FR3106404A1 - Dispositif de detection de reliefs a la surface du sol pour dispositif roulant electrique et dispositif roulant electrique associe - Google Patents

Dispositif de detection de reliefs a la surface du sol pour dispositif roulant electrique et dispositif roulant electrique associe Download PDF

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Abstract

DISPOSITIF DE DETECTION DE RELIEFS A LA SURFACE DU SOL POUR DISPOSITIF ROULANT ELECTRIQUE ET DISPOSITIF ROULANT ELECTRIQUE ASSOCIE Un aspect de l’invention concerne un dispositif de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique, comportant au moins un télémètre laser (100) comprenant : au moins un émetteur de faisceaux laser (101) configuré pour émettre une pluralité de faisceaux laser (FL1) en direction du sol ; un capteur (102) configuré pour imager chaque faisceau laser rétrodiffusé (FR1) ; un filtre interférentiel (103) configuré pour ne laisser passer qu’un intervalle réduit de longueurs d’onde ; un objectif (104) configuré pour focaliser sur le capteur (102) les faisceaux laser rétrodiffusés (FR1) ; un calculateur (107) configuré pour détecter les reliefs à la surface du sol par triangulation laser ; la longueur d’onde de chaque faisceau laser (FL1) étant choisie en fonction de l’angle d’émission (θ) du faisceau laser (FL1) pour que chaque faisceau laser rétrodiffusé (FR1) passe à travers le filtre interférentiel (103). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE RELIEFS A LA SURFACE DU SOL POUR DISPOSITIF ROULANT ELECTRIQUE ET DISPOSITIF ROULANT ELECTRIQUE ASSOCIE
Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de détection d’obstacles pour dispositif roulant électrique et en particulier les dispositifs de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique.
La présente invention concerne un dispositif de détection pour dispositif roulant électrique et en particulier un dispositif de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique. La présente invention concerne également un dispositif roulant électrique équipé d’un tel dispositif de détection.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Afin de permettre une navigation avec une vitesse adaptée permettant d’empêcher chutes et collisions, il est nécessaire pour un dispositif roulant électrique, comme par exemple un fauteuil roulant électrique, un robot ou encore à chariot, de s’appuyer sur un système capable de correctement appréhender son environnement et notamment de bien détecter tous les obstacles et dénivelés, c’est-à-dire tous les reliefs à la surface du sol.
Pour cela, des années 90 au milieu des années 2000, les dispositifs roulants électriques sont équipés de sonars ultrasons et/ou de capteurs infrarouges disposés sur le pourtour du dispositif. Cependant, ces types de capteurs présentent un certain nombre d’inconvénients, notamment une faible résolution angulaire ne permettant pas des mesures précises à plus de 2 mètres et des situations dans lesquelles ils ne sont pas fonctionnels. Par exemple, les capteurs infrarouges tels que ceux de la gamme Sharp GP2Y sont inemployables en plein soleil et empêchent donc une utilisation en extérieur ou en intérieur près de fenêtres par temps ensoleillé. Les sonars à ultrasons, quant à eux, n’arrivent pas à détecter des objets lisses de biais avec une incidence de plus de 35 degrés à cause de la réflexion totale de l’onde et donc l’absence de retour du signal ultrasonore vers le récepteur situé près de l’émetteur. Ce phénomène de réflexion génère de plus un taux de faux positifs élevé dus aux rebonds multiples des ondes ultrasonores sur les surfaces lisses générant des retours provenant d’obstacles qui ne sont pas dans la direction d’émission. De plus, ils ne fonctionnent pas correctement par temps très humide ou de pluie pour une portée dépassant un mètre à cause de l’effet écran de l’humidité pour les ondes ultrasonores.
Plus récemment, d’autres technologies ont émergé, notamment la caméra 3D, le traitement d’image d’un flux vidéo et le lidar en rotation.
La caméra 3D permet de construire une image 3D à partir d’une grille de faisceaux lumineux infrarouges projetée dans l’espace, en analysant les rayons rétrodiffusés. Cependant, à l’instar des capteurs infrarouges classiques, les caméras 3D sont très sensibles au soleil et inefficaces en extérieur.
