Brevet FR3091609A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : Système de robot-compagnon comprenant un engin à guidage autonome Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine des robots compagnons destinés à des interactions et tâches plus autonomes avec l'homme et notamment le domaine des robots suiveurs (« follow me robot » en anglais). [0002] Ces robots compagnons utilisent des fonctionnalités de capture de mouvement humain (ou HMC pour « Human Motion Capture ») pour la reconnaissance des mouvements d'un individu à partir des données fournies par un ou plusieurs capteurs. Cette reconstruction se focalise généralement sur la configuration 3D des articulations de la personne, mais peut parfois inclure l'apparence du sujet ou la forme de ses membres, notamment de ses jambes. [0003] Le principe général de telles fonctionnalités est décrit par exemple dans la thèse de Brice Michoud « Reconstruction 3D à partir de séquences vidéo pour l'acquisition du mouvement de personnages en temps réel et sans marqueur » présentée et soutenue le 30 Septembre 2009 à l'Université Claude Bernard de Lyon. Etat de la technique [0004] On connaît dans l'état de la technique différentes solutions de robot suiveur équipé d'un capteur d'images et d'un module d'analyse et de caractérisation des mouvements de jambe. L'article A. Leigh, J. Pineau, N. Olmedo and H. Zhang, "Perron tracking and following with 2D laser scanners," 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Seattle, WA, 2015, pp. 726-733 décrit un détecteur de jambes pour le suivi d'une personne par un robot de manière autonome. [0005] L'article S. Wunderlich, J. Schmôlz and K. Kühnlenz, "Follow me: A simple approach for person identification and tracking," 2017 IEEE 26th International Symposium on Industrial Electronics (ISM), Edinburgh, 2017, pp. 1609-1614 décrit une autre solution permettant de détecter et de suivre une personne marchant devant un robot mobile sans aucune formation préalable et compatible avec l'utilisation par différentes personnes par une étape d'initialisation. Le robot analyse les mouvements des jambes d'une personne à des fins de suivi. L'approche est basée sur la fusion des données de capteur d'une caméra RVB ordinaire et d'un télémètre laser (LRF). L'algorithme de traitement d'image tente d'identifier la jambe de la personne dans le flux d'images, tandis que la fonction LRF est utilisée pour vérifier la position de la personne par rapport aux informations fournies par la caméra. [0006] L'article K. O. Arras, S. Grzonka, M. Luber and W. Bureard, "Efficient people 2 tracking in laser range data using a multi-hypothesis leg-tracker with adaptivc occlusion probabilities," 2008 IEEE International Conference on Rohotics and Automation, Pasadena, CA, 2008, pp. 1710-1715 décrit une autre solution de suivi de personnes par laser utilisant un suivi multi-hypothèse qui détecte et suit les jambes séparément avec des filtres de Kalman, des modèles de mouvement à vitesse constante et une stratégie d'association de données multi-hypothèse. Les personnes sont définies comme des pistes de haut niveau composées de deux jambes nécessitant peu de connaissance du modèle. La solution proposée gère explicitement les occlusions de piste en plus des détections et des suppressions et les situations de masquage des jambes. [0007] Le brevet US2006140450 décrit un dispositif et un procédé de suivi d'un être humain. Le dispositif comprend un support de stockage stockant un programme pour exécuter le procédé et un système électronique mobile comprenant l'appareil. L'appareil de poursuite de l'être humain comprend un module de détection dc l'emplacement du haut du corps dc l'être humain ; un module de détection de position de la jambe d'un être humain ; un module de sélection d'objet suivi ; une vitesse dc suivi et une calculatrice d'orientation pour calculer la vitesse. Le dispositif permet de suivre un être humain. [0008] Le brevet KR101014531 décrit une méthode de suivi d'un humain par un robot motorisé. Le capteur est prévu pour détecter les jambes d'un individu et de le suivre dans ses déplacements. [0009] La demande de brevet US20110026770 décrit un procédé d'utilisation d'un véhicule distant doté d'une caméra de vision stéréo pour détecter et suivre une personne, le procédé consistant à : détecter une personne à l'aide d'un flux vidéo provenant de la caméra de vision stéréo et d'un histogramme de descripteurs de gradient orientés; estimer une distance entre le véhicule distant et la personne en utilisant des données de profondeur provenant de la caméra de vision stéréo; suivre un chemin de la personne et