Brevet FR2610885A1 — publié le 19880819

VEHICULE MOTORISE A CHENILLES AVEC BRAS ARTICULES POUR FRANCHISSEMENT D'OBSTACLES DESCRIPTION La présente invention a trait à un véhicuLe motorisé à cheniLLes muni d'un bras articulé pour franchissement d'obstacles. Les instaLLations industrieLles et pubLiques justifient fréquemment, pour des missions de nettoiement, d'entretien, ou encore d'inspection dans des régions inaccessibles à L'homme et notamment dans des zones contaminées, L'intervention de robots partieLLement ou totalement automatisés. A cause de leur stabilité et de Leur fiabilité, Les véhicules à chenilles sont souvent préférés, d'autant plus que Les parcours que les robots doivent accompLir passent souvent par des obstacles tels que des plans inclinés, des escaliers, des pas de portes ou des dénivellations. Les véhicules à chenilles existants vont maintenant être décrits et discutés. Pour cela, on classe ces véhicules en fonction du nombre de chenilles, de corps chenillés et de corps non chenillés intérieurs ou extérieurs qu'iLs comprennent, un corps chenillé étant défini comme un solide indéformable qui participe directement au support d'une ou plusieurs chenilles alors qu'un corps non chenillé peut être défini comme un solide indéformable ne supportant pas de chenille. Un corps non chenillé est dit extérieur s'il constitue un appendice, et il est dit intérieur s'il constitue un éLément intermédiaire de raccordement entre plusieurs corps chenillés. Les véhicules Les plus simples comprennent deux chenilles solidaires d'un seul corps chenilLé. La plupart des chars d'assaut militaires font partie de cette catégorie. Tels quels, ces véhicules sont particulièrement instables parce qu'ils ne comprennent pas de moyens de contrôLe de La position du centre de gravité du véhicule par rapport aux points d'appui sur Le sol et des moments d'inertie du véhicule par rapport à ces points d'appui. Il en résulte en particulier que, lorsque le véhicule franchit une crête, il bascule brusquement d'un versant à l'autre. Comme l'illustre notamment le brevet français FR-A-Z 450 191, la stabilité des véhicules de ce type peut être améliorée en articulant sur le corps chenillé un corps non chenille supportant la charge utile du véhicule. Le déplacement du centre de gravité de l'ensemble par pivotement de la charge utile permet dans ce cas d'améliorer la stabilité du véhicule lorsque celui-ci se déplace sur une pente. Toutefois, ces véhicules ne comportent pas de moyens de contr8le de la position du véhicule, notamment de son inclinaison de tangage, et ils ne comportent pas davantage de moyens de reconnaissance de la configuration du sol sur lequel le véhicule va passer. Il en résulte que, lors du passage d'une crete telle que celle qui sépare un palier d'un escalier descendant, la modification de la position de la charge utile ne peut être synchronisée avec le franchissement de la crête, et que le véhicule retombe brusquement en arrivant sur Le deuxième versant, avec des risques importants de perte de stabilité si celui-ci est en pente descendante. Il est possible d'améliorer la stabilité de ces véhicules en allongeant Les chenilles. L'encombrement qui en résulte serait cependant inacceptable en pratique. Un deuxième type connu de véhicule à chenilles est illustré par Le brevet français FR-A-2 523 914. Il comprend deux chenilles à configuration variable et cinq corps chenillés constitués par un corps central et par deux systèmes de bielles articulées à deux segments. Ce véhicule est de réalisation complexe et un guidage correct des chenilles est difficile à réaliser concrètement. En particulier, leur déjantement est possible et leur tension ne peut etre garantie, ce qui est un inconvénient decisif dans le cas d'un franchissement d'escalier où les chenilles reposent sur plusieurs nez de marches. La présente invention concerne un véhicule à chenilles qui ne présente pas ces inconvénients d'instabillité et de complexité de