Brevet FR2646233A1 — publié le 19901026

DISPOSITIF ODOMETRIOUE POUR VEtICULE AUTONOME SUR ROUES, NOTAMMENT VEHICULE AUTONOME INDUSTRIEL, TEL QUE RORDT INDUSTRIEL L'invention concerne un dispositif odométrique pour véhicule autonome sur roues, notamment véhicule autonome industriel tel que robot industriel. Les robots industriels autonomes sur roues destinés à effectuer des tâches spécifiques telles que nettoyage industriel, transport... sont tous dotés d'un dispositif odométrique destiné à délivrer vers l'unité centrale de programmation de ces robots des informations relatives aux distances parcourues par ces derniers. Les dispositifs odométriques actuels consistent en des capteurs rotatifs de mesure angulaire disposés de façon b mesurer le nombre de tours effectués, soit directement par une des roues motrices du robot, soit par le moteur ou le réducteur. Bien que ces capteurs présentent un très grand degré de précision, leur disposition engendre des erreurs de mesure préjudiciables lors de la commande de robots totalement autonomes pilotés par une unité centrale programmée pour délivrer, en fonction de la position du robot déterminée par ces capteurs, des signaux de commande destines b engendrer un changement de direction, l'exécution d'une tâche spécifique ou toute autre manoeuvre. En effet, les mesures relevées par ces capteurs sont ohliqatoirement faussées notamment par d'éventuels Jeux dans la transmission entre moteur et roue motrice, ou lors du patinage ou du glissement de cette roue motrice. 3( La présente invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs odométriques connus et a pour objectif essentiel de fournir un dispositif odométrique permettant de mesurer les distances effectives parcourues par un véhicule autonome avec un pourcentage d'erreur sensiblement nul. Un autre objectif est de fournir un dispositif odométrique utilisable avec les unités centrales des véhicules autonomes actuels, sans modification du logiciel de Qestion de ces dernières. Un autre objectif est de fournir un dispositif odométrique adaptable sur tous types de véhicules autonomes. A cet-effet, l'invention concerne un dispositif odométrique pour véhicule autonome, notamment véhicule autonome industriel tel que robot industriel, doté d'un châssis sur roues dont au moins une roue motrice reliée à un bloc moteur par un arbre moteur. Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend: - une roue libre, dite odométrique, montée libre en rotation, de façon que son axe de rotation soit parallèle à celui de la roue motrice et disposé dans un même plan vertical que celui-ci, - des orqanes- supports de la *roue odométrique adaptés pour la solidariser au châssis du véhicule avec une liberté de débattement selon un axe orthogonal au plan-de roulement de-la roue motrice, - et un capteur rotatif de mesure des déplacements angulaires de la roue odométrique. Ce dispositif odométrique comporte donc une roue odométrique libre, non soumise au couple moteur. Ainsi, les distances mesurées par.le capteur ne peuvent être faussées par un éventuel patinage ou glissement de la roue motrice ou par d'éventuels jeux dans la transmission entre le moteur et cette roue motrice. De plus, les oroanes-supports de cette roue odométrique autorisant des débattements de cette dernière selon un plan orthogonal à sa surface de roulement, cette roue odom.trique reste en contact permanent avec le sol, et ce quelles que soient les irréqularités de celui-ci. Par conséquent, bien que n'étant pas monté sur un organe moteur, le capteur mesure constamment une distance strictement identique à celle parcourue par la roue motrice. Par ailleurs, la roue odom6trique est positionnée de façon que son axe de rotation soit parallèle à celui de la roue motrice et disposé dans un même plan vertical que celui-ci. Ainsi, les logiciels de programmation des unités centrales des véhicules autonomes actuels sont utilisables avec le dispositif conforme à l'invention. Selon un mode de réalisation préférentiel, la roue odométrique présente un diamètre externe au moins égqal au diamètre de la roue motrice, de façon à pouvoir surmonter les obstacles rencontrés aussi facilement que cette roue motrice. Dans la pratique, on opte ainsi préférentiellement