Brevet FR2983763A1 — publié le 20130614

Système d'intervention à distance La présente invention se rapporte à un système d'intervention à distance. Un tel système est avantageusement capable de se substituer à la présence humaine pour être mis en oeuvre dans des zones présentant des risques majeurs. Dans les systèmes d'intervention à distance en service actuellement, la faible autonomie tant en termes de communication que d'énergie des dispositifs télécommandés, tels que des robots ou des machines automatisées, limitent leur emploi. Ils sont pourtant indispensables et permettent de remplacer des hommes dans des conditions critiques. Notamment pour une utilisation dans le secteur nucléaire, une société a conçu un parc de machines robotiques destiné à des interventions effectuées à l'extérieur des bâtiments. Le système d'intervention comporte principalement trois sous-systèmes : un poste de pilotage ou poste central de transmission (PCT) installé en zone non hostile qui abrite les techniciens qui pilotent le dispositif robotisé. Le poste central de transmission est relié à des moyens de relayage, par exemple par fibre optique, sur une distance qui ne dépasse pas cinq kilomètres. Les moyens de relayage munis d'antennes sont destinés à améliorer la couverture radioélectrique pour la commande à distance du dispositif robotisé travaillant en zone hostile. Les dispositifs robotisés peuvent être commandé ainsi jusqu'à une distance de dix kilomètres par des moyens de relayage munis d'antennes. Piloté par radio, le robot placé en bout de chaîne réalise des travaux de chantier. L'autonomie actuelle est évaluée à respectivement de 100h pour le poste de pilotage, de 80h pour les moyens de relayage et de 10h pour le dispositif robotisé. Il existe aussi des engins automatisés télécommandés destinés à intervenir à l'intérieur des locaux et dont l'autonomie est moindre, de l'ordre de 4h à 7h. La présente invention a pour but de proposer un système d'intervention à distance dans lequel la durée d'intervention est considérablement augmentée par rapport au système connu. L'invention a aussi pour but de présenter un système d'intervention à distance qui permet la multiplication des dispositif robotisé commandé à distance qui sont susceptibles d'intervenir dans une zone à risques, tout en conservant le contrôle total de leur travail. L'objet de la présente invention est un système d'intervention à distance comprenant un poste de pilotage, des moyens de relayage et au moins un dispositif robotisé télécommandé, dans lequel - le poste de pilotage est relié aux moyens de relayage par au moins un câble transportant de l'énergie électrique et un signal optique multiplexé, - les moyens de relayage comprennent des moyens d'extraction d'au moins un signal optique d'une longueur d'onde Xa,..., Xi dudit signal optique multiplexé, des moyens de transformation d'au moins un signal optique de longueur d'onde Xa,..., Xi en signal radiofréquence et des moyens de transmission d'au moins un signal radiofréquence vers le dispositif robotisé télécommandé, - les moyens de relayage comprennent aussi des moyens de réception d'au moins un signal radiofréquence depuis le dispositif robotisé télécommandé, des moyens de transformation d'au moins un signal radiofréquence en signal optique de longueur d'onde X'a,..., X'i et des moyens d'insertion d'au moins un signal optique d'une longueur d'onde X'a,..., dans un signal optique multiplexé, - le dispositif robotisé télécommandé comprend des moyens de transmission/réception d'au moins un signal radiofréquence vers les moyens de relayage. Selon un aspect avantageux, les moyens de relayage comportent des moyens adaptés pour permettre l'alimentation électrique d'un dispositif robotisé télécommandé. Les dispositifs robotisés télécommandés peuvent ainsi venir recharger leurs batteries auprès des modules-relais, ce qui induit des gains très importants, notamment en termes de consommation énergétique et de temps. Selon encore un aspect, si la longueur d'onde Xa,..., Xi du signal optique extrait est identique à la longueur d'onde X'a,..., X'i du signal optique inséré, la longueur d'onde peut être définie par le poste de pilotage et ainsi