Source: http://www.sumobrain.com/patents/wipo/Onboard-control-unit-drone-system/WO2019025293A1.html
Timestamp: 2019-02-20 18:10:47+00:00
Document Index: 22456732

Matched Legal Cases: ['arrêt ', 'arrêt ', 'arrêt ', 'arrêt ', 'arrêt ', 'arrêt ']

ONBOARD CONTROL UNIT FOR A DRONE SYSTEM, DRONE AND DRONE SYSTEM COMPRISING THE ONBOARD CONTROL UNIT - AIRBUS DEFENCE AND SPACE SAS
ONBOARD CONTROL UNIT FOR A DRONE SYSTEM, DRONE AND DRONE SYSTEM COMPRISING THE ONBOARD CONTROL UNIT
WIPO Patent Application WO/2019/025293
The present invention concerns an onboard control unit (UC) for an unmanned aircraft (P100), in which: - The onboard control unit (UC) is programmed specifically for a mission and configured to be linked to a flight control system (SV) of the unmanned aircraft (P100), said flight control system comprising an autopilot module (AP); - The onboard control unit (UC) comprises an environment sensor (CE); - The onboard control unit (UC) comprises a unit (UM) for storing and processing data from the environment sensor (CE) and mission parameters, the control unit (UC) being suitable for modifying at least one parameter of the flight control system (SV) or one mission parameter based on the mission data and the data from the environment sensor (CE).
BOS, Frédéric (42 Grande Rue, Arnouville Lès Mantes, Arnouville Lès Mantes, 78790, FR)
BERTOLACCI, Thierry (3 allée de Marly, Orgeval, Orgeval, 78630, FR)
EP2018/070350
AIRBUS DEFENCE AND SPACE SAS (31 Rue des Cosmonautes, ZI du Palays, Toulouse Cedex 4, 31402, FR)
G05D1/00; B64C39/02; G05D1/10
US20160125746A1 2016-05-05
US20160286128A1 2016-09-29
US20160070265A1 2016-03-10
LEBKIRI, Alexandre et al. (CABINET CAMUS LEBKIRI, 25 rue de maubeuge, PARIS, 75009, FR)
1 . Unité de commande embarquée (UC) pour une plateforme volante (Ρ10Ό) comprenant un système de contrôle de vol (SV) contrôlant au moins une unité de propulsion de la plateforme volante (P100), le système de contrôle de vol comprenant un module autopilote (AP) de gestion des commandes de vol, ladite unité de commande embarquée (UC) étant caractérisée en ce que :
- l'unité de commande embarquée (UC) comprend une unité de traitement et de mémorisation (UM) des données et est configurée pour être connectée au système de contrôle du vol (SV) et générer des séquences de commandes de vol adressées au module autopilote (AP);
- l'unité de commande embarquée (UC) est configurée pour la gestion d'au moins un capteur d'environnement (CE) générant des données représentatives d'un environnement de la plateforme volante;
- l'unité de commande embarquée (UC) mémorise des données d'exécution d'une mission déterminée et réalise un traitement des données représentatives de l'environnement de façon à adapter les données d'exécution de la mission en fonction des données issues dudit capteur d'environnement (CE) et à générer au moins une nouvelle commande de vol par rapport aux commandes de vol correspondant aux données d'exécution de ladite mission déterminée initialement programmée.
2. Unité de commande embarquée (UC) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit capteur d'environnement (CE) fait partie de l'unité de commande (UC).
3. Unité de commande embarquée (UC) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'unité de traitement et de mémorisation (UM) des données comprend un module de collecte des données (SF01 ) agencé de façon à réaliser une écriture en mémoire des données datées représentatives de l'environnement, une fusion avec des données datées de positionnement de la plateforme volante et une correction des données datées représentatives de l'environnement en fonction des données de positionnement.
4. Unité de commande embarquée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un module (SF05) de mise en forme des commandes à destination du module autopilote (AP) et de retransmission de ces commandes à l'autopilote (AP), le module (SF05) de mise en forme des commandes pouvant être mis à jour en fonction de la plateforme volante (P100) et de son module de contrôle de vol (SV).
5. Unité de commande embarquée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend un module (SF08) de communication avec une station au sol réalisant une transmission de données de surveillance générées par l'unité de commande.
6. Unité de commande embarquée (UC) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'elle comprend un module de détection et d'évitement d'obstacles, ledit capteur d'environnement se présentant sous la forme d'au moins un détecteur de distance par rapport à des objets dans l'environnement de la plateforme et orienté en direction d'un déplacement programmé, le module de détection et d'évitement d'obstacles (S&A) déclenchant, en cas de distance détectée inférieure à un seuil déterminée, une ou plusieurs des actions suivantes :
- Arrêt en position,
- Evitement de l'obstacle,
- Retour en un positionnement sécurisé,
- Recherche d'une première nouvelle trajectoire par déplacement linéaire ou en rotation,
7. Unité de commande embarquée (UC) selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'elle comprend un module de cartographie (SF06) mémorisant les données représentatives d'obstacles fusionnées avec au moins des données de positionnement de la plateforme volante, ces données étant représentatives d'une cartographie des obstacles détectés.
8. Unité de commande embarquée (UC) selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'elle est configurée de façon à ce que la recherche d'une nouvelle trajectoire soit réalisée en fonction des données représentatives de la cartographie des obstacles détectés.
9. Unité de commande embarquée (UC) selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'elle comprend un module d'atterrissage (SL) réalisant une détection des obstacles à la verticale de la plateforme volante pour déterminer un ensemble de points constituant une aire d'atterrissage ayant une surface d'étendue supérieure à un seuil déterminé et une planéité inférieure à un seuil déterminé.
10. Unité de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'elle est configurée pour déterminer ledit ensemble de points constituant l'aire d'atterrissage par itérations successives lors de la préparation à la descente de la plateforme volante.
1 1 . Unité de commande embarquée (UC) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un capteur d'environnement (CE) du type détecteur thermique, détecteur de rayonnement infrarouge ou détecteur de terminaux communiquant sans fils, l'unité de commande déclenchant, en cas de paramètre détecté supérieur à un seuil déterminée, une ou plusieurs des actions suivantes :
- arrêt sur place pour une analyse approfondie de l'environnement pendant une durée déterminée
- ralentissement de l'allure pour une analyse approfondie de l'environnement pendant une durée déterminée ou jusqu'à ce que ledit paramètre détecté revienne sous le seuil de détection,
- recherche d'une seconde nouvelle trajectoire d'amplification du paramètre détecté, le paramètre détecté pouvant se présenter sous la forme d'une signature thermique d'intensité déterminée, d'une image thermique d'étendue déterminée, d'un signal radiofréquence numérique d'intensité déterminée.
12. Drone (D) comprenant au moins une plateforme volante (P100) équipée d'un système de contrôle de vol (SV) contrôlant au moins une unité de propulsion de la plateforme volante (P100), le système de contrôle de vol comprenant un module autopilote (AP) de gestion des commandes de vol, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de commande embarquée (UC) selon l'une des revendication 1 à 1 1 .
13. Drone selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de transport d'une charge destinée à être déposée en un lieu déterminé.
14. Système de drone comprenant une station au sol (B) en liaison de communication avec un drone selon la revendication 12 ou 13.
UNITE DE COMMANDE EMBARQUEE POUR UN SYSTEME DE DRONE, DRONE ET SYSTEME DE DRONE COMPRENANT L'UNITE DE COMMANDE
EMBARQUEE DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine des aéronefs sans pilote, également désignés par le terme « drones » et notamment les drones capables de voler sur place, tels que les aéronefs à voilure tournante. L'invention vise plus particulièrement les dispositifs de commande pour les drones et les systèmes de drones, appliqués à des missions spécifiques.