pour une roue odométrique de même diamètre que celui de la roue motrice, et ce dans le but de simplifier le logiciel de traitement de mesures. Toutefois, lorsque ce dispositif est destiné à équiper des véhicules autonomes dotés de roues motrices de faible diamètre, il est préférable d'opter pour une roue odométrique de diamètre supérieur à celui de ces roues motrices, en vue de parfaire la précision des mesures. Dans ce dernier cas, les organes-supports sont alors adaptés pour que l'axe de rotation de la roue odométrique soit décalé vers le haut par rapport à celui de la roue motrice, lorsque lesdites roues reposent sur un sol parfaitement de niveau. La roue odométrique comporte, par ailleurs, préférentiellement, un moyeu central fixe en rotation porté par les organes-supports, et une Jante montée libre en rotation autour du moyeu, et peut être disposée de deux façons différentes. Un premier mode de réalisation consiste b disposer cette roue odométrique autour de l'arbre-moteur, entre la roue motrice et le bloc moteur, le moyeu central de ladite roue odométrique étant doté d'un orifice de passage de l'arbre moteur de forme ohlongue, adaptée pour permettre des débattements dudit moyeu selon un axe orthogonal au plan de roulement de la roue motrice. Dans le cas o le véhicule n'est pas spécifiquement adapté pour permettre un tel montage, un deuxième mode de réalisation peut également consister à disposer la roue odométrique du côté extérieur de la roue motrice par rapport à l'arbre moteur, les organes-supports étant portés par une ossature fixée latéralement sur le chassis de façon à s'étendre autour desdites roues motrice et odométrique. Le dispositif odométrique peut donc être utilisé pour équiper tout type de véhicule autonome, les A40 seules modifications éventuelles à apporter concernant l'ossature portant le moyeu central lorsque ce dispositif est monté du côté extérieur de la roue motrice. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - - la fiQure 1 est une couDe transversale par un plan horizontal A d'un premier mode de réalisation d'un dispositif odométrique conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale partielle par un plan horizontal illustrant une variante de réalisation des moyens d'entraînement du.capteur rotatif, - la fiqure 3 est une coupe longitudinale par un plan vertical B du premier mode de réalisation de ce dispositif, - la fiqure 4 en est une coupe longitudinale par un plan vertical C, -les fiqures 5 et 6 sont deux vues schématiques illustrant les positions extrêmes de débattement de ce dispositif, - la figure 7 est une coupe transversale par un plan horizontal d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif odométrique conforme à l'invention. Le dispositif odométrique représenté aux fiqures est destiné à équiper un véhicule autonome tel qu'un robot industriel comportant de façon classique un châssis portant un bloc moteur protégé par un carter 1 et entraînant deux roues motrices telles que 2 par l'intermédiaire d'un arbre moteur 3. Selon un premier mode de réalisation représenté aux fiqures 1 à 6, ce dispositif comprend, en premier lieu, une roue odométrique 4 montée libre en rotation autour de l'arbre moteur 3 et disposée entre une roue motrice 2 et une des parois latérales la du carter de protection i du bloc moteur de façon que l'axe de rotation de cette roue odométrique 4 soit para-lèle à l'axe de rotation de la roue motrice 2 et disposé dans un même plan vertical que celui-ci. Cette roue odométrique 4 comprend un premier ensemble libre en rotation comportant une jante 5 se présentant sous la forme d'un flasque annulaire 5a doté d'une base creuse périphérique 5b portant un bandage de roulement 6. Cette jante 5 et le bandage de roulement 6 sont de diamètre adapté pour que la roue odométrique 4 présente le même diamètre externe que la roue motrice 2. En outre, le bandage de roulement 6 présente une bande de roulement de faible On largeur par rapport à celle de la roue motrice 2, et est réalisé en un matériau synthétique adhérent tel que du polyuréthane. Ce premier ensemble de la roue odométrique a comprend, en outre, un pignon d'entralnement 7 monté sur la baque externe tournante Ra d'un roulement à bille 8 et sur une