Brevet FR3061569A1 — publié le 20180706

Procédé de pilotage d'aéronef. La présente invention concerne le domaine des procédés de pilotage d'aéronef ainsi que des dispositifs de 5 pilotage d'aéronef. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de commande du déplacement physique d'un aéronef. On connait des dispositifs de commande du déplacement physique d'un aéronef, tels que le dispositif 10 Myo Armband©, utilisant les mouvements de l'avant-bras d'un pilote pour générer la commande du déplacement, chaque mouvement de l'avant-bras du pilote étant traduit en une commande pour l'aéronef. Dans un tel dispositif, un bandeau est monté sur l'avant-bras de l'utilisateur et un ensemble 15 de capteurs inertiels mesurant entre autres l'orientation de l'avant-bras sont utilisées pour commander un aéronef. Cependant, par un tel procédé de commande, certains mouvements globaux du pilote, comme le fait de suivre l'évolution de l'aéronef en tournant le buste dans l'espace 20 libre, vont parasiter des commandes générées par exemple par le mouvement local d'un membre du pilote, entrainé par ce mouvement global. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients au moins partiellement. 25 Il s'agit donc de proposer un procédé de commande du déplacement physique d'un aéronef intuitif qui soit plus fiable, et qui s'affranchisse des commandes parasites. A cet effet, l'invention propose un procédé de commande du déplacement physique d'un aéronef dans lequel 30 un mouvement relatif donné entre deux parties données du corps humain d'un pilote génère une commande d'un déplacement correspondant de l'aéronef, et qu'aucun 1 3061569 2 mouvement global de ces deux parties du corps humain du pilote, sans ce mouvement relatif donné entre ces deux parties du corps humain du pilote, ne génère une telle commande. Grâce à ces dispositions, des déplacements déterminés de l'aéronef seront commandés exclusivement par des mouvements déterminés entre deux parties du corps sans être parasités par le mouvement global de ces deux parties du corps ou par d'autres mouvements du corps du pilote. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être utilisées séparément ou en combinaison partielle entre elles ou en combinaison totale entre elles. La commande du déplacement de l'aéronef est une commande de rotation de l'aéronef. Pour conserver un procédé de commande intuitif, le mouvement associé chez le pilote sera souvent un mouvement de rotation d'un de ses membres, mouvement de rotation qui est parmi les mouvements les plus faciles à parasiter, une simple rotation du buste ou du corps du pilote pour suivre des yeux le vol de l'aéronef pouvant suffire. La rotation de l'aéronef est le lacet et/ou le tangage et/ou le roulis. Les deux parties du corps humain du pilote peuvent être avantageusement deux parties d'un même membre de ce corps. Ainsi, le mouvement relatif entre ces deux parties, à réaliser par le pilote pour déclencher le déplacement de l'aéronef, est plus facile et plus naturel à réaliser par le pilote. De préférence, ces deux parties sont adjacentes et articulées l'une par rapport à l'autre. Ainsi, le mouvement 2 3061569 3 relatif de ces deux parties, pour commander le déplacement de l'aéronef, est plus facile et plus naturel à réaliser pour le pilote. Par exemple, ces deux parties sont la main et 5 l'avant-bras. Ces parties du corps sont particulièrement efficaces et précises pour réaliser des mouvements naturels chez le pilote. Les deux parties du corps humain peuvent être également avantageusement sur deux membres différents de ce 10 corps. De préférence, ces deux parties sont la main et l'un parmi le buste, et l'épaule. Ces parties du corps permettent de contrôler le déplacement de l'aéronef par des mouvements amples. 