Brevet FR3145416A1 — publié le 20240802

La présente invention a pour objet un engin du type multi-rotors dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et comportant un module de commande embarqué et amovible, regroupant: - un ensemble de capteurs (CAPT) permettant de détecter des obstacles à 360° dans le plan horizontal ainsi que selon la direction verticale, et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité (DATMCU) de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs (CAPT), - une unité de commande (ECU) apte à générer de manière autonome et délivrer des commandes de vol pour l’ensemble (ESC) des interfaces de puissances en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement (DATMCU). L’invention est appliquée à un procédé d’inspection d’une surface verticale plane. Figure 1 ENGIN DU TYPE MULTI-ROTORS ET PROCEDE D’INSPECTION D’UNE SURFACE VERTICALE AU MOYEN D’UN TEL ENGIN La présente invention concerne le domaine des giravions sans pilotes, également désignés par le terme « drones » et vise plus particulièrement un engin du type multi-rotors apte à exécuter de manière autonome et par auto-apprentissage, une trajectoire. La présente invention trouve son application plus particulièrement dans un procédé d’inspection d’une surface sensiblement verticale. Etat de l’art Les engins du type multi-rotors comprennent généralement une plateforme à laquelle est fixée une pluralité de voilures tournantes entraînées en rotation chacune par un rotor alimenté par une batterie. Le groupe motopropulseur, ainsi constitué est piloté par un contrôleur de vol permettant à un opérateur de commander l'engin au moyen d’une télécommande manuelle. Une liaison de données, également désignée en anglais par datalink, permet des échanges d’informations et d’instructions entre l’opérateur et l’engin. Ces drones sont généralement équipés d'un système de géolocalisation, tel qu'un GPS, et d'une caméra embarquée. L'opérateur peut ainsi recevoir via la liaison de données des informations de positionnement géographique et des données représentatives d'images prises par la caméra. L’opérateur peut alors en retour envoyer des instructions de vol. Les drones de petite taille peuvent ainsi être commandés aisément par l'opérateur, tant que le drone reste dans son champ de vision. Toutefois, la tâche se complique lorsque le pilotage par l’opérateur s’effectue hors du champ de vision. Il est alors nécessaire que l'opérateur s'appuie sur le positionnement géographique du drone corrélé avec une cartographie détaillée. En d’autres termes, le pilotage d’un drone hors champ de vision implique d’une part d’être dans une zone cartographiée (donc déjà parfaitement connue) et d’autre part d’être dans une zone dans laquelle la géolocalisation est possible (c’est-à-dire accessible aux signaux GPS ou bien à la 4G/5G). En d’autres termes encore, le pilotage d’un drone hors champ de vision nécessite de concevoir et d’exécuter des plans de vol élaborés, ce qui représente des travaux préparatoires considérables, très coûteux. La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un engin du type multi-rotors (désigné également par le terme de drone dans la présente invention) dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et apte à générer de manière autonome des commandes de vol pour définir et exécuter par auto-apprentissage une trajectoire pour inspecter une surface, comportant une stratégie d’évitement d’obstacles et s’adaptant aux dimensions de ladite surface. Ainsi, un tel engin trouve son application en particulier dans l’inspection d’une surface verticale. Plus précisément, l’invention a pour objet un engin du type multi-rotors doté d’un châssis, d’un contrôleur de vol et d’un groupe motopropulseur, ledit groupe motopropulseur comprenant un système de batterie, un ensemble d’interfaces de puissances, une pluralité de moteurs électriques, une pluralité de voilures tournantes de type « hélice » associées chacune à un moteur dédié, la pluralité de moteurs étant commandée par l’ensemble d’interfaces de puissances, caractérisé en ce que l’engin du type multi-rotors est dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et comporte un module de commande embarqué, amovible et regroupant principalement dans un boîtier fixé au châssis : - un ensemble de capteurs permettant de détecter des obstacles à 360° dans le plan horizontal ainsi que selon la direction verticale, et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs, - une unité de commande apte à générer de manière autonome et délivrer des commandes de vol au contrôleur de vol en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après. Selon certaines caractéristiques, l’ensemble de capteurs comprend un capteur Lidar utilisé pour détecter des obstacles dans le plan horizontal, définir l’orientation de l’engin par rapport à un objet et repositionner l’engin à distance d’un objet. Selon d’autres caractéristiques, l’ensemble de capteurs comprend une centrale inertielle pour mesurer les déplacements de l’engin. Selon d’autres caractéristiques encore, l’engin comprend deux capteurs ultrasons, placés respectivement sur et sous l’engin pour la détection d’obstacle selon l’axe vertical. Selon d’autres caractéristiques encore, l’ensemble de capteurs comprend des sondes Pitot pour effectuer la mesure de déplacement selon un axe défini. Selon une configuration particulière, l’engin du type multi-rotors comporte quatre hélices. De manière avantageuse, l’engin du type