Brevet FR2660730A1 — publié le 19911011

La présente invention a pour objet un véhicule autopropulsé franchisseur d'obstacles utilisable notamment pour des missions d'inspection ou de travail dans les tuyauteries. Il a été conçu pour inspecter les réseaux de canalisations urbains, mais peut être utilisé également dans un autre environnement. Les tuyauteries ou réseaux de canalisations où il faut inspecter ou effectuer des travaux présentent des obstacles. Ces obstacles sont soit constitués par la géométrie des tuyaux, soit par des objets indésirables à l'intérieur des canalisations. On a déjà conçu des véhicules pouvant transporter des moyens de contrôle ou des outils à l'intérieur des tuyauteries.- On peut les classer en fonction de leur possibilité de franchissement d'obstacles et de leur rayon d'action. Les véhicules se déplaçant en roulant au fond d'un tuyau tels que le chariot autonome selon le brevet Italien IT 2172687 et celui développé en France par Electricité de France (E.D.F.) cité dans l'article de la Revue Française de Mécanique (R.F.M.) 1987-4. Le premier se déplace sur des roues, le second sur des chenilles. Ils peuvent avoir une source d'énergie embarquée. Leur rayon d'action peut atteindre 1000 mètres. Ils suivent impérativement la ligne de fond de tube. Le franchissement de pentes faiblement inclinées est possible tant que l'adhérence des roues ou des chenilles le permet. Ils sont généralement utilisés pour des missions d'inspection sur de longues distances. Mais sont exclus de nombreuses applications industrielles par leur impossibilité de franchissement d'obstacles. Les véhicules se déplaçant par reptation tels des lombrics, sont composés de plusieurs éléments accrochés les uns aux autres; une partie d'entre eux se plaque sur la paroi du tube et tire ou pousse les autres éléments qui par la suite feront de même en se plaquant et en tractant le reste du corps ayant cessé son adhérence sur la paroi. Ces véhicules sont connus par exemple par le brevet FR 2552346 et le développement de la société K.W.U. cité dans l'article de la Revue Française de Mécanique de 1987-4. L'adhérence se fait grâce à un effort radial réparti sur la circonférence du tuyau, la largeur de ces véhicules est assez proche du diamètre du tube, ils peuvent s'adapter aux différentes variations du diamètre du tube dans une faible plage, mais ne peuvent franchir les obstacles disposés sur leur passage. Leur déplacement est lié à la direction du tuyau et ils ne possèdent aucune liberté de mouvements radiaux. Ils interviennent dans une gamme de canalisations limitée, un ensemble d'engins est necessaire pour intervenir dans des tubes de différents diamètres. Le déplacement par reptation étant lent, cela les empêche d'intervenir rapidement dans les installations. Les véhicules d'escalade roulants munis de roues appuyées sur les parois qu'ils-épousent et se tractent par la motricité des roues. De tels véhicules ont été conçus et sont connus par le brevet FR 2530214 par exemple. Ils utilisent un module de deux roues motrices et directrices pour quatre bras assurant l'appui sur les parois pour se plaquer et adhérer avec les roues en s'appuyant grâce à des sphères. Les véhicules disposant d'un seul module peuvent se diriger en épousant de près les parois qui peuvent avoir des formes très variables, ils peuvent de par leurs particularités s'éloigner de certains obstacles entravant leur passage. Leur force de traction est limitée à ses deux roues motrices pour six forces sensiblement égales et en appui sur les parois. Ils ne possèdent pas la possibilité d'enjamber des obstacles ni de franchir des variations brutales de géométrie.Ils peuvent se replier pour être introduits et se tracter dans des espaces étroits et paraIlè'#s. Ils sont utilisés pour des inspections en emportant de faibles charges. Le véhicule connu dit d'inspection des réacteurs sous le brevet FR 2967612 est destiné à se déplacer d'une manière priviligiée entre deux parois parallèles telles que les intercuves, mais il peut dans certains cas se déplacer dans des espaces circulaires. Il est constitué d'un module avec quatre roues motrices et directrices disposées dans les coins d'un tétraèdre partiellement déformable pour s'adapter à des petites variations dans l'espace de passage. La capacité de traction lui perme d'emporter des charges, mais composé d'un seul module il ne peut franchir des obstacles. Les