Brevet FR3127622A1 — publié le 20230331

La présente invention concerne une méthode de détermination en temps réel de coordonnées de dispositifs mécatroniques mobiles posés sur une surface matricielle, chaque dispositif mécatronique comprenant au moins un capteur situé en regard de ladite surface matricielle et un au moins un transmetteur sans fil dont la durée de temps de vol d’une paquet est connue, ladite surface matricielle comprenant une pluralité d’actionneurs lumineux pilotés par un contrôleur muni d’au moins un transmetteur sans fil capable de communiquer avec lesdits dispositifs mécatroniques durant l’exécution, par ladite surface matricielle, d’une application graphique. Plus précisément, ladite méthode est exécutée en utilisant une base de temps propre à ladite application graphique, seule ou en combinaison avec une base de temps propre audit dispositif mécatronique. Figure de l’abrégé : figure 2 Méthode de détermination en temps réel de coordonnées de dispositifs mécatroniques mobiles posés sur une surface matricielle Domaine technique de l’invention Le domaine de l’invention concerne les jeux vidéos. Plus précisément, l’invention concerne une méthode de positionnement de robots pédagogiques sur une surface lumineuse connectée telle une tablette, un écran avec contrôleur WI-FI® ou bien encore un tapis lumineux connecté. Art antérieur Dans le domaine du jeu vidéo, les joueurs incarnent des avatars qu’ils peuvent déplacer dans un environnement virtuel, possiblement multijoueur, qu’il soit sur un réseau local ou bien sur internet pour échanger avec des joueurs du monde entier. Comme il s’agit d’un espace virtuel, le joueur est plus enclin à faire des erreurs d’autant que ces dernières permettent de gagner en expérience, ce qui sera valorisé et valorisant socialement dans des challenges coopératifs et compétitifs. C’est l’environnement idéal pour mettre en pratique le « Do It Yourself », le « Learning By Doing », l’apprentissage par les pairs et l’apprentissage par l’erreur, c’est pourquoi il est de plus en plus utilisé dans l’éducation. Dans le domaine pédagogique, l’usage de la robotique comme moyen pour apprendre se démocratise, notamment pour l’apprentissage des sciences (maths, informatique, physique…). Quel que soit le robot (deux roues, humanoïdes, hexapodes…), ce sont leurs capteurs et actionneurs qui permettent les interactions avec leur environnement. Cependant, ceux des robots les plus accessibles et adaptés pour l’apprentissage ne permettent pas aujourd’hui de connaitre la position dans l’espace de manière abordable, précise, répétitive et économique sur des petites surfaces (tablettes, table), alors que cette fonctionnalité est clé pour faire interagir des robots avec d’autres robots à la façon d’un jeu vidéo. A titre d’exemples, de nombreuses technologies de positionnement sont déjà bien connues comme décrit ci-après. La solution la plus utilisée concerne le suivi de ligne. Cette solution permet au robot de suivre une ligne tracée à l’avance avec un crayon sur une feuille, ou bien sur une tablette. Le robot doit être posé sur un point de la ligne pour commencer et non pas à un point aléatoire non connu d’avance. Une telle solution ne permet pas d’aller à une position dont la trajectoire n’est pas dessinée d’avance, nécessite un contraste fort entre la ligne et son arrière-plan. Également, il existe un comportement aléatoire quand 2 lignes s’intersectionnent. Enfin, une telle solution nécessite une ligne de capteurs de couleur ou luminosité pour un asservissement précis, ce qui limite la compatibilité aux robots avec deux roues. Une autre solution bien connue mais moins utilisée concerne l’odométrie, solution que l’on retrouve sur les produits de milieu voir haut de gamme. Il s’agit d’une mesure en temps réel des angles de rotation de roues pour en déterminer la position. Cette solution est complexe mécaniquement, une roue capteur étant nécessaire pour chaque degré de liberté afin d’obtenir une mesure fiable. Une telle solution présente une forte déviation dans le temps qui nécessite un recalibrage fréquent. Cette solution est donc idéale pour mesurer des déplacements mais n’est pas adaptée pour déterminer une précision. Également, cette solution est chère de par l’utilisation de capteurs odomètres précis non compatibles pour des robots grand public. Une autre solution concerne le traitement d’images par reconnaissance et suivi de motifs. Que ce soit via QRCode® placés à chaque point clé dans l’espace, ou bien via