Brevet FR2938491A1 — publié le 20100521

La présente invention se rapporte à une base roulante multidirectionnelle pour une unité fonctionnelle déplaçable manuellement ou motorisée par roulement sur un plan de sol. La base roulante selon l'invention peut s'adapter à tout type d'unité déplaçable par roulement. Une des applications visées concerne un chariot d'intérieur, notamment un chariot d'hôpital, de soins ou de diagnostic ainsi que des lits de malades et des fauteuils roulants, mais s'applique à bien d'autres domaines qui s'étendent depuis une base roulante pour robot jusqu'à une planche à roulettes. On connaît les bases roulantes de chariots formées de deux roues, roulettes ou galets pivotant à l'avant et de deux roues, roulettes ou galets fixes en direction à l'arrière. La poussée et l'action directionnelle s'effectuent en partie supérieure arrière au moyen d'une barre transversale solidaire du corps du chariot enserrée par les mains de l'utilisateur. Si la poussée en ligne droite est efficace, la conduite de ce type de chariot en virage et sur des trajets anguleux s'avère particulièrement mal commode notamment à partir d'une charge moyenne. Les autres dispositifs à roulettes pivotantes n'offrent guère d'amélioration dans la mesure où la conduite nécessite un effort manuel important pour mettre et garder le corps du chariot dans la direction souhaitée. Par ailleurs, la prise de virages, surtout les virages serrés, nécessite une adresse et un effort particuliers et ne permet pas un passage précis et répétitif aux mêmes endroits, notamment dans le cas de zones se rétrécissant. Il existe aussi des chariots présentant un ensemble directionnel à la manière des véhicules ou remorques à quatre roues circulant sur les routes. 2 Ce type de constitution et de commande directionnelle met en oeuvre des moyens plus importants disproportionnés en encombrement et en coût avec l'utilisation manuelle souhaitée. Par ailleurs, la commande directionnelle nécessite un organe pivotant du type volant, guidon ou analogue peu approprié à l'unité fonctionnelle déplaçable du genre chariot d'intérieur visée par l'invention. De plus, les moyens directionnels existant ne 10 sont pas destinés à autoriser le pivotement du chariot sur lui-même. Or, le but de l'invention est multiple. Il s'agit d'abord de permettre un déplacement précis et aisé sur les formes de trajets les plus 15 variées notamment celles présentant des segments raccordés par des tronçons anguleux, notamment à angle(s) vif(s). Il s'agit ensuite de permettre à la base roulante et au corps de l'unité fonctionnelle qu'elle 20 porte, de tourner facilement sur elle-même et ceci quasiment sans effort. Il s'agit aussi dans le cas de variantes, de permettre le déplacement latéral immédiat à partir d'une position donnée. 25 A cet effet, la présente invention se rapporte à une base roulante multidirectionnelle pour une unité fonctionnelle se déplaçant sur un plan de sol comportant au moins deux roues fixes en orientation et parallèles entre elles et définissant entre elles un 30 axe transversal fixe de roulage caractérisée par au moins deux blocs de roulement à roue folle ou sphérique prévus chacun à une extrémité d'au moins une liaison mécanique, l'intersection des axes constituant le centre de pivotement de la base roulante sur elle-même. 35 A titre de variante, le couple de deux roulettes sphériques réunies par le bras fixe en direction peut être doublé, voire triplé. 3 Par ailleurs, si la distance entre les deux roues ou roulettes folles ou sphériques est inférieure à l'écartement entre les deux roulettes fixes en direction, le pivotement de la base sur elle-même s'effectue sur un cercle dont le centre est celui de la base roulante et dont le diamètre est l'écartement entre les deux roulettes fixes en direction. Si la distance entre les deux roues ou roulettes folles ou sphériques est supérieure à l'écartement entre les deux roulettes fixes en direction, le pivotement de la base sur elle-même s'effectue sur un cercle dont le centre est celui de la base roulante et dont le diamètre est la distance entre les centres des deux roulettes sphériques. Les avantages découlant de la base roulante conforme à l'invention