multi-rotors comporte un récepteur de fréquences radio permettant d’asservir l’unité de commande à une télécommande manuelle. De manière également avantageuse, l’engin du type multi-rotors comporte un appareil de prise de vues comme, par exemple, une caméra d’inspection. L’invention a également pour objet un procédé d’inspection d’une surface sensiblement plane et sensiblement verticale s’étendant dans un plan (x, z), par un engin du type multi-rotors doté d’un châssis, d’un contrôleur de vol et d’un groupe motopropulseur, ledit groupe motopropulseur comprenant un système de batterie, un ensemble d’interfaces de puissances, une pluralité de moteurs électriques, une pluralité de voilures tournantes de type « hélice » associées chacune à un moteur dédié, la pluralité de moteurs étant commandée par l’ensemble d’interfaces de puissances, l’engin du type multi-rotors étant dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et comportant un module de commande embarqué, amovible et regroupant principalement dans un boîtier: - un ensemble de capteurs permettant de détecter des obstacles à 360° dans le plan horizontal ainsi que selon la direction verticale, et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs, - une unité de commande apte à générer et délivrer des commandes de vol pour l’ensemble des interfaces de puissances en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement, - un appareil de prise de vues comme, par exemple, une caméra d’inspection, caractérisé en ce que le module de commande embarqué procède aux étapes listées ci-après, après avoir procédé à l’étape de positionnement initial P0, - une étape E_INITxyz d’initialisation des coordonnées x, y, z et de positionnement selon une orientation angulaire de référence a0 face à la surface et à une distance dy0 prédéterminée par rapport à la surface, - une étape E_DETECTxyz de détection d’obstacles selon trois axes (x), (y) et (z), l’axe (x) définissant une direction principale et l’axe (y) définissant une direction secondaire, - une étape E_AVOID dans le cas d’obstacles détectés, sinon une étape E_RUNx de déplacement selon la direction principale définie par l’axe (x) sur une distance dx0 prédéterminée, - une étape E_ADJUSTa de repositionnement angulaire de référence a0 face à la surface, - une étape E_ADJUSTd de repositionnement à la distance dy0 prédéterminée par rapport à la surface, - une étape E_CAM de prise de vue au moyen d’un appareil de prise de vues comme, par exemple, une caméra d’inspection, - une étape E_TESTENDx pour savoir si la limite selon la direction principale définie par l’axe (x) de la surface est atteinte, avec un retour à l’étape E_DETECTxyz si ce n’est pas le cas, et dans l’affirmative : - une étape E_TESTENDz pour savoir si la limite selon la direction secondaire définie par l’axe (z) de la surface est atteinte, avec dans l’affirmative l’arrêt END du procédé d’inspection, sinon : - une étape E_RUNz de déplacement vers le bas selon la direction secondaire définie par l’axe (z) sur une distance dz0 prédéterminée puis un retour à l’étape E_DETECTxyz, l’état E_TESTENDx = VRAI induisant un changement de sens de déplacement selon la direction principale définie par l’axe (x) pour l’étape E_RUNx suivante. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après. Selon certaines caractéristiques, l’étape E_AVOID est réalisé par un capteur Lidar utilisé pour détecter des obstacles dans le plan horizontal et par deux capteurs ultrasons, placés respectivement sur et sous l’engin pour la détection d’obstacle selon l’axe vertical. Selon d’autres caractéristiques, l’étape E_AVOID consiste en l’étape E_RUNz vers le bas (respectivement vers le haut) suivie de l’étape E_RUNx suivie de l’étape E_RUNz vers le haut (respectivement vers le bas). Selon d’autres caractéristiques encore, l’étape E_TESTENDx détecte la limite selon la direction principale définie par l’axe (x) de la surface à inspecter avec l’équation [MATH1] : D étant la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, étant le champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan horizontal dy0 étant la distance de l’engin par rapport à la surface à inspecter. Selon d’autres caractéristiques encore, l’étape E_TESTENDz détecte la limite selon la direction secondaire définie par l’axe (z) de la surface à inspecter selon l’équation [MATH2] : h étant la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, étant le champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan vertical dy0 étant la distance de l’engin par rapport à la surface à inspecter. De préférence, l’unité de commande communique avec le contrôleur de vol selon un protocole S.BUS, PPM ou bien PWM. D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : Cette figure représente un schéma de l’engin du type multi-rotors selon un mode de réalisation. Cette figure représente le principe algorithmique du procédé d’inspection selon un mode de réalisation de l’invention. Cette figure représente un exemple de trajectoire élaborée de manière autonome et par auto-apprentissage par un engin du type multi-rotors selon l’invention. Cette figure représente une vue schématique du positionnement angulaire et à distance de l’engin du type multi-rotors selon l’invention. Cette figure représente une vue schématique de la détection d’obstacle de l’engin du type multi-rotors selon l’invention. Cette figure représente une vue schématique de la détection de la fin de la surface à inspecter selon la direction principale définie par l’axe latéral (x) selon l’invention. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourrait notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'information de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'information de la technique antérieure. A des fins de concision et de clarté, les éléments portent les mêmes références sur les différentes figures. La représente un engin du type multi-rotors conforme à l’invention. Cet engin est doté d’un châssis FRAM qui constitue une plateforme sur laquelle est fixée notamment un groupe motopropulseur GMP. Ce groupe motopropulseur comprend un système de batterie BATT, un ensemble ESC d’interfaces de puissances, une pluralité de moteurs électriques ROT, une pluralité de voilures tournantes de type « hélice » associées chacune à un moteur dédié. L’engin peut comprendre par exemple un ensemble de quatre hélices de sorte que l’engin constitue un quadri-rotor. La pluralité de moteurs est commandée par l’ensemble d’interfaces de puissances ESC. L’engin du type multi-rotors est équipé d’un contrôleur de vol CTRLV qui pilote l’ensemble ESC d’interfaces de puissances en fonction des commandes qu’il reçoit. L’engin du type multi-rotors est dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation, en ce sens qu’il ne comporte aucun récepteur de signaux de type GPS, 4G/5G, ou bien de signaux qui seraient émis par des balises disposées à proximité de sa trajectoire. L’engin comporte en revanche un module de commande dont la plupart des composants sont contenus dans un boîtier CART (faisant parti de l’engin) qui est fixé (et donc embarqué) sur le châssis FRAM de manière amovible, par exemple par des vis ou équivalent. Ainsi, le module de commande peut être monté facilement sur tout type de drone et peut être démonté aisément pour des opérations de maintenance ou bien d’adaptation de trajectoires. Le boîtier CART est constitué de préférence d’un matériau robuste et transparent, le caractère « robuste » étant recommandé pour protéger son contenu des intempéries et des phases d’atterrissage, tandis que le caractère « transparent » est requis pour permettre le fonctionnement de certains capteurs comme les Lidars. Le boîtier CART pourra être conçu en plexiglas par exemple. Le module de commande contenu dans le boîtier CART regroupe : - un ensemble de capteurs CAPT permettant de détecter des obstacles à 360° dans le plan horizontal ainsi que selon la direction verticale, et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité DATMCU de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs CAPT, - une unité de commande ECU apte à générer de manière autonome et délivrer des commandes de vol pour l’ensemble ESC des interfaces de puissances en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement DATMCU. Selon un mode de réalisation préféré du module de commande représenté en , l’ensemble de capteurs CAPT comprend : - un capteur Lidar SLID utilisé pour détecter des obstacles dans le plan horizontal, définir l’orientation de l’engin par rapport à un objet et repositionner l’engin à distance d’un objet tel qu’une surface, - une centrale inertielle IMU pour mesurer les déplacements de l’engin, - des sondes Pitot SPIT pour effectuer la mesure de déplacement selon un axe défini. L’engin comporte aussi deux capteurs ultrasons SUP, SDW, placés respectivement sur et sous l’engin (et donc en dehors du boîtier CART) pour la détection d’obstacle selon l’axe vertical. L’engin comporte en outre un appareil de prise de vues embarqué et un récepteur de fréquences radio RF permettant d’asservir l’unité de commande ECU (c’est-à-dire permettant à un opérateur de prendre le contrôle de l’engin au moyen d’une télécommande). L’engin ainsi équipé permet d’inspecter des surfaces localement planes selon les directions principale (x) et secondaire (z), telles que des barrages hydrauliques ou bien les silos à grains, selon un exemple de trajectoire élaborée de manière autonome et par auto-apprentissage présenté en . Par rapport à la taille du drone, le rayon de courbure du barrage est très grand (en hauteur et en largeur), ce qui fait que le barrage est considéré comme plan et vertical localement. De ce fait, la surface à inspecter est définie comme une surface sensiblement plane et sensiblement verticale. L’inspection d’ouvrages d’art et en particulier de barrages hydroélectriques implique que le drone balaie l’intégralité de la surface S du barrage pour prendre des photos. Celles-ci doivent être prises en respectant une perpendicularité du drone par rapport à la surface ainsi qu’une distance de consigne fixe par rapport à la surface. Cela permet ensuite d’assembler les clichés pour les analyser. Si des photos ne respectent pas ces contraintes, une seconde prise de photos de l’ensemble de la surface inspectée doit être réalisée, entrainant une perte de temps et augmentant ainsi les coûts. Ce type d’opération peut alors nécessiter deux à trois jours selon la taille de l’ouvrage. De plus, lorsque le pilotage du drone est assuré par un opérateur, ce dernier n'a pas toujours une bonne vision des obstacles que le drone peut rencontrer, et, dans certains cas, il peut même le perdre de vue. En cas de nécessité, l’opérateur peut reprendre la main sur le contrôle de la trajectoire au moyen d’une télécommande dont les fréquences radio RF sont traitées de manière prioritaire par le module de commande. Selon le mode de réalisation préféré exposé ci-avant, le module de commande mesure