Brevet FR2735437A1 — publié le 19961220

VEHICULE ROULANT, NOTAMMENT ROBOT DE NETTOYAGE EN PARTICULIER DE PISCINE, A CHANGEMENT AUTOMATIQUE DE DIRECTION DE DEPLACEMENT DEVANT UN OBSTACLE La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux véhicules roulants à changement automatique de direction de déplacement lorsqu'ils rencontrent un obstacle, ce dispositif étant pourvu de deux roues antérieures motrices indépendantes. De tels véhicules sont utilisés par exemple pour constituer des robots de nettoyage de réservoirs de liquide, tels que des piscines. On connaît diverses réalisations de tels robots de nettoyage de piscine qui présentent toute- fois, du fait même de leur conception, l'inconvénient d'être déviés toujours dans le même sens lorsqu'ils rencontrent un obstacle et également l'inconvénient d'être déviés toujours sensiblement du même angle. Il en résulte que ces appareils peuvent parfois rencontrer des difficultés pour se dégager de certains obstacles, voire même ne pas parvenir à se dégager (par exemple s'ils s'engagent entre une échelle et le mur de la piscine); de plus leur déviation sensiblement constante devant un obstacle les renvoie dans des directions privilégiées de sorte que leurs trajectoires successives finissent par se superposer et qu'ils ne parcourent pas la totalité de la surface du fond de la piscine. Au bout du compte, leur fonctionnement en tant que véhicule n'est pas satisfaisant et la piscine n'est pas nettoyée de façon suffisamment efficace. L'invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients présentés par les véhicules connus et de proposer un véhicule perfectionné qui soit apte à se dégager de façon sûr devant n'importe quel obstacle et qui soit apte, en se dégageant, à pivoter d'un angle non prédéterminé de sorte que ses trajectoires successives soient parfaite- ment aléatoires et que, s'agissant d'un robot de nettoyage de piscine, le nettoyage soit rendu efficace sur la totalité de la surface du fond de la piscine, étant entendu en outre que les moyens techniques mis en oeuvre à ces fins doivent être simples, fiables et d'un coût limité de manière que le véhicule perfectionné conformément à l'invention puisse être produit en grande série. A ces fins, un véhicule roulant tel que mentionné au préambule se caractérise essentiellement, étant agencé conformément à l'invention, en ce qu'il comporte: - deux organes de détection d'obstacle disposés de chaque côté à l'avant du véhicule, - des moyens d'entraînement de chaque roue motrice à partir d'un arbre moteur, par l'intermédiaire de moyens d'inversion du sens de rotation, - et des moyens de liaison interposés entre chaque organe de détection d'obstacle et les moyens d'entraînement de la roue motrice située du côté opposé, - lesdits moyens de détection d'obstacle et lesdits moyens de liaison étant agencés de manière que, lorsque le véhicule rencontre un obstacle, les moyens de détection actionnés par ledit obstacle agissent, par l'intermédiaire desdits moyens de liaison correspondants, pour actionner lesdits moyens d'inversion du sens de rotation et faire passer la rotation de la roue motrice en sens avant, à une rotation de la roue motrice en sens arrière. Grâce à cette structure, le véhicule est réalisé de façon symétrique et il est agencé pour que son dégagement s'effectue dans un sens opposé à l'obstacle. Si l'obstacle est parfaitement frontal ou bilatéral, les deux détecteurs d'obstacle sont actionnés simultanément et les deux roues motrices sont amenées simultanément à tourner en sens inverse de sorte que le véhicule recule sans être dévié. De toute façon il parvient à se dégager quelles que soient la position (latérale, frontale, bilatérale) et la nature (plane, concave,...) de l'obstacle. Dans un mode de réalisation particulier préféré, les moyens d'inversion du sens de rotation comprennent une roue dentée motrice disposée au bout de l'arbre moteur, ainsi qu'un pignon central et une couronne périphérique à denture intérieure qui sont solidaires de la roue motrice et avec l'un ou l'autre desquels peut engrener la roue dentée motrice pour déterminer respectivement deux sens de rotation de la roue motrice. Pour que la fonction de détection de l'obstacle soit assurée de