conception. De façon plus précise, elle concerne un véhicule motorisé et nobile sur un sol comportant des pentes variables séparées par des crêtes comprenant un corps chenillé nis en mouvement au moyen d'une paire de chenilles se déplaçant sur le sol, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bras articulé à une extrémité avant du corps chenille, une extrémité du bras portant un organe apte à venir en contact roulant ou glissant avec le sol, et un moyen pour deplacer Le bras dans une position rétractée dans laquelle ledit organe n'est pas en contact avec le sol et une position déployée dans laquelle L'organe est en contact avec le sol. Le véhicule comprend de préférence quatre capteurs optiques comprenant chacun un émetteur de rayonnement en éventail étalé verticalement et orient vers l'avant ou vers l'arrière suivant que les capteurs optiques sont situes à L'avant ou à l'arrière du véhicule, ainsi qu'un récepteur pour recueillir et mesurer le rayonnement diffusé en fonction des variations de pente du sol, et ainsi qu'une cellule de mesure de tangage et une cellule de mesure de roulis du véhicule. Dans ces conditions, on peut installer une centrale de pilotage automatique apte à commander le déplacement de chaque bras et de chaque chenille à l'aide des cellules de mesure de tangage et de roulis et des capteurs optiques. On va à présent décrire, à titre d'exemple non Limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention et une variante possible en se référant aux dessins annexés dont L'énumération suit : - La figure 1 est une vue de dessous d'un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 2 est une vue de c8té du véhicule représenté figure 1 ; - Les figures 3a à 39 illustrent differentes séquences de montée d'un escalier par le véhicule des figures 1 et 2 ; - Les figures 4a à 4d illustrent differentes séquences de descente d'un escalier par le véhicule des figures 1 et 2 ; - la figure 5 représente une vue de dessous d'une variante du mode de réalisation préféré du véhicule ; et - La figure 6 est une vue de coté du véhicule représenté sur la figure 5. Le véhicule selon l'invention comprend, comme Le représentent les figures 1 et 2, un corps chenillé 11 et deux chenilles disposées sur les cotés gauche et droit du véhicule, par rapport à un plan de symétrie longitudinal du véhicule. Ces chenilles portent les chiffres de référence 21 et 21'. D'une façon générale, toutes les pièces disposées symétriquement par rapport à ce même plan portent également les mêmes chiffres de référence, ce chiffre étant affecte d'un symbole (') pour la pièce située sur le côte droit du véhicule. Les chenilles 21 et 21' sont montées chacune sur trois roues 18, 19, 20 et 18', 19' et 20' de même diamètre. Les roues 19, 20 et 19', 20' sont relativement espacées les unes des autres, de sorte que les parties des chenilles situées entre ces roues reposent normalement sur le sol. Pour maintenir les parties des chenilles situées entre les roues 19, 20 et 19', 20', ces parties passent sous un ensemble de galets intermédiaires 22 et 22' dont le nombre et la repartition peuvent être modifiés par rapport au dessin. Les roues 18 et 18' situées à L'avant du véhicule sont relativement proches des roues médianes 19 et 19', mais leurs axes sont décalés vers le haut par rapport au plan contenant Les axes des roues 19, 19' et 20, 20'. Ainsi, les parties d'attaque des chenilles situées entre Les roues 18, 19 et 18', 19' sont Inclinées vers le haut par rapport aux parties des chenilles situées entre les roues 19, 20 et 19', 20', de sorte qu'elles ne sont pas normalement en contact avec le sol. Ces parties inclinées des chenilles facilitent l'attaque d'une montée par le véhicule. Il faut toutefois noter que ces parties inclinées ne sont pas absolument nécessaires et que le véhicule selon L'invention pourrait posséder des chenilles qui seraient tendues uniquement entre deux roues avant et arrière. Les roues 20 et 20' situées