Brevet FR2664224A1 — publié le 19920110

Véhicule d'intervention à propulseurs inclinables La présente invention concerne un véhicule destiné à des interventions, notamment dans des bâtiments, en l'absence d'un opérateur humain. Elle trouve notamment application dans des installations industrielles lorsqu'une intervention est nécessaire mais serait dangereuse ou impossible pour un tel opérateur Un véhicule selon la présente invention peut alors être utilisé Pour cela il peut être muni d'instruments adéquats tels que des caméras vidéo, des appareils de mesure, et des outils, avec l'aide desquels on constitue un robot. Un robot selon la présente invention peut être notamment utile dans une centrale nucléaire ou dans une usine de retraitement de combustibles nucléaires lorsque des réparations ou des inspections doivent être fai- tes dans des zones qui sont soumises à de fortes intensités de radia- tions ionisantes après certains incidents de fonctionnement De tels robots peuvent cependant être également utiles dans d'autres industries, par exemple dans l'industrie chimique en présence de risques d'explo- sion, ou pour des missions de sécurité civile ou de surveillance de sites, ou dans le cadre de la robotique de service, par exemple pour des opérations de nettoyage, dans l'agriculture ou dans les activités militaires. Une qualité importante d'un véhicule de ce genre est son aptitude à se déplacer sur un sol accidenté, c'est-à-dire présentant des obstacles à franchir Ces derniers peuvent présenter des formes très diverses, par exemple un escalier qui a été prévu pour l'homme et qui doit être monté ou descendu, ou un tuyau tombé sur un plancher La sûreté de tels véhicules lors du franchissement de tels obstacles présente deux aspects principaux L'un est la stabilité, c'est-à-dire l'aptitude du véhicule à ne pas basculer sous son propre poids et celui de sa charge L'autre est l'adhérence et concerne chacun des propulseurs de ce véhicule, c'est-à-dire des organes qui prennent appui sur le sol pour soutenir et faire progresser ou immobiliser le véhicule L'adhérence d'un tel propulseur est son aptitude à ne pas glisser excessivement au contact du sol, même si ce dernier présente localement un état de surface défavorable. Une autre qualité importante pour un tel véhicule est sa compacité: -2Son encombrement, notamment transversal et longitudinal, doit être de préférence suffisamment petit pour que le véhicule puisse emprunter, à l'intérieur d'un bâtiment, divers couloirs ou passages plus ou moins étroits qui ont été seulement prévus pour un opérateur humain. Une autre qualité importante est que le véhicule soit aussi léger que possible. Divers véhicules ont été conçus pour présenter une bonne aptitude à franchir des obstacles avec sûreté. Un véhicule connu comporte quatre propulseurs chenillés inclinables par rapport au corps de ce véhicule La chenille de chacun de ces propulseurs est guidée par un certain nombre d'organes de guidage, notamment par deux roues dont l'une est une roue d'avance pour entraîner le mouvement d'avance de cette chenille Ces organes sont portés par une carcasse qui constitue la structure de ce propulseur et qui est assemblée au corps du véhicule de manière à permettre d'incliner le propulseur autour d'un axe transversal Le corps de ce véhicule porte des moteurs d'avance et d'inclinaison pour imposer les uns les rotations des pignons moteur par l'intermédiaire de systèmes de transmission mécaniques et les autres les mouvements d'inclinaison des propulseurs, respectivement Ces moteurs sont munis de freins pour contrôler ces mouvements Le corps du véhicule porte en outre des batteries d'alimentation en énergie électrique et des moyens de commande pour les moteurs. Ce véhicule connu a été proposé par la firme japonaise Mitsubishi sous le nom de MRV (Multifunctional Robot Vehicle) et a été décrit pages 425 et 426 du compte rendu de conférence " 85 ICAR International Conference on Advanced Robotics, September 9-10, 1985, Tokyo, Japan organized by Robotics Society of Japan, The Society of Biomechanisms, Japan Industrial Robot Association". Il semble permettre de franchir des obstacles de formes connues Mais il doit pour cela être piloté à vue, quoiqu'à distance, par un opérateur humain De plus il semble ne présenter les qualités importantes précédemment mentionnées qu'à un