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

Contribution à la profilométrie optique active, pour la sécurisation des déplacements de fauteuils roulants électriques

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.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

Tactile Interface for Electric Wheelchair

International audienceIn the framework of an augmented multimodal electric wheelchair for people with multiple disabilities, we propose a new user interface based on an Android application on a tablet to steer the wheelchair. The proposed system aims at overcoming some of the problems encountered with the traditional joystick interface like the involuntary arm extensions due to spasticity conditions. These often lead to unwanted movement of the chair and, in many cases, to accidents. The application uses different output modalities to allow the user keep his/her attention on the navigation task without having to visually focus on the tablet screen. We conducted some preliminary tests with some people with disabilities to engage them in the design process and get their feedback on the first prototype. The general impression was positive with insight on future improvements to the system

Guiding Wheelchairs by Active Optical Profilometry, for Persons with Multiple Disabilities

International audienceThis paper presents the progress of a project which purpose is to design, implement and evaluate an assistance device by active optical imaging, to secure the movement of wheelchair users with motion and cognitive disabilities and endow it with an adaptable multimodal interface, based on sensory-motor skills of the disabled person. A combination of embedded sensors can analyze the user's environment to interact directly on the chair in case of path considered as hazardous. In a second step, a multimodal interface will provide a wide range of interaction possibilities, in order to adapt in the most optimal way, to the interaction capabilities of the multiple disabilities people

Fauteuil roulant électrique augmenté pour polyhandicapés

International audienceChaque année naissent en France plus de 1800 enfants atteints d’Infirmité Motrice Cérébrale (IMC) (Association des Paralisés de France, 2011). Cette pathologie due à des lésions cérébrales périnatales, entraîne divers troubles sensoriels, de perception, du comportement et de la communication (Truscelli et al., 2006). Les nouveau-nés atteints, se retrouvent généralement dans une situation de polyhandicap qui affecte leurs capacités de déplacement et de compréhension de l’environnement qui les entoure. Ces enfants sont accueillis dans des centres spécialisés, où est mise en place une solution de mobilité, souvent sous la forme d’un fauteuil roulant électrique. Malheureusement, il est fréquent que cette alternative fasse apparaître un certain nombre de problèmes liés aux mouvements non-contrôlés des utilisateurs. En effet, dans des situations à forte charge émotionnelle, de stress ou de fatigue, ces enfants sont susceptibles d’emprunter, de manièreinvolontaire, des trajectoires dangereuses pour eux et/ou pour leur entourage (enfant allongé au sol, autre fauteuil roulant à proximité, ...). Le but de notre projet est de proposer un système permettant une meilleure indépendance pour l’utilisateur polyhandicapé dans ses déplacements. Notre approche consiste à équiper le fauteuil de capteurs, afin de pouvoir identifier les situations dangereuses et si nécessaire agir automatiquement sur ses commandes afin de les prévenir. L’objectif est double. Il s’agit d’une part, d’éviter autant que possible le bridage du fauteuil tout en maintenant un niveau de sécurité optimal. D’autre part, nous espérons qu’avec un tel système, certains polyhandicapés qui sont actuellement dans l’incapacité d’utiliser seuls un fauteuil roulant électrique, pourraient se voir offrir cette opportunité. Notre approche se veut progressive. Dans un premier temps, il est question d’empêcher automatiquement le fauteuil d’atteindre une vitesse excessive dans les passages étroits ou encombrés par des objets/personnes. Les réponses envisagées vont de l’avertissement sensoriel multimodal signalant l’approche d’un danger, à la réduction progressive de sa vitesse. Nous développons actuellement un capteur optiqueactif infrarouge destiné à identifier cette situation à risque et étudions les moyens de prendre automatiquement le contrôle du fauteuil. D’autres situations à risque ont déjà été identifiées (escaliers, trottoirs, ...) et feront l’objet de traitement lors des étapes suivantes du projet

Guidage de fauteuils roulants pour polyhandicapés, par profilométrie optique active

Cet article présente l’état d’avancement d’un projet dont le but est de concevoir, mettre en oeuvre et évaluer un dispositif d’assistance par imagerie optique active pour sécuriser les déplacements des personnes en fauteuil roulant avec handicap cognitif associé et de doter ce dispositif d'une interface multimodale adaptable en fonction des capacités sensori‐motrices de la personne handicapée. Une combinaison de capteurs embarqués permet d’analyser l’environnement de l’utilisateur et d’intervenir directement sur le fauteuil en cas de trajectoire jugée dangereuse. Dans une seconde étape, une interface multimodale permettra d'offrir un large panel de possibilités d'interaction afin de s'adapter de la manière la plus optimale possible aux capacités d'interaction de la personne polyhandicapée