Les drones disponibles dans le commerce peuvent être appliqués à différentes missions. Les systèmes de commande des drones comprennent un système de contrôle de vol permettant au pilote de commander l'aéronef depuis une station au sol. Le système de drone, comprenant la station au sol et le drone, comprend ainsi une liaison de données, également désignée en anglais par datalink. Ces drones sont généralement destinés au vol dans un espace dédié et relativement dégagé.
Les drones de petite taille sont aujourd'hui largement disponibles dans le commerce et sont généralement équipés d'un système de localisation géographique, tel qu'un GPS, et d'une caméra embarqués. L'opérateur commandant le drone reçoit par exemple via la liaison de données des informations de positionnement géographique et des données représentatives d'images prises par la caméra. Les drones de petite taille peuvent ainsi être commandés aisément par l'opérateur, tant que le drone reste dans son champ de vision. Ce type d'aéronef sans pilote vise notamment à offrir, à faibles coûts, un système de commande simplifié. La commande du drone s'avère toutefois plus ardue dans le cas où le drone évolue hors du champ de vision de l'opérateur.
Des systèmes de commande pour des systèmes de drones plus complexes peuvent comprendre la gestion de capteurs infrarouges, de capteurs télémétriques voire la commande d'actionneurs. Ce type de système de drone nécessite toutefois un coût de développement particulièrement élevé. En outre de tels drones restent généralement destinés à des missions comprenant un décollage, un vol et un atterrissage effectués dans des espaces dédiés et relativement dégagés. Le vol notamment hors du champ de vision de l'opérateur s'appuie par exemple sur le positionnement géographique du drone corrélé, dans la station au sol, avec une cartographie détaillée, permettant à l'opérateur de contrôler le drone. Ce type de système de drone se révèle toutefois insuffisant dans des lieux où se sont produites des catastrophes naturelles, telles que des inondations ou des tremblements de terre, modifiant l'environnement géographique. Certaines stations au sol peuvent également nécessiter l'action coordonnée de plusieurs opérateurs afin de gérer, par exemple, le contrôle du pilotage et les systèmes d'observation. II apparaît ainsi le besoin de fournir un système de drone permettant l'exécution de missions complexes tout en facilitant l'action de l'opérateur et nécessitant un coût de développement raisonnable.
La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une unité de commande embarquée destinée à simplifier la mise en œuvre de systèmes de drones pour diverses missions, tout en permettant un coût de développement raisonnable.
Cet objectif est atteint grâce à une unité de commande embarquée pour une plateforme volante comprenant un système de contrôle de vol contrôlant au moins une unité de propulsion de la plateforme volante, le système de contrôle de vol comprenant un module autopilote de gestion des commandes de vol, ladite unité de commande embarquée étant caractérisée en ce que : l'unité de commande embarquée comprend une unité de traitement et de mémorisation des données et est configurée pour être connectée au système de contrôle du vol et générer des séquences de commandes de vol adressées au module autopilote; l'unité de commande embarquée est configurée pour la gestion d'au moins un capteur d'environnement générant des données représentatives d'un environnement de la plateforme volante; - l'unité de commande embarquée mémorise des données d'exécution d'une mission déterminée et réalise un traitement des données représentatives de l'environnement de façon à adapter les données d'exécution de la mission en fonction des données issues dudit capteur d'environnement et à générer au moins une nouvelle commande de vol par rapport aux commandes de vol correspondant aux données d'exécution de ladite mission déterminée initialement programmée. Avantageusement l'unité de commande selon l'invention permet d'améliorer l'autonomie du drone et son adaptabilité pour réaliser des missions pour lesquelles la plateforme volante n'était pas nécessairement conçue initialement. En outre l'unité de commande permet la réalisation de missions complexes notamment dans un environnement inconnu ou connu seulement en partie. De façon générale, l'unité de commande embarquée selon l'invention permet de modifier le plan de vol initialement programmé dans l'aéronef sans pilote. Cette modification du plan de vol peut se faire de façon autonome, sans besoin d'une intervention d'un opérateur au sol. En effet, l'unité de commande embarquée utilise les données issues du capteur d'environnement et les interprète à la lumière des données de mission comprenant le plan de vol initialement assigné à l'aéronef sans pilote. Si un élément susceptible, par exemple, d'empêcher le déroulement de la mission est détecté, l'unité de commande déclenche de façon autonome des fonctions de sécurité. Un tel élément peut être, par exemple, un obstacle imprévu ou une modification non cartographiée du terrain à proximité du point d'atterrissage. La décision prise par l'unité de commande peut consister par exemple en une modification du plan de vol de l'aéronef, de sorte à éviter l'obstacle, ou en une recherche d'un nouveau point d'atterrissage. L'unité de commande peut également décider de mettre l'aéronef en vol stationnaire avant d'enclencher d'autres actions, comme par exemple un retour au point de décollage. La modification autonome du plan de vol peut également répondre à un besoin de la mission assignée à l'aéronef sans pilote. Il s'agit par exemple d'une mission d'inspection d'un objet dont la forme n'est pas connue. Dans une telle situation, l'unité de commande embarquée selon l'invention peut modifier les paramètres du vol de l'aéronef sans pilote de sorte à maintenir une distance constante entre l'aéronef et la surface de l'objet à inspecter, tout en balayant une surface d'intérêt.
Avantageusement, l'unité de commande embarquée est adaptée pour traiter les données issues du capteur d'environnement et grâce notamment à la de la liaison de communication avec le module autopilote du drone, l'unité de commande peut modifier les commandes de vol de l'aéronef par exemple pour améliorer la sécurité de la mission. La mission programmée comprend par exemple le plan de vol et d'autres instructions se rapportant à un ou plusieurs capteurs d'environnement, à un ou plusieurs actionneurs ou à d'autres instruments ou dispositifs embarqués. Cette aptitude permet par exemple de sécuriser la mission même en cas de perte de la liaison de données avec la station au sol. Cette aptitude permet également d'accroître la fiabilité des décisions prises sur la base de données fournies par un capteur embarqué dans les cas où l'opérateur ne serait pas à même d'évaluer suffisamment précisément la situation depuis la station au sol.
Avantageusement, la présente invention facilite la conception d'aéronef sans pilote multi-missions, chaque mission pouvant être successivement programmée. Grâce à l'unité de commande, l'aéronef sans pilote peut être adapté rapidement pour réaliser différents types de mission, indépendamment de la plateforme volante. Avantageusement, l'unité de commande embarquée selon l'invention peut être adaptée à un drone du commerce. Pour ce faire il suffit, par exemple, de fournir à l'unité de commande embarquée selon l'invention le logiciel pilote, également désigné par driver, du module autopilote du drone du commerce. L'unité de commande embarquée peut également comprendre d'autres ports de communication et d'autres drivers pour contrôler ou recevoir des données d'autres instruments du drone tels que sa caméra, son IMU ou son GPS. On peut ainsi récupérer aisément une plateforme volante issue d'un drone du commerce, notamment en se connectant à son module autopilote. L'unité de commande embarquée sera alors à même d'interagir avec le système de contrôle du vol de la plateforme volante en transmettant des instructions au module autopilote.
Avantageusement, l'unité de commande embarquée assure le séquencement du vol et peut modifier les séquences de commandes de vol initiales destinées à être transmises au module autopilote, sur la base des données générées par son ou ses capteurs d'environnement. On pourrait aussi envisager, sans sortir du cadre de l'invention, un capteur d'environnement faisant partie de la plateforme volante et générant des données reçues et exploitées par l'unité de commande pour modifier le plan de vol en transmettant, en retour, des séquences de commandes modifiées à l'autopilote.
