Navigation globale d'un fauteuil roulant motorisé dans de grands espaces intérieurs

Dans ce mémoire nous présentons un nouveau module de navigation conçu pour un fauteuil roulant motorisé. Ce module a pour objectif de fournir des fonctionnalités essentielles à l'ensemble des personnes à mobilité réduite utilisant ces fauteuils. Différents services ont été prévus lors de la conception de ce module, tels que l'assistance à l'évitement d'obstacle, l'exécution de manœuvres automatiques (mouvements rectilignes, suivi de personnes, traversée de passages étroits et stationnement) et la génération de carte de l'environnement, le tout en respectant les modalités de sécurité et convivialité. De plus, il a été conçu et développé sous une plateforme collaborative de développement se distinguant par sa facilité d'intégration et sa modularité. Même si nous nous limitons sur un fauteuil roulant, ce travail contribue au domaine de la robotique mobile avec l'architecture de contrôle proposée, cette architecture englobant : un superviseur, un mode manuel, un mode semi-manuel et un mode automne. Ainsi, il propose des solutions au problème de navigation globale en fournissant une méthode de construction de carte basée sur différents capteurs, et une méthode de localisation globale permettant de se retrouver sur une carte. Le prototype développé se caractérise par la multitude de capteurs utilisés : télémètre laser, télémètre ultrason et caméra Kinect. Nous allons présenter un travail de synthèse permettant d'identifier parmi ces capteurs, ceux nécessaires pour assurer les performances recherchées dans un tel module de navigation. Enfin, l'ensemble des expérimentations que nous avons effectuées, incluant des cartographies de grands espaces, démontre les performances de notre module de navigation, ainsi que ses limites.

Abstract

In this thesis we present a new navigation system designed for powered wheelchairs. This system aims at providing essential functionalities to disabled people using wheelchairs. Different services were planned during the design of the navigation module, such as collision avoidance, execution of automatic maneuvers (straight movements, following a person, passing through narrow passage and parking) but also generating maps of the environment. All these actions must comply with the terms of safety and security. In addition, it has been designed and developed in a collaborative operating system characterized by its ease of integration and modularity. Even if we do limit our investigation to motorized wheelchairs, our new control architecture is a contribution to the field of mobile robotics with the proposed control architecture. This architecture includes: a supervisor, a manual mode, a semi-manual mode and an automatic mode. Thus, it offers solutions to the global navigation problem by providing a mapping method based on various sensors, and a global localisation method to localise on a map. The prototype developed is characterized by a multitude of sensors: laser rangefinder, ultrasound rangefinder and Kinect camera. We will perform a synthesis to identify among these sensors, those necessary to ensure the desired performance in such a navigation module. Finally, the set of experiments we carried out, including mapping of large interior spaces, demonstrates the performance of our navigation module and its limits.