véhicules possédant plusieurs modules sont composés de d'éléments accrochés les uns aux autres, les éléments extrêmes sont dits tracteurs tandis que les éléments centraux se comportent comme des pivots. Ces véhicules sont connus de par leur développement à l'Ecole Supérieure des Sciences et Technologies de l'Ingénieur de Nancy (ESSTIN). Ils peuvent se mouvoir dans des tuyauteries et franchir des obstacles en immobilisant un élément tracteur et en déplacant le second tracteur grâce à l'élément central. Néanmoins le passage des obstacles est subordonné à des géométries particulières qui réduisent le champ d'action de ces véhicules. Ils ne peuvent se déplacer que suivant l'axe de la canalisation et à des distances réduites. L'irréversibilité mécanique du déploiement des pattes ne permet pas aux véhicules d'absorber de légers défauts de surface.Le poids de tels engins les rend inutilisables dans des tuyaux de faibles épaisseurs. Les interventions avec ces véhicules s'opèrent en milieux secs. Ces véhicules présentent l'inconvénient d'être très rigides. Dans le cas de franchissement d'obstacles les contraintes liées à la cinématique de ces véhicules limitent les manoeuvres indispensables en milieux industriels. La présente invention a justement pour but d'éliminer ces inconvénients en proposant un véhicule léger, présentant une bonne stabilité qui permet le franchissement des obstacles rencontrés dans les tuyauteries avec la possibilité d'intervenir sur des longues distances. Selon la principale caractéristique du véhicule objet de l'invention, celui-ci peut se déplacer à l'intérieur de canalisations de formes de sections indéterminées. Il s'adapte à une gamme étendue de diamètres lui permettant de franchir des variations brutales ou douces de sections de canalisations. Il peut franchir les coudes et également s'orienter selon un chemin choisi lorsqu'il se trouve en présence de raccordements en forme de Y ou, d'intersections en forme X ou de T. Il peut passer d'une section verticale à une section horizontale et réciproquement lors d'une quelconque intersection ou dans un coude. Il peut par contournement franchir des obstacles de hauteur égale au rayon du tuyau. Il peut également contourner des volumes de petite section traversant diamètralement la canalisation. Il peut par repliement s'introduire ou être indroduit dans des passages étroits.Il pourra se déplacer rapidement sur des distances de 700 mètres environ en roulant sur les parois, mais également s'immobiliser dans une positon quelconque par adhérence sur les parois. Il sera suffisamment puissant pour se mouvoir en supportant son propre poids, celui de l'ombilic embarqué et celui d'une charge éventuelle. Le véhicule objet de l'invention comprend un corps central de forme globale parallélépipèdique constitué en deux parties longitudinales l'une dans le prolongement de l'autre et reliées entre elles par des moyens de liaison. A chacune des deux extrêmités du corps central, et perpendiculairement aux axes longitudinaux des deux parties constituant le corps central, soit dans deux plans transversaux du véhicule, est relié par des moyens de liaison un ensemble de deux bras appelés duo. Une extremité de chaque bras est relié par des moyens de liaison à un jeu de chenilles motrices. Le nombre de chenilles en contact avec les surfaces des tuyaux se détermine selon la géométrie des canalisations et du type d'obstacle à franchir. Selon une autre caractéristique du véhicule objet de l'invention, celui-ci comprend des moyens de déploiement pouvant agir sur chaque duo ou sur chaque bras ndépendamment afin de le positionner entre une position rentrée et une position déployée dans un plan transversal du véhicule. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de déploiement des bras comprennent des vérins de déploiement et des éléments de guidage nécessaires. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les éléments de guidage et les vérins nécessaires au déploiement des bras sont démontables afin de permettre l'interchangeabilité des bras pour intervenir dans plusieurs gammes de diamètres de tuyaux. Suivant une autre caractéristiqte du véhicule, il comprend des moyens agissant sur chaque duo leur permettant une rotation autour de l'axe longitudinal de chaque extrêmité du corps, soit un déplacement des duos dans deux plans transversaux du véhicule. Il comprend également des moyens agissant sur les bras diun même duo leur permettant un mouvement relatif angulaire de manière à les rapprocher ou les éloigner parallèlement l'un de l'autre dans un plan transversal du véhicule.Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens permettant de réaliser ces mouvements angulaires comprennent deux moteurs pour un duo, chaque moteur agissant directement sur un bras afin de permettre un mouvement angulaire d'ensemble ou un mouvement relatif des bras. L'invention a également pour objet un dispositif d'absorption des défauts de surface. Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui ci comporte un organe d'accouplement élastique# entre la tige d'un vérin de déploiement d'un bras et son actionneur pour absorber de faibles défauts, il possède également des moyens d'asservissement agissant sur les actionneurs pour des irrégularités importantes. Suivant une autre caractéristique du véhicule objet de l'invention, il possède des moyens permettant un mouvement angulairedes deux demi-parties composant le corps central selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de chaque demi-partie. La cassure résultante permet un pliage du corps central. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de rotation seront assurés par un pivot relié à une extrêmité de chaque demi-parties, l'autre extrémité étant reliée à un duo, et comprendra également un élément moteur de manière à actionner ce pivot. Selon une autre caractéristique du véhicule objet de l'invention il possède des moyens de déploiement agissant sur le corps central selon l'axe logitudinal de chaque demi-partie de manière à réduire ou augmenter la longueur du véhicule. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens de déplacements de chaque demi-partie du corps central comprennent des vérins de déploiement et des éléments de guidage nécessaires. Avantageusement, le véhicule objet de l'invention comprend des moyens de blocage en position verrouillant tous les déplacements. D'autre part, chaque chenille du véhicule est actionnée par un moteur d'entrainement individuel, et est pouvue également de moyens de blocage en position. De plus le véhicule possède un dispositif permettant un déroulement de l'ombilical embarqué en fonction de la distance parcourue et de. la vitesse de déplacement. Ce dispositif se déconnecte et permet l'interchangeabilité de l'ombilic pour des parcours de longueurs différentes. Enfin le véhicule pouvant intervenir dans différents milieux pour des inspections ou des travaux, il est muni d'éléments de protection et de composants étanches afin de se déplacer dans des milieux partiellement immergés. D'autres caractéristiques et -tvantages de l'invention ressortiront de la descriptio;i qui va suivre, donnée à titre d'exemple et nullement limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective du véhicule selon l'invention. - la figure 2 est une vue en perspec ive illustrant le véhicule selon l'invention. - la figure 3 est un dessin illustrant un montage particulier d'une chenille. - la figure 4 est un dessin illustrant un montage particulier d'un bras composé du vérin de déploiement et du moteur de rotation. - la figure 5 est un dessin illustrant un montage particulier du pivot reliant les deux demi-parties du corps central avec les vérins de déploiement. - la figure 6 est une vue schématique illustrant le franchissement d'un coude. - la figure 7 est une vue schématique illustrant le franchissement d'un raccord en T. - la figure 8 est une vue schématique illustrant le positionnement du véhicule sur une surface plane. Sur la vue en perspective de la figure 1, on voit l'ensemble du véhicule franchissant un obstacle traversant de part en part le tuyau. Ce véhicule se compose essentiellement d'un corps central constitué de deux demi-parties A et B reliées par un pivot motorisé L, aux extrêmités du corps central sont reliés les deux duos C et D composés chacun de deux bras E. A une extrêmité de chaque bras est reliée une chenille motrice G. Les chenilles G roulent sur les parois où elles exercent une adhérence plus ou moins forte selon le positionnement désiré. La motricité d'une chenille est obtenue grâce à un moteur 8 à double axe de sortie 15 et 16, permettant ainsi un montage symétrique, sur chaque axe 15 et 16 est fixé une vis 5, cette vis entraine la roue 2 solidaire de l'arbre 3. L'ensemble moteur, vis et roue décrit précédement est logé à l'intérieur de la