Grâce à l'unité de commande embarquée selon l'invention, la sécurité de la mission, comme la probabilité de mener la mission à terme, sont fortement améliorées. Un drone du commerce peut être récupéré et utilisé de manière aisée pour construire un nouveau système de drone permettant d'accroître l'autonomie du drone par des capacités d'adaptation et de prise de décision accrue. Il s'agît par exemple pour le drone de pouvoir continuer la mission même en cas de liaison de données avec la station au sol défectueuse. Le drone peut par exemple adapter finement ses commandes de vol en fonction de données capturées générées in situ et inaccessible à l'opérateur depuis la station au sol. Pour le développement d'une mission particulière, il devient ainsi possible de se concentrer sur le développement de l'unité de commande gérant par exemple un ou plusieurs capteurs d'environnement.
Avantageusement encore, l'unité de commande embarquée peut comprendre plusieurs modules fonctionnels tels que par exemple, un module de détection de proximité, un module de détection d'une zone d'atterrissage ou un module de suivi de surface. Ces modules logiciels ou électroniques de l'unité de commande peuvent être utilisés séparément ou en combinaison.
Avantageusement, par exemple à partir d'un drone du commerce conçu exclusivement pour de l'observation, on pourra développer un nouveau drone de transport d'une charge de façon sûre et sécurisée. Une telle charge est par exemple destinée à être déposée en un lieu non spécifiquement prévu pour un atterrissage. Il peut s'agir d'une charge destinée à être laissée sur place ou destinée à être récupérée ensuite par le drone pour être transportée en un lieu différent. L'unité de commande embarquée selon l'invention peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- Le capteur d'environnement fait partie de l'unité de commande ;
- Le capteur d'environnement est d'un type distinct d'autres instruments intégrés à la plateforme volante ; L'unité de traitement et de mémorisation des données comprend un module de collecte des données agencé de façon à réaliser une écriture en mémoire des données datées représentatives de l'environnement, une fusion avec des données datées de positionnement de la plateforme volante et une correction des données datées représentatives de l'environnement en fonction des données de positionnement ;
L'unité de commande embarquée comprend un module de mise en forme des commandes à destination du module autopilote et de retransmission de ces commandes à l'autopilote, le module de mise en forme des commandes pouvant être mis à jour en fonction de la plateforme volante et de son module de contrôle de vol ;
L'unité de commande embarquée comprend un module de communication avec une station au sol réalisant une transmission de données de surveillance générées par l'unité de commande ;
L'unité de commande embarquée comprend un module de détection et d'évitement d'obstacles, ledit capteur d'environnement se présentant sous la forme d'au moins un détecteur de distance par rapport à des objets dans l'environnement de la plateforme et orienté en direction d'un déplacement programmé, le module de détection et d'évitement d'obstacles déclenchant, en cas de distance détectée inférieure à un seuil déterminé, une ou plusieurs des actions suivantes : o Arrêt en position, o Evitement de l'obstacle, o Retour en un positionnement sécurisé, o Recherche d'une première nouvelle trajectoire par déplacement linéaire ou en rotation ;
L'unité de commande embarquée comprend un module de cartographie mémorisant les données représentatives d'obstacles fusionnées avec au moins des données de positionnement de la plateforme volante, ces données étant représentatives d'une cartographie des obstacles détectés ; - L'unité de commande embarquée est configurée de façon à ce que la recherche d'une nouvelle trajectoire soit réalisée en fonction des données représentatives de la cartographie des obstacles détectés ;
- L'unité de commande embarquée comprend un module d'atterrissage réalisant une détection des obstacles à la verticale de la plateforme volante pour déterminer un ensemble de points constituant une aire d'atterrissage ayant une surface d'étendue supérieure à un seuil déterminé et une planéité inférieure à un seuil déterminé ;
- L'unité de commande est configurée pour déterminer ledit ensemble de points constituant l'aire d'atterrissage par itérations successives lors de la préparation à la descente de la plateforme volante ;
- L'unité de commande embarquée comprend au moins un capteur d'environnement du type détecteur thermique, détecteur de rayonnement infrarouge ou détecteur de terminaux communiquant sans fils, l'unité de commande déclenchant, en cas de paramètre détecté supérieur à un seuil déterminé, une ou plusieurs des actions suivantes :
- arrêt sur place pour une analyse approfondie de l'environnement pendant une durée déterminée,
Un autre objet de l'invention concerne un drone comprenant au moins une plateforme volante équipée d'un système de contrôle de vol contrôlant au moins une unité de propulsion de la plateforme volante, le système de contrôle de vol comprenant un module autopilote de gestion des commandes de vol, le drone comprenant en outre une unité de commande embarquée selon l'invention.
Selon une autre particularité, le drone comprend un dispositif de transport d'une charge destinée à être déposée en un lieu déterminé. Le drone selon l'invention peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- Le drone comprend une plateforme volante à voilure tournante comprenant au moins une structure mécanique de support d'un moyen de propulsion alimenté par un module d'alimentation en énergie ;
- Le drone comprend un système de contrôle du vol comprenant un module autopilote contrôlant le moyen de propulsion.
Avantageusement, le drone selon l'invention peut être développé pour des missions complexes à un prix raisonnable. En effet le développement de l'intelligence intégrée dans un tel drone spécifiquement à une mission correspond alors au développement d'une couche logicielle supplémentaire de haut niveau intégré dans l'unité de commande.
Un autre objet de l'invention concerne un système de drone comprenant une station au sol en liaison de communication avec un drone selon l'invention. LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées données à titre d'exemple, parmi lesquelles :
- La figure 1 montre un schéma d'un exemple de drone comprenant une unité de commande embarquée selon l'invention ;
- La figure 2 montre un exemple de schéma de l'unité de commande embarquée illustrée à la figure 1 et des sous-modules compris dans l'unité de commande embarquée ;
- La figure 3 montre un exemple de mise en œuvre d'une fonction de type « Sensé and Avoid », réalisée à l'aide de l'unité de commande embarquée illustrée à la figure 2 ; - La figure 4 montre un exemple de mise en œuvre d'une fonction de type « Safe Landing », réalisée à l'aide de l'unité de commande embarquée illustrée à la figure 2 ;
- La figure 5 montre un exemple de mise en œuvre d'une fonction de type « Follow a surface », réalisée à l'aide de l'unité de commande embarquée illustrée à la figure 2 ;
- Les figures 5a et 5b montrent chacune un exemple de parcours d'une zone d'intérêt ;
- La figure 6 montre un schéma d'un drone selon l'invention et notamment les liens entre l'unité de commande embarquée selon l'invention et le module autopilote d'un aéronef sans pilote ;
- La figure 7 montre en détail le séquencement du vol dans le cas de mise en œuvre d'une fonction de type « Safe Landing » ;
- La figure 8 montre un schéma du système de drone selon l'invention ; - La figure 9 illustre un exemple de plan de vol d'une mission programmée.
On entend par unité de commande embarquée un dispositif de traitement des données comprenant par exemple un processeur et une mémoire stockant par exemple des données de programmes, des drivers ou des données représentatives de l'environnement d'un ou plusieurs capteurs. L'unité de commande embarquée est par exemple capable d'enregistrer et de traiter des données telles que des données de mission et des données issues du capteur d'environnement. L'unité de commande comprend des modules réalisant des fonctions, un module pouvant être indifféremment désigné comme module ou sous-module dans le cas où il est appelé par un autre module.