sont nombreux et multiples : . aucune inertie au démarrage et grande aptitude et mobilité directionnelle, . facilité de guidage manuelle d'une seule main sur une zone restreinte même sur des parcours à segments raccordés par des angles vifs, . déplacement en ligne droite stricte par simple poussée axiale ponctuelle, . la base roulante peut pivoter sur elle-même dans un espace restreint, . on peut imposer une ligne droite même avec une poussée légèrement oblique, . on absorbe en douceur les irrégularités du plan de roulage, voire de franchir de petits obstacles, . on franchit de faibles obstacles et dénivelés tels que les seuils de porte et petits rebords sans difficulté, . on note une capacité exceptionnelle à être déplacé dans un environnement meuble, . précision de la trajectoire, . l'utilisateur peut la guider parfaitement même s'il se trouve en position latérale par rapport au chariot. En raison de son hypermobilité, la base roulante selon l'invention permet de remplir parfaitement les fonctions des engins téléguidés par différents moyens pour des applications industrielles, logistiques, ludiques ou de services à la personne. De nombreux autres avantages, ainsi que les caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit effectuée en référence aux dessins suivants dans lesquels : . la figure 1 est une vue schématique générale de profil d'un chariot poussé et guidé manuellement, présentant la base roulante selon l'invention, . la figure 2 est la représentation schématique simplifiée d'un trajet anguleux avec figuration de quelques positions de la base roulante selon l'invention montrant son aptitude à parcourir des tracés anguleux et à points d'inflexion, la figure 3 est une vue schématique de profil de la base roulante selon l'invention dans sa version la plus simple à quatre roulettes dont deux sont sphériques, . la figure 4 est une vue schématique en plan de la base roulante à quatre roues ou roulettes dont deux roulettes sphériques sur laquelle on a représenté les cercles périmétriques de pivotement sur elle-même, . la figure 5 est une vue schématique en plan de la base roulante à six roulettes, dont quatre roulettes sphériques, sur laquelle on a représenté les cercles périmètriques de pivotement sur elle-même, . la figure 6 est une vue schématique en plan montrant la version motorisée dans le cas d'un usage avec un moteur à l'arrêt, . les figures 7 et 8 sont chacune une vue schématique 35 en plan montrant des exemples de versions à base rectangulaire. On utilisera ci-après le terme "roulette" ou 4 "roue" pour désigner chaque moyen de roulement. Il doit être compris que ce terme peut désigner à la fois tout moyen de roulement ou de roulage. La base roulante multidirectionnelle 1 est destinée à porter une unité fonctionnelle 2 soit directement par sa partie inférieure, soit par l'intermédiaire d'un châssis 3. L'unité fonctionnelle 2 peut être de diverses catégories par exemple, un chariot, un lit, un fauteuil roulant, des jouets, des plateformes porteuses, et de façon générale tout engin roulant robotisé, téléguidé ou non. Cette unité fonctionnelle 2 est ainsi rendue déplaçable manuellement ou de façon motorisée directement ou à distance. Dans sa version la plus simple, elle se compose de deux roulettes ou roues 4 et 5 fixes en orientation ou en direction disposées perpendiculairement à un axe géométrique transversal de roulage 6 perpendiculaire à la direction générale de ligne droite et passant par un centre 7, dont la position est centrale, c'est-à-dire médiane par rapport aux deux roulettes ou roues 4 et 5 fixes en direction. Les roues ou roulettes fixes 4 et 5 sont assujetties mécaniquement par rapport au corps mécanique de la base roulante à rester parallèles entre elles et perpendiculaires à cet axe transversal de roulage 6. Cet axe de roulage 6 peut aussi être physique à la manière d'un essieu et donc relier mécaniquement les deux roues ou roulettes 4 et 5 entre elles. Sur un axe longitudinal fixe 8 de ligne droite passant par le centre 7 se trouvent deux blocs de roulement 9 et 10 à roues ou roulettes omnidirectionnelles par exemple des roues ou roulettes folles ou des roulettes sphériques 11 et 12, c'est-à-dire des