être facilement modifiée. Dans le cas contraire où la longueur d'onde Xa,..., Xi du signal optique extrait est différente de la longueur d'onde X'a,..., X'i du signal optique inséré, ces longueur d'onde sont attribuées par construction au module-relais correspondant. Selon un autre aspect avantageux, les moyens de relayage comprennent une pluralité de modules-relais qui peuvent être reliés par ledit câble, chaque module-relais étant apte à coopérer avec au moins un dispositif robotisé télécommandé. Selon une variante, des modules-relais sont reliés en série. Selon une autre variante, des modules-relais sont reliés en parallèle. Bien entendu, le système d'intervention à distance peut comporter simultanément des modules-relais reliés en série et des modules-relais reliés en parallèle de manière à créer une arborescence. Les modules-relais peuvent ainsi se déployer sur le terrain afin d'occuper la plus grande surface possible. Selon un autre aspect, le dispositif robotisé télécommandé comprend des moyens pour se déconnecter du module-relais qui le contrôle et des moyens pour se connecter à un autre module-relais, selon les informations reçues. Selon encore un autre aspect, les moyens de relayage sont aptes à coordonner des tâches à effectuer par une pluralité de dispositifs robotisés télécommandés. Chaque module-relais définit une cellule de télécommunication pour le dispositif robotisé télécommandé avec lequel il coopère. Le module-relais peut assurer le contrôle de plusieurs dispositifs robotisés télécommandés. L'avantage de ce système d'intervention à distance est de permettre de faire travailler des dispositifs robotisés télécommandés de manière isolée ou bien "en équipe", c'est-à-dire de façon simultanée et synchronisée afin de cumuler leurs capacités. Ce travail collectif peut être composé de différentes tâches ou de tâches analogues assurées par les dispositifs robotisés télécommandés impliqués dans ce travail. D'une part il peut être nécessaire de faire effectuer une même tâche par plusieurs dispositifs robotisés télécommandés de manière à additionner leurs capacités de travail, comme par exemple pour la levée de certaines structures lourdes, travail qui serait impossible à réaliser par un seul dispositif robotisé télécommandé. D'autre part il peut être nécessaire de pouvoir simultanément effectuer des tâches différentes telles qu'une mesure, l'utilisation d'un outil ou la protection partielle ou complète d'un dispositif robotisé télécommandé au cours d'une opération particulièrement délicate. Dans ce cas, chaque dispositif robotisé télécommandé peut assurer sa propre tâche, différente de celle des autres dispositifs robotisés télécommandés associés. En outre, les dispositifs robotisés télécommandés peuvent se recharger énergétiquement auprès du module-relais le plus facile d'accès, par exemple le plus proche. Ce peut être le module-relais appartenant à sa cellule de télécommunication, ou bien un module-relais auquel le dispositif robotisé télécommandé vient temporairement se rattacher. Selon un mode de réalisation préféré, le poste de pilotage est relié aux moyens de relayage par au moins un câble comprenant au moins une fibre optique entourée d'au moins une couche d'un matériau conducteur pour le transport d'énergie électrique haute tension et en ce que les moyens de relayage comporte des moyens adaptés pour permettre l'alimentation électrique d'au moins un dispositif robotisé télécommandé. Ce système d'intervention à distance est applicable pour des utilisations intérieures ou extérieures, terrestres ou marines. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'intervention à distance, - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation d'un système d'intervention à distance dans une configuration ramassée, - la figure 3 illustre un troisième mode de réalisation du système d'intervention dans une configuration déployée, - la figure 4 illustre un quatrième mode de réalisation du système d'intervention à distance dans une configuration déployée, - les figures 5a et 5b illustrent les liaisons dans le système d'intervention à distance. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Dans le mode de réalisation illustré schématiquement sur la figure 1, le système d'intervention à distance comprend un poste de pilotage 1. Le poste de pilotage 1, fixe ou mobile, est implanté hors de la zone hostile. Dans le poste de pilotage se trouve le personnel dédié au contrôle et au pilotage du dispositif robotisé télécommandés 2. La liaison entre le poste de pilotage 1 et les moyens de relayage, comme un module-relais 3, est assuré par un câble 4 dont la longueur peut être comprise entre 0Km et 100Km. La module-relais 3 et le ou les dispositifs robotisés télécommandés 2 qui lui sont associés forment une cellule de télécommunication 5. Le câble 4, terrestre ou sous-marin, est apte à transporter simultanément des données et de l'énergie. Par exemple, le câble 4 peut être un câble coaxial comportant une âme comprenant une fibre optique, ou un faisceau de fibres optiques, entourée d'au moins une couche d'un matériau conducteur de l'électricité. Afin d'échapper aux perturbations dues par exemple aux rayonnements ionisants, la fibre optique conduit les signaux optiques permettant la communication entre le poste de pilotage 1 et le dispositif robotisé télécommandé 2 via le module-relais 3. La longueur du câble 4 peut être atteindre 100 km, sans que le signal optique nécessite l'emploi de répéteur. Le conducteur externe du câble 4 est destiné à assurer l'alimentation électrique sous haute tension du module-relais 3. Le module-relais 3 est en liaison permanente électrique et optique avec le poste de pilotage 1. Le module-relais 3 est donc ainsi apte à alimenter électriquement le dispositif robotisé télécommandé 2 qui peut venir y recharger périodiquement ses batteries par un chargeur avec ou sans contact, par exemple via une simple prise électrique adaptée ou par induction. Cette mise à disposition d'énergie illimitée contribue à augmenter considérablement la capacité et la durée de travail du dispositif robotisé télécommandé 2. A titre d'exemple, il n'est plus nécessaire de d'extraire le dispositif robotisé télécommandé 2 de sa zone de travail pendant toute la durée de l'intervention puisqu'il peut être rechargé à proximité de son lieu d'intervention en zone à risque, ce qui procure un gain de temps et d'argent considérable. En particulier, lorsque l'intervention a lieu dans une zone contaminée, l'extraction du dispositif robotisé nécessite sa décontamination. De même l'extraction d'un dispositif robotisé intervenant en milieu marin nécessite la mise en oeuvre de moyens coûteux. On considérera maintenant la figure 2 qui illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation avantageux du système d'intervention à distance. Le poste de pilotage 1 est relié à un module-relais 20a par un par un câble 21a analogues au câble 4 de la figure 1, comme précédemment décrit. Dans ce mode de réalisation, le module-relais 20a est lui-même relié à d'autres modules-relais 20b,..., 20i. Les modules-relais 20a,..., 20i sont reliés en série au moyen de câbles 21b,..., 21i. Lorsque qu'on déplace le système d'intervention à distance, il est disposé en configuration ramassée. Les modules-relais 20a,..., 20i sont rassemblés au plus près les uns des autres et les câbles 21a,..., 21i sont enroulés. Lorsque le système d'intervention se trouve sur son terrain d'opération, il se déploie de manière à occuper une surface la plus étendue possible, comme illustré schématiquement sur le troisième mode de réalisation de la figure 3. Chaque module-relais 30a,..., 30i assure le contrôle d'au moins un dispositif robotisé télécommandé formant ainsi une cellule de télécommunication 33a,..., 33i. Le système d'intervention à distance comprend donc autant de cellule de télécommunication 33a,..., 33i que de module-relais 30a,..., 30i. Un module-relais 30a,..., 30i peut contrôler un ou plusieurs dispositifs robotisés télécommandés qui lui sont associés. Dans le cas présent, le système d'intervention comprend un poste de pilotage 1 relié à des modules-relais 30a,..., 30i montés en série. Le poste de pilotage 1 est relié par un câble 31a à un premier module-relais 30a d'une cellule de télécommunication 33a. La cellule de télécommunication 33a comprend en outre deux dispositifs robotisés télécommandés 