Brevet FR2956087A1 — publié le 20110812

Dispositif de franchissement d'obstacle pour fauteuil roulant électrique La présente invention concerne un dispositif de franchissement d'obstacle pour engin motorisé. Par engin motorisé, on entend tout engin ayant pour vocation de se déplacer de façon autonome, du type robot, fauteuil roulant, ... A titre d'exemple qui constituera le fil conducteur de la présente description, l'engin motorisé concernera plus particulièrement un fauteuil roulant. Ce dispositif de franchissement d'obstacle répond à des problématiques actuelles relatives au déplacement des personnes à mobilité réduite (handicapées ou âgées) ayant un usage d'un fauteuil roulant au quotidien tant en intérieur qu'en extérieur. Dans la société actuelle, la prise en compte des personnes en situation de handicap constitue un axe prioritaire dans les projets d'urbanisme, dans l'adaptabilité des logements, dans l'accès à la voirie et aux transports publics ou privés. Une bonne accessibilité conditionne l'insertion sociale, éducative et professionnelle. La mobilité et les déplacements constituent le gage de la qualité de vie au quotidien et à long terme. Pour que la liberté de déplacement soit réelle, la totalité de la chaîne de déplacement doit répondre aux besoins spécifiques des personnes. Le premier élément de cette chaîne de déplacement est incontestablement le fauteuil roulant qui constitue une aide technique à la mobilité en permettant de transporter sans peine une personne sur une surface plane. Les projets d'urbanisme étant longs à mettre en oeuvre, de l'ordre de quelques années, le fauteuil roulant doit s'adapter à l'état actuel des villes, des voiries, des logements... Or, les voiries présentent de nombreux trottoirs, les commerces présentent souvent un marchepied, les logements présentent parfois une différence de niveau d'une pièce à l'autre, etc. Un fauteuil roulant doit être capable de franchir ces obstacles. De nombreuses solutions ont été proposées à cet effet. Parmi elles, des fauteuils roulants ayant une technologie six roues existent sur le marché. Elles présentent une bonne manoeuvrabilité et une bonne stabilité, mais le franchissement d'obstacles est limité à de faibles hauteurs (inférieures à 7,5cm) et ceci uniquement avec une option monte trottoir qui fait effet de levier pour soulever les roues avant. D'autres fauteuils roulants de type 4x4 existent et permettent de rouler sur tout type de terrain (herbe, gravier, cailloux) et de franchir des obstacles jusqu'à 15cm. Le principal inconvénient de ces fauteuils réside d'une part dans leur gabarit imposant empêchant leur utilisation en intérieur et d'autre part dans leur manque de stabilité, car il existe un risque de basculement vers l'avant ou vers l'arrière lors du franchissement d'obstacle. La présente invention remédie à ces inconvénients en proposant un fauteuil électrique compact capable de franchir des obstacles jusqu'à 20cm de hauteur et ce dans tous les angles d'attaque vers l'avant, sans risque de basculement, rendant ainsi la conduite plus aisée notamment pour les utilisateurs ayant du mal à appréhender les petits obstacles. Un autre avantage de ce fauteuil réside dans le fait qu'il permet de circuler à la campagne dans l'herbe, le gravier, les cailloux, mais aussi dans la neige et dans le sable. D'autres avantages ressortiront encore de la suite de la description. A cet effet, le fauteuil est équipé d'un dispositif de franchissement 25 d'obstacle composé : d'un châssis relié à n (nz3) roues de chaque côté latéral ; de moyens moteurs aptes à faire tourner les roues ; d'un système anti basculement avant et arrière. De chaque côté latéral du châssis se trouve un mécanisme comportant 30 n-1 bras articulés sur lesquels sont réparties les n roues, respectivement une roue avant, n-2 roues intermédiaires, et une roue arrière. Le mécanisme à bras articulés permet à chaque roue de pivoter autour de l'axe de chaque roue adjacente. En d'autres termes, ce dispositif présente la particularité suivante : la distance entre deux roues adjacentes est toujours fixe afin d'éviter tout tamponnement entre elles. Les roues peuvent se déplacer en hauteur indépendamment les unes des autres lorsqu'elles rencontrent un obstacle. Concrètement, quand le fauteuil se retrouve face à un trottoir, les deux roues avant vont le franchir en premier, tandis que les autres roues resteront