façon efficace et qu'une commande appropriée puisse être assurée quelle que soit la position de l'obsta- cle par rapport à l'avant du véhicule, il est souhaitable que les moyens de détection d'obstacle comprennent un organe allongé s'étendant sur l'angle avant du véhicule qui est opposé à la roue motrice à laquelle lesdits moyens sont fonctionnellement associés, ledit organe allongé étant supporté à libre rotation autour d'un axe sensiblement vertical, et que ledit organe allongé soit accouplé de façon sélective à l'arbre moteur entraînant ladite roue motrice par l'intermédiaire des susdits moyens de liaison; avanta- geusement le susdit organe allongé est constitué par le bord antérieur, s'étendant sensiblement sur une demi-largeur et sur l'angle correspondant de l'avant du véhicule, d'un bras conformé de manière que son extrémité opposée soit située sensiblement du voisinage de la roue motrice qu'il commande et soit montée sur l'axe de rotation précité. On peut prévoir que les moyens de liaison compren- nent un palier de support de l'arbre moteur qui est déplaça- ble approximativement transversalement audit arbre lorsque les moyens de détection d'obstacle sont actionnés; dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens de liaison comprennent en outre un bec déplaçable entraîné par ledit bras de manière à occuper deux positions, savoir; - une première position non fonctionnelle occupée lorsque le bras est dans un position de repos en l'absence d'obstacle, - une seconde position fonctionnelle occupée lorsque le bras est déplacé par un obstacle, dans laquelle le bec coopère avec un excentrique solidaire de l'arbre moteur de manière à repousser le palier mobile supportant ledit arbre moteur et à modifier l'engrènement de la roue dentée motrice. Il est en outre souhaitable que les moyens de liaison comprennent également des moyens de blocage temporaire aptes à maintenir la rotation en sens inverse de la roue motrice pendant une durée suffisante pour que le véhicule puisse se dégager de l'obstacle, puis à rétablir la rotation de la roue motrice dans son sens initial pour que le véhicule reparte sur une nouvelle trajectoire; avanta- geusement les moyens de blocage comprennent un cliquet de blocage solidaire du palier mobile de l'arbre moteur qui est enclenché élastiquement lorsque le palier est déplacé sous l'action de l'excentrique. De préférence, les moyens de blocage temporaire sont agencés pour maintenir la rotation inverse de la roue motrice pendant une durée non prédéterminée, ce grâce à quoi le véhicule est amené à tourner d'un angle non prédéterminé et aléatoire de sorte que ses trajectoires successives ne se superposent pas et sont aléatoires; il est intéressant, pour obtenir une structure simple, mais fiable, que les moyens de blocage temporaire comprennent en outre un doigt transversal solidaire de la roue motrice et apte à coopérer avec le susdit cliquet lorsque celui-ci est enclenché, afin de le dégager et de libérer le palier de l'arbre moteur, des moyens élastiques de rappel étant prévus pour ramener le palier dans sa position initiale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble, en perspecti- ve, d'un mécanisme équipant un véhicule, tel qu'un robot de nettoyage de piscine, agencé conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue plus détaillée et à plus grande échelle d'un moitié du mécanisme de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective, sous un autre angle, et à échelle encore plus grande, d'une autre partie du mécanisme de la figure 2; et - la figure 4 est une vue fragmentaire, en coupe, d'un élément du mécanisme visible sur la figure 3. Sur les figures 1 à 4, et en particulier sur la figure 1, on n'a représenté que la partie du véhicule roulant qui est concernée par l'invention. Pour le reste, le véhicule peut être agencé de façon quelconque en fonction des applications et des besoins. En particulier le nombre des roues, le type de motorisation (électrique, hydraulique, mécanique,...) ainsi que l'équipement de travail et la forme générale (capotage, dimensions,...) peuvent être quelcon- ques dans la mesure o ils n'influent pas sur le mécanisme directeur qui va maintenant être plus particulièrement pris en compte. De