On entend par plateforme volante l'ensemble comprenant notamment la structure porteuse, les propulseurs et le système de contrôle du vol capable d'assurer la stabilité de l'aéronef sans pilote pendant le vol et l'exécution des commandes de vol. Le système de contrôle du vol comprend en outre un module autopilote permettant l'exécution des commandes de vol reçues. Ces commandes peuvent porter, par exemple, sur l'exécution d'un déplacement, d'une rotation ou d'une trajectoire à l'intérieur de l'espace de vol prévu par la mission. g On entend par unité de commande programmée spécifiquement à une mission une unité de commande qui a mémorisé les données nécessaires à la mise en œuvre d'une mission spécifique, comprenant par exemple un endroit d'atterrissage ou une trajectoire. La mission programmée comprend ainsi un plan de vol initialement programmé. Diverses opérations de contrôle de l'environnement ou diverses autres actions peuvent être associées au plan de vol. Ces données de mission peuvent être mémorisées dans l'unité de commande préalablement au début de la mission puis adaptée ou précisée lors de la mission, en fonction notamment des capteurs d'environnement. On entend par capteur d'environnement un capteur générant des données représentatives de son environnement, comme par exemple, un capteur capable de mesurer une ou plusieurs distances entre le drone et un objet de l'environnement du drone, un capteur de réception des signaux sonores ou des signaux électromagnétiques numériques ou analogiques, un capteur de réception de signaux lumineux. Un télémètre peut par exemple mesurer les distances selon une ligne de points selon un angle de vision du capteur. L'angle de vision peut être disposé par exemple sous le drone ou devant le drone. Le télémètre peut également prendre des mesures dans différents champs de vision tout autour du drone. Le télémètre est par exemple du type « range finder » tel qu'un LIDAR. DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre, selon une vue explosée, un drone D comprenant une unité de commande UC selon l'invention. L'unité de commande UC comprend par exemple une unité UM de mémorisation et de traitement des données et un ou plusieurs capteurs d'environnement CE. L'unité de commande UC est installée sur une plateforme volante P100 comprenant un système de contrôle de vol SV. Ce système de contrôle comprend notamment un module autopilote AP. La plateforme volante P100 est par exemple du type à voilure tournante ou à voilure fixe. Comme représenté sur la figure 1 la plateforme volante peut se présenter sous la forme d'un hexacoptère. Cet hexacoptère est ici issu d'un drone du commerce dont le module de commande radiofréquence est par exemple conservé à titre de mesure de sécurité, même si une reprise des commandes en mode manuel par l'opérateur, ne permettrait d'effectuer que des manœuvres approximatives en comparaison des séquences de commande pouvant être effectuées par l'unité de commande selon l'invention.
L'unité de mémorisation et de traitement des données UM est un dispositif de calcul comprenant notamment un processeur et une mémoire reliés par des bus de communication, d'adressage et de contrôle, ainsi que des interfaces et lignes de communication en liaison avec le système de contrôle de vol SV de la plateforme volante et en particulier avec son autopilote. Les moyens pour établir cette liaison de données entre l'unité de commande et le système de contrôle de vol peuvent se présenter par exemple sous la forme une liaison Ethernet ou d'une liaison via un port USB.
Le module autopilote AP est capable de gérer les commande de vol de la plateforme volante. Le module autopilote est par exemple capable d'exécuter des instructions directes telles que se déplacer d'un premier point de coordonnées GPS déterminées à un deuxième point de coordonnées GPS déterminée ou parcourir une trajectoire donnée ou encore maintenir la plateforme volante en vol stationnaire au-dessus d'un point donné. L'autopilote peut également être configuré pour exécuter des instructions telles que avance, recule ou déplace à droite ou déplace à gauche, à une vitesse déterminée. L'autopilote peut également être configuré pour exécuter des instructions telles que déplacement vers le haut ou vers le bas, à une vitesse déterminée ou encore rotation vers la droite ou la gauche.
Le système de contrôle du vol SV peut également comprendre :
- un émetteur/récepteur radiofréquence, comme décrit plus haut pour une reprise des commandes directement par l'opérateur à titre de sécurité, un module GPS permettant notamment l'exécution de commande de vol comprenant des trajectoires entre des coordonnées géographiques déterminées et
- une unité inertielle également désignée par IMU (« Inertial Mass Unit », en anglais)
- une caméra. L'émetteur récepteur permet par exemple une reprise de commande directe par l'opérateur à titre de sécurité, mais ne s'avère cependant pas absolument nécessaire pour la mise en œuvre de la présente invention, même si en pratique, cet organe émetteur récepteur radiofréquence sera conservé à titre de sécurité supplémentaire ou à l'état désactivé.
Le capteur d'environnement est par exemple un capteur de type télémètre, à savoir un capteur capable de mesurer une ou plusieurs distances entre le drone D et un ou plusieurs objets de son environnement.
Des exemples de capteur d'environnement de type télémètre sont un LIDAR, un RADAR ou tout autre capteur de type « range Finder » selon la terminologie anglaise.
Avantageusement, l'unité de commande UC est en mesure d'exploiter les données issues du capteur d'environnement pour modifier la commande du drone D en transmettant des commandes modifiées au le système de contrôle de vol SV et en particulier en donnant des commandes de vol modifiées au module autopilote AP, sans nécessaire intervention d'un opérateur agissant depuis une station au sol. De plus, les décisions prises par l'unité de commande UC sur la base des données environnementales fournies par le ou les capteurs d'environnement CE permettent une adaptabilité à différents types de mission. L'unité de commande programmée spécifiquement à une mission peut par exemple exécuter la mission malgré certaines données incomplètes, telles que données cartographiques partiellement connues.
Des exemples de missions sont par exemple, l'exploration d'une zone sinistrée comprenant la recherche de terminaux mobiles, avec par exemple en cas de détection, une phase d'approche pour établir une liaison de communication de qualité suffisante, puis une phase stationnaire d'engagement d'un échange de données avec le ou les terminaux mobiles détectés. L'échange de données comprend par exemple la transmission d'information ou des questions et l'attente d'une réponse ou d'un accusé de réception. Le capteur de recherche et de communication avec les terminaux mobiles est par exemple utilisé en collaboration avec un télémètre détectant les obstacles tout autour du drone afin de stopper un vol de recherche ou un vol d'approche en cas de détection d'obstacle.
Un autre exemple de mission comprend par exemple un atterrissage en zone inconnue ou mal définie, comme décrit plus en détails par la suite. Un autre exemple de mission comprend par exemple la dépose d'une charge en une zone géographique inconnue ou mal définie. Une telle charge peut être une charge utile comprenant elle-même un ou plusieurs capteurs et des moyens de communication déployés sur le terrain. La charge peut également se présenter sous la forme d'un colis à déposer sur le balcon d'un immeuble.
Architecture de l'unité de commande UC La figure 2 représente de façon schématique un exemple d'architecture de l'unité de commande embarquée UC selon l'invention. L'unité de commande embarquée UC comprend par exemple son capteur d'environnement CE générant des données représentatives de l'environnement du drone stockées en mémoire de l'unité de mémorisation et traitement des données UM. La collecte des données est ici gérée par un module de collecte des données TC. L'unité de mémorisation et traitement des données UM peut également transmettre des données de paramétrage à destination du capteur d'environnement CE.
L'unité de mémorisation et de traitement des données UM, qui comprend par exemple un processeur et une mémoire, permet l'exécution de programmes pouvant faire appel à des sous-programmes pour réaliser des fonctions et sous-fonction de traitement des données mémorisées. Un module fonctionnel est ainsi composé d'une ou plusieurs fonctions ou sous-fonctions réalisées par un ou plusieurs programmes ou sous- programmes.
Le calculateur exécute notamment des programmes mémorisés permettant la transmission de séquences de commandes de vol au module autopilote AP. Le module SF05 qui réalise la fonction de driver de l'autopilote, permet la transmission de séquences de commande interprétables par l'autopilote.