une caméra basse résolution. Pour les QRCode®, les conditions de luminosité sont cruciales et doivent être contrôlées ce qui limite les cas d’usage (difficile en extérieur ou dans des pièces avec éclairage non contrôlé). Pour les caméras basse résolution, il y a une forte déviation dans le temps qui nécessite un recalibrage fréquent. Là encore, cette solution est idéale pour mesurer des déplacements mais pas pour déterminer une position avec précision. Une autre solution propose d’utiliser des capteurs tactiles matriciels capacitifs. Cette solution est majoritaire sur les écrans tactiles des téléphones et tablettes. Cependant, cette solution est calibrée sur les caractéristiques du corps humain et non des robots (ex : capacité induite des doigts) et Nécessite une surface conductrice avec un humain touchant l’objet en permanence (ex : technologies des stylets des écran tactiles). D’autres solutions à base de capteurs tactiles matriciels (infrarouge, résistif…) existent mais sont plus rares, et limitent les cas d’usage au matériel compatible. Également, on trouve des solutions à base de technologies sans fil type NFC, RFID. Ce type de solution limite les cas d’usage (car non compatible avec tablettes du marché). Pour les tags RFID placés en différents points d’une surface, celle-ci présente une résolution limitée, idéal pour robots dans un grand espace mais pas pour des petites surfaces. Il existe aussi des solutions à base d’accéléromètres qui proposent de mesurer l’accélération, orientation, inclinaison … via IMU. Au vu du coût des capteurs précis, cette solution est réservés aux applications spatiales et militaires (ex : missile, satellites …) . Enfin, le GPS, positionnement par satellite via envoi d’ondes électromagnétiques entre au moins 4 satellites en orbite et 1 récepteur GPS au sol. Pour un coût raisonnable la précision est de l’ordre d’1 mètre, ce qui n’est pas adapté pour mesurer des positions de robots en cm ou mm. La présente invention propose de pallier les inconvénients de ces techniques de positionnement, en proposant un positionnement du robot dans l’espace de manière abordable, précise, répétitive et économique sur des petites surfaces (tablettes, table). Plus précisément, la présente invention concerne une méthode de détermination en temps réel de coordonnées de dispositifs mécatroniques mobiles posés sur une surface matricielle chaque dispositif mécatronique comprenant au moins un capteur situé en regard de ladite surface matricielle et un au moins un transmetteur sans fil dont la durée de temps de vol d’une paquet (TOF) est connue, ladite surface matricielle comprenant une pluralité d’actionneurs lumineux pilotés par un contrôleur muni d’au moins un transmetteur sans fil capable de communiquer avec lesdits dispositifs mécatroniques durant l’exécution, par ladite surface matricielle, d’une application graphique. Selon une caractéristique de l’invention, ladite méthode est exécutée en utilisant une base de temps propre à ladite application graphique, seule ou en combinaison avec une base de temps propre audit dispositif mécatronique. En théorie, la présente invention peut fonctionner avec n'importe quel type de transmetteur sans fil (radiofréquence, infrarouge ...) entre le robot et le contrôleur de la surface matricielle. Mais il faut dans ce cas que le TOF de ces derniers soit constant et connu. Dans ce cas, un avantage de la présente invention est de pouvoir fonctionner uniquement avec le temps propre de l'application, et de s’affranchir ainsi d’une étape de détermination des horodatages dans le temps propre du robot (dans le cas où le TOF n’est pas constant) Selon un mode de réalisation de l’invention, ladite méthode comprend les étapes suivantes : - génération et propagation par ladite application graphique d’une tranche unitaire lumineuse par modification de l’état des actionneurs lumineux ; - mémorisation à chaque instant, par l’application graphique, de l’état courant de chaque actionneur lumineux de la tranche unitaire lumineuse ainsi que d’un horodatage (T1) associé ; - sur détection de ladite tranche unitaire lumineuse par ledit dispositif mécatronique, envoi par ledit dispositif mécatronique à l'application graphique d’une information indiquant le capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; - à réception par ladite application graphique de ladite information indiquant le capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse, déduction par l’application graphique d’un horodatage exact (T’1) de