à L'arrière du véhicule sont notrices et mues indépendamment par deux blocs moteur indépendants 14 et 14' portés par le corps chenillé 11. Les axes des roues 19, 19' et 20, 20' sont supportés directement par le corps chenillé 11. Les axes des roues 18 et 18' sont chacun supportes par une glissière 23 montée sur Le corps chenillé 11 de façon à pouvoir se déplacer selon l'axe longitudinal du vehicule. Chaque glissiere 23 est poussée vers l'avant par un système à vis ou à ressort 30 prenant appui sur le corps chenillé. Les roues avant 18 et 18' assurent donc la tension des chenilles 21 et 21'. Les galets 22 et 22' sont utilisés pour améliorer l'adhérence des chenilles 21 et 21' sur le sol et pour améliorer le pivotement du véhicule. A cet effet, les axes 33 des galets 22 représentés figure 2 sont montés sur des tiges 37 portées par un longeron 34 solidaire du corps chenillé Il de façon à pouvoir coulisser verticalement et plaquer la chenille 21 contre le sol au moyen de ressorts de compression 35 interposés entre les axes 33 et le longeron 34 et solidaires de celui-ci par l'intermédiaire de vis de réglage 36. Cette disposition est commune à tous les galets 22, même si on ne l'a représentée que pour certains d'entre eux sur La figure 2. Les axes des galets 22' sont également reliés au corps chenillé 11 au moyen de pièces mécaniques symétriques de celles représentées sur la figure 2. En comprimant au maximum les ressorts des galets situés au droit du centre de gravité du véhicule, on permet le pivotement du véhicule autour d'un point proche du milieu du segment défini par le point de contact de ces galets avec le sol, c'est-à-dire proche de la projection verticale du centre de gravite. Dans ces conditions, la stabilité du véhicule est très bonne. Les chenilles 21 et 21' sont munies sur leurs faces intérieures de plots 31 et 31' tronconiques complémentaires d'évidements 32 et 32' formés dans les roues arrière motrices 20 et 20'. Les roues avant 18 et 18' et médianes 19 et 19', ainsi que les galets 22 et 22', sont munis de rainures circulaires de façon à ne pas entrer en contact avec Les plots 31 et 31' et à ne pas gener Leur défilement. Le corps chenillé 11 comprend également une entretoise transversale 14 pourvue d'une console inférieure 38 et d'un manche longitudinal 39 auquel est fixé Le corps d'un vérin 24. Un bras coudé 25 est articulé par son coude sur la console 38 ; la tige du vérin 24 est reliée à L'une des extrémités du bras, dont L'autre extrémité supporte une roue folle 26. Le vérin 24 peut en particulier amener le bras 25 dans une position rétractée ou la roue folle 26 est nettement soulevée du sol (figure 2) et dans une position déployée où La roue folle 26 est en contact avec le sol, et ceci dans des circonstances qui seront explicitées plus loin. Il convient de noter que l'articulation du bras coude 25 est disposée suffisamment loin de l'avant du véhicule pour que son extrémité avant, support de la roue folle 26, ne dépasse de l'avant du véhicule dans aucune des positions qu'elle peut prendre. Le véhicule selon L'invention est en outre muni de capteurs portés par le corps chenillé 11 : une cellule de mesure de tangage 40, nesurant l'angLe du véhicule autour d'un axe transversal, par rapport à un plan horizontal, une cellule de mesure de roulis 41, mesurant L'angle que fait le véhicule autour d'un axe longitudinal par rapport à un plan horizontal, et quatre capteurs optiques situés à L'avant gauche, à L'avant droit, à L'arrière gauche et à l'arrière droit du véhicule et portant respectivement les références 42VG, 42VD, 42RG et 42RD. Les capteurs optiques 42 situes à L'avant et les capteurs optiques 42 situés à L'arrière émettent, au moyen d'émetteurs 45 et respectivement vers L'avant et vers L'arrière, un rayonnement électromagnétique tel que L'infrarouge selon un eventail étalé dans un plan vertical suivant deux angles d'ouverture désignés respectivement par VA pour les capteurs 42 fixées