face frontale duquel est solidarisé latéralement le flasque 5a de la jante 5. La roue odométrique 4 comprend également un deuxième ensemble fixe en rotation porté par le châssis du véhicule. Ce deuxième ensemble comprend en premier lieu un moyeu 9 disposé autour de l'arbre moteur 3 du véhicule et sur la face périphérique duquel est monté la bague interne fixe 8b du roulement 8. Ce moyeu 9 est, en outre, doté d'un orifice 9a de passage de l'arbre moteur de forme oblongue, afin de permettre son débattement selon un axe perpendiculaire à la surface de roulement de la roue odométrique 4. Ce deuxième ensemble comporte en outre un plateau 10 doté d'un orifice oblonq lna conjuqué de celui du moyeu 9 et sur lequel est solidarisée latéralement une face frontale dudit moyeu. Le dispositif odomètrique comprend, par ailleurs, des organes-supports de la roue odométrique 4 adaptés pour solidariser l'ensemble fixe de cette dernière au carter 1 de protection du bloc moteur tout en autorisant des débattements de ladite roue selon un axe perpendiculaire à sa surface de roulement. Ces organes-supports comprennent deux paires de douilles à billes 11 disposées de part et d'autre de l'arbre moteur 3, chacune de ces paires étant constituée de deux douilles à billes 11 superposées. Ces douilles h billes 11 sont solidarisées sur la face du plateau 10 opposée è la roue odométrique 4 de façon à s'étendre partiellement à l'intérieur du carter de protection 1 au travers d'orifices 12 rectanqulaires à grand axe vertical, ménagés dans la paroi latérale de ce carter 1. Ces douilles 11 sont en outre montées coulissantes le long d'arbres de guidaqe verticaux 13 fixés à l'intérieur du carter de protection 1. Tel que représenté aux figures 5 et 6, ces organes-supports autorisent donc des débattements du plateau et par conséquent de la roue odométrique 4 selon un plan orthogonal à la surface de roulement de cette dernière, de nart et d'autre d'une position moyenne o l'axe de rotation. de ladite roue odométrique coincide avec celui de la roue motrice. Par conséquent, cette roue odomêtrique 4 reste toujours en contact avec le sol et ce quelles que soient les irrégularités de ce sol. En dernier lieu, le dispositif odométrique comprend des moyens de mesure comportant un capteur rotatif 14 de mesure de déplacement angulaire solidarisé sur la face du plateau 10 opposée à la roue odométrique 4 de façon à s'étendre partiellement à l'intérieur du carter 1 au travers d'un orifice 15 ménagé dans la face latérale la de ce dernier. Comme précédemment, l'orifice 15 présente, en outre, une forme ohlongue à qrand axe vertical, afin d'autoriser un débattement vertical du capteur similaire à celui de la roue odométrique 4. Les moyens de mesure comportent, en outre, des moyens d'entraînement en rotation du capteur 14 constitués 3P d'un petit pignon 16 monté sur l'extrémité de l'axe de ce capteur et entraIné par le grand pignon 7 au moyen d'une courroie crantée 17. Il est à noter, en outre, que l'orifice de la paroi latérale la du carter 1 présente une largeur suoérieure à celle du capteur 14 de façon à permettre le réglaqe de la tension de la courroie crantée 17. Selon une variante représentée à la figure 2, l'entralnement du petit pignon 16 peut également être réalisé directement en utilisant une jante 5 dotée d'une base b présentant une face interne 18 d'entralnement direct du capteur 14. Cet entraînement peut être réalisé en utilisant, sdit, comme précédemment, un petit piqnon 16 qui est alors entratné directement par la face interne 18 dentée de la base b de la jante, soit une roulette de diamètre calibré montée sur l'axe du cepteur 14 et entrainée par friction par la face interne 18 de cette base 5b. La fiqure 7 représente quant à elle un deuxième mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, comportant une roue odométrique disposée cété n10 extérieur de la roue motrice par rapport à l'arbre moteur (afin de faciliter la description, les mêmes références que précédemment ont été utilisées pour désigner des ornanes similaires). La roue odométrique 4 et les organes-supports 10, 11, 13 de cette dernière sont strictement identiques à ceux précédemment décrits, si l'on excepte le fait que les orifices 9a, loa respectifs