Parmi les différents modules illustrés de manière non limitative à la figure 2, on trouve:
- Des modules SF04 et SF08 respectivement de réception et d'émission de données via la liaison de communication avec la station au sol S;
- Un module S&A d'évitement d'obstacle pour la réalisation d'une fonction de type détection d'obstacle et évitement de ce dernier, également désignée en anglais par « Sensé and Avoid » ;
- Un module SL d'atterrissage pour la réalisation d'un atterrissage sécurisé également désignée en anglais par « Safe Landing » ; - Un module FS de suivi de surface pour la réalisation d'une fonction de positionnement à distance d'une surface et de maintien de cette distance lors de déplacements du drone, également désignée en anglais par « Follow a surface » ;
- Le module SF05 driver de communication avec le système de contrôle de vol SV de la plateforme et en particulier avec le module autopilote AP.
- Le module TC de collectes des données et notamment les données issues du capteur d'environnement ou encore des données issues du système de contrôle du vol SV de la plateforme volante telles que les données de positionnement, fournies par l'IMU et par le GPS. ,
- Le module EX d'exécution d'une mission programmée mémorisée.
Les modules schématisés à la figure 2 peuvent être des modules électroniques physiquement connectés dans l'unité de commande UM ou peuvent être des programmes ou sous-programmes installés en mémoire de l'unité de commande UC. Les modules SF04 et SF08 de communication avec une station au sol permet d'établir une liaison de données avec la station au sol. En effet l'accomplissement d'une mission par un drone nécessite généralement un retour d'information de la part du drone, comme par exemple pour des missions d'exploration. La station au sol S peut également transmettre des paramètres pour modifier la mission, notamment en fonction des données générées par le capteur d'environnement. Avantageusement, la liaison avec la station au sol peut aussi être désactivée selon le type de mission.
Le module S&A d'évitement d'obstacle permet d'éviter les obstacles inconnus se trouvant sur la trajectoire initialement programmée ou survenant inopinément sur cette trajectoire tels que des objets en mouvement. Un exemple de mise en œuvre du module d'évitement d'obstacle sera décrit plus en détails par la suite.
Avantageusement un drone présentant des fonctions complexes d'adaptabilité à un environnement partiellement inconnu ou d'adaptabilité à un environnement en évolution peut aisément être mis en œuvre.
Le module SL d'atterrissage permet notamment la modification la découverte, l'évaluation ou la sélection de l'endroit d'atterrissage, par l'unité de commande. Un lieu d'atterrissage initialement prévu n'est par exemple plus accessible ou le lieu précis de l'atterrissage n'est par exemple pas déterminé à l'avance. Un exemple de mise en œuvre du module d'atterrissage sera décrit plus en détails par la suite.
Le module FS de suivi de surface permet par exemple de faciliter l'inspection d'un pilier de pont, sans connaître précisément la disposition de ce pilier. Le module de suivi de surface peut également être utilisé pour inspecter un autre objet d'intérêt ou pour réaliser une phase d'approche. Un exemple de mise en œuvre du module de suivi de surface sera décrit plus en détails par la suite.
Avantageusement, ces fonctions apportent une autonomie supplémentaire au drone en lui permettant de réagir à de nombreuses situations. Ainsi un drone perdant sa liaison de communication sera par exemple en mesure de continuer sa mission ou de l'arrêter de façon sûre par un atterrissage sécurisé. Les fonctions peuvent être exécutées seules ou en combinaison.
Des missions complexes peuvent ainsi être réalisées par le drone qui présente une autonomie décisionnelle accrue. La complexité des missions peut résulter par exemple d'incertitudes sur les données cartographiques de l'environnement ou sur des données relatives à des cibles à détecter ou à inspecter dans lequel le drone évolue.
Module d'évitement d'obstacle
Un exemple de fonction de détection et d'évitement est illustré à la figure 3. Le capteur d'environnement peut par exemple se présenter sous la forme d'un capteur de type LIDAR installé sur la plateforme volante avec son angle de vision vers l'avant, les données générées par ce capteur étant utilisées pour la détection d'obstacles se trouvant devant le drone.
Le module de détection et d'évitement S&A fait par exemple appel à plusieurs sous- modules. Le module de détection et d'évitement S&A peut ainsi associer, grâce au module de collecte des données TC, une information temporelle ou « timestamp » (selon la terminologie anglaise) mémorisée avec chaque donnée acquise par le capteur d'environnement CE. De façon similaire, le module de détection et d'évitement S&A associe, grâce au module de collecte des données TC, une information temporelle à chaque donnée de positionnement fournie par le module autopilote AP. Les données de positionnement associées comprennent par exemple les données générées par l'IMU et les données générées par le GPS. L'IMU génère notamment des données d'inclinaison en tangage et en roulis. Le GPS génère notamment des données de longitude, latitude et altitude.
Le module TC de collecte des données comprend par exemple un sous-module SF01 d'écriture en mémoire des données datées issues du capteur d'environnement et du système de contrôle de vol.
Les données datées mémorisées provenant du capteur d'environnement sont ensuite fusionnées, par un sous-module SF02 de fusion, avec les données datées de positionnement provenant du système de contrôle de vol. Les données de positionnement comprennent notamment l'inclinaison fournie par l'unité inertielle IMU. Les métadonnées ainsi obtenues sont ensuite mises en forme grâce au sous-module de correction SF03, traitant les données représentatives de l'environnement en fonction des informations de positionnement de la plateforme volante, de sorte à obtenir une information plus précise. La correction consiste par exemple à prendre en compte les inclinaisons en tangage et en roulis du drone par rapport à l'horizontale, par exemple pour éliminer des zones détectée correspondant en fait à un sol plat horizontal se situant sous le drone.
L'information corrigée fait par exemple apparaître la présence d'une surface suffisamment proche du drone, devant ce dernier, pour être considérée comme un obstacle. Le seuil de détection appliqué par module de détection et d'évitement S&A est par exemple réglé en fonction de la vitesse d'avance du drone.
Avantageusement, le sous-module de correction SF03 permet une interprétation des données recueillies pour évaluer si les objets détectés constituent de véritables obstacles. Ainsi un objet détecté se trouvant en dehors de la trajectoire suivie par le drone n'est pas pris en compte et ne déclenche pas d'action d'évitement. Le module de détection et d'évitement S&A déclenche, lors de la détection d'obstacle, une action d'évitement. L'action d'évitement comprend par exemple un arrêt et une mise en vol stationnaire du drone. L'action d'évitement peut également comprendre une modification des séquences de commande de vol transmises à l'autopilote se traduisant notamment par un changement de direction pour réaliser un contournement de l'obstacle.
11 Le module de détection et d'évitement S&A est par exemple toujours actif et effectue périodiquement, à une fréquence déterminée, des vérifications des distances corrigées détectées par rapport à un seuil de détection.
En cas de détection d'obstacle, le module de détection et d'évitement S&A peut également déclencher l'activation d'un sous-module de cartographie SF06 classant en mémoire les informations corrigées ayant déclenché la détection d'obstacle. L'ensemble de ces informations d'obstacles détectés associées à des positions géographiques du drone peut ensuite être exploité, ces données étant représentatives d'une cartographie des obstacles. En déclenchant des actions de contournement le drone constitue alors une cartographie des obstacles de plus en plus riche où les zones d'obstacles sont calculées par le drone lui-même. Le module de détection et d'évitement S&A comprend par exemple un sous-module SF09 de sélection d'une action parmi plusieurs actions d'évitement déterminées.
La décision prise par le sous-module SF09 de sélection de l'action d'évitement peut résulter par exemple en :
- Une activation d'un sous-module de recalcul de trajectoire SF07 comprenant comme paramètre d'entrée notamment les données de cartographie des obstacles et transmission d'une nouvelle séquence de commandes de vol;
- Un arrêt d'urgence et une stabilisation en vol stationnaire, par exemple pour un drone du type aéronef à voilure tournante ;
- Une réduction de la vitesse ;
- Un retour en position sécurisé ;
- L'envoi d'une requête d'instructions à la station au sol. La détermination d'une nouvelle trajectoire, entraîne par exemple la transmission de la nouvelle séquence de commandes de vol au module driver SF05 afin d'être transmises au module autopilote AP. Le module driver SF05 réalise alors un formatage des commandes adressées à l'autopilote.