Le traitement d’images via flux vidéo sert généralement à mettre en exergue des points d’intérêts de l’environnement sur un écran face à l’utilisateur du dispositif, ou à reconnaitre des objets prédéfinis. Il n’est pas utilisé pour mesurer la distance d’obstacles environnants car trop peu robuste pour cet emploi et trop consommateur en mémoire, puissance de calcul et énergie. De plus, il fonctionne mal à basse luminosité.
Les lidars en rotation sont utilisés d’une part pour générer une carte 2D de l’environnement du dispositif, de manière dynamique, d’autre part pour détecter les obstacles aux alentours. Cependant les lidars en rotation présentent différents inconvénients:
  • L’occultation du balayage du faisceau par le dispositif ou l’utilisateur empêche de surveiller les zones proches frontales et latérales et crée mécaniquement d’importantes zones d’angles morts qui ne seront donc pas protégées;
  • La rotation permanente du lidar induit une cadence de mesure réduite en un point du sol, ce qui pour un dispositif en mouvement peut créer des accidents dus à des dangers au sol non détectés;
  • Les lidars rotatifs immunes au plein soleil sont chers et encombrants et présentent une consommation énergétique importante.
De plus, les lidars seuls non rotatifs, à cause de leur nature ponctuelle, laissent trop de zones non-surveillées devant ou de biais par rapport au dispositif, nécessitant une multiplication des lidars pour correctement protéger le dispositif des dénivelés environnants, ce qui représente une contrainte énergétique et d’encombrement.
Il existe un besoin d’un détecteur pour dispositif roulant électrique capable de détecter tous les reliefs à la surface du sol à proximité du dispositif roulant, fonctionnel quelles que soient les conditions environnementales et météorologiques, comportant un nombre limité de capteurs peu encombrants et bas coût ayant une consommation énergétique limitée.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de détecter tous les obstacles et dénivelés proches d’un dispositif roulant électrique, en intérieur comme en extérieur, qu’il fasse grand soleil ou qu’il pleuve, avec un nombre réduit de capteurs miniatures, bon marché et consommant peu d’énergie.
Un premier aspect de l’invention concerne un dispositif de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique, comportant au moins un télémètre laser associé à une zone de détection de la surface du sol comprenant:
  • au moins un émetteur de faisceaux laser configuré pour émettre une pluralité de faisceaux laser en direction du sol, chaque faisceau laser étant émis à une longueur d’onde donnéeet selon un angle d’émission donné, les angles d’émission des faisceaux laser étant fixés pour délimiter la zone de détection, chaque faisceau laser étant rétrodiffusé en un point donné de la zone de détection associé à une distance de référence;
  • un capteur configuré pour imager chaque faisceau laser rétrodiffusé ;
  • un filtre interférentiel configuré pour ne laisser passer qu’un intervalle réduit de longueurs d’onde ;
  • un objectif configuré pour focaliser sur le capteur les faisceaux laser rétrodiffusés ayant traversé le filtre interférentiel ;
  • un calculateur configuré pour calculer par triangulation laser, pour chaque faisceau laser émis, la distance entre l’émetteur de faisceaux laser et le point de la zone de détection rétrodiffusant le faisceau laser émis et pour détecter les reliefs de la zone de détection par comparaison entre la distance calculée et la distance de référence;
la longueur d’onde de chaque faisceau laser étant choisie en fonction de l’angle d’émission du faisceau laser pour que chaque faisceau laser rétrodiffusé passe à travers le filtre interférentiel.
Grâce à l’invention, en choisissant les longueurs d’onde des faisceaux laser émis en fonction de leur angle d’émission, l’intervalle de valeurs possibles pour les angles d’émission des faisceaux laser émis s’agrandit, ce qui permet d’espacer angulairement les faisceaux laser émis et d’ainsi couvrir une zone de détection plus importante sans augmenter le nombre de télémètres laser. Le dispositif de détection est alors moins encombrant, plus compact et plus économique. De plus, les longueurs d’onde sont choisies pour que le filtre interférentiel ne laisse passer que les faisceaux laser rétrodiffusés. Ainsi, le filtre interférentiel filtre les signaux parasites diurnes, ce qui permet d’obtenir un détecteur fonctionnel dans une large zone de détection quelles que soient les conditions de luminosité ambiantes.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon une variante de réalisation, le télémètre laser comporte en outre au moins un prisme ou un miroir configuré pour dévier les faisceaux laser rétrodiffusés vers le filtre interférentiel.