du moyeu central 9 et du plateau sont maintenant facultatifs. Le montage de ce dispositif odométrique sur le châssis du véhicule est réalisé au moyen d'un carénage 19 de forme adaptée pour recouvrir la roue motrice 2 et la roue odométrique 4. Ce carénage 19 est fixé latéralement sur le châssis du véhicule et comporte des pattes de fixation 20 des extrémités de chacun des arbres de guidage 13 des douilles à billes 11. Comme précédemment, l'axe de rotation de la roue odométrique 4 se trouve donc dans un même plan vertical que celui de la roue motrice 2, et cette roue odométrique 4 possède également par rapport au carénage 19 et donc par rapport au châssis du véhicule et à la roue motrice 2, une liberté de débattement selon un plan orthogonal à sa surface de'roulement. REVENDICATInNS 1/ - Dispositif odométrique pour véhicule autonome, notamment véhicule autonome industriel tel que robot industriel, doté d'un châssis sur roues, dont au moins une roue motrice (2) reliée à un bloc moteur par un arbre moteur (3), ledit dispositif odométrique étant caractérisé en ce qu'il comprend: - une roue libre (4), dite odométrique, montée libre en rotation de façon que son axe de rotation soit parallèle à celui de la roue motrice (2) et disposé dans un même plan vertical que celui-ci, - des organes-suDpports (10, 11, 13) de la roue odométrique (4) adaptés pour la solidariser au châssis du véhicule avec une libherté de déhattement selon un axe orthoqonal au plan de roulement de la roue motrice (2), -. - et un capteur rotatif (14) de mesure des déplacements angulaires de la roue odométrique (4). 2/ - Dispositif odomêtrique selon la revendication 1, caractérisé en ce nue la roue odométrique (4) présente un diamètre externe au moins égal au diamètre de la roue motrice (2). 3/ - Dispositif odométrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur rotatif (14) est solidarisé aux orqanes-supports (10, 11, 33) de la roue odométrique (a) de façon à accepter les mêmes débattements nue cette dernière. 4/ - DisDositif odométrique selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la roue odométrique (4) comporte un moyeu central (9) fixe en rotation porté par les organes-supports (10, 11, 13), et une jante externe (5) montée libre en rotation autour du moyeu central (9). / - Dispositif odométrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roue odométrique (4) est disposée autour de l'arbre moteur (3), entre la roue motrice (2) et le bloc moteur, le moyeu central (9) de ladite roue odométrique étant doté d'un orifice (9a) de passaqe de l'arbre moteur (3) de forme ohlonque, adaptée pour permettre 4f des débattements dudit moyeu selon un axe orthogonal au plan de roulement de la roue motrice (2). 6/ - Dispositif odométrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roue odométrique (4) est disposée c8té extérieur de la roue motrice (2) par rapport à l'arbre moteur (3), les organes-supports (10, 11, 13) étant portés par une ossature (19) fixée latéralement sur le châssis de façon à s'étendre autour deadites roues motrice (2) et odométrique (4). 7/ - Dispositif odométrique selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les organes- supports du moyeu central (9) comprennent au moins une douille à bille (11) solidarisée audit moyeu et montée coulissante le lonq d'un arbre de quidage fixe (13), sensiblement vertical. 8/ - Dispositif odométrique selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la roue odométrique (4). et le capteur (14) sont dotés de moyens d'entraînement en rotation (7, 16, 17; 17, 18) dudit capteur adaptés pour que ce iernier soit entralné directement en rotation par ladite roue odométrique. 9/ - Dispositif odométrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation du capteur (14) comprennent un pignon (7) solidaire de la jante (5) de la roue odométrique (4) et monté libre en rotation sur le moyeu central (9), un pignon (16) solidaire du capteur (14) et une courroie crantée (17) de transmission engrenant lesdits pignons. / - Dispositif odométrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la jante (5) de la roue odométrique (4) comporte une base (5b) dotée d'une face interne (18) agencée pour entraîner directement le capteur (14) en rotation.