32a et 32a'. Le premier module-relais 30a est reliée au moyen d'un câble 31 b à un deuxième module-relais 30b appartenant à une cellule de télécommunication 33b qui ne comprend qu'un seul dispositif robotisé télécommandé 32b. Un câble 31c permet de relié de la même façon le module-relais 30b aux modules-relais suivants. A titre d'exemple, on a aussi représenté un module-relais 30i qui contrôle une cellule de télécommunication 33i comprenant trois dispositifs robotisés télécommandés 32i, 32i' et 32i". La figure 4 illustre schématiquement un quatrième mode de réalisation en configuration déployée lorsque le système d'intervention est en opération. Le système d'intervention comprend un poste de pilotage 1 relié à des modules-relais 40a,..., 40i montés en parallèle ou en série. Dans ce mode de réalisation, le poste de pilotage 1 est relié d'une part par un câble 41a à un premier module-relais 40a d'une cellule de télécommunication 43a. La cellule de télécommunication 43a ne comprend qu'un seul dispositif robotisé télécommandé 42a. Le premier module-relais 40a est reliée au moyen d'un câble 41b à un deuxième module-relais 40b appartenant à une cellule de télécommunication 43b qui comprend deux dispositifs robotisés télécommandés 42a et 42a'. D'autre part, le poste de pilotage 1 est relié par un câble 41c à un troisième module-relais 40c qui est lui-même relié parallèlement à deux module-relais 40d et 40e appartenant aux cellules de télécommunication 43d et 43e respectivement. Chacune des cellules de télécommunication 43d et 43e comporte un dispositif robotisé télécommandé 42d et 42e respectivement. De la même manière un module-relais 40i peut être relié au reste du système Le module-relais 40i appartient à une cellule de télécommunication 43i qui comporte trois dispositif robotisé télécommandé 43i, 43i' et 43i". On comprend que, par le jeu des raccordements en série et en parallèle, le système d'intervention peut se déployer et couvrir une très grande surface. Cependant les dispositifs robotisés télécommandés peuvent venir recharger leurs batteries auprès des modules-relais les plus accessibles, ce qui réduit la consommation énergétique nécessitée par ce rechargement et fait gagner beaucoup de temps. Il faut également noter que chaque dispositif robotisé télécommandé peut, en fonction des besoins, se déconnecter d'une cellule de télécommunication pour se reconnecter à une autre, par exemple s'il existe des obstacles ne permettant pas une communication sans fil de bonne qualité entre le module-relais et les dispositifs robotisés télécommandé qu'il contrôle. A titre d'exemple, dans le cas d'une intervention aux extrémités distantes d'une même installation, il faut coordonner le travail effectué par les dispositifs robotisés télécommandés. Si il existe un blindage électromagnétique entre ces deux extrémités, il devient nécessaire de faire travailler en équipe au moins deux cellules de télécommunication possédant chacune son propre module-relais et un ou plusieurs dispositifs robotisés télécommandés associés. Au cours de ce travail, certains dispositifs robotisés télécommandés peuvent être amenés à passer temporairement d'une cellule de télécommunication à une autre. Les figures 5a et 5b illustrent schématiquement un module-relais 50 appartenant à une cellule de télécommunication. Le câble 51 venant du poste de pilotage transporte la puissance électrique, circulant par exemple dans le ou les conducteurs externes du câble 51, et destiné à assurer, au travers du module-relais 50, l'alimentation énergétique des dispositifs robotisés télécommandés contrôlés par le module-relais 50 et appartenant à la même cellule de télécommunication. Le câble 51 transporte par exemple un courant en haute tension 52 qui est transformé en courant basse ou moyenne tension 53 grâce à un transformateur 54 placé à l'entrée du module-relais 50 afin de permettre d'alimenter tous les éléments de la cellule de télécommunication, notamment au moyen d'une prise d'alimentation électrique 55. A la sortie du module-relais 50, le courant basse ou moyenne tension 53 est transformé à nouveau en courant haute tension 52 pour alimenter le module-relais suivant. Le courant en