15 De préférence, le mouvement relatif est une rotation d'une des parties du corps humain du pilote par rapport à l'autre. En raison de la nature des articulations du corps humain, le mouvement de rotation entre deux parties voisines, voire adjacentes, de ce corps, va être 20 plus naturel et plus aisé et moins fatiguant musculairement à réaliser pour le pilote qu'un mouvement de translation par exemple, permettant ainsi des mouvements plus rapides et plus efficaces. De préférence, la rotation est une rotation autour 25 de l'axe du bras ou autour d'un ou des deux axes transverses à la direction du bras. Ces déplacements de rotation vont pouvoir correspondre à des mouvements relatifs similaires chez le pilote, par exemple de rotations de la main par rapport à l'avant-bras, aisément 30 réalisables par le pilote, le poignet du pilote étant librement articulé autour des axes de rotation transverses à la direction du bras. 3 3061569 4 De préférence, l'aéronef est un drone. De préférence, le mouvement relatif entre les deux parties du corps humain du pilote est déterminé par l'utilisation de deux capteurs respectivement placés sur 5 ces deux parties. Ainsi, le mouvement relatif de ces deux parties peut être déterminé de manière particulièrement simple. De préférence, la position et/ou la vitesse et/ou l'accélération et/ou l'orientation et/ou la vitesse 10 angulaire et/ou l'accélération angulaire du ou des capteurs est ou sont déterminées. Ainsi, grâce à la détermination de ces paramètres, des mouvements relatifs fins et différenciés peuvent être réalisés par le pilote, déclenchant des déplacements précis 15 correspondants de l'aéronef. L'invention a également pour objet un dispositif de commande du déplacement physique d'un aéronef adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande. L'invention a aussi pour objet un dispositif de 20 commande du déplacement physique d'un aéronef, comprenant plusieurs capteurs, chaque capteur étant adapté pour détecter un paramètre représentatif du mouvement d'une partie correspondante du corps humain d'un pilote, une unité de calcul adaptée d'une part pour identifier et 25 caractériser un mouvement relatif donné entre deux parties du corps humain du pilote, à partir des paramètres détectés par les capteurs, et d'autre part pour générer une commande d'un déplacement correspondant de l'aéronef, sans générer une telle commande dans le cas d'un mouvement global de ces 30 deux parties du corps humain du pilote sans ce mouvement relatif donné entre ces deux parties du corps humain du pilote, et un émetteur adapté pour envoyer à l'aéronef 4 3061569 5 ladite commande. L'invention a également pour objet un accessoire couvrant la main et l'avant-bras ou la main et l'un parmi le buste et l'épaule, et comprenant deux capteurs 5 respectivement solidarisés aux parties de l'accessoire couvrant la main et l'avant-bras, ou la main et l'un parmi le buste et l'épaule, adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande dans le cas où les deux parties du corps utilisées pour commander sont la main et l'avant-bras 10 ou la main et l'un parmi le buste et l'épaule. Un tel accessoire muni de capteurs a comme avantage de permettre le contrôle d'au moins certains des quatre axes de contrôle usuels d'un aéronef notamment pour commander le tangage, le lacet, et dans certains cas le roulis, avec par exemple une 15 seule main au lieu de deux dans le cas d'une télécommande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. 20 La figure 1 est une vue d'ensemble de l'aéronef et du pilote équipé du dispositif de pilotage dans le mode de réalisation dans lequel les deux parties du corps sont la main et l'avant-bras. La figure 2 est un schéma du mouvement de la main 25 pour la commande de lacet. La figure 3 est un schéma du mouvement de la main pour la commande de tangage. La figure 4 est un schéma du mouvement de la main pour la commande de roulis. 