Avantageusement, en changeant simplement le module driver SF05 il est aisé de mettre en œuvre la fonction de détection et évitement d'obstacles, ou une autre fonction, pour une autre plateforme. Une telle autre plateforme volante provient par exemple d'un drone du commerce. Si la décision prise par le sous-module SF09 de sélection d'une action d'évitement est d'arrêter le vol et de mettre la plateforme en vol stationnaire, cette instruction est par exemple transmise au module autopilote AP, via le module driver SF05.
Si la décision prise par le sous-module SF09 de sélection d'une action d'évitement est de demander des instructions à la station au sol, la requête de demande d'instructions est par exemple envoyée au module SF08 d'émission vers la station au sol.
A la réception du message de la station au sol, un sous-module SF04 de réception réalise par exemple la réception et l'adressage des instructions dans l'unité de commande embarquée. Le sous-module SF09 de sélection de l'action d'évitement peut aussi déclencher plusieurs actions simultanément ou séquentiellement.
Là encore, l'unité de commande UC et son module d'évitement d'obstacle S&A permettent d'apporter une autonomie accrue au drone.
Le module S&A d'évitement d'obstacle peut également appeler le sous-module SF08 pour le traitement et l'envoi de données, telles que des données issues du capteur d'environnement CE, vers la station au sol.
L'unité de traitement et de mémorisation embarquée comprend un émetteur récepteur radio 70 en liaison de communication avec la station au sol.
Module d'atterrissage Un exemple de mise en œuvre du module d'atterrissage SL est illustré à la figure 4. Sa finalité est par exemple d'effectuer, grâce à capteur d'environnement CE tel qu'un LIDAR disposé avec son champ de vision verticalement sous le drone, un balayage de la zone de destination du drone D et une recherche d'un point acceptable pour l'atterrissage. Le module d'atterrissage SL comprend par exemple le module TC de collecte des données comprenant lui-même, comme décrit précédemment :
- le sous-module SF01 de d'écriture en mémoire des données datées issues du capteur d'environnement et du système de contrôle de vol,
1 ûï - le sous-module SF02 de fusion, avec les données datées de positionnement provenant par exemple du système de contrôle de vol,
- le sous-module de correction SF03, traitant les données représentatives de l'environnement en fonction des informations de positionnement de la plateforme volante.
Le module SL d'atterrissage peut comprendre également le sous-module SF06 de cartographie. Les données représentatives d'une cartographie des obstacles peuvent être utilisées mais également enrichies par des données représentatives d'obstacles détectés au sol. Plusieurs types d'obstacles sont par exemple mémorisés lors de l'activation du sous-module SF06 de cartographie en fonction du type et de la configuration du ou des capteurs d'environnement.
La carte mise à jour par le sous-module de cartographie SF06 est utilisée par le sous- module SF10 de sélection d'une zone d'atterrissage du drone D. La sélection du point ou de la zone d'atterrissage est faite sur la base de critères préalablement déterminés, tels que la nécessité d'avoir une pente relativement faible, une surface plane d'étendue déterminée de la zone ou encore l'absence d'obstacles mobiles. La carte d'obstacle fait par exemple apparaître une zone fixe étendue pour laquelle le sous-module SF10 de sélection d'une zone d'atterrissage a calculé une pente et une inclinaison sous les seuils acceptables mémorisés. Le sous-module SF10 de sélection d'une zone d'atterrissage mémorise alors les données représentatives du positionnement géographique de cette zone d'atterrissage validée.
Le sous-module SF07 de calcule de trajectoire peut alors être activé par le module SL d'atterrissage pour déterminer la trajectoire jusqu'à la zone d'atterrissage validée mémorisée. Les séquences de commande de vol jusqu'à la zone d'atterrissage validée, générées par le sous-module SF07 de calcul de trajectoire, sont ensuite fournies au sous- module SF05 de formatage des commandes, les séquences de commande de vol formatées étant ensuite transmises à l'autopilote AP.
Dans le cas où le sous-module SF10 de sélection d'une zone d'atterrissage ne peut pas déterminer une zone valide pour un atterrissage sécurisé, le drone peut effectuer une action d'exploration, comprenant l'enrichissement des données de cartographie des obstacles.
Un sous module SF1 1 d'atterrissage en sécurité peut aussi être activé simultanément. Le sous-module SF1 1 d'atterrissage en sécurité déclenche, au cours de la perte d'altitude, en fonction des données fournies par le module TC de collecte des données, une évaluation de la zone d'atterrissage, la précision de cette évaluation s'accroissant au fur-et-à-mesure que le drone perd de l'altitude. Le sous-module SF1 1 d'atterrissage en sécurité peut également comprendre une fonction d'arrêt d'urgence provoquant, par exemple, l'arrêt du drone en vol stationnaire. Le sous-module SF1 1 d'atterrissage en sécurité peut notamment invalider la zone d'atterrissage pour déclencher la recherche d'une nouvelle zone d'atterrissage.
Module de suivi de surface
Un exemple de mise en œuvre du module de suivi de surface FS est illustré à la figure 5. Sa finalité est par exemple d'effectuer, grâce à capteur d'environnement CE tel qu'un LIDAR disposé avec son champ de vision frontalement ou latéralement par rapport au drone, un suivi à hauteur et à distance d'une zone sensiblement verticale à parcourir. La zone ainsi parcourue est par exemple simultanément analysée par un autre capteur d'analyse ou par une caméra de la plateforme volante. Les données analysées ainsi récoltées sont par exemple associées aux données d'environnement détectées ou aux données de positionnement générées par la plateforme volante. Un pilier de pont pourra ainsi être analysé de façon rapide et précise. Il est ainsi possible d'inspecter la surface d'un objet dont la disposition, notamment sa surface extérieure et son orientation, n'est pas connue à l'avance. On pourrait également envisager le suivi d'une surface sur un objet mobile. Le module FS de suivi de surface comprend par exemple le module TC de collecte des données comprenant lui-même, comme décrit précédemment :
- le sous-module SF02 de fusion, avec les données datées de positionnement provenant par exemple du système de contrôle de vol,
2 - le sous-module de correction SF03, traitant les données représentatives de l'environnement en fonction des informations de positionnement de la plateforme volante.
A partir des données représentatives d'une distance entre le drone et la surface inspectée, fournies par le module TC de collecte des données, un sous-module SF12 de contrôle de la distance entre le drone D et la surface d'intérêt génère des commandes de vol pour d'une part maintenir constante cette distance et d'autre part parcourir une zone déterminée mémorisée. La distance constante par rapport à l'obstacle est maintenue à un seuil de tolérance près, stocké en mémoire. Des commandes de rapprochement ou d'éloignement, selon la direction de prise des mesures sont générées pour se maintenir à la distance souhaitée. Par ailleurs la zone à inspecter peut être parcourue selon un schéma de parcours linéaire, un schéma de parcours dans deux dimensions tel que représenté à la figure 5a ou un schéma de parcours dans trois dimensions tel que représenté à la figure 5b. Le parcours en deux dimensions est par exemple déterminé par un point d'entrée B95, un point de sortie E97, une hauteur d'inspection H99, un pas d'inspection S96 et une largeur d'inspection D98 mémorisés.
Le parcours en trois dimensions est par exemple déterminé par un point d'entrée B92, un point de sortie E93, une hauteur d'inspection H94, une largeur d'inspection W91 , une profondeur d'inspection L90 et un pas d'inspection S89 mémorisés.
Le sous-module SF12 est ainsi adapté pour générer des commandes de vol, de sorte à maintenir une distance sensiblement constante entre le drone D et la surface à inspecter tout en parcourant cette surface. L'adaptation de la mission est alors réalisée en permanence. Les commandes de vol ainsi déterminées sont fournies au sous-module SF05 driver de formatage qui les traite et les transmet sous forme exécutable au module autopilote AP.