à L'avant et par RA pour les capteurs 42 fixes à L'arrière. L'intérêt des capteurs optiques 42 est d'indiquer les modifications de La pente du sol : le rayonnement émis est alors diffusé de façon différente et La fraction recueillie par des récepteurs 44 incorporés à chaque capteur optique 42 est modifiée en intensité. La comparaison des informations fournies par la paire de capteurs optiques 42 gauche et droit émettant dans Le sens de la marche du véhicule permet donc de déterminer si le changement de pente va être abordé de front ou de biais, c'est-à- dire si Le véhicule subit une déviation de Lacet. Dans L'affirmative, on effectue une correction de lacet en faisant pivoter Le véhicule. Le procédé peut être automatique, et dans ce cas un calculateur 43 reçoit Les signaux délivres par le capteurs optiques 42.Ce calculateur 43 reçoit également Les signaux délivrés par les cellules de tangage 40 et de roulis 41 et il commande les bLocs moteur 14 et 14', ainsi que le vérin 24. La correction de lacet peut aussi etre faite manuellement dans le cas d'un pilotage humain. On va maintenant décrire dans deux cas particuliers le fonctionnement du véhicule selon l'invention, à l'aide des figures 3 et 4. Sur La figure 3a, le véhicule est sur le point de monter un escalier constitué ici de quatre marches Ml à M4 en marche avant. Le bras 25 est en position repliée, comme on l'a représenté figure 2. La position du centre de gravité du véhicule est supposée connue à l'intérieur d'un intervalle longitudinal représenté par le segment entre les points G1 et G2. Sur La figure 3b, les roues médianes 19 et 19' ont escaladé La première marche Ml et on se trouve dans une étape où La partie d'attaque et la partie inférieure des chenilles 21 et 21' contribuent simultanément à La montée de l'escalier. Au cours de La montée (figure 3c), le véhicule est en contact par la partie inférieure des chenilles 21 et 21' avec Le nez des différentes narches M1 à M3. Dans L'étape de la figure 3d, le véhicule commence à surplomber le palier au-dessus de L'escalier nais continue à reposer sur te nez des marches M2 à 4 car la projection verticale des points du segment Gl-G2 passe toujours par l'escalier. On appelle "crête" et on note CR le nez de La marche suprieure M4 qui correspond également à l'extrémité du palier et à la ligne autour de laquelle le véhicule basculerait si sa montée se poursuivait sans nise en action du dispositif selon l'invention. Au cours de L'étape symbolisée par la figure 3a, les capteurs optiques avant 42VG et 42VD ont permis de repérer la distance du véhicule à la première narche MI et, après éventuellement une correction de Lacet, d'aborder L'escalier de front. Au cours de la nontée de L'escalier représentée par les figures 3c ou 3d, Les capteurs optiques avant 42VG et 42VD permettent de reperer à l'avance la ligne de crête CR et Le palier. Si nécessaire, une nouvelle correction de lacet peut etre effectuée. Le véhicule aborde la crête suivant le procédé représente sur la figure 3e. Avant que la projection verticale du point G1 à l'avant du segment G1-G2 ne franchisse la crête CR, le vérin 24 est mis en action et fait reposer la roue folle 26 sur te sol. Le véhicule continue alors son avance jusqu'à ce que le point G2 passe au-dessus de la crete CR. C'est ce que représente La figure 3f. On est alors sûr que le véhicule est prêt à reposer sur te palier et on rétracte progressivement le bras 25. Dans L'étape finale de la figure 39, le bras 25 est de nouveau replié et le véhicule repose sur le palier après avoir franchi La crête CR sans à-coup. Sa narche en avant peut alors reprendre sans action du bras 25 jusqu'à La prochaine crête. Plusieurs variantes sont possibles dans la réalisation de ce procédé de passage de crête. Il est tout d'abord possible de profiter des indications de la cellule de mesure de tangage 40 pour faire coincider la descente de La roue folle 26 sur le sol avec le passage de la projection verticale