30 Les figures 5a et 5b schématisent le mouvement de la main pour la commande de la propulsion selon plusieurs variantes, dans le mode de réalisation dans lequel les deux 5 3061569 6 parties du corps sont la main et l'avant-bras. La figure 6 est une représentation schématique du dispositif de pilotage et de l'aéronef piloté. Les figures 7a et 7b illustrent respectivement des 5 exemples de commande de déplacement de l'aéronef générée à partir d'un mouvement relatif de deux parties du corps du pilote. La figure 8 est un schéma du mouvement de la main par rapport au buste pour la commande de lacet dans le mode 10 de réalisation dans lequel les deux parties sont la main et le buste. La figure 9 est un schéma du mouvement de la main par rapport au buste pour la commande de tangage dans le mode de réalisation dans lequel les deux parties sont la 15 main et le buste. La figure 10 est un schéma du mouvement de la main pour la commande de roulis dans le mode de réalisation dans lequel les deux parties sont la main et la partie supérieure du bras. 20 Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 est une vue d'ensemble de l'aéronef et du pilote équipé du dispositif de pilotage utilisé pour commander le déplacement physique d'un aéronef. 25 Dans un premier mode de réalisation, les parties du corps utilisées pour la commande sont la main et l'avant-bras. Le pilote utilise donc le mouvement relatif entre sa main 2 et son avant-bras 3 articulés autour de son poignet 4, pour commander le déplacement physique d'un aéronef 1. 30 Le mouvement relatif est détecté en utilisant deux capteurs 20, 30 montés respectivement sur la main 2 et sur l'avant-bras 3 du pilote. 6 3061569 7 Les deux capteurs 20, 30 sont par exemple montés sur un accessoire tel qu'un gant 5 qui couvre la main 2 et l'avant-bras 3 du pilote. Dans une alternative, en l'absence d'un tel gant 5, 5 ces deux capteurs 20, 30 peuvent être par exemple montés directement à même l'avant-bras 3 et la main 2 par des systèmes de bandeaux. En variante l'accessoire peut se présenter sous la forme d'un bandeau ou plus généralement d'un accessoire 10 corporel avec une extension permettant de placer les deux capteurs de façon adaptée sur deux parties du corps de l'utilisateur. La main 2 dans le prolongement de l'avant-bras 3 du pilote définit la position de référence. L'axe X est défini 15 comme l'axe dans la direction de l'avant-bras 3 et de la main 2. L'axe Y est l'axe transverse à l'axe X et également situé dans le plan de la main. L'axe Z est l'axe transverse aux axes X et Y. Généralement, les axes X et Y seront dans le plan horizontal, tandis que l'axe Z sera selon la 20 direction verticale, au moins pour la position de référence. Un premier mouvement relatif entre la main 2 et l'avant-bras 3 du pilote est un mouvement de rotation de la main dans le plan X, Y autour de l'axe Z, l'avant-bras 25 conservant sa position selon la direction de l'axe X. Ce premier mouvement relatif de rotation de la main 2 par rapport à l'avant-bras 3 génère une commande de déplacement de rotation en lacet de l'aéronef 1, illustré à la figure 2. Aucun mouvement global de l'ensemble de la main 2 et de 30 l'avant-bras 3, sans ce mouvement relatif entre la main 2 et l'avant-bras 3, ne génère cette même commande. Un tel mouvement est quantifié par un paramètre 7 3061569 8 d'angle U. Cet angle ct est défini comme l'angle entre la direction de l'axe X et une direction X1 donnée par la direction de la main 2 dans le plan X, Y, lors de son mouvement relatif par rapport à l'avant-bras 3. 5 Un deuxième mouvement relatif entre sa main 2 et son avant-bras 3 est un mouvement de rotation de la main dans le plan X, Z autour de l'axe Y, l'avant-bras conservant sa position dans la direction de l'axe X. Ce deuxième mouvement relatif de rotation de la main 2 par 10 rapport à l'avant-bras 3 génère une commande de déplacement de rotation en tangage de l'aéronef 1, schématisé à la figure 3. Aucun mouvement global de l'ensemble de la main 2 et de l'avant-bras 3, sans ce mouvement relatif entre la main 2 et l'avant-bras 3, ne génère cette même commande. 