Ainsi, l’intervalle de valeurs possibles pour les angles d’émission des faisceaux laser émis s’agrandit encore davantage puisque les faisceaux laser ayant un angle d’émission ne leur permettant pas d’être rétrodiffusés en direction du filtre interférentiel sont déviés vers le filtre interférentiel pour être imagés sur le capteur. Sans le prisme ou le miroir, il faudrait utiliser un objectif grand champ et donc de courte focale pour que les faisceaux laser émis avec des angles d’émission importants soient imagés sur le capteur, mais les faisceaux laser seraient alors imagés sur un petit nombre de pixels, ce qui rendrait impossible la séparation entre les images des faisceaux lumineux et la lumière diurne et entraînerait des signaux parasites. L’utilisation d’un prisme ou d’un miroir permet donc que la zone de détection couverte par un unique télémètre laser s’agrandisse sans qu’il n’y ait de problèmes pour imager les faisceaux laser émis avec des angles d’émission importants.
Selon une variante de réalisation compatible avec la variante de réalisation précédente, le télémètre laser comporte en outre au moins un miroir de renvoi configuré pour renvoyer sur le capteur les faisceaux laser rétrodiffusés ayant traversé l’objectif selon un angle de transmission supérieur à l’angle de champ du capteur.
Ainsi, les faisceaux laser rétrodiffusés dont l’angle de transmission est trop important pour être imagé sur le capteur sont déviés vers le capteur pour que chaque faisceau laser soit imagé sur le capteur.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un dispositif roulant électrique comportant un dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection comporte deux télémètres laser placés à l’avant du dispositif roulant électrique, de part et d’autre d’un plan de symétrie du dispositif roulant électrique comportant un axe vertical, et un télémètre laser placé à l’arrière du dispositif roulant électrique.
Ainsi, le dispositif de détection permet de couvrir l’avant du dispositif roulant électrique à 180° et l’arrière du dispositif roulant électrique.
Selon un mode de réalisation compatible avec le mode de réalisation précédent, le dispositif roulant électrique comporte en outre un dispositif d’odométrie configuré pour mesurer la vitesse de rotation de roues motrices du dispositif roulant électrique.
Ainsi, il est possible d’évaluer les déplacements du dispositif roulant électrique dans l’espace. En combinant les données d’odométrie avec les données du télémètre laser, il est alors possible de déduire des informations sur l’évolution du relief et/ou des obstacles détectés dans le but de définir le profil du terrain parcouru, permettant par exemple de distinguer un dénivelé progressif d’un dénivelé abrupt, mais aussi de garder en mémoire l’emplacement spatial de l’ensemble des obstacles et/ou reliefs détectés et d’ainsi gérer la détection des reliefs et obstacles en déplacement lorsque ces derniers ont franchi les faisceaux du télémètre laser.
Selon une variante de réalisation du mode de réalisation précédent, le dispositif d’odométrie comporte au moins un aimant et un capteur à effet Hall par roue motrice, l’aimant étant fixé sur la roue motrice et le capteur à effet Hall étant fixé sur une partie fixe du dispositif roulant électrique, en vis-à-vis de la roue motrice.
Ainsi, pour chaque roue motrice, le capteur à effet Hall détecte la rotation du ou des aimant(s) pour évaluer le déplacement du dispositif roulant électrique.
Selon une variante de réalisation compatible avec les modes et variantes de réalisation précédents, le dispositif roulant électrique comporte en outre un inclinomètre configuré pour mesurer l’inclinaison du dispositif roulant électrique et pour adapter le fonctionnement du dispositif roulant électrique aux reliefs et/ou obstacles détectés.
Ainsi, il est possible d’établir automatiquement la valeur de référence de la distance séparant le télémètre laser d’une surface donnée, en fonction de l’inclinaison du dispositif roulant électrique vis-à-vis de la surface donnée, et d’en déduire ainsi les distances de référence des faisceaux laser.
Selon une variante de réalisation compatible avec le mode de réalisation précédent, le dispositif roulant électrique comporte en outre au moins un télémètre horizontal configuré pour détecter des obstacles frontaux à proximité du dispositif roulant électrique en émettant des faisceaux lumineux selon une direction parallèle à la surface du sol.
Ainsi, le dispositif roulant électrique est capable de détecter des obstacles frontaux qui ne s’appuieraient pas sur le sol, par exemple une étagère fixée au mur.