roulettes qui, par leur forme sphérique, 6 peuvent adopter n'importe quelle direction de roulage. Ces roulettes folles ou roulettes sphériques 11 et 12 sont montées chacune à chacune des deux extrémités d'une liaison mécanique longitudinale propre à la base roulante ou au châssis ou à chacune des extrémités d'un bras fixe 13 matérialisant l'axe longitudinal fixe de ligne droite de l'ensemble. Lorsqu'il s'agit de roulettes sphériques, celles-ci sont montées à chaque fois par l'intermédiaire, d'une demi coquille prolongée chacune par un axe de montage. Le bras 13 est fixé au niveau de son point médian 14 qui coïncide avec le centre 7 à une partie centrale fixe du châssis ou à la partie inférieure de l'unité fonctionnelle déplaçable 2. Ce bras 13 est fixe mais peut être réglable dans une position d'orientation donnée. Le bras fixe 13 est souple, c'est-à-dire qu'il présente une aptitude à la déformation élastique notamment en flexion avec une force de rappel en position d'équilibre. La souplesse du bras 13 peut varier selon l'application. Elle peut également être réglable pour une application donnée. Le bras 13 peut affecter une forme de profil 25 incurvée et symétrique par exemple comme celle représentée sur la figure 3. Chacune des roues ou roulettes folles ou sphériques 11 et 12 est montée à l'une des extrémités du bras souple et fixe 13 de façon symétrique par 30 rapport au centre 7 et donc de son point médian 14. Ces blocs de roulement 9 et 10 contenant les roulettes folles ou sphériques 11 et 12 sont par exemple, montés par l'intermédiaire d'un axe fixe perpendiculaire à chacune des extrémités du bras souple 35 13 et traversent celles-ci. Dans le cas d'une liaison mécanique par le corps de la base roulante ou par le châssis, les roues 7 ou roulettes folles ou sphériques pourront posséder chacune une suspension individuelle par exemple à ressort ou à bloc résilient de manière à amortir les coups et chocs du roulage et à garantir le bon appui au sol. Les distances entre les roulettes fixes 4 et 5 et les roulettes folles ou sphériques 11 et 12 ainsi que le rapport de dimension entre ces distances dépend de la forme et de l'étendue de la base roulante et des caractéristiques de l'unité qu'elle supporte, de manière à ce que le centre de gravité reste classiquement à l'intérieur du polygone de sustentation. Divers exemples de base ont été représentés sur les figures. Il peut exister des cas pour lesquels deux roulettes folles ou sphériques 11 et 12 sont insuffisantes notamment lorsque la distance entre les deux roues ou roulettes 4 et 5 fixes en orientation doit être réduite et dans le cas de formes étirées, longues, rectangulaires ou autres de la base roulante. Il faut alors prévoir au moins deux liaisons mécaniques ou deux bras tels que 15 et 16. Les deux liaisons mécaniques ou bras 15 et 16 possèdent chacun une roulette folle ou sphérique 17,18 et 19,20 à chacune de leurs extrémités. Ces deux bras 15 et 16 qui peuvent être souples, se trouvent disposés en oblique et passent tous les deux par le centre 7. Ces deux bras croisés 15 et 16 peuvent constituer à eux seuls un châssis reposant sur le sol en quatre points. De par leur caractère souple les bras peuvent assurer à eux seuls un effet de suspension élastique et de maintien des blocs de roulement en contact avec le sol. Il en est de même pour les suspensions individuelles. Pour permettre un mouvement transversal direct et immédiat, on peut envisager de relever les roues ou roulettes fixes 4 et 5 ou de relever le châssis porteur de ces roues ou roulettes fixes 4 et 5 par rapport à l'ensemble des quatre roulettes folles ou sphériques et leur liaison mécanique. L'homme du métier pourra aisément trouver dans la technique les moyens appropriés pour ce faire. Ainsi, par exemple dans le cas d'un lit, le déplacement latéral immédiat à partir d'une position donnée est assuré. En équipant chacune des roues ou roulettes fixes en orientation 4 et 5 d'un moteur électrique 21 et 22, on peut réaliser une variante motorisée de la base roulante multidirectionnelle. Avec le développement des moteurs dans la roue, que l'on appelle classiquement à chaque fois un moteur-roue, il existe sur le marché des roues ou