des déplacements selon les trois axes au moyen de plusieurs capteurs. Le Lidar SLID permet d’évaluer avec une grande précision les déplacements face à la paroi selon l’axe (y), la centrale inertielle IMU, ceux en altitude selon la direction secondaire définie par l’axe (z) avec une précision moyenne de 50 cm et les sondes Pitot SPIT, les déplacements sur la direction principale définie par l’axe (x) parallèle à la paroi. L’orientation du drone par rapport à la surface à inspecter est réalisée via le Lidar SLID pour effectuer des mesures relatives et non cumulées. Ce même Lidar est utilisé pour la détection d’obstacles dans le plan horizontal (x, y). Cette fonctionnalité est construite en divisant le plan horizontal en quatre zones (avant, droite, arrière, gauche) et elle renvoie, pour chacune de ces zones, la distance et l’angle de l’obstacle le plus proche. Cette architecture limite ainsi le nombre d’informations à gérer par l’unité DATMCU de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs CAPT, lui permettant ainsi d’être plus réactive. Le module de commande est de plus capable de détecter la fin de la surface S à inspecter latéralement et verticalement. Le module de commande permet de plus de contourner les obstacles de manière autonome et poursuivre l’inspection de la surface. Le module de commande se substitue en fait à la télécommande dans la mesure où son unité de commande ECU émet des consignes d’orientation et de puissance moteur, qui sont reçues par le contrôleur de vol CTRLV qui instruit à son tour l’ensemble ESC des interfaces de puissances. Pour l’orientation du drone perpendiculairement à la surface à inspecter et tel que représenté en , le principe retenu est de mesurer les distances d1 et d2 via deux capteurs de distance. Ceux-ci forment un angle a0, connu et réglé d’origine. D = dy0 est la distance de consigne entre le drone et la surface à inspecter. La perpendicularité est obtenue en agissant sur la commande en lacet jusqu’à obtenir d1 = d2. Une fois le drone positionné de manière perpendiculaire à la surface S, la distance D=dy0 est ajustée en agissant sur la commande de tangage. Elle est calculée selon les équations ci-après : Par rapport à la taille du drone, le rayon de courbure du barrage est très grand (en hauteur et en largeur), ce qui fait que le barrage est considéré comme plan localement. De ce fait, la surface à inspecter est définie comme une surface sensiblement plane et sensiblement verticale. Le capteur de distance est de préférence un Lidar Light. Il émet une onde lumineuse via un faisceau de lumière cohérente qui est réfléchie par un obstacle. Cette onde réfléchie est enregistrée par un photo-détecteur. La distance parcourue est déduite en utilisant les propriétés de ce faisceau lumineux. Il existe deux méthodes pour mesurer la distance avec un laser : la mesure de phase et le temps de vol (temps mis par les impulsions lumineuses pour atteindre l’obstacle et revenir). Le lidar Light utilise ces deux méthodes simultanément. Pour mesurer le déplacement du module et donc du drone, une centrale inertielle IMU est utilisée. Elle comporte au minimum six capteurs métrologiques, soit trois accéléromètres pour mesurer les trois composantes du vecteur « force spécifique » et trois gyromètres pour mesurer les trois composantes du vecteur « vitesse angulaire » (roulis, tangage, lacet). La centrale inertielle IMU est équipée d’un calculateur qui intègre en temps réel les données perçues par les capteurs métrologiques. Pour améliorer la précision de la centrale inertielle, un altimètre barométrique ainsi qu’un magnétomètre trois axes peuvent être ajoutés. L’utilisation du magnétomètre agit comme une boussole et permet de corriger les erreurs des capteurs métrologiques tout en améliorant la stabilité du système. L’altimètre quant à lui est utilisé pour mesurer l’altitude. La mesure d’une différence de pression atmosphérique entre une pression de départ et une pression donnée à un instant t apporte l’information souhaitée sur l’altitude. Les travaux sur la centrale inertielle ont permis d’établir que l'utilisation d'accéléromètres seuls n'est pas une solution viable. En effet, déterminer une distance à partir des mesures des accéléromètres requiert une double intégration. De plus, les accéléromètres dérivent dans le temps, ce qui amplifie l'erreur déjà induite par la double intégration. Aussi, la mesure des déplacements selon les trois axes est réalisée via différents capteurs. Le Lidar SLID permet d’évaluer avec une grande précision les déplacements face à la surface S selon l’axe (y). Etant donné que l’engin doit rester face à la surface avec une distance constante dy0 de consigne, son déplacement selon l’axe (y) doit être mesuré. En fonction du profil de la paroi, le drone peut être amené à se repositionner. Le déplacement nécessaire est déterminé en comparant les distances du drone par rapport à la paroi avant et après un déplacement latéral. Ainsi l'équation [MATH 5] permet de calculer la position du drone selon l'axe y. La variable dy0 est la distance de consigne fixée par l’utilisateur. La variable Di est la distance mesurée par le Lidar. Enfin la variable position y-1 est la position à l’état précédent. La valeur obtenue est une distance par rapport au point initial. L’erreur acceptable est de 1% de la valeur maximale mesurable soit 6 cm. Ainsi, le drone est correctement positionné face à la paroi s’il est à la distance de référence plus ou moins 6 cm. Le baromètre