Le module FS de suivi de surface appelle par exemple le sous-module SF08 de mise en forme des données destinées à la station au sol. Ce module SF08 transfert par exemple :
- des données d'analyse de la surface générée par un capteur d'analyse, - des données de positionnement générées par le GPS ou l'IMU
- des données fournies par une caméra de la plateforme volante (P100)
- des données fournies par le module TC de collecte des données générées par le ou les capteurs d'environnement. Avantageusement, le module FS d'inspection de surface facilite la mise en œuvre d'un examen de surface. L'examen de surface est d'autant plus efficace qu'il s'appuie sur une adaptabilité accrue du drone à son environnement.
Avantageusement encore, certains modules évolués font appel à des mêmes sous- modules, ce qui facilite la mise en œuvre de l'unité de commande et facilite une exécution en parallèle de plusieurs modules.
La figure 6 montre un exemple de drone D selon l'invention comprenant différentes composantes matérielles.
L'unité de commande embarqué UC comprend un capteur d'environnement CE et une unité de mémorisation et de traitement des données UM. L'unité de commande embarquée UC comprend également un module d'alimentation en énergie E.
Le drone D selon l'invention comprend une plateforme volante P100 comprenant un autopilote et commandée par l'unité de commande. La plateforme volante P100 comprenant un système de contrôle du vol SV, en communication avec l'unité de commande ,et une structure de support P ainsi qu'un ou plusieurs unités de propulsion. Les unités de propulsion comprennent par exemple chacune un moteur d'entraînement d'une hélice.
La plateforme volante P peut être à voilure tournante ou à voilure fixe. La plateforme volante comprend également un module d'alimentation en énergie.
En plus du module autopilote AP, la plateforme volante P100 comprend des instruments de vol C tels qu'un GPS, un IMU (« Inertial Mass Unit » ) ou une caméra.
La plateforme volante P100 est ainsi à même d'exécuter des commandes de vol qui lui sont données.
Le système de contrôle du vol SV peut comprendre également un module de communication radiofréquences pour communiquer avec une station au sol, notamment pour permettre, par sécurité, de reprendre les commandes depuis la station au sol, comme expliqué précédemment.
Parmi le ou les capteurs d'environnement on trouve par exemple :
- télémètre ou de type « rangefinder » mesurant une ou plusieurs distances entre le drone D et un objet présent dans l'environnement du drone D, voire plusieurs télémètres couvrant plusieurs les zones autour du drone,
- un capteur optique présentant des caractéristiques spécifiques à une mission, voire plusieurs de ces capteurs couvrant plusieurs zones autour du drone,
- un détecteur thermique ou infrarouge, voire plusieurs de ces détecteurs couvrant plusieurs zones autour du drone.
La plateforme volante P100 peut également comprendre un système de transport d'une charge permettant la simple livraison d'un objet ou le déploiement in situ d'une charge utile telle qu'un instrument de mesure en liaison de communication avec la station au sol. Un drone D comprenant un système de transport d'une charge permet par exemple de réaliser des missions de livraison d'une trousse de secours sur un lieu sinistré. Encore une fois ce type de mission complexe peut être mise en œuvre grâce à la présente invention sur la base de moyens techniques, humains et financiers raisonnables. La figure 7 illustre un exemple de séquencement du vol du drone D dans le cas d'une fonction d'atterrissage. Comme il apparaît sur à la figure 7 le séquencement du vol réalisé par l'unité de commande UM confère au drone une autonomie importante.
Plus particulièrement la figure 7 illustre les relations entre les fonctions mises en œuvre par l'unité de commande UC et les phases de vol de la plateforme volante P100. Parmi les phases de vol on trouve :
- « Transit » : déplacement du drone D selon une trajectoire prédéterminée ;
- « Approach » : le drone se rapproche de sa destination ;
- « Still Fligth » : vol stationnaire en attendant que des instructions soient données au module autopilote AP. A l'approche de la zone d'atterrissage, l'unité de commande UC peut par exemple effectuer une analyse de la zone d'atterrissage pour déterminer un point adapté à l'atterrissage du drone D selon l'invention. L'analyse peut par exemple être un balayage du sol effectué à l'aide du capteur d'environnement. Si l'unité de commande UC identifie un point qui satisfait les critères pour un atterrissage en sécurité, l'unité de commande UC donne des instructions au module autopilote AP pour engager une procédure d'atterrissage également désignée par « Landing ».
Pendant cette phase d'atterrissage, l'unité de commande UC peut en outre activer le module d'évitement d'obstacle de sorte à détecter des obstacles imprévus pouvant s'interposer devant dans la zone d'atterrissage. En cas de détection d'un tel obstacle, l'unité de commande UC peut alors prendre la décision d'interrompre la procédure d'atterrissage et de rentrer à la station de base ou de chercher une autre zone d'atterrissage. Si par exemple durant une phase de recherche d'une zone d'atterrissage, aucun point adapté n'est détecté, l'unité de commande peut déclencher une recherche par balayage du sol. L'unité de commande peut également déclencher un retour à la station de base ou à son point de décollage, après un nombre déterminé de tentatives infructueuses de recherches de zones d'atterrissage. Un mode d'attente d'instructions de la station de base peut également être déclenché par l'envoi à la station de base d'une requête déterminée.
L'unité de commande UC peut également déclencher un atterrissage d'urgence en mode dégradé, par exemple si le niveau de la batterie Batt du drone est trop faible. Dans ce mode dégradé, la zone d'atterrissage peut être sélectionnée, par exemple en fonction de l'inclinaison et de la planéité, mais selon des seuils de tolérance plus grand ou selon le critère des moindres maux.
Le système S de drone comprenant le drone D et la station au sol est également adaptée à de nombreuses missions du fait de l'autonomie importante du drone. La mission peut par exemple être poursuivie malgré une interruption temporaire de liaison de données avec la station au sol. Le drone est notamment à même de déclencher des actions pour rétablir cette liaison de données. La mission peut également comprendre des zones partiellement connues d'exploration avec un retour d'information à la station au sol.
La figure 8 illustre un exemple de système de drone S selon l'invention comprenant :
- Des éléments destinés au sol 81 ;
- Le drone D selon l'invention ;
- Des moyens de transmission des données 80 ;
- Des outils d'alimentation en énergie 79.
Les éléments 81 destinés au sol comprennent essentiellement une station au sol B. La station au sol B peut comprendre des moyens d'alimentation, des moyens de traitement et mémorisation des données, des moyens de communication avec le drone.
La station de base B permet de récupérer les informations envoyées par le drone D selon l'invention, y compris d'éventuelles requêtes d'instructions si l'unité de commande UC ne peut pas prendre une décision. Un opérateur au sol peut par exemple utiliser la station de base B pour envoyer des paramétrages au drone D.
Le drone D selon l'invention comprend l'unité de commande UC et la plateforme volante P100.
La plateforme volante comprend :
- Un module d'alimentation en énergie E comprenant une batterie Batt et un module de distribution de puissance PdM ;
- Un système de contrôle du vol SV comprenant un module Radio de communication radiofréquences, un module GPS, une unité inertielle IMU, un module autopilote AP, une caméra FLC ;
- Une plateforme volante P comprenant une structure mécanique de support Str et des moyens de propulsion Prop.
L'unité de commande UC comprend :
- L' unité de mémorisation et de traitement UM des données de mission et des données issues du capteur d'environnement CE ;
- Un ou plusieurs capteurs d'environnement CE selon la mission - Un module de transport de charge C, - un module Radio de communication radiofréquences, « ground / onboard communication » tel que représenté également aux figures 3 à 5.