15 Un tel mouvement est quantifié par un paramètre d'angle R. Ledit angle Pest défini comme l'angle entre la direction de l'axe Z et une direction Z1 donnée par la direction qui est transverse au plan de la main 2 et qui est située dans le plan X, Z, lors de son mouvement relatif 20 par rapport à l'avant-bras 3. Dans ce premier mode de réalisation, une commande de roulis de l'aéronef 1, schématisée à la figure 4, sera obtenue par un troisième mouvement relatif entre la main 2 en rotation autour de l'axe X de l'avant-bras de 25 l'utilisateur et par exemple le buste de l'utilisateur. Pour cela un troisième capteur 100 sera avantageusement monté sur le buste 10 de l'utilisateur. Aucun mouvement global de l'ensemble de la main 2 et du buste 10, sans ce mouvement relatif entre la main 2 et le buste 10, ne génère 30 cette même commande. Dans ce mode de réalisation, la commande de 8 3061569 9 propulsion pourra être générée par un mouvement relatif entre le doigt 6 et la main 2 comme illustré à la figure 5a. Un capteur flexible 60 additionnel monté sur le doigt 6 et dont une extrémité est fixée sur la main permet de 5 détecter ce mouvement relatif générant la propulsion. Un tel mouvement est quantifié par un paramètre de flexion y. Ledit paramètre de flexion est défini par la courbure, c'est-à-dire fonction de l'angle que fait le capteur flexible avec la direction de repos du capteur (capteur non 10 courbé, rectiligne dans le plan XY de la main) sur toute sa longueur. Ce paramètre est assimilable en approximation simple à un paramètre d'angle à l'endroit où est fixé le capteur par rapport au plan XY (autre extrémité du capteur, fixe sur la main), défini comme l'angle entre la direction 15 de l'axe X et une direction X'1 donnée par la direction du doigt dans le plan X, Z. Aucun mouvement global de la main de l'utilisateur sans ce mouvement relatif entre la main et le doigt ne génère une telle commande. 20 En variante illustrée à la figure 5b, la propulsion de l'aéronef 1 est générée par le mouvement relatif selon la direction verticale du poignet 4 par rapport à un point de référence fixe par rapport au corps de l'utilisateur comme par exemple à l'articulation 91 entre le bras 8 et 25 l'épaule 9. La direction verticale est donnée par la direction de la gravité, c'est-à-dire que l'axe Z est ici parallèle à la direction de la gravité. Des capteurs 30, 80 montés sur l'avant-bras 3 et sur le biceps 8 de l'utilisateur permettent de déterminer l'altitude du 30 poignet 4 à partir des angles ou orientations de l'avant-bras 3 et du biceps 8 par rapport à l'horizontale. Une telle commande par le mouvement global du bras est 9 3061569 10 pratique car intuitive, robuste et efficace. L'origine de l'axe Z est prise au niveau de l'articulation 91 entre le bras 8 et l'épaule 9 du pilote. La hauteur h2 selon l'axe Z entre le poignet 4 et 5 le coude 7 est donnée par: h2 = 12 sin (OE2) où 12 est la longueur de l'avant-bras 3, 062 est l'angle entre l'avant-bras 3 et l'horizontale. La hauteur h3 selon l'axe Z entre le coude 7 et 10 l'articulation entre le bras 8 et l'épaule 9 du pilote est donnée par: h3 = 13 sin (u3) où 13 est la longueur du bras 8, 063 est l'angle entre le bras 8 et l'horizontale. 15 L'altitude h relative du poignet 4 par rapport à l'articulation 91 entre le bras 8 et l'épaule 9 est donnée par : h = h2 + h3 = 12 sin (u2) + 13 sin (u3) En considérant que 12 et 13 sont du même ordre de 20 grandeur, et sont de l'ordre de grandeur de 1, l'altitude h relative du poignet 4 par rapport à l'articulation 91 entre le bras 8 et l'épaule 9 est donnée par : h = 1 (sin (u2) + sin (OE3)) La commande de propulsion est liée à cette altitude 25 h relative du poignet 4 par rapport à l'articulation 91. Plus précisément, la propulsion est régie par une loi dépendant de l'altitude h du type : p = k*h + b k et b étant des constantes et p étant la commande 30 de propulsion. De façon plus générale, la commande de propulsion 10 3061569 11 est régie par une fonction p de h telle que donnée ci-dessus: p = f(h) La figure 6 illustre le dispositif de commande 1000 5 utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de commande objet de l'invention dans les cas où les deux parties sont la main et l'avant-bras, et où le dispositif