la détection de la tranche unitaire lumineuse par le capteur par soustraction audit horodatage (T1) de ladite durée de temps de vol d’un paquet (TOF) ; - déduction de la position exacte du dispositif mécatronique, par l’application graphique, connaissant la distribution des capteurs sur le dispositif mécatronique ; ledit capteur étant de type photoélectrique et ladite durée de temps de vol d’un paquet (TOF) étant supposée connue et de valeur constante dans le temps. En outre, la présente méthode comprend une étape de synchronisation des bases de temps propres à l’application et aux dispositifs mécatroniques. En effet, pour des technologies sans fil de type Bluetooth ou WI-FI®, l’invention propose de synchroniser les bases de temps des dispositif mécatroniques et de la surface lumineux, via par exemple mais non exclusivement, des flashs lumineux de lumière. Une telle synchronisation permet d’obtenir une méthode robuste insensible aux variations de durée de temps de vol d’un paquet comme discuté plus en détail ci-après dans la description. La présente invention concerne également un dispositif de positionnement de dispositifs mécatroniques mobiles sur une surface matricielle, chaque dispositif mécatronique comprenant au moins un capteur situé en regard de ladite surface matricielle et un au moins un transmetteur sans fil dont la durée de temps de vol d’une paquet (TOF) est connue, ladite surface matricielle comprenant une pluralité d’actionneurs lumineux pilotés par un contrôleur muni d’au moins un transmetteur sans fil capable de communiquer avec lesdits dispositifs mécatroniques durant l’exécution, par ladite surface matricielle, d’une application graphique, Plus précisément, le dispositif de positionnement comprend : des moyens de génération et de propagation par ladite application graphique d’une tranche unitaire lumineuse par modification de l’état des actionneurs lumineux ; des moyens de mémorisation à chaque instant, par l’application graphique, de l’état courant de chaque actionneurs lumineux de la tranche unitaire lumineuse ainsi que d’un horodatage (T1) associé, des moyens de détection de la dite tranche unitaire lumineuse par ledit dispositif mécatronique ; des moyens d’émission vers l'application graphique, par ledit dispositif mécatronique, d’une information indiquant le capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; des moyens de réception, par ladite application graphique, de ladite information indiquant le capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; des moyens de déduction, par l’application graphique, d’un horodatage exact (T’1) de la détection de la tranche unitaire lumineuse par le capteur par soustraction audit horodatage (T1) de ladite durée de temps de vol d’un paquet (TOF), cette durée étant supposée connue et de valeur constante dans le temps ; des moyens de déduction de la position exacte du dispositif mécatronique, par l’application graphique, connaissant la distribution des capteurs photoélectriques sur le dispositif mécatronique. Avantageusement, la surface matricielle ainsi que chaque dispositif mécatronique comprennent des moyens de synchronisation des bases de temps respectives. Avantageusement, les moyens de synchronisation des bases de temps respectives sont de type flash lumineux. En outre, les transmetteurs sans fil sont de type radiofréquence. Également, ledit au moins un capteur est de type photoélectrique, les capteurs photoélectriques étant de type photodiode ou phototransistor, ces capteurs ayant des temps de réponse de l’ordre inférieur à la microseconde. Avantageusement, les actionneurs lumineux de la surface matricielle sont de type LED. Il est à noter que les actionneurs de la surface matricielle peuvent être une autre technologie que des LEDs en lumière visible, pourvu que chaque point de la surface matricielle puisse changer d'état (au minium deux valeurs : haut et bas) Également, la surface matricielle appartient à la liste suivante : une tablette un écran avec contrôleur radiofréquence, de type WI-FI® ou Bluetooth à titre indicatif et non exclusif un tapis lumineux connecté. