FR3020942A1

FR3020942A1 - Procede de propulsion d'un fauteuil roulant, kit et fauteuil mettant en œuvre un tel procede.

Info

Publication number: FR3020942A1
Application number: FR1454449A
Authority: FR
Inventors: Sami Mohammad; Thierry-Marie Guerra
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-11-20
Also published as: WO2015177173A1; EP3145467A1; US10252638B2; US20170088014A1

Abstract

Le fauteuil roulant ayant deux roues motrices (1) équipées chacune d'un moteur d'entraînement en rotation, caractérisé en ce que la valeur du couple d'entraînement appliqué par chaque moteur est asservie pour stabiliser ledit fauteuil (10) en déplacement sur les deux motrices (1), chargé par un utilisateur (40), dans une position d'équilibre inclinée (Ψ0).

Description

PROCEDE DE PROPULSION D'UN FAUTEUIL ROULANT, KIT ET FAUTEUIL METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE La présente invention concerne un procédé de propulsion d'un fauteuil roulant. Elle concerne également un kit mettant en oeuvre un tel procédé pour équiper un fauteuil roulant, ainsi qu'un fauteuil roulant électrique mettant en oeuvre ce procédé. L'invention s'applique notamment pour améliorer la mobilité des fauteuils roulant sur tous types de terrains.

Il existe sur le marché divers types de fauteuils roulants, du plus simple dans une version manuelle aux plus sophistiqués dans une version tout électrique. Face aux difficultés rencontrées dans la vie quotidienne, nombre de personnes à mobilité réduite renoncent au fauteuil roulant manuel. En effet, ces fauteuils nécessitent un effort physique important de la part des utilisateurs et ne sont pas toujours faciles à manoeuvrer, limitant finalement l'autonomie des personnes. Ces dernières doivent alors faire des choix parmi l'ensemble des fauteuils disponibles sur le marché en fonction notamment de leur handicap, de leurs possibilités physique et de leurs moyens financiers. Une solution pour permettre à ces personnes de retrouver une plus grande autonomie est d'utiliser un fauteuil tout électrique équipé d'un organe de commande. A partir de cet organe de commande, l'utilisateur peut piloter le fauteuil dans toutes les directions, le fauteuil étant propulsé au moyen d'un moteur électrique, des mains courantes couplées aux roues étant par ailleurs toujours prévues pour permettre une activation manuelle notamment en cas d'indisponibilité de la propulsion électrique. Une autre solution, moins coûteuse, consiste à équiper un fauteuil roulant classique avec un kit de motorisation additionnel. Même pour un fauteuil à propulsion électrique, qu'il soit tout électrique ou équipé d'un kit de motorisation électrique, il subsiste des situations où la propulsion et la mobilité du fauteuil est difficile voire dangereuse pour la personne qui est assise dans le fauteuil. C'est typiquement le cas lorsqu'un fauteuil roulant doit se déplacer en dehors d'un sol aplani, stable et régulier. En particulier les terrains herbeux ou recouverts de bosses sont très difficiles voire impossibles à parcourir. Le franchissement d'obstacles tels que les bords de trottoir sont également difficiles à parcourir avec risque de basculement des fauteuils. Les franchissements des terrains en pentes, tels que les talus ou les dévers de routes par exemple, sont particulièrement délicats avec un risque très important de basculement des fauteuils à tel point que la plupart des utilisateurs renoncent à les franchir sans aide par une ou plusieurs tierces personnes. Un but de l'invention est notamment de permettre à des fauteuils roulants à propulsion électrique de se déplacer dans tous types de terrains et notamment dans les types de terrains décrits ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de propulsion d'un fauteuil roulant, ledit fauteuil roulant ayant deux roues motrices équipées chacune d'un moteur d'entraînement en rotation, la valeur du couple d'entraînement appliqué par chaque moteur étant asservie pour effectuer une stabilisation gyroscopique dudit fauteuil en déplacement sur les deux motrices, chargé par un utilisateur, dans une position d'équilibre inclinée vo. Dans un mode de mise en oeuvre possible, pour asservir la valeur du couple moteur de chaque roue, ledit procédé utilise un modèle direct définit par l'équation suivante, pour le système composé dudit fauteuil chargé et des moteurs : _il = Axi +Biu avec : - u étant l'entrée de commande influençant les composante du vecteur d'état xi, - 0 étant égale à 1/2 (OR + Of), OR et OL étant respectivement les angles de rotation de la roue droite et de la roue gauche par rapport à une origine donnée ; - yf : étant l'angle de déviation du fauteuil par rapport à la position d'équilibre vo ; les matrices Ai, Bi linéaires et/ou non linéaires dépendant des paramètres géométriques et mécaniques dudit système.