Selon une variante de réalisation compatible avec les modes et variantes de réalisation précédents, le dispositif roulant électrique comporte au moins un télémètre latéral configuré pour détecter des obstacles latéraux à proximité du dispositif roulant électrique.
Ainsi, le dispositif roulant électrique est capable de détecter des obstacles latéraux.
Selon une sous-variante de réalisation des deux variantes de réalisation précédentes, le dispositif roulant électrique comporte deux télémètres horizontaux placés à l’avant du dispositif roulant électrique, de part et d’autre d’un plan de symétrie du dispositif roulant électrique comportant un axe vertical, et deux télémètres latéraux placés de chaque côté du dispositif roulant électrique.
Ainsi, le dispositif roulant électrique est capable de détecter des obstacles situés à l’avant et sur les côtés du dispositif roulant électrique.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
  • La figure 1 montre une représentation schématique d’un télémètre laser compris dans un dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention.
  • La figure 2 montre une représentation schématique d’un télémètre laser compris dans un dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention comportant en outre deux prismes et un miroir de renvoi.
  • La figure 3 montre une représentation schématique illustrant le principe de la triangulation laser.
  • La figure 4 montre une représentation schématique d’un exemple de dispositif roulant électrique selon un deuxième aspect de l’invention, équipé d’un télémètre laser.
  • La figure 5 montre une vue de profil d’un exemple de dispositif roulant électrique selon un deuxième aspect de l’invention, équipé d’un télémètre laser et d’un télémètre horizontal.
  • La figure 6 montre une vue de dessus d’un exemple de dispositif roulant électrique selon un deuxième aspect de l’invention, équipé de trois télémètres laser, de deux télémètres horizontaux et de deux capteurs infrarouges latéraux.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Un premier aspect de l’invention concerne un dispositif de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un dispositif roulant électrique équipé d’un dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention.
Le dispositif roulant électrique est par exemple un fauteuil roulant électrique, comme représenté sur les figures 4, 5 et 6, un robot ou encore un chariot.
On entend par «relief à la surface du sol», un point de la surface du sol présentant une hauteur différente de la hauteur d’une ligne de surface théorique de référence, correspondant au sol plat.
Ainsi, le dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention est capable de détecter par exemple des bosses, des obstacles ou des pentes montantes ayant des hauteurs supérieures à la hauteur de la ligne de surface théorique de référence et de détecter par exemple des creux et des pentes descendantes ayant des hauteurs inférieures à la hauteur de la ligne de surface théorique de référence.
Le dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention comporte au moins un télémètre laser.
La figure 1 montre une représentation schématique d’un télémètre laser 100 compris dans le dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention.
Un télémètre laser 100 comporte:
  • au moins un émetteur de faisceaux laser 101;
  • un capteur 102;
  • un filtre interférentiel 103;
  • un objectif 104; et
  • un calculateur 107.
L’émetteur de faisceaux laser 101 est configuré pour émettre au moins un faisceau laser en direction du sol.
Un faisceau laser est émis avec une longueur d’onde comprise entre 300 et 1600 nanomètres et par exemple avec une longueur d’onde comprise entre 800 et 950 nanomètres.
Sur la figure 1, l’émetteur de faisceaux laser 101 émet un unique faisceau laser FL1 avec un angle d’émission θ donné.
On définit l’angle d’émission θ d’un faisceau laser comme l’angle entre le faisceau laser et un axe optique de l’optique 104.
Sur la figure 1, le télémètre laser 100 comporte un unique émetteur de faisceaux laser 101 mais il est également possible que le télémètre laser 100 comporte une pluralité d’émetteurs de faisceaux laser 101 émettant chacun un faisceau laser ou plusieurs faisceaux laser FL1.
Par exemple, sur la figure 4 représentant un fauteuil roulant électrique 200 comme exemple de dispositif roulant électrique 200 selon un deuxième aspect de l’invention, équipé d’un télémètre laser 100 au niveau de son accoudoir droit, l’émetteur de faisceaux laser 101 du télémètre laser 100 émet cinq faisceaux laser FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 en direction du sol avec des angles d’émission θ différents pouvant varier dans un intervalle allant de 0 à 180°.
Chaque faisceau laser FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 émis est rétrodiffusé en un point de la surface du sol et traverse le filtre interférentiel 103, puis l’objectif 104 avant d’être imagé sur le capteur 102, comme illustré sur la figure 1 pour le faisceau laser émis FL1 correspondant au faisceau laser rétrodiffusé FR1.