comprend en plus un capteur de flexion 60 pour générer la commande de propulsion. Le dispositif 1000 de commande comprend les 10 capteurs 20, 30, et 60, montés sur les différentes parties utilisées du corps du pilote. Chaque capteur détecte un paramètre représentatif du mouvement de la partie du corps du pilote sur laquelle il est monté. Les capteurs 20 et 30 respectivement montés sur la 15 main 2, et sur l'avant-bras 3 sont des capteurs inertiels. Ces capteurs détectent l'accélération ou l'orientation de la partie du corps correspondante par rapport à une position initiale de référence. Le dispositif de commande 1000 comprend également 20 une unité de calcul 11 qui comprend un module 111 qui identifie et caractérise le mouvement relatif donné entre les deux parties du corps du pilote, à partir des paramètres détectés par les capteurs considérés. Le dispositif de commande 1000 comprend également 25 un émetteur 12 qui envoie à l'aéronef 1 cette commande. L'aéronef 1, muni d'un récepteur 13 reçoit la commande émise par l'émetteur 113. La transmission de la commande générée 112 entre l'unité de calcul 11 et l'émetteur 12 se fait par une 30 transmission numérique analogique. La figure 7a illustre par une courbe la commande typiquement générée selon l'axe des ordonnées qui est une 11 3061569 12 fonction affine du paramètre d'angle mentionné précédemment selon l'axe des abscisses: y = k*0 + b où k et b sont des constantes, Oest le paramètre d'angle 5 qui quantifie le mouvement relatif entre les deux parties du corps (OE, p, et y est la commande générée. L'angle 0 sera nécessairement, de par les limites physiques du corps humain, compris entre un angle de rotation maximal dans un sens àpositif max et un angle de 10 rotation maximal dans l'autre sens à Tnégatif max. Dans un mode avantageux de réalisation illustré à la figure 7b, une zone angulaire neutre permet d'éviter la prise en considération de rotations de très faible amplitude autour de X, de Y ou autour de Z dans le cas de 15 la rotation de la main 2 par rapport à l'avant-bras 3, et qui ne devrait pas être pris en considération pour une commande en tangage ou lacet ou roulis ou même pour la commande de propulsion. Dans ce mode de réalisation, la fonction précédente donnant la commande générée en fonction 20 du paramètre d'angle y(0) présente une portion parallèle à l'axe des abscisses autour de l'origine de la courbe de la fonction. Une plage angulaire comprise entre typiquement -2 à -3° et 2 à 3° n'engendre pas de commande. Il faut alors dépasser ces valeurs minimales pour que le mouvement 25 relatif calculé génère une commande. De cette manière, la mise en place d'un seuil d'amplitude pour la prise en compte du mouvement relatif des parties du corps du pilote, permet d'éviter une instabilité dans l'envoi des commandes vers le drone 1, 30 risquant alors de provoquer un accident de vol de ce drone 1, et l'envoi de commandes non-désirées du fait de 12 3061569 13 l'imperfection naturelle des mouvements de la main comme les tremblements de la main. Dans un autre mode de réalisation, illustré à la figure 8, les deux parties du corps humain du pilote sont 5 la main 2 et le buste 10 de l'utilisateur. Un capteur 100 sera par exemple monté sur le buste 10 de l'utilisateur et un autre capteur 20 sur la main 2. Le gant peut comprendre par exemple une extension fixée sur le buste. En variante les deux parties du corps peuvent être 10 la main 2 et l'épaule 9. Les mêmes mouvements relatifs entre la main 2 et le buste 10 génèrent typiquement les mêmes commandes pour l'aéronef, que dans le premier mode de réalisation. La commande de lacet illustrée à la figure 8 est générée par 15 un mouvement du bras et donc de la main 2 radialement autour du buste 10 de l'utilisateur, et la commande en tangage illustrée à la figure 9 est générée par un mouvement d'inclinaison par rapport à l'horizontale du bras et donc de la main 2. 