structure porteuse étanche 13. Chacun des deux axes de sortie 3 et 18 va entrainer deux roues dentées 17 disposées sur un même axe de part et d'autre de la structure 13, cette structure est reccuverte par la chaine 1, cette chaine 1 est mise en mouvement par les quatre roues dentées 17. Un revêtement 7 sur la chaine 1 permet d'assurer une meilleure adhérence du véhicule sur les parois.Sur la figure 2, on aperçoit la liaison entre une chenille G et un bras E, cette liaison est faite grâce à un axe 22 situé sur un coté de la structure 13 et relié à l'extrêmité d'un rail 19. Un mouvement de rotation limité entre G et E est permi autour de l'axe 22. Sur la figure 2, aperçoit les bras E dans une position différente, chaque bras possède deux mouvements: un mouvement de translation correspondant au déploiement et un mouvement angulaire selon un axe longitudinal M ou N situé à une extrêmité du corps central. Le déploiemerlt d'un bras (E) est obtenu par la rotation de la roue 28 accouplée à un moteur et en contact avec la crémaillère 20 rendue rigide grâce à un rail support 19 guidé- par un patin à billes 21. Les déploiements des bras peuvent être indépendants ou simultanés selon l'alimentation des moteurs. L'interchangeabilité des bras est réalisée par le changement de l'ensemble rail 19 et crémaillère 20 après un déploiement total.La rotation d'un bras est obtenue grâce au mouvement issu de l'arbre du moteur 24 relié à une vis 25 agissant sur la roue 26 solidaire du tube 27 fixé à une extrêmité du corps central. L'alimentation du moteur 24 provoque la rotation de l'ensemble vérin et chenille autour de l'axe du tube 27 situé à une extrêmité du corps central. Sur un même duo, les deux bras sont montés tête-bêche dans deux plans parallèles, pouvant pivoter autour d'un même axe 27, les figures 1 et 2 illustrent ce montage en perspective. La rotation des bras E peut être indépendante ou simultanée selon le positionnement souhaité du véhicule Sur la figure 2 on aperçoit les deux demi-parties A et B du corps central. Le mouvement angulaire relatif et la t-rnanslation correspondant au déploiement de ces deux demi-parties sont rendus possible grâce au montage superposé des deux moteurs 29 et 37. Le déploiement est obtenu grâce à la rotation de la roue 39 entrainée par la vis 28 solidaire de l'arbre moteur 37. La roue 29 est liée à l'axe 35, à chaque extrêmité de l'axe 35 est fixée une roue dentée 32. Chaque roue 32 est en contact avec une crémaillère 33 fixée sur un rail rigide 34 guidé grâce aux patins à billes 36. La rotation du moteur 37 provoque la rotation des deux roues 32 qui agissent sur les crémaillères 33 provoquant le mouvement de translation correspondant au déploiement. Le mouvement angulaire relatif est obtenu par une translation de l'écrou à billes 31 entrainé par la vis 30 fixée sur l'arbre moteur 29. La nervure 43 relie l'écrou à billes 31 et une demi-partie du corps central 41. Le mouvement de translation de l'écrou à billes 31 provoque la rotation de 41 par rapport à 40 autour de l'axe 35. Le moteur 29 est de type frein afin d'immobiliser le mouvement dans une position déterminée. Les mouvements de rotation et de déploiement peuvent être simultanés afin de permettre une plus grande souplesse de positionnement. Sur la figure 1, on aperçoit le véhicule franchissant un obstacle traversant de part en part le tuyau. Au départ le véhicule avance selon l'axe du tuyau, les quatre bras verticaux en appui sur la paroi. A l'approche de l'obstacle, cassure du corps central en deux parties A et B selon un axe parallèle à l'obstacle permettant à la partie avant B de contourner l'obstacle. Puis rotation d'un bras E, en contact avec la partie haute du tuyau, appartenant au duo arrière C afin de positionner les bras E du duo C en V. Par des vitesses d'avance différentes des chenilles situées à une extrêmité de chaque bras E du duo C, la partie arrière A pivote. Le déploiement du corps central se fait en même temps afin d'éloigner la partie B de l'obstacle. Une action sur le duo C est faite ensuite afin de positionner ses bras E verticalement. Par action sur le pivot central et les vérins du corps central, la partie A s'aligne sur la partie B en contournant l'obstacle.Un réalignement dans l'axe du tuyau peut être fait en positionnant les bras d'un même duo en V, et par des vitesses différentes sur les chenilles le véhicule pivote selon un axe constitué par les bras E