plus, bien que les dispositions propres à l'invention aient été plus particulièrement développées dans le but de réaliser un robot perfectionné de nettoyage de piscine, il est évident que lesdites dispositions peuvent trouver application pour équiper n'importe quel type de véhicule roulant à changement automatique de direction en présence d'un obstacle; les mêmes dispositions pourraient également trouver application dans un véhicule flottant mû par deux propulseurs écartés transversalement l'un de l'autre. Sur la figure 1, on voit deux roues antérieures 1 d'un véhicule, qui sont motrices de façon indépendantes (c'est-à-dire non calées sur un arbre commun) tout en étant susceptibles d'être entraînées à partir d'un moteur commun (non représenté). A l'avant du véhicule sont disposés deux organes de détection d'obstacle qui sont agencés pour détecter des obstacles respectivement de part et d'autre du milieu de l'avant du véhicule. En outre chaque organe de détection d'obstacle est agencé pour être fonctionnel non seulement sur une moitié frontale du véhicule, mais aussi dans l'angle latéral correspondant, voire même sur l'extrémité antérieure du côté correspondant. Enfin chaque organe de détection d'obstacle est associé à des moyens de liaison agencés de manière telle que l'organe de détection, lorsqu'il heurte un obstacle, commande l'inversion du sens de rotation de la roue motrice opposée, et donc provoque le pivotement du véhicule à l'opposé de l'obstacle. Comme visible sur les figures 1 et 2, chaque organe de détection d'obstacle est constitué par un organe allongé ou bras 2 en forme générale de moustache ou de croissant de lune qui s'étend approximativement en travers de l'extrémité avant du véhicule. Chaque détecteur 2 présente un bord actif 3 saillant vers l'avant et s'étendant sur une moitié frontale du véhicule, ainsi que dans l'angle et sur le début du côté correspondant du véhicule; sur l'autre moitié frontale du véhicule, le bord 4 du détecteur est en retrait vers l'arrière. Les deux détecteurs 2 sont disposés l'un au-dessus de l'autre, en étant inversés l'un par rapport à l'autre de telle manière que le bord en retrait 4 de l'un coïncide avec le bord actif en saillie 3 de l'autre. Chaque détecteur 2 est supporté à libre rotation sur un axe sensiblement vertical 5 par son extrémité 6 située du côté du bord en retrait 4, des lumières pouvant éventuelle- ment être prévus dans l'autre détecteur pour autoriser leurs libres mouvements rotatifs respectifs. Cette même extrémité 6 du détecteur 2 est associée à des moyens de liaison, désignés dans leur ensemble par la référence 7, de manière à commander fonctionnellement le sens de rotation de la roue motrice 1 qui est située de ce même côté. Autrement dit, lorsqu'un obstacle agit sur le bord 3 d'un détecteur 2, ce détecteur 2 commande la roue 1 située du côté opposé. L'entraînement et l'inversion du sens de rotation de chaque roue motrice 1 sont agencés comme suit. Un arbre moteur 8 (entraîné par un moteur central non représenté) est équipé, à son extrémité libre, d'une roue dentée motrice 9. A la roue 1 ou à l'axe de la roue 1 sont solidarisés coaxialement un pignon central 10 et une couronne périphéri- que 11 à denture intérieure. La roue dentée motrice 9 est située entre le pignon central 10 et la couronne 11 et peut engréner avec l'un ou l'autre, sélectivement, comme indiqué ci-après. Les moyens de liaison précités sont agencés comme suit. Une partie de l'extrémité 6 de chaque détecteur 2 est conformée en fourche 12 coagissant avec un ergot 13 soli- daire d'un chariot 14 qui est déplaçable sur une partie de bâti fixe 15 selon une direction approximativement parallèle à l'arbre moteur 8. Le chariot 14 porte un bec 16 qui s'étend en direction de l'arbre 8. Approximativement en regard du bec 16, un disque excentré 17 est calé en rotation sur l'arbre 8. Par ailleurs l'arbre 8 est supporté par un palier 18 qui est lui-même supporté par un chariot 19 apte à coulis- ser sur un bâti fixe 20 selon une direction approximative- ment transversale à l'arbre 8. En l'absence d'obstacle, le détecteur 2 n'est pas dévié et il maintient le bec 16 décalé latéralement par rapport au disque excentré 17. Un ressort de rappel 21 maintient