estimer son en-tête; et acheminer le véhicule distant vers un emplacement approprié par rapport à la personne. [0010] La demande de brevet W02017153897 décrit un robot autonome motorisé comprenant un corps monté sur roues ou chenilles ou pattes, un dispositif de repérage, un module de conduite, en communication avec le dispositif de repérage et comprenant un module de détection de position relative d'un opérateur dans une zone de conduite d'un côté du robot, ledit module de détection étant adapté pour déterminer une position relative de l'opérateur par rapport à une position de référence correspondant à l'arrêt du robot, ladite position relative étant utilisée par un module de consigne afin de générer une consigne de déplacement elle-même transmise à un module de guidage pour faire avancer et/ou tourner et/ou translater latéralement le robot dans une zone d'avancement située sur un autre côté du robot. Ce dispositif prévoit que le conducteur pousse vir- 3 tuellemcnt ce dernier sans utiliser de télécommande selon un mode désigné « poussez-moi », par opposition au mode « suivez-moi » où le robot suit l'opérateur, et exclut l'utilisation d'une télécommande. [0011] La demande de brevet européen EP1672584 décrit un autre exemple d'appareil et de procédé de suivi humain. [0012] L'équipement de suivi comprend : un module de détection de position d'un corps supérieur détectant au moins une partie de la position du corps supérieur pour un humain ; un module de détection de position de jambe détectant au moins une partie de la position de la jambe pour un humain ; un module de sélection d'objet à suivre sélectionnant un objet à suivre à partir d'au moins une partie de position de corps supérieur et au moins une partie de position de jambe ; un calculateur de suivi, de vitesse et d'orientation calculant la vitesse et l'orientation de suivi du système électronique mobile pour cibler l'objet à suivre sélectionné par le module de sélection d'objet à suivre ; un module actionnant le système électronique mobile ; et un contrôleur de moteur commandant le moteur à partir de la vitesse et de l'orientation du suivi calculées. [0013] Inconvénients de l'art antérieur [0014] Les solutions de l'art antérieur présentent des risques de « décrochage » fréquent, lors du masquage inopiné des jambes de l'opérateur, par exemple lors des déplacements dans une foule ou dans un environnement encombré. Dans ce cas, le robot compagnon perd tout référentiel de suivi et est commandé pour se mettre en situation de sécurité, généralement un arrêt d'urgence. [0015] La solution proposée par la demande de brevet W02017153897 visant à supprimer toute télécommande est particulièrement inappropriée car la seule réponse à un décrochage est l'arrêt d'urgence, et dans ce cas, il est pratiquement impossible au robot de retrouver une situation lui permettant de retrouver un mode d'acquisition de l'image de l'opérateur à suivre. [0016] Solution apportée par l'invention [0017] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une solution robuste et ergonomique pour l'opérateur à suivre, en lui évitant toute intervention humaine tout en assurant un mode de fonctionnement pérenne y compris en cas de masquage transitoire de l'acquisition de l'image de l'opérateur à suivre. [0018] A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système de robot-compagnon comprenant un engin à guidage autonome comportant un moyen d'imagerie de l'avant du robot et un calculateur commandé par un programment de traitement des images acquises et d'analyse des mouvements des jambes pour calculer en temps réel les instructions de guidage caractérisé en ce qu'il comporte en outre un équipement de télécommande destiné à être porté par l'opérateur à suivre, ledit équipement comportant une centrale inertielle et un module de communication pour la transmission des données générées par ladite centrale inertielle à un module de communication dudit engin à guidage autonome et audit calculateur. [0019] De préférence, la communication entre lesdits modules de communication fonctionne selon le mode « Ad hoc ». [0020] Avantageusement, la communication entre lesdits modules de communication est de type « Wifi ». [0021] Selon une variante préférée, ledit module de communication de l'engin à guidage autonome est constitué par un routeur Wifi multi-bande commandé par un moyen de mesure de la qualité de service pour la sélection de la fréquence de communication avec l'équipement de télécommande. [0022] L'invention concerne aussi un procédé de commande du déplacement d'un engin à guidage autonome faisant partie d'un système de robot-compagnon conforme à