SBAR de la centrale inertielle IMU mesure les déplacements verticaux avec une précision moyenne de 50 cm. L'utilisation du baromètre-thermomètre BMP 180 permet de déterminer l'altitude du drone en valeur absolue. Avec les informations de température et de pression, l'altitude peut être calculée avec l’équation [MATH 6] : Avec les valeurs de pression en hPa, l'altitude en m et la température en K. La pression atmosphérique diminue lorsque l'altitude augmente et inversement. Par ailleurs les déplacements sont considérés comme suffisamment rapides pour qu’une variation de température n’ait pas lieu. Ainsi, la température est considérée comme constante lors des déplacements. Les sondes Pitot mesurent les déplacements dans un plan parallèle à la paroi. Il s’agit de deux capteurs Sensirion SDP800 pouvant mesurer une différence de pression différentielle de 0,2 Pa à 500 Pa. La conversion de la pression différentielle en vitesse instantanée est définie par la formule [MATH 7] : avec : La valeur de vitesse obtenue est exprimée en m/s. Le paramètre ρair est la masse volumique de l’air. Sa valeur varie en fonction de la température. Un capteur de température étant présent sur les capteurs Pitot, il est possible de réajuster la valeur de la masse volumique de l’air en temps réel. Ainsi, une variation de 0,2 Pa correspond à une vitesse instantanée de 2 km/h et une variation de 500 Pa correspond à une vitesse instantanée de 102 km/h. Ce capteur est donc adapté au drone car il permet de mesurer des faibles variations de pression (le drone se déplace à une vitesse de quelques km/h). Ainsi, il est nécessaire d’utiliser deux capteurs, un pour le sens positif et un autre pour le sens négatif (avancer, reculer). Lorsqu’un déplacement est réalisé (sens positif ou négatif), les deux sondes mesurent une pression différentielle causée par le flux d’air. Il faut ainsi sélectionner la sonde Pitot SPIT avant lorsqu’un déplacement dans le sens positif est réalisé et inversement. Pour cela, il suffit de comparer les pressions différentielles avant et arrière. En effet lorsqu’un mouvement est effectué dans le sens positif, la pression différentielle mesurée sur la sonde avant est plus importante que celle de la sonde SPIT arrière et inversement. Cela permet d’évaluer plus précisément le déplacement effectué. Les deux capteurs admettent du bruit qu’il faut également filtrer avant intégration. De plus, la fonctionnalité d’orientation du drone perpendiculairement à la surface à inspecter utilise également le Lidar pour effectuer des mesures relatives et non cumulées afin de ne pas introduire la dérive au cours du temps, induite par les gyroscopes de la centrale inertielle. Le Lidar mesurant des distances pour chaque angle donné (0 à 360 degrés), il est ainsi possible d’évaluer les mouvements de rotation. Pour cela, un cône de 60 degrés est défini sur l’avant du Lidar. Cette largeur de cône est suffisante car le Lidar effectue des faibles rotations durant l’inspection de la structure. Elle peut toutefois être modifiée par l’utilisateur en cas de rotations plus importantes. Pour calculer l’angle de rotation effectué par le drone, il suffit de calculer les distances minimales des zones droite et gauche à l’aide du Lidar qui renvoie aussi l’angle correspondant. Il est ensuite nécessaire de savoir dans quel sens la rotation a eu lieu. Pour cela, il faut comparer la distance minimale de la zone gauche avec celle de la zone droite. Si la distance minimale de la zone gauche est inférieure à celle de la zone droite, cela veut dire qu’il y a eu rotation dans le sens horaire, et inversement. Pour la zone gauche, le Lidar renvoie des angles compris entre 330 et 359 degrés. Pour la zone droite, il renvoie des angles compris entre 0 et 30 degrés. Il est donc nécessaire d’effectuer une conversion pour que l’angle renvoyé soit positif lorsque le drone effectue une rotation dans le sens horaire et négatif lorsqu’il effectue une rotation dans le sens trigonométrique. L’erreur acceptable pour l’orientation du drone est de 10 degrés. L’équation [MATH 7] définit le calcul de l’angle de rotation à partir des données renvoyées par le Lidar. Distance minimale en zone gauche : Distance minimale en zone droite : La variable angle initial correspond à l’orientation initiale du drone par rapport à la paroi. En effet, il est possible que le drone ne soit pas parfaitement perpendiculaire à la paroi. Il est donc nécessaire de retrancher cet angle à chaque mesure d’orientation pour déterminer la rotation réelle du drone. Ainsi, les valeurs d’angle obtenues pour déterminer l’orientation du drone sont comprises entre -30° et 30°. La détection d’obstacles sur le plan horizontal est effectuée par le capteur Lidar. Un objet est considéré comme un obstacle s'il se trouve à moins d'un mètre du drone. Cette fonctionnalité est construite en divisant le plan horizontal en quatre zones (avant, droite, arrière, gauche), comme illustré par la . La zone avant est de taille variable. Elle est définie en fonction de la distance de référence dy0 (en cm) fixée par l'utilisateur par rapport à la surface par l’équation [MATH 8] : La distance maximale mesurable par le Lidar utilisé est de 600 cm. La zone arrière est considérée comme fixe d'une valeur d'angle de 90°. Les zones gauche et droite sont donc variables selon l'expression donnée dans l'équation [MATH 9] : Cette fonction renvoie, pour chacune de ces zones, la distance et l’angle de l’obstacle le plus proche. Cette architecture