Le capteur 102 est configuré pour imager chaque faisceau laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 rétrodiffusé par la surface du sol, c’est-à-dire chaque faisceau laser rétrodiffusé FR1.
Le capteur 102 est par exemple une matrice de capteurs CMOS pour «Complementary Metal Oxide Semiconductor» ou une matrice de capteurs CCD pour «Charge Coupled Device».
Le filtre interférentiel 103 est un filtre bande étroite défini par une longueur d’onde centrale, c’est-à-dire qu’il est configuré pour ne laisser passer qu’une bande réduite de longueurs d’onde centrée autour de la longueur d’onde centrale.
La longueur d’onde centrale du filtre interférentiel 103 pour un faisceau laser donné dépend de l’inclinaisonαMdu faisceau laser retrodiffusé à l’entrée du filtre interférentiel 103, la longueur d’onde de chaque faisceau laser émis est choisie pour correspondre à la longueur d’onde centrale du filtre 103 à l’incidence du faisceau rétrodiffusé à l’entrée du filtre interférentiel.
La bande étroite du filtre interférentiel 103 est par exemple inférieure à 10 nm, par exemple de 4 nm permettant de laisser passer le faisceau laser rétrodiffusé pour les différentes valeurs de αMen fonction de la distance.
L’objectif 104 est configuré pour focaliser sur le capteur 102 chaque faisceau laser rétrodiffusé FR1 ayant traversé le filtre interférentiel 103.
L’objectif 104 présente un axe optique CO et une distance focale f.
Le filtre interférentiel 103, l’objectif 104 et le capteur 102 sont par exemple alignés selon l’axe optique CO.
Le capteur 102 est par exemple placé à la distance focale f de l’objectif 104.
L’objectif 104 est par exemple une lentille convergente ou un système optique formé de plusieurs lentilles.
Le calculateur 107 est configuré pour détecter les reliefs à la surface du sol en utilisant le principe de la triangulation laser pour calculer la distance entre l’émetteur de faisceaux laser 101 et le point de la surface rétrodiffusant chaque faisceau laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 en comparant la distance calculée avec une distance de référence.
La figure 3 montre une représentation schématique illustrant le principe de la triangulation laser mis en œuvre par le calculateur 107.
Sur la figure 3, le filtre interférentiel 103 n’est pas représenté par souci de simplicité.
Sur la figure 3, l’objectif 104 est une lentille convergente ayant un axe optique CO passant par le centre C de la lentille perpendiculairement à la lentille, et de distance focale f. Le capteur 102 est placé à la distance focale f de l’objectif 104 égale à la distance entre le point C et le point O.
Sur la figure 3, l’émetteur de faisceaux laser 101 émet en un point A un unique faisceau laser FL1 rétrodiffusé en un point M de la surface du sol pour donner un faisceau laser rétrodiffusé FR1 traversant l’objectif 104 et s’imageant sur le capteur 102 au point X, à une distance xMdu point O.
La distance AC entre l’axe d’émission du faisceau laser 101 et le centre de l’objectif 104 est fixe et égale à B.
L’objectif est de déterminer la distance D entre l’émetteur de faisceaux laser 101 au point A et le sol au point M.
On connaît l’angle θ entre le faisceau laser FL1 et l’axe optique AO, la distance B, la distance f et la distance xM.
En se plaçant dans le triangle AMC rectangle en A, on obtient:
En se plaçant dans le triangle OCX rectangle en X, on obtient:
On obtient alors:
Ainsi, pour chaque faisceau laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 par l’émetteur de faisceaux laser 101, il est possible d’obtenir la distance entre l’émetteur de faisceaux laser 101 et le point de la surface du sol auquel le faisceau laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 est rétrodiffusé. En comparant ensuite la distance calculée avec une distance de référence correspondant à une surface plane au point de la surface du sol, il est possible de détecter la présence d’un relief au point de la surface du sol.
Par exemple, lors d’une étape préalable de calibration, le dispositif roulant électrique 200 est placé sur une surface plane horizontale de référence. Pour chaque faisceau laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 rétrodiffusé en un point donné de la surface du sol, il est alors possible de déterminer une distance de référence correspondant à la distance entre l’émetteur de faisceaux laser 101 et le point d’impact du laser sur la surface plane horizontale de référence.