degré insuffisant. La présente invention a notamment pour but de réaliser de manière simple un véhicule d'intervention apte à franchir avec sécurité des obstacles variés tout en conservant un encombrement transversal limité - 3- lui permettant, de préférence, d'emprunter des passages prévus pour l'homme Elle vise aussi à permettre, par montage d'outils sur un tel véhicule, de réaliser un robot apte à effectuer des interventions dans des bâtiments divers, notamment lorsqu'un accident a rendu ces locaux inacessibles à un opérateur humain. Dans ces buts, elle a pour objet un véhicule caractérisé par le fait qu'au moins une structure de liaison, qui lie un propulseur correspondant au corps de véhicule, est utilisée aussi pour fournir des signaux représentatifs des efforts qu'elle transmet, au moins un moteur d'inclinaison de ce propulseur étant inclus dans ce dernier et prenant appui sur cette structure pour incliner ce propulseur autour d'un axe transversal. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue de côté d'un véhicule selon la présente invention. La figure 2 représente une vue en perspective du même véhicule. La figure 3 représente une vue de côté d'un propulseur du même véhicule, dont des parois extérieures ont été enlevées pour montrer les organes internes de ce propulseur. Les figures 4, 5 et 6 représentent des vues de ce propulseur en coupe selon les lignes IV-IV, V-V et VI-VI de la figure 3. Les figures 7 et 8 représentent des vues en perspective de ce propulseur après enlèvement de parois extérieures. Conformément aux figures 1 et 2, un véhicule autonome selon la présente invention comporte un corps de véhicule 2 dont la partie inférieure 1 est montée sur quatre propulseurs inclinables et amovibles tels que 4, 6 et 7 grâce auxquels le véhicule se déplace selon une direction longitudinale X Sur la figure 3 il apparaît que chacun de ces propulseurs est muni pour cela d'une chenille 12 à guidage central qui est entraînée par une roue d'avance 14 et supportée par une roue de reprise 16 qui est montée folle, ainsi que par des galets tels que 18. 4 - Deux roues folles 15 et 17 de diamètre intermédiaire assurent les renvois de la chenille aux coins supérieurs de la boucle formée par cette dernière Le corps 2 porte dans sa partie inférieure des batteries d'alimentation électrique dont le grand poids et la position basse contribuent à sa stabilité. La partie supérieure 3 du corps 2 est plus large que sa partie inférieure selon une direction transversale Y Elle comporte divers organes dont certains sont relativement légers tels que des moyens de traitement de signaux 10, des moyens de communication, des organes électroniques de puissance ainsi que des capteurs exteroceptifs et un système inertiel non représentés Cette partie supérieure porte également un bras télémanipulateur 5 Une direction verticale relative du véhicule est représentée par une flèche Z. L'encombrement transversal de ce corps supérieur est égal à celui du corps inférieur muni des propulseurs, de manière à disposer d'un volume suffisant sans augmenter l'encombrement transversal du véhicule. On va maintenant indiquer de manière générale diverses dispositions avantageuses qui sont adoptées dans ce véhicule. Chacun de ces propulseurs tels que 4 comporte, comme connu, les éléments suivants: une carcasse de propulseur 26 pour maintenir mutuellement les éléments de ce propulseur, un ensemble d'appui au sol 12, 14, 16 supportant cette carcasse et présentant une plage d'appui au sol 15 qui s'étend selon la direction longitudinale X et jusqu'à deux extrémités de laquelle un point d'appui de cet ensemble sur le sol peut se déplacer, (Cet ensemble est constitué par la chenille 12, les roues 14 et 16 et les galets tels que 18 Sa plage d'appui s'étend de la roue 14 à la roue 16), un moteur d'avance 28 entraînant cet ensemble d'appui au sol dans un mouvement d'avance pour propulser la carcasse 26, une structure de liaison de propulseur 20 liant la carcasse 26 au corps de véhicule 2 pour supporter ce dernier tout en permettant à cette carcasse d'effectuer, par rapport à ce corps, des mouvements d'inclinaison qui sont des rotations autour d'un axe d'inclinaison 24 parallèle à la direction transversale Y et qui déplacent ledit point d'appui au sol, -5- un moteur d'inclinaison 22 permettant, grâce à un appui sur la structure