du point G1 sur la ligne de crete CR. Il est alors nécessaire de disposer du calculateur 43. Avec un pilotage manuel, il est par contre nécessaire que le pilote prévoie une descente de la roue folle 26 suffisamment à l'avance. Selon une autre variante, les capteurs optiques 42 peuvent déterminer L'angle que fait la crête, c'est-à-dire ici L'angle entre le palier et le plan passant par Le nez des différentes marches M1 à M4. On peut alors régler à l'aide du calculateur 43 la course du bras 25 jusqu'à ce que la roue folle 26 effleure le sol. Si l'on ne dispose pas de cette information angulaire, on règle la course du bras 25 sur une valeur par excès de façon à être sûr que la roue folle 26 atteigne le sol. Il faut toutefois ajouter que ce problème ne se pose pas dans le cas, fréquent en pratique, où les angles de crête sont tous connus et de valeurs egales. Le débattement du bras 25 peut alors être préréglé entre deux positions extrêmes fixes. Evidemment, Le véhicule selon l'invention peut également escalader de la même façon des plans inclinés et des dos d'âne. On va maintenant decrire un procédé de descente d'escalier par le véhicule à l'aide des figures 4a à 4d ; comme les étapes du procédé sont semblables dans l'ordre inverse à celles des montées, et avec une cinématique qui n'est que légèrement différente, on ne représente cette fois que les retapes essentielles. La presence d'un seul bras 25 à L'avant du véhicule oblige celui-ci à aborder tes descentes d'escalier en marche arrière non seulement pour pouvoir utiliser te bras 25 et éviter un basculement sur Le nez de marche superieur, mais encore parce que le centre de gravité d'un véhicule tel que.celui de la figure 2, dont les chenilles présentent des parties d'attaque, est beaucoup plus proche des roues médianes 19 et 19' que des roues arrière 20 et 20'. Une descente en marche avant pourrait facilement aboutir au basculement du véhicule autour des roues médianes 19 et 19', puis des roues avant 18 et 18', c'est-à-dire à une chute.Avant d'aborder la fin du palier, Les capteurs optiques arrière 42RG et 42RD ont repéré L'approche de L'escalier et ont incité le calculateur 43 ou le pilote à effectuer les corrections de lacet nécessaires pour aborder la crête CR de front. Dans la position représentée sur La figure 4a, La projection verticale du point G2 va passer par La crête CR. Le vérin 24 entre alors en action (figure 4b) et soulève du sol du palier l'avant du véhicule à L'aide de la roue folle 26, et ceci jusqu'à ce que le véhicule puisse franchir la crete CR sans àcoup. Ici encore, la valeur de la course du bras 25 peut être réglée en fonction de l'angle de la crête ou être effectuée a priori avec une valeur Légèrement par excès. Le véhicule reprend alors sa marche arrière et commence à descendre l'escalier. Son inclinaison de tangage, relevée par la cellule 40, augmente progressivement. Quand la projection verticale du point G1 franchit la ligne de crête (figure 4c), le véhicule repose en totalité sur le nez des marches de l'escalier. La cellule de mesure de tangage 40 relève une stabilisation de l'inclinaison de tangage et le bras 25 est alors completement rétracté pour permettre de franchir L'escalier sans à-coup. On se trouve dans la configuration de la figure 4d, et la descente se poursuit sans qu'il soit besoin de La décrire plus en détail, si ce n'est que les parties d'attaque des chenilles 21 et 21' peuvent permettre d'éviter un petit choc sur le sol quand le véhicule quitte l'escalier et aborde un palier inférieur. L'inconvénient du véhicule représenté figures 1 et 2 est donc qu'il doit descendre les escaliers en marche arrière. Cela peut être désavantageux dans le cas d'un pilotage manuel. Pour remédier à cet inconvénient, la variante des figures 5 et 6 comprend, fixées à une entretoise carrière 14' solidaire du corps chenillé 11, un second vérin 24' et un second bras articulé 25' terminé par une seconde roue folle 26' à L'carrière du