paralèlles à l'autre duo. Sur la figure 2, on aperçoit le véhicule franchissant un obstacle de hauteur égale au rayon du tube. Dans ce cas, le duo arrière déploie ses bras E. Le duo avant D pivote ses bras E et les positionne horizontalement. L'avance à des vitesses différentes des chenilles du duo arrière C permet un mouvement ascentionnel de l'avant B du véhicule. Le déploiement des vérins F du corps central permet à la partie avant B de s'avancer au dessus de l'obstacle. Un déploiement horizontal des bras E du duo D permet un appui des chenilles sur la paroi. Le duo arrière C rentre les bras E et pivote afin de positionner les bras E horizontalement. Le véhicule peut avancer en roulant sur les parois avec les bras déployés horizontalement, il peut également se mouvoir par reptation dans le cas ou la motricité par les chenilles ne pourrait plus être assurée. Sur la figure 6, on aperçoit le véhicule franchissant un coude. Dans ce cas un seul duo de bras est en appui sur la paroi. Par déploiement et pivot du corps central, la partie avant B se retrouve après le coude, la partie arrière A n'ayant pas encore franchi le coude. Par avance à des vitesses différentes des chenilles G du duo A, la partie arrière du véhicule peut franchir le coude en accordant les deux vitesses des chenilles G au rayon du tuyau. Sur la figure 7 on aperçoit le véhicule franchissant un raccordement en T. Dans cette situation la partie arrière A du véhicule s'immobilise. Le déploiement et le pivot du corps central permettent à la partie avant B de se trouver dans le tube perpendiculaire à celui où est contenue la partie arrière A. Les bras E de la partie avant B vont se déployer et exercer une pression importante sur la paroi du tube. Puis, les bras de la partie arrière A rentrent, par pivot et rentrée du corps central, la partie arrière A est alignée sur la partie avant B. Le véhicule est en position de poursuivre sa progression dans la tuyauterie. Sur la figure 8, on aperçoit le véhicule ayant positionné ses bras E en V afin de se déplacer sur des surfaces planes et d'occuper un minimum de volume. Le véhicule peut être équipé de caméras pour la navigation et pour l'inspection, permettant d'observer simultanément les surfaces des tuyaux et le chemin suivi par le véhicule. REVENDICATIONS 1) Véhicule franchisseur d'obstacles pour des missions à l'intérieur de canalisations caractérisé en ce qu'il comporte un corps central composé de deux demi-parties (A) et (B), un ensemble de deux duos (C) et (D) de bras (E) ind#pcndants reliés au corps central, un jeu de chenilles (G) à chaque extrêmité de bras, un support d'ombilic (H3. 2) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que les quatre bras (E) sont constitués de vérins de déploiement et peuvent se déployer indépendamment les uns des autres. 3) Véhicule selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les vérins de déploiement de chaque bras (E) se désolidarisent rapidement du véhicule. 4) Véhicule selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que chaque bras (E) peut pivoter indépendamment selon un axe longitudinal-(M) ou (N) des deux demi-parties (A) ou (B) du corps central; 5) Véhicule selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un organe d'accouplement élastique soit disposé dans le système de déploiement des bras (E) entre la roue 28 et le moteur qui ltentraîne. 6) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une extrêmité de chaque demi-partie (À) et (B) du corps central est reliée selon un axe transversal (O) à un même pivot motorisé (L) 7) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux'demi- parties > ) et (B) du corps central comportent des vérins de déprqiement (F) et se déploient selon les axes longitudinaux (M) et (N). 8)# Véhicule selon les revendications 1, 6 et 7 caractérisé en ce que la roue 39 permettant le déploiement des crémaillères 33 se comporte également comme support de pivot des deux demi-parties (A) et (B). 9) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque jeu de chenilles (G) est commandé par un moteur propre. 10) Véhicule selon la revendication l caractérisé en ce que l'ombilic (H) est embarqué et se désolidarise rapidement du véhicule. 11) Véhicule selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des éléments à roue et vis sans fin ou moteurs-frein garantissent l'irreversibilite mécanique des mouvements de rotation ou de translation.