en contact permanent avec le sol. Puis, les deux roues suivantes arriveront face au trottoir et le franchiront, les autres roues restant en contact permanent avec le sol, et ainsi de suite. Finalement, les deux roues arrière franchiront le trottoir, les roues de devant restant posées au sol. A tout moment, le fauteuil a plus de trois points d'appui de manière à définir un plan qui confère une stabilité au fauteuil. Selon l'invention, les bras sont articulés deux à deux autour d'un axe commun correspondant à un axe de rotation d'une roue intermédiaire. Les moyens moteurs situés sous le siège du fauteuil sont reliés à l'un des bras articulés du mécanisme par un axe moteur. Cet axe moteur entraîne en rotation les roues par l'intermédiaire de moyens de transmission disposés entre l'axe moteur et les axes des roues. De préférence, les moyens moteurs consistent en au moins deux moteurs placés sous le fauteuil de part et d'autre d'un plan médian transversal d'allure verticale. L'un des moteurs alimente les roues latérales gauches, et l'autre moteur alimente les roues latérales droites. Comme précisé ci-dessus, chaque moteur est relié de son côté à l'un des bras articulés du mécanisme par un axe moteur. Selon une autre possibilité, les moyens moteurs pourraient être fixés sur les bras articulés ou encore intégrés directement dans les roues. Le fait que les roues latérales gauches soient alimentées indépendamment des roues latérales droites permet au fauteuil de tourner à 360° sur lui-même. Cette faculté confère un avantage conséquent à l'utilisateur du fauteuil, puisque le déplacement en est grandement facilité. Par exemple, il n'est plus nécessaire d'avoir une distance de recul ou un angle de braquage suffisant pour faire demi-tour. De manière générale, lors d'une rotation, l'encombrement du fauteuil se limite à ses dimensions extérieures. Ce fauteuil est ainsi plus facile d'utilisation, notamment pour les utilisateurs souffrant de troubles cognitifs, et ayant une commande manuelle électrique à portée de main. Selon une possibilité, le châssis du fauteuil est relié à chaque mécanisme à bras articulés par l'intermédiaire de deux arbres, l'un des arbres étant apte à compenser la variation de distance entre ces deux arbres lorsque les bras ne sont pas alignés dans un plan horizontal. En effet, lors du franchissement d'un obstacle, les roues ne sont pas alignées, et les bras articulés pivotent en conséquence et forment un angle aboutissant à rapprocher les deux arbres. Or, le châssis a des dimensions fixes et est relié à ces deux arbres. Pour éviter toute déformation, voire rupture, du châssis il est donc indispensable de pouvoir compenser la modification de l'entraxe des arbres de fixation des bras articulés par rapport à l'entraxe de fixation de ces mêmes arbres au châssis, lors du franchissement d'obstacle. Selon une première variante, cette condition peut être remplie par un arbre de type vilebrequin composé de deux tronçons cylindriques décalés l'un par rapport à l'autre. Ce décalage rattrape la variation de distance entre les deux arbres quand les roues ne sont pas alignées. Selon une seconde variante, cette condition peut être remplie par un arbre coulissant dans un plan horizontal entre deux butées définissant la distance maximale et minimale autorisée entre les deux arbres. Cet arbre coulissant permet de faire varier la distance entre les deux arbres au niveau des bras articulés ou au niveau du châssis. Par exemple, cet arbre coulissant pourra s'introduire soit dans une fente horizontale prévue à cet effet dans un bras articulé, soit dans une fente horizontale prévue à cet effet sur le châssis.30 Comme précisé ci-dessus, l'un des principaux avantages de la présente invention est sa stabilité. Celle-ci est accrue par des systèmes anti basculement avant et arrière. Plus précisément, le système anti basculement avant consiste en une butée fixée au châssis et limitant le déplacement de l'un desdits arbres lors du délestage de l'arrière du fauteuil. En effet, lors d'un déplacement vers le bas d'une pente, le fauteuil aura tendance à pencher vers l'avant, délestant ainsi l'arrière. Il est alors judicieux d'empêcher la roue arrière de se soulever seule par rapport aux roues placées devant elle. Sans cette butée, le châssis basculerait vers l'avant tout en soulevant la roue arrière, provoquant une situation dangereuse pour l'utilisateur. Selon