de liaison 20, d'entraîner lesdits mouvements d'inclinaison de la carcasse 26, et des capteurs d'efforts 20 B pour fournir des signaux représentatifs d'efforts appliqués à ce propulseur 4 par le sol. Les signaux d'efforts ainsi formés sont transmis aux moyens de traitement de signaux 10 par des moyens connus non représentés. Conformément à la présente invention la structure de liaison 20 de chacun des propulseurs tels que 4 comporte une partie d'accrochage 20 A accrochée au corps de véhicule 2 par l'intermédiaire éventuel d'un système de suspension non représenté, une partie de support 20 C portant la carcasse 26 par l'intermédiaire de paliers à roulements à billes 30 pour permettre lesdits mouvements d'inclinaison, cette partie de support servant d'appui pour permettre au moteur d'inclinaison 22 d'entraîner ces mouvements, et une partie de mesure 20 B reliant mutuellement ces parties d'accrochage et de support et comportant plusieurs dits capteurs d'efforts. Cette structure de liaison est constituée par un moyeu de propulseur 20 de forme générale tubulaire Ce moyeu a un axe selon l'axe d'inclinaison 20 et s'étend transversalement à partir du corps de véhicule 2 vers l'extérieur du véhicule Il pénètre dans le volume du propulseur o il se termine par sa partie de support 20 C. Cette partie de support 20 C porte une extrémité transversalement externe 32 A d'un moyeu externe rigide 32 qui s'étend, à partir de cette extrémité, jusqu'à une extrémité transversalement interne 32 B en entourant coaxialement ce moyeu de mesure 20 Ce moyeu externe porte, sur sa surface extérieure, des paliers 30 qui supportent la carcasse 26. Le moteur d'avance 28 est situé au moins partiellement dans l'espace intérieur au moyeu de propulseur 20 et est fixé à la partie de support C de ce moyeu Ce moteur entraîne un pignon de moteur d'avance 28 C qui tourne autour de l'axe d'inclinaison 24 et qui est situé, selon ladite direction transversale Y, au delà d'une extrémité transversalement externe 20 C de ce moyeu. Le moteur d'avance 28 comporte une partie mécanique constituée par un réducteur de vitesse 28 B porté par la partie de support 20 C du moyeu 20 6 - du propulseur 4, et une partie électromécanique Celle-ci est constituée par un moteur électrique 28 A porté par le réducteur de vitesse 28 B et situé dans un logement 36 formé dans le corps de véhicule 2 dans le prolongement du moyeu de propulseur 20. La partie de support 20 C du moyeu de propulseur 20 porte au moins un secteur d'un anneau de repérage d'inclinaison 38, ladite carcasse 26 portant un capteur d'inclinaison 40 qui coopère avec cet anneau de repérage d'inclinaison pour fournir aux moyens de traitement de signaux un signal d'inclinaison représentatif de l'inclinaison du propulseur 4. La partie de mesure 20 B de la structure de liaison 20 comporte au moins un capteur de force verticale FZ mesurant la force appliquée à cette structure selon une direction verticale Z du corps de véhicule, un capteur de force longitudinale FX mesurant la force appliquée à cette structure selon la direction longitudinale X et un capteur de couple transversal MY mesurant le moment d'un couple de forces appliqué à cette structure autour de l'axe d'inclinaison Y Plus particulièrement cette partie de mesure est constituée par un capteur de type connu dit "à six composantes" qui mesure en outre la force transversale FY et des moments MX et MZ des couples appliqués autour d'axes longitudinal et vertical, de sorte que l'on mesure les trois composantes de la force résultante générale et les trois composantes du moment résultant de l'ensemble des forces qui sont appliquées au propulseur par le corps 2 du véhicule. Le pignon de moteur d'avance 28 C entraîne à l'aide d'une chaîne 44 un groupe de pignons intermédiaire d'avance 46 qui entraîne lui-même, à l'aide d'une chaîne 48, la roue d'avance 14 Ces chaines sont notamment visibles sur les figures 3 et 8. Conformément aux figures 5 et 7, le moteur d'inclinaison 22 entraîne, par l'intermédiaire d'un renvoi d'angle à pignons 50 et 52, un réducteur de vitesse 54 qui entraîne lui-même un pignon 56 Ce dernier entraîne, à l'aide d'une chaîne 58, un groupe de pignons intermédiaire qui entraîne lui-même une chaîne 62 Les roues 14 et 16 et les pignons 46, 50, 52, 56 et 60 sont montés sur des roulements portés par des supports tels que 