roulettes motorisées. En jouant sur la commande de fonctionnement ou de vitesse de chaque moteur, on dispose d'un véritable guidage directionnel à bord du chariot ou à distance sous la forme d'une télécommande. De façon préférentielle, les moteurs électriques sont alimentés indépendamment l'un de l'autre selon deux voies distinctes tout en gardant une commande de ligne droite selon laquelle les deux moteurs sont asservis de manière à garder une direction constante longitudinale de ligne droite. On a représenté schématiquement sur la figure 6 un virage correspondant à un moteur arrêté en roue libre et un autre alimenté. Ce virage correspond à un pivotement sur une des roues fixes en direction à savoir la roue libre. La base roulante tourne sur elle même lorsque les deux moteurs sont alimentés de façon identique mais en sens contraire. Le déplacement latéral immédiat est tout aussi possible dans le cas de roues motorisées fixes en direction. Pour assurer l'aisance de la poussée et du guidage, on prévoit un simple organe de manipulation par exemple sous la forme d'une boule 23 qu'une main 24 d'un utilisateur peut saisir et avec elle assurer une poussée manuelle en ligne droite, mais aussi en oblique ou en transversal dans le cas d'une prise de virage. La figure 2 a pour but de visualiser l'hypermobilité de la base roulante selon l'invention. Sur cette figure, on peut remarquer que la prise de virage de la base roulante sur des points d'inflexion du tracé 25 du parcours s'effectue de façon simple, rapide et aisée par un pivotement sur elle-même. Ce pivotement est initié par une simple poussée de guidage sur un point d'appui, par exemple la boule 23.20 REVENDICATIONS1. Base roulante multidirectionnelle pour une unité fonctionnelle se déplaçant sur un plan de sol comportant au moins deux roues fixes en orientation définissant entre elles un axe fixe (6) transversal de roulage en ligne droite caractérisée par au moins deux blocs de roulement (9) et (10) omnidirectionnel prévu chacun à une extrémité d'au moins une liaison mécanique fixe ou reglable en direction dont l'intersection de l'axe ou des axes avec l'axe transversal fixe (6) de roulage constitue le centre de pivotement (7) de la base roulante sur elle-même. 2. Base roulante selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux blocs de roulement (9) et (10) sont chacun à roue ou roulette folle ou sphérique (11) et (12). 3. Base roulante selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que les roues ou roulettes (11) et (12) sont portées par un bras (13) fixe ou réglable en orientation. 4. Base roulante selon la revendication précédente caractérisée en ce que le bras (13) est souple. 5. Base roulante selon la revendication 1 ou 3 ou 4 caractérisée par deux bras souples fixes croisés (15) et (16) passant par le centre de pivotement (7) et terminés chacun à chacune de ses extrémités par un bloc de roulement à roue ou roulette folle ou sphérique. 6. Base roulante selon la revendication 1 ou 2 ou 5 caractérisée en ce que les roues ou roulettes folles ou sphériques (11) et (12) sont montées chacune sur une suspension individuelle. 7. Base roulante selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes caractérisée en ce que les roues fixes en orientation (4) et (5) sont relevables de façon que l'unité fonctionnelle ne repose que sur 30 les roues sphériques. 8. Base roulante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque roue fixe (4) et (5) en orientation est motorisée. 9. Base roulante selon la revendication précédente caractérisée en ce que chaque roue motorisée est motorisée par un moteur électrique (21) et (22). 10. Base roulante selon la revendication 8 caractérisée en ce que les moteurs électriques (21) et (22) sont alimentés de façon indépendante. 11. Base roulante selon la revendication 8 caractérisée en ce que les moteurs électriques (21) et (22) sont commandés séparément. 12. Base roulante selon la revendication 8 caractérisée en ce que les moteurs électriques sont télécommandés. 13. Base roulante selon la revendication 8 caractérisée en ce que les moteurs électriques (21) et (22) sont asservis de manière à garder une direction constante longitudinale de ligne droite.