La caméra FLC peut être comprise dans l'unité de commande embarquée UC ou dans l'unité de contrôle du vol SV.
L'unité de commande UC comprend ainsi des modules lui permettant à la fois de s'interfacer avec la plateforme volante P100 et d'interpréter les données acquises notamment par son ou ses capteurs d'environnement CE.
Le système de drone S selon l'invention permet par exemple de mener à terme de façon autonome des missions complexes, sans nécessiter d'intervention de l'opérateur au sol.
Les moyens 80 de communication des données comprennent une liaison communication L établie entre une interface de communication au sol GL et une interface de communication en vol AL. Dans la présente description, cette interface de communication en vol est comprise dans l'unité de commande embarquée, sauf indication contraire.
Les outils d'alimentation en énergie 79 comprennent notamment les batteries de la station au sol B. L'unité de commande embarquée est par exemple alimentée en énergie par la batterie de la plateforme volante. La figure 9 représente un exemple de plan de vol mémorisé pour une mission déterminée. Ce plan de vol est par exemple mémorisé initialement par l'unité de commande embarquée. Le plan de vol comprend par exemple un point de décollage P50, un point d'atterrissage P51 et différents points de passage tels que P49 et P48. Chaque point comprend sa latitude, sa longitude et son altitude. La hauteur est calculée par rapport à un référentiel cartographique. Le profil du vol 47 à différentes hauteurs est également mémorisé. La carte est par exemple présentée en arrière-plan sur la station au sol, lors de l'affichage du plan de vol.
Exemples de cas d'usage de l'invention
Mission de type sauvetage Lors des missions du type sauvetage, l'environnement réel est généralement modifié et une éventuelle cartographie de la région utilisée pour un plan de sauvetage se trouve alors obsolète. Le drone selon l'invention dispose des fonctions lui permettant de s'adapter à la situation en prenant en compte par exemple des paramètres environnementaux pour l'exécution de sa mission de sauvetage.
Le drone S peut en outre être paramétré lors du vol, de manière simple, par exemple en lui signifiant une zone d'intérêt. L'opérateur identifie par exemple une zone visualisée comme étant d'intérêt pour la recherche de victimes potentielles et transmet au drone les coordonnées de cette zone d'intérêt. L'opérateur communique avec le drone depuis la station au sol en liaison de communication avec le drone. Ce simple paramètre permet au drone d'adapter sa mission en temps réel. L'adaptation est en effet basée en grande partie sur les capteurs d'environnement.
Durant le vol, le drone D selon l'invention détecte en effet son environnement, à l'aide d'un capteur d'environnement, par exemple un télémètre laser ou un détecteur infrarouge, ou à l'aide d'un capteur dédié à la détection des terminaux mobiles communicant par radio comme par exemple en WiFi, Bluetooth, GSM, LTE. L'environnement détecté peut se trouver sous le drone, au-dessus du drone, devant, derrière ou sur les côtés. Les détections effectuées par le drone sont par exemple mémorisées et mises en forme en étant associées à une position géographique correspondante avant d'être transmises à la station au sol. L'opérateur aura par exemple la possibilité d'établir une communication avec les téléphones cellulaires détectés pour demander des informations directement à la victime. La réponse fournie par la victime peut être mise en forme par la victime elle-même ou automatiquement par des dispositifs de mesures des paramètres physiologiques. Le drone revient par exemple à son point de départ une fois la zone d'intérêt entièrement couverte.
Le système de drone selon l'invention pourra aisément être programmé pour des missions de sauvetage de victimes après, par exemple, une inondation ou un tremblement de terre. Les fonctions exécutées par le drone seront par exemple : - La détection de victimes et le repérage de leur position, avec par exemple l'établissement d'une liaison de communication par téléphone mobile avec les victimes. - L'envoi de message par exemple du type SMS pour détecter les réponses des smartphones et détecter les positionnements des victimes avec notamment un message retour d'accusé réception ou un message retour comprenant des données sur l'état de santé des personnes. - L'exploitation de données de repérage pour présenter une carte de visualisation des positions des victimes, cette carte pouvant être utilisée ultérieurement par les secours au sol, notamment en indiquant les victimes prioritaires ou les différentes probabilités de trouver des survivants en fonction de l'environnement détecté,
- Détecter les obstacles et leur nature, comme par exemple les éboulements, les zones d'incendie ou les zones inondées.
Mission de type déploiement d'une charge
Un autre exemple de cas d'usage concerne par exemple le déploiement d'une charge. Il s'agît par exemple de poser au sol un dispositif de type capteur ou simplement de délivrer un colis.
Il apparaît ici que le drone S selon l'invention peut prendre en compte son environnement réel pour accomplir sa mission sans nécessiter un repérage préalable de haute précision. C'est le drone lui-même qui acquiert les données sur le champ des opérations afin de se poser, par exemple sur un balcon ou sur le toit d'un immeuble ou encore sur un terrain herbeux.
Le drone S selon l'invention permet un déploiement efficace de façon simplifiée en atterrissant dans une zone inconnue ou connue approximativement. Le déploiement efficace d'une charge nécessite en effet un repérage précis de l'environnement et de la zone d'atterrissage. Le drone D lorsqu'il arrive à proximité d'une zone d'intérêt, va par exemple détecter et trouver une zone d'atterrissage avec un niveau de sécurité suffisant.
Après l'atterrissage, le drone D active par exemple la charge transportée
On peut ensuite prévoir un vol du drone jusqu'à son point de décollage ou jusqu'à un autre point prévu pour son atterrissage. Détection de gaz toxique Un autre exemple concerne la détection par le drone D selon l'invention de gaz toxiques formant par exemple un nuage. Certaines usines ont en effet un besoin de détection de nuages toxiques pouvant se former à partir de leur site d'implantation. Le système de drone selon la présente invention permet de réaliser simplement et à moindre coût ce type de mission. Ce type de détection de nuage toxique peut être réalisé de façon préventive ou en cas d'accident sur le site.
Le drone D comprend par exemple en mémoire une zone d'intérêt où un nuage toxique est susceptible d'être présent. Ces données représentatives d'une zone d'exploration géographique peuvent être programmées en même temps que la mission ou actualisées en temps réel par la station au sol, via une liaison de communication AL établie avec le drone. L'opérateur peut confirmer l'exécution de la mission après accusé réception d'une mise à jour des données d'exploration géographique.
Le drone utilise par exemple un ou plusieurs détecteurs CE durant son vol pour évaluer son environnement. Le ou les capteurs d'environnement CE utilisés sont par exemple des capteurs optiques exploités pour détecter de la fumée opaque ou une couleur spécifique à un nuage toxique voire des sondes de détection de composant chimiques et notamment des gaz toxiques. Une telle sonde sera par exemple maintenue à distance du drone pour limiter les perturbations aérodynamiques générées par le drone. Lors de la détection des éléments recherchées, les données représentatives de l'environnement sont par exemple stockées en mémoire, en correspondance avec des données de positionnement. Les données de positionnement du drone comprennent par exemple la latitude, la longitude et l'altitude ainsi que les inclinaisons du drone. La mémorisation des données d'environnement n'intervient ainsi que pour les zones d'intérêt. L'unité de commande peut également ralentir son allure, voire faire de courtes pauses, pour un examen plus précis de son environnement, avant de reprendre une allure plus rapide hors des zones remarquables.
Une fois la zone d'intérêt couverte par le drone, ce dernier retourne par exemple à son point de décollage ou à un autre point prédéfini d'atterrissage.
La détection d'un nuage de fumée ou d'une source de chaleur peut également constituer la détection d'un obstacle pris en compte par le drone réalisant alors une manœuvre d'évitement.
Previous Patent: A COMPUTER IMPLEMENTED METHOD FOR GENERATING A MOLD MODEL FOR PRODUCTION PREDICTIVE CONTROL AND COMP...
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