26 B formés en saillies transversalement externes sur le flanc interne rigide 26 A de la carcasse 26 Les chaînes 44, 48, 58 et 62 sont munies de galets de maintien de tension qui fléchissent 7 - ces chaînes, comme représenté, mais qui ne sont pas eux-mêmes représentés Comme représenté notamment sur la figure 8, la chaîne 62 prend appui sur un secteur denté d'appui d'inclinaison 34 pour entraîner les mouvements d'inclinaison du propulseur. La carcasse 26 est constituée par un cadre mécanosoudé ou moulé en alliage léger dont la largeur, selon ladite direction transversale Y, est égale à celle de la chenille 12 Elle forme le flanc interne 26 A, un flanc externe 26 C et une bande 13 solidarisant ces deux flancs Une ouverture de ce flanc externe est obturée par un capot externe 42 La chenille 12 tourne autour de ce cadre au contact de la bande 13 en forme de boucle Cette bande porte un revêtement antifriction qui est également formé sur les crans internes prévus sur la chenille 12 pour permettre son entraînement par la roue d'avance 14. Le propulseur qui vient d'être partiellement décrit présente les avantages et caractéristiques complémentaires suivantes: Le capteur à six composantes qui constitue la partie de mesure 20 B permet de ramener tous les efforts exercés sur le propulseur 4 à un même point Or c'est grâce à ce capteur et à ceux qui lui correspondent dans les autres propulseurs que l'on connaît à chaque instant tous les efforts qui sont appliqués au véhicule dans toutes les directions de l'espace, et par conséquent, les conditions d'équilibre du véhicule. Ainsi le fait que le véhicule soit équipé de tels capteurs intégrés permet de simplifier la conception du véhicule par rapport à un véhicule qui serait pourvu de capteurs d'efforts élémentaires répartis dans de nombreuses zones différentes de sa structure Grâce à cela l'acquisition des données est quasi instantanée et demande un temps réduit de traitement, alors que, dans un véhicule autonome à capteurs répartis, cette acquisition est très lente, parce que les signaux doivent être traités par un calculateur puissant Ceci résulte du fait que suivant leurs positions, les capteurs ont des taux de rendement variables qui faussent la mesure, génèrent des dispersions lors du traitement des signaux et limitent sensiblement les performances de 1 'ordinateur de traitement. De plus le risque de panne d'un capteur apparaît plus faible dans le cas d'un capteur intégré que dans celui o on utilise plusieurs capteurs élémentaires pour assurer les mêmes fonctions. 8 - Un véhicule tel que décrit procure une simplicité et une facilité de fabrication et un gain de poids très important, augmentant considérablement les performances du véhicule. En outre, le guidage central de la chenille 12 assure une stabilité plus grande au véhicule par une meilleure tenue qui évite les risques de déjanter lors d'une intervention. Par ailleurs la conception du propulseur est telle que ses parois forment un caisson étanche à l'eau et, notamment au paquet d'eau de mer, qu'il est anti-déflagrant grâce à une légère suppression dans des boitiers qui renferment l'ensemble des éléments de transmission électriques et électroniques des organes mécaniques. -9- REVENDICATIONS 1/ Véhicule d'intervention à propulseurs inclinables, caractérisé par le fait qu'au moins une structure de liaison ( 20), qui lie un propulseur correspondant ( 4) au corps de véhicule ( 2), est utilisée aussi pour fournir des signaux représentatifs des efforts qu'elle transmet, au moins un moteur d'inclinaison ( 22) de ce propulseur étant inclus dans ce dernier et prenant appui sur cette structure pour incliner ce propulseur autour d'un axe transversal ( 24). 