alors le chariot 19 dans un position pour laquelle le palier 18 supporte l'arbre 8 en position de repos, la roue dentée motrice 9 engrenant avec la couronne 11. Le sens de rotation correspondant de la roue motrice 1 est supposé correspondre à la marche avant du déplacement du véhicule. Lorsque survient un obstacle qui repousse le bord actif 3 du détecteur 2 vers l'arrière, le détecteur 2, en pivotant, provoque, par le biais de sa fourche 12, le déplacement du bec 16 qui est amené en regard du disque excentré 17. En tournant, celui-ci prend appui contre le bec et l'arbre 8 est repoussé de sorte que la roue dentée motrice 9 quitte la couronne 11 et va coopérer avec le pignon central 10. Celui-ci est entraîné en sens inverse de la couronne 11 et la roue motrice 1 tourne en sens inverse. Pour que la coopération de la roue dentée 9 avec le pignon central 10 dure suffisamment longtemps pour permettre au véhicule de se dégager, on prévoit des moyens de blocage libérable désignés dans leur ensemble par la référence 22 sur les figures 2 et 3. Les moyens de blocage libérable 22 comprennent une tige 23 coulissant axialement librement dans un passage 25 d'un corps fixe 24 situé en regard du palier 18, ladite tige 23 étant solidaire dudit palier 18. La tige 23 présente une encoche radiale 26 qui, lorsqu'elle est dégagée hors du corps 24, est repoussée en appui contre le bord de l'orifice du passage 25 à l'aide d'un ressort transversal 27 (la tige 23 ayant un certain jeu radial dans le passage 25). On peut éventuellement prévoir le passage 25 dans une chemise 28 vissable dans le corps 24 afin de permettre un réglage de course, comme visible à la figure 4. La libération des moyens de blocage s'effectue comme suit. La roue motrice 1 porte un doigt 29 qui s'étend transversalement et qui, au cours de la rotation de la roue 1, trouve sur sa trajectoire un organe, par exemple une bague 30, solidaire de la tige 23. On notera ici que l'encoche 26 est creusée dans la tige 23 du même côté que le doigt 29. Lorsque le doigt 29 rencontre la bague 30, il la repousse et, l'encoche 26 étant ainsi dégagée, le ressort 21 rappelle tout l'équipage mobile en position initiale avec à nouveau engrènement de la roue dentée motrice 9 avec la couronne 11: la roue motrice 1 retrouve alors une rotation en sens avant. La disposition qui vient d'être décrite présente l'avantage que, au moment de la rencontre de l'obstacle, le doigt 29 se trouve dans une position angulaire quelconque par rapport à la bague 30. La roue motrice 1 effectue donc une rotation d'amplitude angulaire non prédéterminée et aléatoire avant d'être à nouveau amenée à tourner en sens avant. Le véhicule, après avoir heurté un obstacle, va donc s'en dégager en pivotant à l'opposé de l'obstacle avec une amplitude angulaire aléatoire et va repartir en marche avant sur une nouvelle trajectoire qui est disposée de façon aléatoire par rapport à la précédente. On est ainsi assuré que le véhicule ne va pas parcourir successivement les mêmes itinéraires et, dans le cas particulier d'un robot de nettoyage du fond d'une piscine, on est assuré que, par la combinaison de toutes les trajectoires aléatoires successi- ves, le robot parcourra la totalité du fond de la piscine. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Véhicule roulant à changement automatique de direction de déplacement lorsqu'il rencontre un obstacle, ce dispositif étant pourvu de deux roues antérieures motrices indépendantes (1), caractérisé en ce qu'il comporte: - deux organes de détection d'obstacle (2) disposés de chaque côté à l'avant du véhicule, - des moyens d'entraînement de chaque roue motrice (1) à partir d'un arbre moteur (8), par l'intermédiaire de moyens d'inversion du sens de rotation, - et des moyens de liaison (7) interposés entre chaque organe de détection d'obstacle (2) et les moyens d'entraînement de la roue motrice située du côté opposé, - lesdits moyens de détection d'obstacle (2) et lesdits moyens de liaison (7) étant agencés de manière que, lorsque le véhicule rencontre un obstacle, les moyens de détection (2) actionnés par ledit obstacle agissent, par l'intermédiaire desdits moyens de liaison (7) correspon- dants, pour actionner lesdits moyens d'inversion du sens de rotation et faire passer la rotation de la roue motrice en sens avant, à une rotation de la roue motrice en sens arrière, ce grâce à quoi, lorsque le véhicule rencontre un obstacle, la roue motrice située du côté opposé à l'obstacle change de sens de rotation et le véhicule pivote à l'opposé de l'obstacle. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'inversion du sens de rotation compren- nent une roue dentée motrice (9) disposée au bout de l'arbre moteur (8), ainsi qu'un pignon central (10) et une couronne périphérique (11) à denture intérieure qui sont solidaires de la roue motrice (1) et avec l'un ou l'autre desquels peut engrener la roue dentée motrice (9) pour déterminer respec- tivement deux sens de rotation de la roue motrice (1), 3. Véhicule selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les moyens de détection d'obstacle compren- nent un organe allongé (2) s'étendant sur l'angle avant du véhicule qui est opposé à la roue motrice à laquelle lesdits moyens sont fonctionnellement associés, ledit organe allongé (2) étant supporté à libre rotation autour d'un axe sensiblement vertical (5), et en ce que ledit organe allongé (2) est accouplé de façon sélective à l'arbre moteur (8) entraînant ladite roue motrice (1) par l'intermédiaire des susdits moyens de liaison (7). 4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que le susdit organe allongé (2) est constitué par le bord antérieur (3), s'étendant sensiblement sur une demi- largeur et sur l'angle correspondant de l'avant du véhicule, d'un bras (2) conformé de manière que son extrémité opposée (6) soit située sensiblement du voisinage de la roue motrice (1) qu'il commande et soit montée sur l'axe de rotation (5) précité. 5. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent un palier (18) de support de l'arbre moteur (8) qui est déplaçable (19,20) approximativement transversale- ment audit arbre lorsque les moyens de détection d'obstacle sont actionnés. 6. Véhicule selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent un bec déplaçable (16) entraîné par ledit bras (2) de manière à occuper deux positions, savoir; - une première position non fonctionnelle occupée lorsque le bras est dans un position de repos en l'absence d'obstacle, une seconde position fonctionnelle occupée lorsque le bras est déplacé par un obstacle, dans laquelle le bec (16) coopère avec un excentrique (17) solidaire de l'arbre moteur (8) de manière à repousser le palier mobile (18) supportant ledit arbre moteur (8) et à modifier l'engrène- ment de la roue dentée motrice (1). 7. Véhicule selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent en outre des moyens de blocage temporaire (22) aptes à maintenir la rotation en sens inverse de la roue motrice (1) pendant une durée suffisante pour que le véhicule puisse se dégager de l'obstacle, puis à rétablir la rotation de la roue motrice (1) dans son sens initial pour que le véhicule reparte sur une nouvelle trajectoire. 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de blocage (22) comprennent un cliquet de blocage (25,26) solidaire du palier mobile (18) de l'arbre moteur (8) qui est enclenché élastiquement lorsque le palier est déplacé sous l'action de l'excentrique (17). 9. Véhicule selon la revendication 7 ou 8, caracté- risé en ce que les moyens de blocage temporaire (22) sont agencés pour maintenir la rotation inverse de la roue motrice pendant une durée non prédéterminée, ce grâce à quoi le véhicule est amené à tourner d'un angle non prédéterminé et aléatoire de sorte que ses trajectoires successives ne se superposent pas et sont aléatoires. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de blocage temporaire (22) comprennent en outre un doigt transversal (29) solidaire de la roue motrice (1) et apte à coopérer avec le susdit cliquet (25,26) lorsque celui-ci est enclenché, afin de le dégager et de libérer le palier (18) de l'arbre moteur (8), des moyens élastiques de rappel (21) étant prévus pour ramener le palier dans sa position initiale. 11. Robot de nettoyage de réserve d'eau, notamment de piscine, agencé pour se déplacer sur le fond de ladite réserve, caractérisé en ce qu'il est agencé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.