Le nombre de faisceaux laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 et la différence entre leurs angles d’émission θ permet de régler la zone de détection du télémètre laser 100. Par exemple, sur la figure 4, le télémètre laser 100 émet cinq faisceaux laser FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 espacés d’environ 18° pour couvrir la partie avant droite du dispositif roulant électrique 200. La zone de détection est représentée par un quasi quart de cercle au sol.
Ainsi, plus les angles d’émission θ sont espacés pour les faisceaux laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5, plus il est possible de couvrir une zone de détection importante autour du dispositif roulant électrique 200 avec un unique télémètre laser 100.
On définit l’angle d’inclinaison αMcomme l’angle entre le rayon MC du faisceau laser rétrodiffusé FR1 et l’axe optique CO de l’objectif 104, M étant le point d’impact du faisceau laser FL1 émis sur le sol sur la figure 3.
Plus l’angle d’émission θ est important et plus l’angle d’inclinaison αMdu faisceau laser rétrodiffusé FR1, FR2, FR3 sur le filtre interférentiel 103 est important.
Or, la longueur d’onde centrale du filtre interférentiel 103 décroit à mesure que l’angle d’inclinaison αMaugmente.
Les longueurs d’onde des faisceaux laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 doivent donc être choisies inférieures à la longueur d’onde centrale du filtre interférentiel 103 sous incidence normale si l’on veut pouvoir augmenter l’intervalle de valeurs possibles pour les angles d’émission θ des faisceaux laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5.
Ainsi, le filtre interférentiel 103 est configuré pour filtrer les longueurs d’onde ne correspondant pas aux faisceaux laser émis FL1, FL2, FL3, FL4, FL5 c’est-à-dire pour ne laisser passer que les faisceaux laser rétrodiffusés FR1, FR2, FR3 ayant une longueur d’onde permettant de traverser le filtre interférentiel 103 à leur incidence respective. Notamment, le filtre interférentiel 103 filtre les longueurs d’onde correspondant à la luminosité ambiante, c’est-à-dire les signaux parasites diurnes.
La figure 2 montre une représentation schématique d’un télémètre laser 100 dont l’émetteur de faisceaux laser 101 émet une pluralité de faisceaux laser FL1, FL2, FL3.
Sur la figure 2, le faisceau laser rétrodiffusé FR1 correspond au faisceau laser émis FL1, le faisceau laser rétrodiffusé FR2 correspond au faisceau laser émis FL2 et le faisceau laser rétrodiffusé FR3 correspond au faisceau laser émis FL3.
Comme illustré sur la figure 2, le télémètre laser 100 peut également comporter au moins un prisme 105 ou un miroir placé(s) devant le filtre interférentiel 103.
Le prisme 105 ou le miroir est configuré pour dévier vers l’objectif 104 le faisceau laser rétrodiffusé FR3 trop oblique pour rentrer dans le champ de l’objectif 104 en l’absence du prisme 105 ou du miroir, ce qui permet encore d’augmenter l’intervalle de valeurs possibles pour les angles d’émission θ du faisceau laser émis FL3.
Comme illustré sur la figure 2, le télémètre laser 100 peut également comporter un miroir de renvoi 106, par exemple placé entre l’objectif 104 et le capteur 102, parallèlement à l’axe optique CO.
On définit l’angle de transmission τ, comme l’angle entre l’axe optique CO et l’axe du faisceau laser rétrodiffusé FR1, FR2, FR3 ayant traversé l’objectif 104.
On entend par «angle de champ d’un élément», l’angle dans lequel sont compris tous les rayons permettant de former une image sur l’élément.
Le miroir de renvoi 106 est configuré pour renvoyer sur le capteur 102 le faisceau laser rétrodiffusé FR1 ayant traversé l’objectif 104 selon un angle de transmission τ inférieur à l’angle de champ de l’objectif 104, mais supérieur à l’angle de champ du capteur 102.
Ainsi, en se plaçant sur la figure 3, dans le triangle rectangle OCY, on obtient, pour l’angle de champ de la caméra ϕ :
avec d la distance entre le point Y correspondant à une extrémité du capteur 102 et le centre O, c’est-à-dire le point d’intersection du capteur 102 et de l’axe optique CO.
Connaissant la position du miroir de renvoi 106, il est possible pour le calculateur 107 de calculer la distance entre l’émetteur de faisceaux laser 101 et le point de la surface du sol à partir du faisceau laser rétrodiffusé FR1 ayant été dévié.