véhicule mais disposée de préférence de façon à ne jamais dépasser de L'carrière du véhicule, afin de ne pas accroltre l'encombrement de celui-ci. Le véhicule est alors parfaitement symétrique par rapport à un plan transversal médian. En particulier les chenilles 21 et 21' comprennent alors avantageusement des parties d'attaque à L'carrière du véhicule.Ces parties sont situées entre les roues 20, 20' et des roues surélevées 44 et 44' dont Les axes sont fixés sur le corps chenillé du véhicule. Les blocs moteur 14, 14' agissent alors sur ces roues 44, 44' afin de dégager le passage du bras articulé 25'. Le véhicule est par ailleurs identique à celui des figures 1 et 2. Dans cette variante, les manoeuvres représentées sur les figures 3 et 4 peuvent être effectuées avec celui des deux bras 25 et 25' qui se trouve au-dessus du palier, sans qu'aucun capteur supplémentaire soit nécessaire. Les cellules de mesure de tangage 40 et de roulis 41 peuvent être constituees de nombreuses façons et comporter par exemple une centrale inertielle. De même, les capteurs optiques 42 peuvent comporter autre chose qu'un dispositif emetteur et récepteur de rayonnement infrarouge, par exemple des radars. On peut aussi envisager des capteurs de vide ou d'obstacle mettant en oeuvre des moyens mécaniques tels que des palpeurs. La roue folle 26 (ou 26') peut être remplacée par tout dispositif susceptible d'assurer un contact à faible frottement, tel qu'un patin à bande glissante ou à roulettes. REVENDICATIONS 1. Véhicule motorisé et mobile sur un sol comportant des pentes variables séparées par des cretes (CR), comprenant un corps chenillé (11) mis en mouvement au moyen d'une paire de chenilles (21, 21') se déplaçant sur le sol, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bras (25) articule à une extrémiste avant du corps chenillé (11), une extrémité du bras (25) portant un organe (26) apte à venir en contact roulant ou glissant avec le sol, et un moyen (24) pour déplacer Le bras (25) dans une position rétractée dans laquelle ledit organe (26) n'est pas en contact avec le sol et une position déployée dans laquelle l'organe (26) est en contact avec le sol. 2. Véhicule suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second bras (25') articulé à une extrémité carrière du corps chenille (11), une extrémité du bras (25') portant un second organe (26') apte à venir en contact roulant ou glissant avec le sol, et un second moyen (24') pour déplacer le second bras (25') dans une position rétractée dans laquelle tedit second organe (26') n'est pas en contact avec le sol et une position déployée dans laquelle le second organe (26') est en contact avec le sol. 3. Véhicule suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérise en ce que l'organe (26, 26') est une roue folle. 4. Véhicule suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend quatre capteurs (42) des variations de pente du sot, situés à l'arrière gauche, à L'arrière droit, à l'avant gauche et à L'avant droit du corps chenillé (11), les deux capteurs à l'avant ou à l'arrière fournissant une position de lacet du véhicule. 5. Véhicule suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les capteurs (42) comprennent chacun un émetteur (45) de rayonnement en éventail étale verticalement et orienté vers L'avant ou. vers L'carrière suivant que les capteurs (42) sont situés à l'avant ou à l'arrière du véhicule, ainsi qu'un recepteur (44) pour recueillir et mesurer le rayonnement diffus en fonction des variations de pente du sol. 6. Véhicule suivannt L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule de mesure de tangage (40) et une cellule de mesure de roulis (41) du véhicule. 7. Véhicule suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une centrale de pilotage automatique (43) apte à commander le déplacement de chaque bras (25) et de chaque chenille (21, 21') à l'aide des cellules de mesure de tangage (40) et de roulis (41) et des capteurs (42).