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif mécatronique mobile est un robot. Selon une variante, le dispositif mécatronique comprend deux capteurs photoélectriques et deux roues motrices, lesdits capteurs photoélectriques étant placés sur une surface du robot située en regard de ladite surface matricielle. Plus précisément, un premier capteur étant situé selon un point central du dispositif mécatronique et un second capteur situé à une extrémité du dispositif mécatronique, ou le premier et second capteurs sont positionnés de manière à maximiser la distance entre ces capteurs, ces deux capteurs étant alignés et dont le point milieu du segment reliant ces deux capteurs correspond au point central du dispositif mécatronique Pour éviter tout doute, toutes les caractéristiques décrites ici s'appliquent également à tout aspect de l'invention. Dans le cadre de la présente demande, il est expressément prévu que les divers aspects, modes de réalisation, exemples et alternatives exposés dans les paragraphes précédents, dans les revendications et/ou dans la description et les dessins suivants, et en particulier les caractéristiques individuelles de ceux-ci, peuvent être pris indépendamment ou dans n'importe quelle combinaison. En d'autres termes, tous les modes de réalisation et/ou les caractéristiques de tout mode de réalisation peuvent être combinés de n'importe quelle manière, à moins que ces caractéristiques ne soient incompatibles. Pour éviter toute ambiguïté, les termes "peut", "et/ou", "par exemple", "par exemple" et tout autre terme similaire utilisés dans le présent document doivent être interprétés comme non limitatifs, de sorte que toute caractéristique ainsi décrite ne doit pas nécessairement être présente. En effet, toute combinaison de caractéristiques optionnelles est expressément envisagée sans s'écarter de la portée de l'invention, que celles-ci soient ou non expressément revendiquées. Le demandeur se réserve le droit de modifier toute revendication déposée à l'origine ou de déposer toute nouvelle revendication en conséquence, y compris le droit de modifier toute revendication déposée à l'origine pour qu'elle dépende de et/ou incorpore toute caractéristique de toute autre revendication bien qu'elle ne soit pas revendiquée à l'origine de cette manière. Présentation des figures Des modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits à titre d'exemple uniquement en référence aux dessins des figures 1 à 3 : la illustre schématiquement le dispositif de positionnement de dispositifs mécatroniques mobiles sur une surface matricielle ; la illustre une architecture matricielle du dispositif de positionnement de dispositifs mécatroniques mobiles sur une surface matricielle ; la illustre un schéma temporel pour la synchronisation de horodatages de l’application et des dispositifs mécatroniques Méthode de détermination en temps réel de coordonnées de dispositifs mécatroniques mobiles posés sur une surface matricielle, chaque dispositif mécatronique comprenant au moins un capteur situé en regard de ladite surface matricielle et un au moins un transmetteur sans fil dont la durée de temps de vol d’une paquet est connue, ladite surface matricielle comprenant une pluralité d’actionneurs lumineux pilotés par un contrôleur muni d’au moins un transmetteur sans fil capable de communiquer avec lesdits dispositifs mécatroniques durant l’exécution, par ladite surface matricielle, d’une application graphique, caractérisée en ce que ladite méthode est exécutée en utilisant une base de temps propre à ladite application graphique, seule ou en combinaison avec une base de temps propre audit dispositif mécatronique. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite méthode comprend les étapes suivantes : - génération et propagation par ladite application graphique d’une tranche unitaire lumineuse par modification de l’état des actionneurs lumineux ; - mémorisation à chaque instant, par l’application graphique, de l’état courant de chaque actionneurs lumineux de la tranche unitaire lumineuse ainsi que d’un horodatage associé ; - sur détection de la dite tranche unitaire lumineuse par ledit dispositif mécatronique, envoi par ledit dispositif mécatronique à l'application graphique d’une information indiquant ledit au moins capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; - à réception par ladite application graphique de ladite information indiquant ledit au moins un capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse, déduction par l’application graphique d’un horodatage exact de la détection de la tranche unitaire lumineuse par ledit au moins un capteur par soustraction audit horodatage de ladite durée de temps de vol d’un paquet ; - déduction de la position exacte du dispositif mécatronique, par l’application graphique, connaissant la distribution dudit au moins un capteur sur le dispositif mécatronique ; ledit