l'invention caractérisé en ce qu'il exploite les données d'analyse des images des jambes de l'opérateur à suivre et en cas de disparition de ces données, en ce qu'il exploite les informations de la centrale inertielle de l'équipement de télécommande. [0023] De préférence, le calculateur enregistre la position et la vitesse instantanée dé- terminée à partir des données transmises par la centrale inertielle à chaque balayage dudit moyen d'imagerie. [0024] Avantageusement, le procédé comporte une étape d'estimation de la position de l'opérateur à suivre à partir des données transmises par la centrale inertielle, pour piloter la zone d'exploration du moyen d'imagerie. [0025] Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention [0026] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : [0027] [fig.1] La figure 1 représente une vue de l'architecture fonctionnelle de l'invention. [0028] Architecture fonctionnelle [0029] Le système décrit à titre d'exemple comprend un robot compagnon et un boîtier de télécommande destiné à être porté par l'opérateur à suivre. [0030] Le robot compagnon est un équipement motorisé autonome équipé d'une caméra ou d'un lidar (100) pour l'acquisition d'une image de l'environnement du robot. [0031] L'angle de prise de vue est dirigé vers l'avant lors de la réception d'une instruction de démarrage de suivi par un utilisateur. L'identification de l'opérateur à suivre peut être automatisée par un module (110) de reconnaissance d'image. Lorsque le robot est implémenté pour reconnaître l'instruction de début de suivi en utilisant une voix humaine ou un geste, la voix humaine reconnue ou le geste est utilisé pour calculer une distance entre l'utilisateur et le système électronique mobile et la distance calculée, et ajuster l'angle de prise de vue. [0032] Cette caméra ou cc lidar (100) fournit des images à un module de traitement (110) procédant de manière connue au filtrage de l'image et à l'extraction des informations telles que les éléments fixes de l'environnement, telles que les obstacles et infrastructures, ainsi qu'une représentation globale de l'opérateur. Un module de traitement (120) détermine la position de l'opérateur dans le référentiel du robot. [0033] Un deuxième moyen d'imagerie utilisant par exemple une deuxième caméra (200) associée à un laser à balayage (205) fournit une deuxième information télémétrique correspondant aux jambes de l'opérateur à suivre. Un module de traitement (210) extrait les informations représentatives des jambes et un module (220) calcule la position des jambes dans le référentiel du robot. Les traitements de reconnaissance des jambes sont par exemple ceux décrits dans les articles mentionnés dans la présentation de l'état de la technique. [0034] Un module de sélection d'objet suivi (300) détermine les valeurs de coordonnées bi- dimensionnelles fournies par le détecteur de personnes (120) et le détecteur de jambe (220). [0035] Ces données sont transmises à un module (300) déterminant la position cible à atteindre. [0036] Un calculateur (360) calcule les instructions de pilotage de la trajectoire du robot et les transmet à un module de puissance (370) commandant les moteurs du robot. En cas d'indisponibilité ou d'incohérence, le calculateur (360) reçoit les données provenant d'un module (350) recevant les informations d'un module de communication (400) Wifi. [0037] Ce module Wifi (400) reçoit des informations des modules d'analyse de la position de l'opérateur. [0038] Il constitue un routeur pour l'établissement d'une session Wifi autonome avec le module de communication (410) d'un boîtier (500) porté par l'opérateur. La communication entre les équipements est de type réseau mobile ad-hoc sans infrastructure. Ce mode permet de connecter directement les équipements munis d'une carte Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu'un point d'accès pour interconnecter le robot et le boîtier (500) sans matériel supplémentaire. [0039] Lors de l'initialisation du robot et de son boîtier (500) associé, les deux cartes (400, 410) sont configurées en mode « Ad hoc » au lieu du mode « Infrastructure », avec la sélection d'un canal par défaut, d'un nom de réseau (SSID) communs à tous et optionnellement d'une clé de chiffrement. [0040] Ce boîtier (500) intègre une centrale inertielle (450) détectant les mouvements de l'opérateur et fournissant au robot des informations relatives aux déplacements de l'opérateur. 6 [0041] Le routeur (400) sélectionne la fréquence de transmission en fonction de la qualité du signal, et modifie la fréquence pour maximiser la qualité de la communication entre le boitier (500) et le robot. 7