Dans un mode de mise en oeuvre particulier : u - [F, F, f Fi,F,, étant respectivement les valeurs des couples appliqués par les moteurs gauche et droit.

Dans d'autres modes de mise en oeuvre possibles, l'entrée commande u a pour composantes les vitesses des roues motrices ou l'entrée de commande u a pour composantes les tensions de commande appliquées aux moteurs. Le procédé utilise par exemple un retour d'état statique et/ou dynamique défini par l'équation suivante : u = N Oréf - KR X1 - Oref étant l'intégrale par rapport au temps de la consigne de vitesse de rotation desdites roues motrices (1) ; - N étant un coefficient garantissant un gain statique unitaire ; _ KR étant le gain de retour d'état L'angle de déviation qf est par exemple mesuré à partir d'une valeur d'angle d'inclinaison vgy, mesurée par un gyroscope mécaniquement solidaire dudit fauteuil, ledit angle de déviation qf étant la différence entre la mesure gyroscopique de l'inclinaison vgy, et une valeur estimé de l'angle d'équilibre Vo, ladite valeur estimée de l'angle d'équilibre étant fonction des paramètres géométriques et dynamiques dudit fauteuil chargé. L'invention a également pour objet un kit de propulsion électrique apte à équiper un fauteuil roulant comportant deux roues motrices, ledit kit 25 comportant au moins : - deux moteurs aptes à être fixés chacun sur une roue motrice ; - un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison du fauteuil ; - une unité centrale délivrant un signal pour commander la valeur du couple d'entraînement de chacun des moteurs, ladite unité centrale comportant un 30 calculateur apte à exécuter un asservissement dit deux roues, à partir d'un signal de commande, mettant en oeuvre le procédé de propulsion décrit précédemment, pour stabiliser ledit fauteuil en déplacement sur les deux motrices, chargé par un utilisateur, dans une position d'équilibre inclinée vo. A partir d'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues, l'unité centrale génère par exemple des valeurs de couples moteurs créant une accélération des roues motrices vers l'arrière pendant un temps déterminé, obligeant le fauteuil à basculer vers l'avant et de se poser sur ses roues avant. Une interface de commande génère par exemple un signal d'activation et de désactivation dudit asservissement deux roues. L'interface de commande est par exemple du type « joystick » ou est un écran permettant de naviguer dans un menu.