Le dispositif roulant électrique 200 selon un deuxième aspect de l’invention comporte un dispositif de détection selon un premier aspect de l’invention.
Sur la figure 4, le dispositif de détection comporte uniquement un télémètre laser 100 situé au niveau de l’accoudoir droit du fauteuil roulant électrique 200.
La figure 6 montre une représentation schématique d’un fauteuil roulant électrique 200, exemple de dispositif roulant électrique 200 selon un deuxième aspect de l’invention, dont le dispositif de détection comporte trois télémètres laser 100, deux télémètres laser 100 placés à l’avant du fauteuil roulant électrique de part et d’autre d’un plan P de symétrie du fauteuil roulant électrique 200 et un télémètre laser 100 placé à l’arrière du fauteuil roulant électrique 200.
Le plan P de symétrie, représenté vue de dessus sur la figure 6, comporte un axe vertical.
Le dispositif roulant électrique 200 selon un deuxième aspect de l’invention peut également comporter au moins un télémètre horizontal 201 configuré pour détecter des obstacles frontaux, c’est-à-dire des obstacles situés devant le dispositif roulant électrique 200.
Le télémètre horizontal est par exemple un télémètre à diodes électroluminescentes infrarouge basse résolution immune au soleil selon le brevet FR2793405.
La figure 5 montre une représentation schématique d’un fauteuil roulant électrique 200 comme exemple de dispositif roulant électrique 200 selon un deuxième aspect de l’invention, comportant un télémètre laser 100 et un télémètre horizontal 201.
Le télémètre horizontal 201 émet au moins un faisceau lumineux selon une direction horizontale, c’est-à-dire parallèle à la ligne de surface théorique de référence. Le faisceau lumineux est alors rétrodiffusé si un obstacle se trouve devant le dispositif roulant électrique 200.
Sur la figure 5, le télémètre horizontal 201 est placé au niveau de l’accoudoir droit du fauteuil roulant électrique 200 tout comme le télémètre laser 100.
Sur la figure 6, le fauteuil roulant électrique 200 comporte deux télémètres horizontaux 201 placés de part et d’autre du plan P de symétrie du fauteuil roulant électrique 200.
Le dispositif roulant électrique 200 peut également comporter au moins un télémètre latéral 202.
Le télémètre latéral 202 est par exemple un télémètre à diodes électroluminescentes infrarouge basse résolution, du même type que le télémètre horizontal 201.
Sur la figure 6, le fauteuil roulant électrique 200 comporte deux télémètres latéraux 202 placés de chaque côté du fauteuil roulant électrique 200.
Le dispositif roulant électrique 200 peut également comporter un dispositif d’odométrie configuré pour mesurer la vitesse de rotation de roues motrices du dispositif roulant électrique 200.
Le dispositif d’odométrie comporte par exemple au moins un aimant et un capteur à effet Hall par roue motrice du dispositif roulant électrique 200, l’aimant étant fixé sur la roue motrice et le capteur à effet Hall étant fixé sur une partie fixe du dispositif roulant électrique 200, en vis-à-vis de la roue motrice.
Le dispositif roulant électrique 200 peut également comporter un inclinomètre configuré pour mesurer l’inclinaison du dispositif roulant électrique 200 et pour adapter le fonctionnement du dispositif roulant électrique 200 aux reliefs et/ou obstacles détectés.
Le calculateur 107 est alors configuré pour collecter les données en provenance de l’ensemble des capteurs et détecteurs du dispositif roulant électrique 200 et pour gérer les moteurs du dispositif roulant électrique 200 en fonction des données collectés pour éviter les reliefs et/ou obstacles détectés.
Le calculateur 107 et l’ensemble des capteurs et détecteurs du dispositif roulant électrique 200 permettent ainsi d’inhiber les commandes motrices du dispositif roulant électrique 200 menant vers un fort dénivelé comme un escalier descendant, seules les commandes s’éloignant du dénivelé étant autorisées.
Le calculateur 107 et l’ensemble des capteurs et détecteurs du dispositif roulant électrique 200 permettent également de ralentir le dispositif roulant électrique 200 devant les obstacles au-dessus du niveau du sol pour entrer en contact avec une vitesse quasi nulle.