limite ainsi le nombre d’informations à gérer par le microcontrôleur, lui permettant d’être plus réactif. Le drone effectue des déplacements séquentiels ayant pour but de prendre des photographies avec le même angle de prise de vue durant l’inspection. La représente un algorithme de déplacement selon l’invention qui permet au module de commande de l’engin d’élaborer une trajectoire autonome et par auto-apprentissage. L’engin exécute donc l’ensemble des étapes, après avoir procédé à l’étape de positionnement initial P0, qui peut être situé en haut de la surface à inspecter, par exemple en haut à droite ou bien en haut à gauche. Ces étapes consistent successivement en : - une étape E_INITxyz d’initialisation des coordonnées x, y, z et de positionnement selon une orientation angulaire de référence a0 face à la surface S et à une distance dy0 prédéterminée par rapport à la surface S, - une étape E_DETECTxyz de détection d’obstacles selon les trois axes (x), (y) et (z), - une étape E_AVOID dans le cas d’obstacles détectés, sinon une étape E_RUNx de déplacement selon la direction principale définie par l’axe (x) sur une distance dx0 prédéterminée, - une étape E_ADJUSTa de repositionnement angulaire de référence a0 face à la surface, - une étape E_ADJUSTd de repositionnement à la distance dy0 prédéterminée (de consigne) par rapport à la surface S, - une étape E_CAM de prise de vue au moyen de l’appareil de prise de vues, - une étape E_TESTENDx pour savoir si la limite selon la direction principale définie par l’axe (x) de la surface est atteinte, avec un retour à l’étape E_DETECTxyz si ce n’est pas le cas, et dans l’affirmative : - une étape E_TESTENDz pour savoir si la limite selon la direction secondaire définie par l’axe (z) de la surface est atteinte, avec dans l’affirmative l’arrêt END du processus, sinon : - une étape E_RUNz de déplacement vers le bas selon la direction secondaire définie par l’axe (z) sur une distance dz0 prédéterminée puis un retour à l’étape E_DETECTxyz. Tel que représenté en , on voit que la trajectoire de l’engin est basée sur une trajectoire en zigzag. Par conséquent, à partir de sa position initiale P0 définie en haut à gauche, le drone se déplace vers la droite (étape E_RUNx) tant qu’il ne rencontre pas d’obstacle ou une frontière (E_DETECTxyz). Lorsqu’il arrive à la frontière droite du barrage, il descend et change de sens afin de parcourir une nouvelle ligne. La fonction d’évitement (étape E_AVOID) est exécutée lorsqu’un obstacle est détecté. Elle permet de contourner celui-ci jusqu’à ce que le drone se replace sur sa ligne précédente. Lorsque le drone a parcouru l’intégralité de la paroi, E_TESTENDz = VRAI, c’est-à-dire qu’il a atteint la position END, le procédé d’inspection est donc terminé. Lorsque qu’un obstacle est détecté à la ligne i et à la colonne j, il est contourné en restant dans le même plan vertical, en montant ou en descendant, sauf s’il est bloqué par un autre obstacle. Arbitrairement, la priorité est donnée au contournement par le bas. En cas d’obstacle vers le bas ou bien vers le haut, le contournement s’effectue par la gauche en priorité ou par la droite le cas échéant. Après le passage à la ligne i+1, la fonction d’évitement vérifie s’il y a un obstacle dans la colonne j+1 ou j-1 selon le sens de déplacement (droite ou gauche). Dans la négative, le drone se déplace jusqu’à ce qu’il n’y a plus d’obstacle sur la ligne i. Dans l’affirmative, le drone descend encore d’une ligne jusqu’à ce qu’un déplacement latéral soit possible. Ainsi, la fonction d’évitement compte le nombre de lignes et de colonnes que le drone a parcouru depuis la détection de l’obstacle afin de revenir à la ligne i, en cours d’inspection, et à la colonne la plus proche de la colonne j et sur laquelle il n’y a plus d’obstacle. En résumé, l’étape E_AVOID sur la direction principale définie par l’axe (x) consiste en l’étape E_RUNz vers le bas (respectivement vers le haut) suivie de l’étape E_RUNx suivie de l’étape E_RUNz vers le haut (respectivement vers le bas). Le contournement par le haut est inclus dans la fonction d’évitement avec une même logique. La fin de l’ouvrage en latéral selon la direction principale définie par l’axe (x), représentée en , est détectée lorsqu’un obstacle occupe l’intégralité d’une des zones latérales avec une distance inférieure à 75% de la moitié de la valeur de distance de déplacement latéral. Cette distance est calculée en fonction du champ de vision de l’appareil de prise de vues utilisé, ce qui permet de couvrir le côté de l’ouvrage avec une marge de sécurité de 25%. L’obstacle est donc considéré suffisamment gros pour être infini et donc signifie la fin de l’ouvrage. La distance de consigne dy0 par rapport à la paroi et le type d’appareil de prise de vues utilisé pouvant varier, la distance de détection de fin d’ouvrage varie en fonction de ces deux paramètres. L’équation [MATH 1] donne la distance D en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée : D : la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, : champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan horizontal dy0 : distance de l’engin par rapport à la surface S Pour détecter la fin de l’ouvrage en altitude, le capteur utilisé est un capteur à ultrasons. Lors du parcours latéral de la paroi, le module effectue une détection d’obstacles en dessous du drone. La distance de consigne par rapport à la paroi et le type d’appareil de prise de vues utilisé pouvant varier, la distance