imposant un autre comportement sensorimoteur CS ou par radiocommande). Si le comportement sensorimoteur CS provenait d'une sélection par le module de gestion (contrôleur de mission), ce dernier évalue la possibilité d'activer un autre comportement sensorimoteur CS en s'appuyant sur un ensemble de critères d'évaluation déterministes ou probabilistes. Si aucune possibilité de comportement sensorimoteur CS n'est avérée, alors l'utilisateur est sollicité pour reprendre le contrôle. Ces différentes fonctionnalités conduisent à définir le concept d'Autonomie Ajustable, dans lequel l'Homme et le Système se répartissent les tâches à accomplir au prorata de leurs capacités et, pour l'Homme, de ses souhaits. Concernant l'exploitation des charges utiles embarquées, ou, en d'autres termes, des différents éléments embarqués à bord du système robotisé, il est remarqué ce qui suit. Le système robotisé collaborateur est équipé pour recevoir et transporter des charges utiles diverses, pouvant être passives (sacs, paquetages, ...) ou actives (c'est à dire alimentées pour rendre un service fonctionnel tel qu'une observation, une détection, une manipulation, ou une destruction, ...). Le système robotisé collaborateur dispose d'un ensemble d'interfaces mécaniques, électriques et numériques standardisées, permettant de connecter, d'alimenter et d'exploiter un ensemble étendu de charges utiles actives. Le système peut mettre en oeuvre, automatiquement ou par radiocommande, les charges utiles actives embarquées. Dans le cas d'une utilisation par radiocommande, l'IHM de l'opérateur permet de commander à distance l'ensemble des fonctionnalités de la charge utile active. En outre, le système robotisé collaborateur peut comprendre un radar millimétrique, un télémètre laser, et un module de fusion des données délivrées par ledit radar et ledit télémètre. ~o Les éléments de commande à distance peuvent comprendre un élément tactile à communication sans fil CD, et/ou un viseur tête haute, et/ou une manette de commande. Les éléments de commande à distance peuvent également comprendre un élément à retour de force, permettant de commander correctement à distance un éventuel dispositif de préhension 15 d'élément. En outre, la plateforme PFM peut être munie d'un module de transmission d'informations représentatives de l'environnement extérieur de la plateforme PFM, comprenant par exemple une caméra vidéo, et ledit élément tactile à communication sans fil CD peut comprendre un module de 20 visualisation, sur l'écran de l'élément tactile CD de l'environnement extérieur de la plateforme PFM. Un module de sélection d'un élément à atteindre par la plateforme mobile PFM à partir du module de visualisation de l'environnement extérieur de la plateforme. Le système est d'encombrement réduit, de largeur inférieure à 70 25 cm et de masse inférieure à 50 kg. La plateforme mobile est adaptée pour transporter un être humain. En outre, comme illustré sur les figures 2 et 3, l'ensemble de liaison mécanique ELM est démontable, ce qui est particulièrement pratique pour le transport logistique terrestre et en cas de largage aérien du système 30 en plusieurs parties. Par exemple, le système peut être monté par des clips CLP, en moins de trois minutes, permettant de relier par l'ensemble de liaison mécanique ELM deux éléments ou modules MOD1 et MOD2 de la plateforme comprenant chacun un essieu et deux roues. 35 La présente invention propose un système robotisé collaborateur, d'encombrement réduit, modulable, évolutif, pouvant également transporter son utilisateur. REVENDICATIONS1. Système robotisé collaborateur comprenant : une plateforme mobile (PFM) munie de moyens de roulage, d'un ensemble moteur électrique de propulsion (ME1, ME2, ME3, ME4), et d'un ensemble de liaison mécanique (ELM) longitudinal comprenant ~o une articulation (ART) ; une source de puissance électrique ; des moyens de commande manuels (CM) du système ; des moyens de commande à distance (CD) du système ; un ensemble calculateur d'au moins un calculateur (CALC) ; et 15 des moyens d'accueil matériels adaptés pour intégrer des capteurs et effecteurs, et des moyens d'accueil logiciels (CALC) adaptés pour intégrer des éléments logiciels. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit 20 ensemble calculateur (CALC) est à processeurs parallèles comprenant des processeurs élémentaires aptes à exécuter simultanément une même instruction sur des données différentes appartenant à une structure de données. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite articulation (ART) est munie d'un moteur électrique commandé par des moyens de gestion de la stabilité de la plateforme munis de moyens de mesure de l'inclinaison de la surface de roulage. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'articulation (ART) est un pivot. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble calculateur (CALC) comprend des moyens de 25 30gestion (GES) de comportements sensorimoteurs intégrés (CS), adaptés pour arbitrer des mises en oeuvre de plusieurs comportements sensorimoteurs (CS) en parallèle. 6. Système selon l'une des revendications précédentes comprenant un radar millimétrique, un télémètre laser, et des moyens de fusion des données délivrées par ledit radar et ledit télémètre. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, 10 dans lequel lesdits moyens de commande à distance comprennent un élément tactile à communication sans fil (CD), et/ou un viseur tête haute, et/ou une manette de commande. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, 15 dans lequel lesdits moyens de commande à distance (CD) comprennent un élément à retour de force. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite plateforme (PFM) est munie de moyens de transmission 20 d'informations représentatives de l'environnement extérieur de la plateforme, et lesdits moyens de commande à distance (CD) comprennent des moyens de visualisation de l'environnement extérieur de la plateforme (PFM). 10. Système selon la revendication 9, comprenant des moyens de sélection d'un élément à atteindre par la plateforme mobile (PFM) à partir desdits moyens de visualisation de l'environnement extérieur de la plateforme 11. Système selon l'une des revendications précédentes, d'encombrement réduit, de largeur inférieure à 70 cm et de masse inférieure à 100 kg. 25 30 12. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite plateforme mobile (PFM) est adaptée pour transporter un être humain. 13. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble de liaison mécanique (ELM) est démontable.