20 Dans ce mode de réalisation la commande de roulis est générée par un mouvement de rotation de la main 2 autour de la direction du bras, en utilisant les deux capteurs sur la main 2 et sur le buste 10. Une telle commande est illustrée à la figure 10. L'amplitude des mouvements de l'utilisateur 25 pour obtenir de telles commandes peut être plus grande. La commande de propulsion utilise comme dans le cas précédent deux capteurs respectivement sur l'avant-bras et sur le biceps ou utilise un capteur de flexion sur la main. 30 13 REVENDICATIONS1. Procédé de commande du déplacement physique d'un aéronef (1), dans lequel : 10 un mouvement relatif donné entre deux parties (2, 3) données du corps humain d'un pilote génère une commande d'un déplacement correspondant de l'aéronef (1), aucun mouvement global de ces deux parties 15 (2, 3) du corps humain du pilote, sans ce mouvement relatif donné entre ces deux parties du corps humain du pilote, ne génère une telle commande. 2. Procédé de commande selon la revendication 1 20 dans lequel la commande du déplacement de l'aéronef est une commande de rotation de l'aéronef (1). 3. Procédé de commande selon la revendication 2 dans lequel la rotation de l'aéronef (1) est le 25 lacet et/ou le tangage et/ou le roulis. 4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les deux parties du corps humain du pilote (2, 3) sont deux parties d'un même membre de ce corps. 30 5. Procédé de commande selon la revendication 4 dans lequel ces deux parties sont adjacentes et articulées l'une par rapport à l'autre. 14 14 3061569 15 6. Procédé de commande selon la revendication 5 dans lequel ces deux parties sont la main et l'avant-bras. 7. Procédé de commande selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 3 dans lequel les deux parties du corps humain du pilote (2, 3) sont sur deux membres différents de ce corps. 8. Procédé de commande selon la revendication 7 dans lequel ces deux parties sont la main et l'un parmi le buste, et l'épaule. 9. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le mouvement relatif est une rotation d'une des parties du corps humain du pilote par rapport à l'autre. 10.Procédé de commande selon la revendication 9 dans lequel la rotation est une rotation autour de l'axe du bras ou autour de l'un des deux axes transverses à la direction du bras. 11.Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'aéronef est un drone. 12.Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le mouvement relatif entre les deux parties du corps humain du pilote est déterminé par l'utilisation de deux capteurs (20, 30) respectivement placés sur ces deux parties (2, 3). 13.Procédé de commande selon la revendication 12 dans lequel la position et/ou la vitesse et/ou l'accélération et/ou l'orientation, et/ou la 15 3061569 16 vitesse angulaire et/ou l'accélération angulaire du ou des capteurs est ou sont déterminées. 14.Dispositif de commande du déplacement physique 5 d'un aéronef (1000) adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15.Dispositif de commande du déplacement physique d'un aéronef, comprenant : 10 Plusieurs capteurs (20, 30), chaque capteur étant adapté pour détecter un paramètre représentatif du mouvement d'une partie correspondante du corps humain d'un pilote, Une unité de calcul (11) adaptée d'une part 15 pour identifier et caractériser un mouvement relatif donné entre deux parties du corps humain du pilote, à partir des paramètres détectés par les capteurs (20, 30), et d'autre part pour générer une commande d'un 20 déplacement correspondant de l'aéronef (1), sans générer une telle commande dans le cas d'un mouvement global de ces deux parties du corps humain du pilote sans ce mouvement relatif donné entre ces deux parties du corps 25 humain du pilote, Un émetteur (12) adapté pour envoyer l'aéronef ladite commande. 16.Accessoire couvrant la main et l'avant-bras ou la main et l'un parmi le buste et l'épaule et 30 comprenant deux capteurs respectivement solidarisés aux parties dudit accessoire couvrant la main et l'avant-bras ou la main et 16 3061569 17 l'un parmi le buste et l'épaule. 17