de détection de fin d’ouvrage varie en fonction de ces deux paramètres. L’équation [MATH 2] donne la distance ℎ en dessous de laquelle la fin d’ouvrage sera détectée : h : la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, : champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan vertical dy0 : distance de l’engin par rapport à la surface S. L’engin peut aussi contourner les obstacles de manière automatique et poursuivre l’inspection de la structure selon une logique similaire avec un contournement latéral. Lors des déplacements latéraux, le drone peut être amené à contourner des obstacles afin de poursuivre l’inspection de l’ouvrage. Pour cela, deux schémas de contournement sont définis en fonction du sens de déplacement du drone. Pour contourner l’obstacle, le drone effectuera tout d’abord un déplacement vers l’arrière, puis latéralement (selon le sens de déplacement) et enfin un déplacement vers l’avant. Lorsque le drone détecte la fin de l’ouvrage en latéral, il effectue un déplacement vertical (vers le bas). Ainsi, le drone peut être amené à contourner des obstacles afin de poursuivre l’inspection de l’ouvrage. Pour contourner l’obstacle, le drone effectuera tout d’abord un déplacement latéral (selon le sens de déplacement) puis vers le bas. Lors du repositionnement en distance par rapport à la paroi ou lors d’un contournement d’obstacle latéral, le drone peut effectuer des déplacements vers l’arrière. Pour contourner l’obstacle, le drone effectue tout d’abord un déplacement latéral dans le sens opposé au sens de déplacement. Il effectue ensuite un déplacement vers l’arrière puis latéralement dans le sens de déplacement. Au cours de l’inspection, des retours en position initiale P0 sont nécessaires en particulier pour les recharges de batterie. Le temps de vol est calculé à chaque déplacement. Le scénario pour le retour à la position initiale du drone est le suivant : à chaque retour du drone sur la frontière gauche du barrage, l’écart entre le temps de vol réalisé depuis la dernière recharge et une valeur de seuil critique est calculé. Si cet écart est positif, le drone recule de la valeur de la distance de consigne pour s’écarter de la paroi puis il remonte jusqu’à la hauteur initiale et enfin il se déplace dans le plan horizontal pour retourner à sa position initiale. Une fois la batterie rechargée, le drone effectue le trajet inverse pour revenir à sa position antérieure. L’amplitude des déplacements dx0 et dz0 prédéterminés du drone est normée à 1 mètre, dans les quatre directions (Haut, Bas, Gauche et Droite). De préférence, l’unité de commande ECU communique avec le contrôleur de vol CTRLV selon un protocole S.BUS, même s’il est possible d’utiliser les protocoles PPM ou bien PWM. On peut par exemple utiliser un protocole S.BUS Futaba dérivé du RS232 (UART inversé à 100000 baud), avec envoi de trames toutes les 14ms en mode normal ou 7ms en mode high speed et des longueurs de trames de 25 octets constituant 16 channels. Ainsi, l’engin multi-rotor selon l’invention est capable de construire et d’exécuter de manière autonome et par auto-apprentissage une trajectoire qui balaie l’intégralité d’une surface verticale. L’engin multi-rotor selon l’invention permet des prises de vue qui respectent la perpendicularité du drone par rapport à la surface ainsi que la distance de consigne fixe par rapport à la surface. Cela permet ensuite d’assembler les clichés pour les analyser, sans multiplier les prises de vues. L’engin équipé du module de commande selon l’invention, est donc capable d’effectuer de manière autonome le balayage complet de la surface à inspecter, sans oubli, dans le respect des contraintes de prise de vue et en toute sécurité. En cas de nécessité, l’opérateur peut reprendre la main sur le contrôle de la trajectoire au moyen d’une télécommande dont les fréquences radio RF sont traitées de manière prioritaire par le module de commande. A noter, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres, selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Engin du type multi-rotors doté d’un châssis (FRAM), d’un contrôleur de vol (CTRLV) et d’un groupe motopropulseur (GMP), ledit groupe motopropulseur comprenant un système de batterie (BATT), un ensemble (ESC) d’interfaces de puissances, une pluralité de moteurs électriques (ROT), une pluralité de voilures tournantes de type « hélice » associées chacune à un moteur dédié, la pluralité de moteurs étant commandée par l’ensemble d’interfaces de puissances, caractérisé en ce que l’engin du type multi-rotors est dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et comporte un module de commande embarqué, amovible et regroupant dans un boîtier (CART) fixé au châssis : - un ensemble de capteurs (CAPT) permettant de détecter des obstacles à 360° dans le plan horizontal ainsi que selon la direction verticale, et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité (DATMCU) de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs (CAPT), - une unité de commande (ECU) apte à générer de manière autonome et délivrer des commandes de vol au contrôleur de vol (CTRLV) en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement (DATMCU). Engin du type multi-rotors selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ensemble de capteurs (CAPT) comprend un capteur Lidar (SLID) utilisé pour détecter des obstacles dans le plan horizontal, définir l’orientation de l’engin par rapport à un objet et repositionner l’engin à distance d’un objet. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble de capteurs (CAPT) comprend une centrale inertielle (IMU) pour mesurer les déplacements de l’engin. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend deux capteurs ultrasons (SUP, SDW), placés respectivement sur et sous l’engin pour la détection d’obstacle selon l’axe vertical. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble de capteurs (CAPT) comprend des sondes Pitot (SPIT) pour effectuer la mesure de déplacement selon un axe défini. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte quatre hélices. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un récepteur de fréquences radio (RF) permettant d’asservir l’unité de commande (ECU) à une télécommande manuelle. Engin du type multi-rotors selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un appareil de prise de vues. Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale s’étendant dans un plan (x, z), par un engin du type multi-rotors doté d’un châssis (FRAM), d’un contrôleur de vol (CTRLV) et d’un groupe motopropulseur (GMP), ledit groupe motopropulseur comprenant un système de batterie (BATT), un ensemble (ESC) d’interfaces de puissances, une pluralité de moteurs électriques (ROT), une pluralité de voilures tournantes de type « hélice » associées chacune à un moteur dédié, la pluralité de moteurs étant commandée par l’ensemble d’interfaces de puissances, l’engin du type multi-rotors étant dépourvu de moyen de connexion avec tout protocole de géolocalisation et comportant un module de commande embarqué, amovible et regroupant dans un boîtier (CART) fixé au châssis : - un ensemble de capteurs (CAPT) permettant de détecter des obstacles à 360° et de mesurer en temps réel les déplacements et l’orientation de l’engin du type multi-rotors par rapport à une position initiale, - une unité (DATMCU) de collecte et de traitement des données issues de l’ensemble de capteurs (CAPT), - une unité de commande (ECU) apte à générer et délivrer des commandes de vol au contrôleur de vol (CTRLV) en fonction des données traitées par l’unité de collecte et de traitement (DATMCU), - un appareil de prise de vues, caractérisé en ce que le module de commande embarqué procède aux étapes listées ci-après, après avoir procédé à l’étape de positionnement initial P0, - une étape E_INITxyz d’initialisation des coordonnées x, y, z et de positionnement selon une orientation angulaire de référence a0 face à la surface (S) et à une distance dy0 prédéterminée par rapport à la surface (S), - une étape E_DETECTxyz de détection d’obstacles selon trois axes (x), (y) et (z), l’axe (x) définissant une direction principale et l’axe (y) définissant une direction secondaire - une étape E_AVOID dans le cas d’obstacles détectés, sinon une étape E_RUNx de déplacement selon la direction principale définie par l’axe (x) sur une distance dx0 prédéterminée, - une étape E_ADJUSTa de repositionnement angulaire de référence a0 face à la surface, - une étape E_ADJUSTd de repositionnement à la distance dy0 prédéterminée par rapport à la surface (S), - une étape E_CAM de prise de vue au moyen de l’appareil de prise de vues, - une étape E_TESTENDx pour savoir si la limite selon la direction principale définie par l’axe (x) de la surface est atteinte, avec un retour à l’étape E_DETECTxyz si ce n’est pas le cas, et dans l’affirmative : - une étape E_TESTENDz pour savoir si la limite selon la direction secondaire définie par l’axe (z) de la surface est atteinte, avec dans l’affirmative l’arrêt END du processus, sinon : - une étape E_RUNz de déplacement vers le bas selon la direction secondaire définie par l’axe (z) sur une distance dz0 prédéterminée puis un retour à l’étape E_DETECTxyz, l’état E_TESTENDx = VRAI induisant un changement de sens de déplacement selon la direction principale définie par l’axe (x) pour l’étape E_RUNx suivante. Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’étape E_AVOID est réalisé par un capteur Lidar (SLID) utilisé pour détecter des obstacles dans le plan horizontal et par deux capteurs ultrasons (SUP, SDW), placés respectivement sur et sous l’engin pour la détection d’obstacle selon l’axe vertical. Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’étape E_AVOID sur la direction principale définie par l’axe (x) consiste en l’étape E_RUNz vers le bas (respectivement vers le haut) suivie de l’étape E_RUNx suivie de l’étape E_RUNz vers le haut (respectivement vers le bas). Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l’étape E_TESTENDx détecte la limite selon la direction principale définie par l’axe (x) de la surface (S) à inspecter avec l’équation [MATH1] : D : la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, : champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan horizontal dy0 : distance de l’engin par rapport à la surface S Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l’étape E_TESTENDz détecte la limite selon la direction secondaire définie par l’axe (z) de la surface (S) à inspecter selon l’équation [MATH2] : h : la distance en dessous de laquelle la fin d’ouvrage est détectée, : champ de vision de l’appareil de prise de vues dans un plan vertical dy0 : distance de l’engin par rapport à la surface S. Procédé d’inspection d’une surface (S) sensiblement plane et sensiblement verticale selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l’unité de commande (ECU) communique avec le contrôleur de vol (CTRLV) selon un protocole S.BUS, PPM ou bien PWM.