2/ Véhicule selon la revendication 1, comportant un corps de véhicule ( 2) présentant une longueur et une largeur selon des directions longitudinale (X) et transversale (Y), respectivement, et des propulseurs ( 4, 6, 7) pour supporter ledit corps de véhicule et pour le propulser selon ladite direction longitudinale, chacun de ces propulseurs ( 4) comportant les éléments suivants: une carcasse de propulseur ( 26) pour maintenir mutuellement lesdits éléments de ce propulseur, un ensemble d'appui au sol ( 12, 14, 16) supportant ladite carcasse et présentant une plage d'appui au sol ( 14, 16) qui s'étend selon ladite direction longitudinale et jusqu'à deux extrémités de laquelle un point d'appui de cet ensemble sur le sol peut se déplacer, un moteur d'avance ( 28) entraînant ledit ensemble d'appui au sol dans un mouvement d'avance pour propulser ladite carcasse, une structure de liaison de propulseur ( 20) liant ladite carcasse ( 26) audit corps de véhicule ( 2) pour supporter ce dernier tout en permettant à cette carcasse d'effectuer, par rapport à ce corps, des mouvements d'inclinaison qui sont des rotations autour d'un axe d'inclinaison ( 24) parallèle à ladite direction transversale et qui déplacent ledit point d'appui au sol, un moteur d'inclinaison ( 22) permettant, grâce à un appui sur ladite structure de liaison ( 20), d'entraîner lesdits mouvements d'inclinaison de ladite carcasse ( 26), et des capteurs d'efforts ( 20 B) pour fournir des signaux d'efforts représentatifs d'efforts appliqués à ce propulseur ( 4), des moyens de traitement de signaux ( 10) étant prévus pour recevoir lesdits signaux d'efforts provenant de l'ensemble desdits propulseurs et pour commander des actionneurs de manière à assurer au moins la sureté ú 0 - dudit véhicule, ces actionneurs comportant au moins lesdits moteurs d'avance ( 28) d'inclinaison ( 22) de ces propulseurs, ce véhicule étant caractérisé par le fait que ladite structure de liaison ( 20) d'au moins l'un desdits propulseurs ( 4) comporte une partie d'accrochage ( 20 A) accrochée audit corps de véhicule ( 2), une partie de support ( 20 C) portant ladite carcasse ( 26) par l'intermédiaire de paliers pour permettre lesdits mouvements d'inclinaison cette partie de support servant d'appui pour permettre audit moteur d'inclinaison ( 22) d'entraîner ces mouvements, et une partie de mesure ( 20 B) reliant mutuellement lesdites parties d'accrochage et de support et comportant plusieurs dits capteurs d'efforts. 3/ Véhicule selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite structure de liaison est constituée par un moyeu de propulseur ( 20) ayant un axe selon ledit axe d'inclinaison ( 24) et s'étendant transversalement à partir dudit corps de véhicule ( 2) vers l'extérieur du véhicule pour pénétrer dans le volume dudit propulseur o il se termine par ladite partie de support ( 20 C). 4/ Véhicule selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite partie de support ( 20 C) dudit moyeu de propulseur ( 20) porte une extrémité transversalement externe ( 32 A) d'un moyeu externe rigide ( 32) qui s'étend, à partir de cette extrémité, jusqu'à une extrémité transversalement interne ( 32 B) en entourant coaxialement ce moyeu de propulseur, ce moyeu externe portant, sur sa surface extérieure, des paliers ( 30) qui supportent ladite carcasse ( 26). / Véhicule selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite partie de support ( 20 C) dudit moyeu de propulseur ( 20) porte extérieurement un élément d'appui d'inclinaison ( 34) constituant un appui pour permettre audit moteur d'inclinaison ( 22) d'entraîner lesdits mouvements d'inclinaison. 6/ Véhicule selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite partie de support ( 20 C) dudit moyeu de propulseur ( 20) porte au moins un secteur d'un anneau de repérage d'inclinaison ( 38), ladite carcasse ( 26) portant un capteur d'inclinaison ( 40) qui coopère avec ledit anneau de repérage d'inclinaison pour fournir auxdits moyens de traitement de signaux ( 10) un signal d'inclinaison représentatif de l'inclinaison il - dudit propulseur ( 4). 7/ Véhicule selon la revendication 2, caractérisé par le fait que certains aux moins desdits propulseurs ( 4, 6, 7) sont amovibles et de préférence interchangeables, ladite partie d'accrochage ( 20 A) de ladite structure de liaison ( 20) de chacun de ces propulseurs amovibles étant montée de manière amovible sur ledit corps de véhicule ( 2). 8/ Véhicule selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite partie de mesure ( 20 B) de ladite structure de liaison ( 20) comporte au moins un capteur de force verticale (FZ) mesurant la force appliquée à cette structure selon une direction verticale (Z) dudit corps de véhicule, un capteur de force longitudinale (FX) mesurant la force appliquée à cette structure selon ladite direction longitudinale (X) et un capteur de couple transversal (MY) mesurant le moment d'un couple de forces appliqué à cette structure autour dudit axe d'inclinaison (Y).