haute tension arrivant dans un module-relais peut être maintenu en haute tension s'il est destiné à alimenter des engins puissants ayant besoin d'une grande énergie ; le courant haute tension est transformé en courant basse ou moyenne tension pour alimenter des engins qui ont besoin de moins d'énergie. Le câble 51 venant du poste de pilotage transporte aussi un signal optique 60 multiplexé en longueur d'onde WDM (pour "Wavelengh Division Multiplexed" en anglais) comprenant les longueurs d'onde Xa,..., Xi associées respectivement à chacune des cellules de télécommunication. Comme illustré sur la figure 5a, le module-relais 50 est par exemple traversé par un signal optique descendant 60 provenant du poste de pilotage. Un multiplexeur optique 61 à insertion-extraction OADM (pour "Optical Add/Drop Multiplexer" en anglais) extrait, dans le signal optique descendant 60, la partie de signal optique de longueur d'onde Xa relative à la cellule de télécommunication contrôlée par le module-relais 50. Le signal optique 62 comprenant les longueurs d'onde Xb,..., Xi restantes relatives aux autres cellules de télécommunication traversent le module-relais 50 en direction des cellules de télécommunication suivantes. Un détecteur 63 extrait du signal optique de longueur d'onde Xa les informations utiles. Une partie des informations contenues dans ce signal optique Xa correspond au pilotage de l'ensemble de la cellule de télécommunication : mobilité du module-relais 50, gestion de l'alimentation énergétique, gestion de la configuration de la cellule de télécommunication (connexion/déconnexion des dispositifs robotisés télécommandés), etc... Ces informations sont envoyées à un contrôleur 64, Une autre partie des informations concerne le pilotage individuel de chaque dispositif robotisé télécommandé appartenant à la cellule de télécommunication contrôlée par le module-relais 50. Le signal optique contenant ces informations est transformé en un signal radiofréquence 65 par le détecteur 63. Le signal radiofréquence 65 est alors envoyé directement à une antenne 66 qui le transmet aux dispositifs robotisés télécommandés par radiofréquence. Si l'exemple qui précède a été décrit dans le cas d'un signal extrait de longueur d'onde Xa, on comprendra que le multiplexeur 61 peut extraire du signal optique descendant 60 plusieurs signaux ayant des longueur d'onde différentes, tous associés à la cellule de télécommunication contrôlée par le module-relais 50 de manière à augmenter le débit de circulation des informations. La circulation des informations en sens inverse est illustrée sur la figure 5b. Le signal radiofréquence montant 67 provenant des dispositifs robotisés télécommandés associés au module-relais 50 est traité par un émetteur 68 qui lui ajoute les informations en retour provenant du contrôleur 64 du module-relais 50. Le signal radiofréquence résultant est recodé et transformé en un signal optique 69 par l'émetteur 68, et porté par une nouvelle longueur d'onde 2'a attribuée à la cellule de télécommunication contrôlée par le module-relais 50. Le signal optique 69 peut comprendre des données numériques mais également des données vidéo. Le signal optique 69 de longueur d'onde 2'a est ajouté par le multiplexeur OADM 61 au signal optique montant 70 comprenant les longueurs d'ondes 2'b,..., 2'i. provenant des autres cellules de télécommunication situées en aval. Le signal optique montant 71, résultant de la somme du signal optique 69 de longueur d'onde 2'a et du signal optique 70, circule en direction du poste de pilotage. Deux variantes sont possibles. Soit la longueur d'onde Xa du signal optique extrait du signal descendant 60 venant du poste de pilotage 1 est différente de la longueur d'onde 2'a du signal optique inséré 69, il n'y a donc pas d'interaction entre le signal optique descendant et le signal optique montant. La distance du câble peut alors atteindre une longueur de100km. Soit la longueur d'onde Xa du signal optique extrait du signal descendant 60 venant du poste de pilotage 1 est identique à la longueur d'onde 2'a du signal optique inséré 69. Dans ce cas, il y a une interaction entre le signal optique descendant et le signal optique montant (effet Rayleigh) et la longueur de câble sera limitée à 10-20km. Ce qui vient d'être expliqué à titre d'exemple dans le cas des longueur d'onde Xa et 2'a est applicable de la même manière aux longueurs d'onde Xb,..., Xi d'une part et 2'b,..., 2'i d'autre part. Si l'exemple qui précède a été décrit dans le cas d'un signal inséré de longueur d'onde 2'a, on comprendra que le multiplexeur 61 peut insérer dans le signal optique montant 70 plusieurs signaux ayant des longueurs d'onde différentes, tous associés à la cellule de télécommunication contrôlée par le module-relais 50 de manière à augmenter le débit de circulation des informations. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra sans sortir du cadre de l'invention multiplier le nombre de modules-relais et le nombre de dispositifs robotisés télécommandés qui leur sont rattachés, et modifier et faire évoluer la configuration des liaisons entre le poste de pilotage, les modules-relais et les dispositifs robotisés télécommandés. REVENDICATIONS1. Système d'intervention à distance comprenant un poste de pilotage, des moyens de relayage et au moins un dispositif robotisé télécommandé, caractérisé en ce que - le poste de pilotage est relié aux moyens de relayage par au moins un câble transportant de l'énergie électrique et un signal optique multiplexé, - les moyens de relayage comprennent des moyens d'extraction d'au moins un signal optique d'une longueur d'onde Xa,..., Xi dudit signal optique multiplexé, des moyens de transformation d'au moins un signal optique de longueur d'onde Xa,..., Xi en signal radiofréquence et des moyens de transmission d'au moins un signal radiofréquence vers le dispositif robotisé télécommandé, - les moyens de relayage comprennent aussi des moyens de réception d'au moins un signal radiofréquence depuis le dispositif robotisé télécommandé, des moyens de transformation d'au moins un signal radiofréquence en signal optique de longueur d'onde X'a,..., X'i et des moyens d'insertion d'au moins un signal optique d'une longueur d'onde X'a,..., X'i dans un signal optique multiplexé, - le dispositif robotisé télécommandé comprend des moyens de transmission/réception d'au moins un signal radiofréquence vers les moyens de relayage. 2. Système d'intervention à distance selon la revendication 1, dans lequel les moyens de relayage comportent des moyens adaptés pour permettre l'alimentation électrique d'un dispositif robotisé télécommandé. 3. Système d'intervention à distance selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la longueur d'onde Xa,..., Xi du signal optique extrait est identique à la longueur d'onde X'a,..., X'i du signal optique inséré. 4. Système d'intervention à distance selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la longueur d'onde Xa,..., Xi du signal optique extrait est différente de la longueur d'onde X'a,..., X'i du signal optique inséré.Système d'intervention à distance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de relayage comprennent une pluralité de modules-relais reliés par ledit câble, chaque module-relais contrôlant au moins un dispositif robotisé télécommandé. Système d'intervention à distance selon la revendication 5, dans lequel des modules-relais sont reliés en série. Système d'intervention à distance selon la revendication 5, dans lequel des modules-relais sont reliés en parallèle. Système d'intervention à distance selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le dispositif robotisé télécommandé comprend des moyens pour se déconnecter du module-relais qui le contrôle et des moyens pour se connecter à un autre module-relais, selon les informations reçues. Système d'intervention à distance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de relayage sont aptes à coordonner des tâches à effectuer par une pluralité de dispositifs robotisés télécommandés. Système d'intervention à distance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le poste de pilotage est relié aux moyens de relayage par au moins un câble comprenant au moins une fibre optique apte à transporter un signal optique entourée d'au moins une couche d'un matériau conducteur pour le 20 transport d'énergie électrique.5. 6. 7 8. 9. 10.