Un signal d'activation dudit asservissement deux roues est par exemple généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'arrière, ledit mouvement étant capté par le gyroscope. Dans un autre mode de réalisation possible le signal de désactivation dudit asservissement deux roues est généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'avant, ledit mouvement étant capté par le gyroscope. L'invention a encore pour objet un fauteuil roulant électrique comportant deux roues motrices entraînée chacune par un moteur électrique, ledit fauteuil comportant au moins : - un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison dudit fauteuil ; - une unité centrale délivrant un signal pour commander la valeur du couple d'entraînement de chacun des moteurs, ladite unité centrale comportant un calculateur apte à exécuter un asservissement dit deux roues, à partir d'un signal de commande, mettant en oeuvre le procédé de propulsion décrit précédemment, pour stabiliser ledit fauteuil en déplacement sur les deux motrices, chargé par un utilisateur, dans une position d'équilibre inclinée vo. A partir d'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues, l'unité centrale génère par exemple des valeurs de couples moteurs créant une accélération des roues motrices vers l'arrière pendant un temps déterminé, obligeant le fauteuil à basculer vers l'avant et de se poser sur ses roues avant. Dans un mode de réalisation possible, ledit fauteuil comporte une interface de commande générant un signal d'activation et de désactivation dudit asservissement deux roues, ladite interface étant par exemple du type « joystick » ou étant par exemple un écran permettant de naviguer dans un menu. Un signal d'activation dudit asservissement deux roues est par exemple généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'arrière, ledit mouvement étant capté par le gyroscope. Un signal de désactivation dudit asservissement deux roues est par exemple généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'avant, ledit mouvement étant capté par le gyroscope. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - La figure 1, une personne se déplaçant dans un fauteuil roulant ; - La figure 2, une personne en fauteuil roulant franchissant un premier type d'obstacle ; - La figure 3, une personne en fauteuil roulant franchissant un deuxième type d'obstacle ; - La figure 4, une illustration du principe de propulsion d'un fauteuil roulant selon l'invention ; - La figure 5, une illustration d'un asservissement possible ; - La figure 6, une illustration d'une propulsion selon l'invention sur une piste en pente. La figure 1 représente une personne se déplaçant dans un fauteuil roulant manuel. La personne commande le déplacement du fauteuil en exerçant une poussée circulaire avant ou arrière sur la main courante 2 couplée à chaque roue 1 motrice, entraînant le roulement de ces roues. Deux petites roues 5 situées à l'avant complètent le dispositif à quatre roues pour assurer la stabilité au sol du fauteuil, ces dernières qui son libres en rotation autour d'un axe vertical aident l'utilisateur du fauteuil à se diriger. Un dispositif d'aide électrique à la propulsion permet de réduire ou de supprimer ces efforts physiques. Un tel dispositif comporte deux moteurs électriques, un moteur étant couplé à chaque roue pour l'entraîner en rotation. Les moteurs utilisés peuvent être du type moteur sans balais encore appelés moteurs «brushless ». On peut aussi utiliser d'autres types de moteurs, notamment des moteurs à courant continu. Le couple moteur délivré par un moteur peut être fonction du mouvement d'entraînement appliqué sur la main courante 2. Dans ce cas, plusieurs solutions sont possibles pour détecter le couple de propulsion alors produit par l'utilisateur et commander les moteurs d'entraînement en fonction de ce couple appliqué. Une autre solution pour commander les moteurs d'entraînement des roues consiste à utiliser un organe de commande tel qu'une manette par exemple, encore appelée « joystick » fixée sur le châssis du fauteuil et plus particulièrement sur l'accoudoir pour faciliter sa manipulation par l'utilisateur. La manette permet ainsi de commander les moteurs vers l'avant ou vers l'arrière, de régler la vitesse d'entraînement des roues, et de tourner à gauche ou à droite en activant l'un ou l'autre des moteurs. La propulsion électrique fonctionne parfaitement sur des sols réguliers. Les dispositifs de propulsion électrique selon l'art antérieur permettent en effet aux utilisateurs de fauteuils roulants de se déplacer aisément dans des intérieurs, pourvu qu'il y ait la place nécessaire et qu'il n'y ait pas de dénivelés trop importants.

Ils permettent aussi des déplacements aisés sur trottoirs ou des routes planes. Il n'en est plus de même lorsque les passages deviennent accidentés, ou présentent des obstacles. La figure 1 illustre un premier exemple d'obstacle.

Dans cet exemple, l'utilisateur doit franchir le bord d'un trottoir 4 pour monter sur celui-ci. L'utilisateur doit alors faire un mouvement en arrière pour soulever l'avant du fauteuil, ce qui demande un effort physique avec un risque de basculement complet du fauteuil vers l'arrière.

La figure 2 présente un autre cas de figure de franchissement d'obstacle où l'utilisateur passe d'un trottoir 21 à une chaussée 22. Dans ce cas, l'utilisateur doit faire attention à ne pas basculer vers l'avant et 4e se renverser.

La figure 3 présente une autre situation difficile où un utilisateur doit descendre un talus avec sa chaise roulante 10. Même si le système de freinage du fauteuil permet de maîtriser la vitesse de descente, il y a un risque important que l'utilisateur bascule vers l'avant ou au moins éprouve une crainte telle qu'il refuse de descendre le talus.35 La figure 4 illustre le principe de mise en oeuvre de l'invention. Pour permettre au fauteuil roulant de se déplacer en toutes circonstances, par exemple de franchir des obstacles du type de ceux des figures 1, 2 et 3, et plus généralement pour se déplacer sur des sols accidentés ou instables, l'invention prévoit un mode fonctionnement appelé par la suite mode « deux roues » dans lequel le fauteuil 10 se déplace uniquement sur les deux roues motrices 1, dans une position d'équilibre inclinée. Dans cette configuration, le fauteuil peut se déplacer plus aisément sur des sols accidentés ou instables, sur des pentes et peut franchir plus facilement des obstacles. Le fauteuil est maintenu dans ce mode « deux roues » par les couples appliqués sur les roues motrices 1 par leur moteur d'entraînement. La figure 4 présente le fauteuil chargé par un utilisateur en position d'équilibre autour d'un angle de stabilisation vo , l'utilisateur se déplaçant sur un plan horizontal. Cet angle est formé entre le plan horizontal 41 et le plan 42 comportant les quatre roues 1, 5 du fauteuil, plus particulièrement ce plan 42 correspond à un plan fictif supportant les quatre roues. Selon l'invention, on applique un couple moteur FI sur la roue gauche et un couple moteur Fr sur la roue droite dont les valeurs permettent d'obtenir la vitesse et l'angle de stabilisation vo selon un asservissement qui sera décrit par la suite. La vitesse de déplacement du fauteuil correspond à la vitesse de rotation des roues motrices 1, des vitesses de rotations différentes entre les roues permettent au fauteuil de tourner à droite ou à gauche.