au moins un capteur étant de type photoélectrique et ladite durée de temps de vol d’un paquet étant supposée connue et de valeur constante dans le temps. Méthode selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’elle comprend en outre une étape de synchronisation des bases de temps propres à l’application et aux dispositifs mécatroniques. Dispositif de positionnement de dispositifs mécatroniques mobiles sur une surface matricielle, chaque dispositif mécatronique comprenant au moins un capteur situé en regard de ladite surface matricielle et un au moins un transmetteur sans fil dont la durée de temps de vol d’une paquet (TOF) est connue, ladite surface matricielle comprenant une pluralité d’actionneurs lumineux pilotés par un contrôleur muni d’au moins un transmetteur sans fil capable de communiquer avec lesdits dispositifs mécatroniques durant l’exécution, par ladite surface matricielle, d’une application graphique, caractérisée en ce que ledit dispositif de positionnement comprend : des moyens de génération et de propagation par ladite application graphique d’une tranche unitaire lumineuse par modification de l’état des actionneurs lumineux ; des moyens de mémorisation à chaque instant, par l’application graphique, de l’état courant de chaque actionneurs lumineux de la tranche unitaire lumineuse ainsi que d’un horodatage associé, des moyens de détection de la dite tranche unitaire lumineuse par ledit dispositif mécatronique ; des moyens d’émission vers l'application graphique, par ledit dispositif mécatronique, d’une information indiquant ledit au moins un capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; des moyens de réception, par ladite application graphique, de ladite information indiquant ledit au moins un capteur qui a détecté ladite tranche unitaire lumineuse ; des moyens de déduction, par l’application graphique, d’un horodatage exact de la détection de la tranche unitaire lumineuse par ledit au moins capteur par soustraction audit horodatage de ladite durée de temps de vol d’un paquet, cette durée étant supposée connue et de valeur constante dans le temps ; des moyens de déduction de la position exacte du dispositif mécatronique, par l’application graphique, connaissant la distribution dudit au moins un capteur sur le dispositif mécatronique ; une première base de temps propre à ladite application graphique ; une seconde base de temps propre audit dispositif mécatronique. Dispositif de positionnement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface matricielle et chaque dispositif mécatronique comprennent en outre des moyens de synchronisation des première et seconde base de temps propre. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation des première et seconde bases de temps propres sont de type flash lumineux. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les transmetteurs sans fil sont de type radiofréquence. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que ledit au moins un capteur est de type photoélectrique. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit au moins un capteur photoélectrique est de type photodiode ou de type phototransistor, ces capteurs ayant des temps de réponse de l’ordre inférieur à la microseconde. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que les actionneurs lumineux de la surface matricielle sont de type LED. Dispositif selon l’une quelconque des revendication 4 à 10, caractérisé en ce que la surface matricielle appartient à la liste suivante : une tablette un écran avec contrôleur radiofréquence un tapis lumineux connecté. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que le dispositif mécatronique comprend deux capteurs et deux roues motrices, lesdits capteurs étant placés sur une surface du robot située en regard de ladite surface matricielle, le placement des deux capteurs étant relatif à un point central du dispositif mécatronique. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que un premier capteur est situé selon un point central du dispositif mécatronique et un second capteur situé à une extrémité du dispositif mécatronique. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que un premier et un second capteur sont positionnés de manière à maximiser la distance entre-eux, ces deux capteurs étant alignés et dont le point milieu du segment reliant ces deux capteurs correspond au point central du dispositif mécatronique Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que le dispositif mécatronique mobile est un robot