Le calculateur 107 et l’ensemble des capteurs et détecteurs du dispositif roulant électrique 200 permettent peuvent permettre au dispositif roulant électrique 200 de suivre automatiquement une personne ou un chien guide marchant à côté du dispositif roulant électrique 200 en effectuant un asservissement de distance relative entre la personne et le dispositif roulant électrique 200. En cas d’obstacles ou dénivelés non pris en compte par la personne, le dispositif roulant électrique 200 pourra effectuer des arrêts ou ralentissements de sécurité.

Claims (10)

  1. Dispositif de détection de reliefs à la surface du sol pour dispositif roulant électrique, comportant au moins un télémètre laser (100) associé à une zone de détection de la surface du sol comprenant:
    • au moins un émetteur de faisceaux laser (101) configuré pour émettre une pluralité de faisceaux laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) en direction du sol, chaque faisceau laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) étant émis à une longueur d’onde donnéeet selon un angle d’émission (θ) donné, les angles d’émission (θ) des faisceaux laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) étant fixés pour délimiter la zone de détection, chaque faisceau laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) étant rétrodiffusé en un point donné de la zone de détection associé à une distance de référence ;
    • un capteur (102) configuré pour imager chaque faisceau laser rétrodiffusé (FR1, FR2, FR3) ;
    • un filtre interférentiel (103) configuré pour ne laisser passer qu’un intervalle réduit de longueurs d’onde ;
    • un objectif (104) configuré pour focaliser sur le capteur (102) les faisceaux laser rétrodiffusés (FR1, FR2, FR3) ayant traversé le filtre interférentiel (103) ;
    • un calculateur (107) configuré pour calculer par triangulation laser, pour chaque faisceau laser émis (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5), la distance entre l’émetteur de faisceaux laser (101) et le point de la zone de détection rétrodiffusant le faisceau laser émis (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) et pour détecter les reliefs de la zone de détection par comparaison entre la distance calculée et la distance de référence ;
    la longueur d’onde de chaque faisceau laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) étant choisie en fonction de l’angle d’émission (θ) du faisceau laser (FL1, FL2, FL3, FL4, FL5) pour que chaque faisceau laser rétrodiffusé (FR1, FR2, FR3) passe à travers le filtre interférentiel (103).
  2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le télémètre laser (100) comporte en outre au moins un prisme (105) ou un miroir configuré pour dévier les faisceaux laser rétrodiffusés (FR1, FR2, FR3) vers le filtre interférentiel (103).
  3. Dispositif de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le télémètre laser (100) comporte en outre au moins un miroir de renvoi (106) configuré pour renvoyer sur le capteur (102) les faisceaux laser rétrodiffusés (FR1, FR2, FR3) ayant traversé l’objectif (104) selon un angle de transmission (τ) supérieur à l’angle de champ du capteur (102).
  4. Dispositif roulant électrique (200) caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  5. Dispositif roulant électrique (200) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de détection comporte deux télémètres laser (100) placés à l’avant dispositif roulant électrique (200), de part et d’autre d’un plan (P) de symétrie du dispositif roulant électrique (200) comportant un axe vertical, et un télémètre laser (100) placé à l’arrière du dispositif roulant électrique (200).
  6. Dispositif roulant électrique (200) selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un télémètre horizontal (201) configuré pour détecter des obstacles frontaux à proximité du dispositif roulant électrique (200) en émettant des faisceaux lumineux selon une direction parallèle à la surface du sol.
  7. Dispositif roulant électrique (200) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un télémètre (202) latéral configuré pour détecter des obstacles latéraux à proximité du dispositif roulant électrique (200).
  8. Dispositif roulant électrique (200) selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu’il comporte deux télémètres horizontaux (201) placés à l’avant du dispositif roulant électrique (200), de part et d’autre d’un plan (P) de symétrie du dispositif roulant électrique comportant un axe vertical, et deux capteurs infrarouge (202) latéraux placés de chaque côté du dispositif roulant électrique (200).
  9. Dispositif roulant électrique (200) selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif d’odométrie configuré pour mesurer la vitesse de rotation de roues motrices du dispositif roulant électrique (200).
  10. Dispositif roulant électrique (200) selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un inclinomètre configuré pour mesurer l’inclinaison du dispositif roulant électrique (200) et pour adapter le fonctionnement du dispositif roulant électrique (200) aux reliefs et/ou obstacles détectés.
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