Les valeurs de couples à appliquer dépendent des paramètres géométriques et dynamiques du fauteuil lesté, des vitesses de roues motrices souhaitées et de l'angle de stabilisation vo. Cet angle de stabilisation, ou d'équilibre, est l'angle d'inclinaison du fauteuil pour lequel le centre de gravité CG de l'ensemble formé par le fauteuil 10 et l'utilisateur 40 rencontre l'axe vertical 43 passant par l'axe des roues motrices 1. En pratique, cet angle est de l'ordre de 20° à 30°, ce qui permet de franchir lesobstacles standard du type bord de trottoir ou marche d'escalier et offre une inclinaison du fauteuil par rapport à l'horizontal confortable pour l'utilisateur.

En mode « quatre roues », lorsque le fauteuil se déplace sur ses quatre roues 1, 5, pour calculer les couples d'entraînement à appliquer sur les roues motrices, on prend en compte les paramètres suivant : - m, la masse du fauteuil lesté, c'est-à-dire chargé par l'utilisateur ; - r, le rayon des roues motrices 1 ; - K, le coefficient de frottement des roues ; - d, la distance entre le centre de gravité CG et le plan vertical passant par l'axe des roues motrices 1 ; - b, la distance entre les roues motrices 1 ; - IA, le moment d'inertie du fauteuil par rapport à l'axe vertical passant par le point milieu de l'axe des deux roues motrices 1 ; - /0, le moment d'inertie d'une roue motrice 1 ; Les équations du mouvement du fauteuil peuvent être obtenues en appliquant les lois de la mécanique classique, OR , iSeL étant respectivement les angles de rotation de la roue droite et de la roue gauche par rapport à une origine angulaire donnée, MR et Mi, étant respectivement les couples d'entraînement exercés sur les roues droites et gauche, un couple d'entraînement étant la somme du couple appliqué par le moteur électrique de la roue et du couple d'entraînement exercé par l'utilisateur sur la roue. aiIR + fi« - mR -xéR fitjR+ a« = M L- KÔL in (I - A+ md2)r2 a - + 4 b2 mr2 (4+ md2)r2 +10 fl = 4 b2 On peut réécrire ces équations différemment, afin d'extraire les accélérations angulaires des roues : a ( -Ké 11é t.112 a2 /32 M12 RL+L) a aK ( M -AM +11(tj L a2 /32 LaRa1R) En mode « deux roues », lorsque le fauteuil se déplace uniquement sur ses deux roues motrices, il faut faire intervenir une variable supplémentaire qui est l'angle d'inclinaison par rapport à la position d'équilibre. Autour de l'angle de stabilisation vo et pour les petits angles d'inclinaison qf, par rapport à cet angle de stabilisation, on peut considérer que le système, formé du fauteuil lesté et des moteurs, est linéaire et répond aux équations suivantes : = A1x1 +Biu = A2x2 + B2u =[-9 V/ é , x2 -L0 u = [F1 Avec : 0 = 1/2 (OR + OL) ; : l'angle de déviation du fauteuil par rapport à la position d'équilibre vo; 0 : l'angle d'orientation du fauteuil dans un plan horizontal ; : les valeurs des couples appliquées respectivement par les moteurs gauche et droit.

Ce modèle est toujours vrai autour du point d'équilibre. Le modèle complet est non linéaire et peut être commandé avec des lois de commande qui peuvent être linéaires robustes, linéarisantes, basées sur des outils non linéaires....

