Contribution to active optical profilometry, for securing the movement of electric wheelchairs

En France, plus de 2 enfants sur 1000 naissent avec une « Paralysie Cérébrale », provoquée par des lésions au niveau cérébral. Cette pathologie non-évolutive, entraine des troubles de la motricité et du processus attentionnel. Certains de ces enfants n’ont pas accès au fauteuil roulant électrique pour des raisons de sécurité, car susceptibles de commettre des erreurs dangereuses de pilotage. Ils n’ont donc pas accès à l’autonomie et se déplacent en fauteuil manuel poussé par une tierce personne. Or, aujourd’hui les études médicales du domaine font consensus sur la nécessité de l’accession au déplacement autonome, indispensable pour le développement personnel, intellectuel et la participation sociale de toute personne, handicapée ou non. Ce travail de thèse a pour but de développer un système optronique adaptable, permettant de transformer un fauteuil roulant électrique classique, en fauteuil roulant semi-autonome. Ceci signifie que l’utilisateur garde le contrôle de la direction et de la vitesse du fauteuil, mais que des capteurs peuvent inhiber les commandes empêchant les situations de basculement (trottoirs, escaliers, etc.) ou de collision frontale. La priorité est placée sur un dispositif constitué d’une combinaison de capteurs pouvant s’adapter sur les différents modèles existants de fauteuil en respectant leur encombrement initial. Tous les capteurs utilisés ou conçus pour l’objectif recherché, doivent maintenir leurs performances dans tous les environnements (intérieur, extérieur, fort ensoleillement, goudron mouillé, etc.). La consommation énergétique totale ne doit pas excéder quelques Watts. Concernant l’anticollision frontale et le passage de portes, nous avons développé une solution associant pour chaque côté du fauteuil un double capteur infrarouge et un capteur à ultrasons. Les capteurs infrarouges, développés en interne, sont conçus pour avoir des zones de protection cylindriques, permettant de détecter efficacement les passages dégagés de la taille du fauteuil et gérer les angles grâce au double capteur. Le capteur à ultrasons est destiné à gérer les obstacles fins foncés frontaux à courte distance pouvant échapper aux capteurs infrarouges. Concernant le contrôle de la planéité du sol et donc l’antibasculement, un lidar laser miniature trifaisceaux a été développé pour protéger chaque roue avec 1 m d’anticipation. Les données des différents capteurs seront couplées à l’odométrie du fauteuil afin de prendre les décisions sur les commandes. Les capteurs sont conçus pour assurer une anticipation suffisante jusqu’à 3km/h. Il s’agit d’une vitesse faible, mais adaptée à des utilisateurs qui dans le contexte actuel ne sont pas autorisés à piloter. Des tests en situation réelle dans des situations climatiques variées sont réalisés.In France, more than 2 children out of 1000 are born with "Cerebral Palsy", caused by lesions on the cerebral level. This non-progressive pathology causes disorders of motor skills and the attentional process. Some of these children do not have access to the electric wheelchair for safety reasons, as they may make dangerous steering mistakes. They do not have access to autonomy and move in manual wheelchair pushed by a third person. However, today the medical studies of the field point on the need for accession to autonomous displacement, essential for personal development, intellectual and social participation of any person, disabled or not. This thesis aims to develop an adaptable optronic system, transforming a classic electric wheelchair into a semi-autonomous wheelchair. This means that the user keeps control of the direction and speed of the chair, but that sensors can inhibit controls that prevent from falls (sidewalks, stairs, etc.) or frontal collisions. The priority is placed on a device consisting of a combination of sensors that can adapt to the different existing models of wheelchair respecting their initial size. All sensors used or designed for the intended purpose, must maintain their performance in all environments (indoor, outdoor, strong sunlight, wet tar, etc.). The total energy consumption must not exceed a few Watts. For frontal collision avoidance and door entry, we have developed a solution combining for each side of the chair a double infrared sensor and an ultrasonic sensor. The infrared sensors, developed in-house, are designed to have cylindrical protection zones, making it possible to effectively detect the passages cleared of the size of the chair and to manage the angles thanks to the double sensor. The ultrasonic sensor is designed to handle dark fine end-face obstacles that can escape infrared sensors. The control of the flatness of the floor and therefore of the anti-tip, a LiDAR triple laser beams has been developed to protect each wheel with 1 m of anticipation. The data of the various sensors will be coupled to the odometry of the chair to make decisions on orders. The sensors are designed to provide sufficient anticipation up to 3 km/h. This is a low speed, but suitable for users who in the current context are not allowed to drive.Real-life tests in various climatic situations are carried out. Solutions are sought for chaotic floors or when the user moves a lot on the chair