Cette représentation linéaire n'est évidemment pas unique, elle peut notamment être enrichie par rajouts d'incertitudes, par approche polytopique de type LPV ou quasi-LPV. L'entrée de commande u est soit les couples moteurs comme ci-dessus, soit les vitesses de rotation des deux roues motrices, soit les tensions appliquées aux moteurs, dans tous les cas u influence les composantes du vecteur d'état x1. Le vecteur d'état .x1 peut être constitué différemment en changeant l'ordre des variables où en incluant des variables différentes, mais toujours liées aux variables utilisées, ou finalement en augmentant le nombre de variables considérées. L'angle qf est par exemple mesuré par un gyroscope solidaire mécaniquement du châssis du fauteuil.

Les matrices A1 et A2 sont au moins des matrices 4x4 et les matrices /31 et B2 sont au moins des matrices 2x2. Ces matrices dépendent des paramètres géométriques et mécaniques du système. Le fauteuil en position « deux roues » peut être avantageusement piloté par un organe de commande du type joystick sans autres mouvements de la part de l'utilisateur qui peut rester confortablement assis dans son fauteuil. La figure 5 illustre la boucle d'asservissement du système pour le maintenir en position « deux roues » à l'équilibre avec une vitesse de déplacement souhaitée. Les consignes de mouvement sont seulement données par la commande, un joystick par exemple. Cette boucle d'asservissement avec le gyroscope et les interfaces adaptées constitue le système de stabilisation du fauteuil en position, ou mode, deux roues. La boucle d'asservissement est mise en oeuvre par un programme, dit programme de stabilisation gyroscopique, activé ou désactivé par un signal de commande extérieur.

Dans ce cas, la commande transmet une consigne de vitesse de rotation des roues é'f et d'angle de rotation dans le plan horizontal Ø. . La consigne de vitesse est intégrée par rapport au temps et ainsi transformée en consigne d'angle de rotation G. . La figure 5 illustre plus précisément l'asservissement de l'angle de rotation des roues 0, où 0 = 1/2 (OR + Of). Dans cet asservissement, la fonction de transfert 51 ne prend en compte que les variables relatives aux angles 0 et v. Il est possible avec un retour d'état statique et/ou dynamique de contrôler l'angle tout en stabilisant le système. La fonction de transfert retour étant définie par l'équation suivante : u = N Oréf - KRX1 N étant un coefficient garantissant un gain statique unitaire. Par exemple : N= 1 11 Ci (131K R - Ai )Bi Avec Ci = [1 0001 Dans le cas particulier de ce système, la quatrième matrice D1 est égale à [0, 0]. Le gain de retour d'état KR est calculé tel que la matrice A1 - B/KR ait des valeurs propres stables, c'est-à-dire ayant des parties réelles négatives, ainsi que pour garantir les performances et la robustesse souhaitées.

Dans cet asservissement, la déviation du centre de gravité du fauteuil CG de sa position d'équilibre est considérée comme une perturbation à rejeter. Pour maintenir le fauteuil en position d'équilibre « deux roues », un dispositif selon l'invention utilise une boucle de commande, c'est-à-dire un asservissement. La figure 5 illustre un exemple d'asservissement possible, où l'on asservit le système en vitesse de rotation, elle-même intégrée en consigne d'angle. On peut également asservir le système sur des consignes de couple moteur. On peut également prendre comme consigne d'asservissement la tension de commande appliquée aux moteurs d'entraînement des roues. L'angle d'équilibre qfo est déterminé a priori . Dans tous les cas, le système d'asservissement est capable de compenser toute éventuelle petite différence du système résultant du changement de position d'équilibre dû aux mouvements de l'utilisateur, de l'état de la route ou encore de la dérive des capteurs.

Cette valeur d'équilibre correspond à une inclinaison du fauteuil où le centre de gravité CG rencontre l'axe vertical 41 passant par l'axe des roues motrices 1. Cet angle vo peut donc être estimé a priori. Connaissant les paramètres mécaniques et de dimensions du fauteuil on peut calculer de façon fiable les coordonnées du centre de gravité CG dans un repère lié au fauteuil, en retenant un poids moyen et une morphologie standard pour l'utilisateur. En cas de besoin, les coordonnées du centre de gravité peuvent être calculées préalablement en fonction du poids et de la morphologie de l'utilisateur.

L'activation du mode « deux roues » peut se faire sur le plat par l'utilisateur de la façon la plus simple possible, en activant une commande telle qu'un bouton ou en naviguant dans un menu. Une consigne d'initialisation de l'asservissement du mode « deux roues » est alors envoyée au programme de stabilisation gyroscopique. Il y a plusieurs façons d'arriver à la position d'équilibre. Dans un premier mode, c'est l'utilisateur qui réalise la manoeuvre pour se mettre en position deux roues. Ensuite, le programme de stabilisation prend la relève. Dans un autre mode, c'est une tierce personne qui incline le fauteuil. Il est également possible de faire la manoeuvre d'équilibre de façon automatisée à condition d'avoir l'espace nécessaire et que l'utilisateur respecte un certain nombre de consignes. Le système peut être programmé pour revenir à la position « quatre roues » à tout moment, notamment s'il y a le moindre risque pour l'utilisateur. Le passage à la position « quatre roues » est simple. Le programme de stabilisation est arrêté et une séquence de retour à l'horizontale est appliquée. Il s'agit d'appliquer une accélération importante aux deux moteurs vers l'arrière pendant un temps déterminé, ce qui oblige le fauteuil à basculer vers l'avant et de se poser sur les roues avant 5. Il est aussi possible d'appliquer cette séquence de retour vers l'horizontale avant d'arrêter le programme de stabilisation et de programmer cet algorithme pour stopper le signal si l'angle qf devient trop grand. Il est possible aussi qu'une tierce personne arrête le mode « deux roues » en maintenant le fauteuil. Un mouvement de bascule du fauteuil vers l'avant, généré par une tierce personne ou par l'utilisateur, via les mains courantes 2, génère la désactivation de l'asservissement du mode deux roues. Ce mouvement de bascule est détecté par le gyroscope. Un brusque changement d'inclinaison vers l'avant est alors interprété comme un signal de désactivation du mode deux roues.

De même un basculement du fauteuil vers l'arrière, provoqué par une tierce personne ou par l'utilisateur, détecté par le gyroscope est interprété comme un signal d'activation du mode deux roues. La figure 6 présente un exemple d'utilisation d'un mode « deux roues » où l'utilisateur et son fauteuil roulant descendent une rampe 61, par exemple un talus ou une voie en pente. Les couples d'entraînement des roues sont toujours commandés de façon à maintenir le fauteuil en équilibre, c'est-à-dire en maintenant le centre de gravité CG sur l'axe vertical 43 passant par l'axe des roues, l'inclinaison du fauteuil étant stabilisé autour de l'angle d'équilibre qfo par rapport à l'horizontal 41. Avantageusement, l'utilisateur descend la pente 51 sur son fauteuil en toute sécurité, sans risque de basculement vers l'avant. Un autre avantage du mode « deux roues » est aussi une meilleure maniabilité, en particulier pour les changements de direction étant donné que la surface de contact au sol est réduite, puisqu'elle repose sur deux roues au lieu des quatre roues pour un fauteuil classique. Le changement de direction s'opère en jouant sur les couples moteurs pour obtenir l'angle d'orientation 0 conformément aux équations ci-dessus.

L'invention peut être mise en oeuvre sous forme de kit pour équiper des fauteuils manuels ou équiper directement un fauteuil tout électrique. Le kit comporte au moins les éléments suivants, qui sont démontables dans une version kit et font partie intégrante dans une version de fauteuil tout électrique : - deux moteurs aptes à être fixés chacun sur une roue motrice 1 ; - un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison du fauteuil par rapport à l'horizontale, le gyroscope étant fixé sur le châssis du fauteuil ; 30 - une interface de commande ; - une unité centrale intégrant notamment des moyens de traitement pour mettre en oeuvre le programme de stabilisation pour le mode « deux roues », mais également les calculs de couples moteurs à appliquer pour le mode « quatre roues » et calculer et générer le signal de commande des couples 35 moteurs.

Les moteurs sont par exemple du type moteurs sans balais, encore appelés moteurs « brushless » ou à courant continu. Le kit comporte également une batterie fournissant l'énergie électrique aux moteurs et l'unité centrale. Classiquement, un onduleur non représenté est couplé à chaque moteur pour transformer la tension continue fournie par la batterie en tension alternative. Cet onduleur peut être placé au niveau des moteurs ou au niveau du support de la batterie dans le cas d'utilisation d'un moteur de type « brushless ». L'interface de commande est par exemple du type joystick ou tout organe de 10 commande manuelle. L'interface de commande peut également prendre la forme d'une navigation à l'intérieur d'un menu, proposant notamment le passage au mode deux roues. Cet organe de commande envoie un signal vers l'unité centrale contenant une information de commande ou de mode. Ce signal peut en effet contenir 15 l'information de mode « deux roues », dans ce cas l'unité centrale active l'algorithme de stabilisation. Le signal de commande peut être aussi une information d'arrêt du mode « deux roues », ou une information de vitesse ou de rotation à droite ou à gauche notamment. En fonction des signaux reçus, l'unité centrale active ou désactive le 20 programme de stabilisation, ou envoie une commande de couple vers chaque moteur. L'unité centrale reçoit par ailleurs l'information de mesure d'angle vgyr fournie par le gyroscope, cette information étant exploitée comme un des signaux d'entrée du programme de stabilisation. Plus particulièrement, connaissant la 25 valeur estimée vo de l'angle d'équilibre, on obtient la valeur qf de l'angle d'inclinaison par rapport à cet angle d'équilibre par la relation : V = Vgyr - VO. C'est cette valeur d'angle qf qui est exploitée, en tant que variable d'entrée, pour asservir le fauteuil incliné autour de la position d'équilibre. 30 Comme indiqué précédemment, l'unité centrale comporte des moyens de calcul pour calculer les couples moteurs à appliquer permettant d'obtenir la vitesse de déplacement du fauteuil et de stabiliser l'inclinaison du fauteuil autour de l'angle d'équilibre vo, ces moyens de calcul mettant en oeuvre le programme de stabilisation. Cet asservissement est effectué de manière 35 classique selon les connaissances de l'homme du métier.

Comme indiqué précédemment, de façon classique, les moteurs d'entraînement des roues peuvent être asservis en couple, vitesse ou en tension en fonction de l'angle d'inclinaison, ou de rotation, du fauteuil par rapport à l'horizontale, cet angle étant calculé à l'aide du gyroscope qui n'est plus finalement qu'un capteur de vitesse angulaire. Un même boîtier apte à être fixé sur le châssis du fauteuil peut contenir le gyroscope et l'unité centrale, laquelle est implantée avec circuits numériques et analogiques sur une ou plusieurs cartes. L'unité centrale comporte les circuits nécessaires aux calculs, éventuellement des moyens d'interface avec les équipements à commander, notamment les moteurs. Les moyens d'interface incluent par exemple des amplificateurs pour amplifier des signaux bas niveau ainsi que des circuits de conversion analogique-numérique ou numérique-analogique pour traiter les signaux reçus et envoyer les signaux de commande.

Le kit doit permettre également de permettre à l'utilisateur de se déplacer selon un mode classique, sur les quatre roues, avec une propulsion assistée. Dans ce cas, les moyens de calcul des couples moteurs ne traitent pas l'inclinaison. L'algorithme de calcul peut être le même que dans le mode « deux roues », l'angle qfo étant pris égal à O.

Une commande, par exemple un commutateur, permet de passer de la propulsion classique au mode « deux roues » ou par navigation dans un menu comme indiqué précédemment. Dans le cas où le mode « deux roues » est prévu pour être implanté sur un fauteuil tout électrique, quelques adaptations sont nécessaires pour intégrer ce nouveau mode de fonctionnement à une solution existante. Il faut ajouter un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison du fauteuil et implémenter des moyens de calcul et d'interface qui permettent de réaliser le programme de stabilisation.30

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de propulsion d'un fauteuil roulant, ledit fauteuil roulant ayant deux roues motrices (1) équipées chacune d'un moteur d'entraînement en rotation, caractérisé en ce que la valeur du couple d'entraînement appliqué par chaque moteur est asservie pour effectuer une stabilisation gyroscopique dudit fauteuil (10) en déplacement sur les deux motrices (1), chargé par un utilisateur (40), dans une position d'équilibre inclinée (vo).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour asservir la valeur du couple moteur de chaque roue, il utilise un modèle direct définit par l'équation suivante, pour le système composé dudit fauteuil chargé et des moteurs : = Ax +Au avec : =[O e Ô, - u étant l'entrée de commande influençant les composante du vecteur d'état x/ ; - 0 étant égale à 1/2 (OR + 0/,), OR et 0/, étant respectivement les angles de rotation de la roue droite et de la roue gauche par rapport à une origine donnée ; - : étant l'angle de déviation du fauteuil par rapport à la position d'équilibre u0; les matrices A/, /31 linéaires et/ou non linéaires dépendant des paramètres géométriques et mécaniques dudit système.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : u = [r1 r,,r, étant respectivement les valeurs des couples appliqués par les moteurs gauche et droit.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée commande u a pour composantes les vitesses des roues motrices.
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée de 5 commande u a pour composantes les tensions de commande appliquées aux moteurs.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il utilise un retour d'état statique et/ou dynamique défini par l'équation 10 suivante : U = N Ore KRXI Oref étant l'intégrale par rapport au temps de la consigne de vitesse de 15 rotation desdites roues motrices (1) ; - N étant un coefficient garantissant un gain statique unitaire ; KR étant le gain de retour d'état.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que l'angle de déviation (v) est mesuré à partir d'une valeur d'angle d'inclinaison (vg)'.) mesurée par un gyroscope mécaniquement solidaire dudit fauteuil, ledit angle de déviation (y) étant la différence entre la mesure gyroscopique de l'inclinaison (w.gy,.) et une valeur estimé de l'angle d'équilibre (vo), ladite valeur estimée de l'angle d'équilibre étant fonction des 25 paramètres géométriques et dynamiques dudit fauteuil chargé.
8. Kit de propulsion électrique apte à équiper un fauteuil roulant (10) comportant deux roues motrices (1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - deux moteurs aptes à être fixés chacun sur une roue motrice (1) ; 30 - un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison du fauteuil (10) ; - une unité centrale délivrant un signal pour commander la valeur du couple d'entraînement de chacun des moteurs, ladite unité centrale comportant un calculateur apte à exécuter un asservissement dit deux roues, à partir d'unsignal de commande, mettant en oeuvre le procédé de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour stabiliser ledit fauteuil (10) en déplacement sur les deux motrices (1), chargé par un utilisateur (40), dans une position d'équilibre inclinée (Vo).
9. Kit selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection d'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues, l'unité centrale génèrant des valeurs de couples moteurs créant une accélération des roues motrices (1) vers l'arrière pendant un temps déterminé, obligeant le fauteuil à basculer vers l'avant et de se poser sur ses roues avant (5).
10. Kit selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte une interface de commande générant un signal d'activation et de désactivation dudit asservissement deux roues.
11. Kit selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'interface de 15 commande est du type « joystick ».
12. Kit selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'interface de commande est un écran permettant de naviguer dans un menu.
13. Kit selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'un signal d'activation dudit asservissement deux roues étant généré par 20 un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'arrière, ledit mouvement est détecté par ledit gyroscope.
14. Kit selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues étant généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'avant, ledit 25 mouvement est détecté par ledit gyroscope.
15. Fauteuil roulant électrique comportant deux roues motrices (1) entraînée chacune par un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - un gyroscope pour mesurer l'angle d'inclinaison dudit fauteuil (10) ;- une unité centrale délivrant un signal pour commander la valeur du couple d'entraînement de chacun des moteurs, ladite unité centrale comportant un calculateur apte à exécuter un asservissement dit deux roues, à partir d'un signal de commande, mettant en oeuvre le procédé de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour stabiliser ledit fauteuil (10) en déplacement sur les deux motrices (1), chargé par un utilisateur (40), dans une position d'équilibre inclinée (Vo).
16. Fauteuil roulant électrique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection d'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues, l'unité centrale générant des valeurs de couples moteurs créant une accélération des roues motrices (1) vers l'arrière pendant un temps déterminé, obligeant le fauteuil à basculer vers l'avant et de se poser sur ses roues avant (5).
17. Fauteuil roulant électrique selon l'une quelconque des revendications 15 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comporte une interface de commande générant un signal d'activation et de désactivation dudit asservissement deux roues.
18. Fauteuil roulant électrique selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'interface de commande est du type « joystick ».
19. Fauteuil roulant électrique selon la revendication 17, caractérisé en ce 20 que l'interface de commande est un écran permettant de naviguer dans un menu.
20. Fauteuil roulant électrique selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'un signal d'activation dudit asservissement deux roues étant généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers 25 l'arrière, ledit mouvement est détecté par ledit gyroscope.
21. Fauteuil roulant électrique selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce qu'un signal de désactivation dudit asservissement deux roues étant généré par un mouvement de basculement dudit fauteuil vers l'avant, ledit mouvement est détecté par ledit gyroscope. 30