une première variante, cette butée peut être placée sur un côté de l'arbre coulissant pour empêcher tout déplacement de cet arbre. Selon une deuxième variante, cette butée peut être placée sous l'arbre de type vilebrequin de manière à limiter sa rotation à un angle compris entre 0 et H. Le système anti basculement arrière est composé de deux roues anti bascule placées latéralement à l'arrière du fauteuil roulant, chaque roue étant associée à une bielle d'allure verticale positionné entre deux autres bielles d'allure horizontale fixées à l'arrière du châssis, de manière à définir un quadrilatère avec un plan d'allure verticale délimitant l'arrière du châssis. Une butée empêche ledit quadrilatère de se déformer au-delà d'un plan d'allure horizontale défini par le dessus du châssis, lors du franchissement d'un obstacle. Selon une possibilité, la bielle d'allure verticale peut être de longueur variable, de type vérin, de manière à absorber une partie de la charge supportée par la roue arrière, lors d'un franchissement d'obstacle. Le vérin est détendu lors du roulage sur le plat, et compressé lors du franchissement d'un obstacle. Selon l'invention, un dispositif de limitation de tombée de la roue arrière est intercalé entre l'arrière du mécanisme à bras articulés et un côté haut du quadrilatère. Ce dispositif de limitation de tombée est de préférence un amortisseur, un vérin, ou une chaîne. L'objectif est d'empêcher la roue arrière de pendre trop bas par rapport à la partie haute du châssis lors du franchissement d'un obstacle, dans le but d'aider la roue arrière à franchir l'obstacle par inertie. Selon l'invention, un fauteuil roulant équipé du dispositif de franchissement d'obstacle ne dépasse pas les dimensions d'un fauteuil électrique standard à dominance intérieure, donc adapté aux passages de portes, au transport... Selon une configuration possible, les roues avant et arrière peuvent être équipées de lamelles hautes flexibles dans la direction de l'axe de pivotement. Cette configuration permet d'éviter une usure prématurée des pneus entraînée notamment par la rotation du fauteuil sur lui-même qui fait riper les pneus. Ce type de roue présente un avantage supplémentaire puisque les lamelles hautes peuvent agir comme une semelle crantée pour un roulage plus aisé dans la neige ou le sable. Selon une autre configuration possible, les roues avant et arrière peuvent être équipées de roues omnidirectionnelles. Cette configuration permet d'éviter toute usure prématurée des pneus lors de la rotation du fauteuil sur lui-même, qu'elle facilite par ailleurs. En vue de permettre au fauteuil de monter des escaliers, des roues additionnelles avec des pneus à reliefs de type crampons peuvent être ajoutées entre deux roues adjacentes, en retrait latéralement par rapport aux roues déjà existantes. Une autre option serait d'équiper ce fauteuil roulant d'un siège basculant muni d'un capteur de niveau, de manière à ce que le siège reste toujours positionné à l'horizontale quel que soit l'endroit où se trouve le fauteuil. Ce siège basculant améliore considérablement le confort du passager. Selon un dernier avantage, ce fauteuil roulant, équipé du dispositif de franchissement d'obstacle, peut être démontable. L'invention va à présent être décrite plus en détail, selon des configurations possibles, en référence aux figures annexées pour lesquelles : la figure 1 est une vue de côté très schématique montrant le fauteuil roulant à plat ; la figure 2 montre une vue partielle du fauteuil en coupe A-A ; la figure 3 représente un agrandissement du mécanisme à bras articulés, côté châssis, sans carter de protection ; - la figure 4 représente un agrandissement du mécanisme à bras articulés, côté châssis, avec un carter de protection ; la figure 5 est une vue en perspective du mécanisme à bras articulés équipé de roues et faisant apparaître deux arbres reliés au châssis ; - la figure 6 représente une configuration possible des moyens de transmission ; la figure 7a montre schématiquement le fauteuil roulant dans une pente, équipé du système anti basculement avant ; la figure 7b montre le fauteuil roulant dans une pente, sans système anti basculement avant ; la figure 7c illustre le système anti basculement avant dans le cas d'une configuration dotée d'un arbre de type vilebrequin ; - les figures 8a à 8d illustrent le franchissement d'un obstacle par le fauteuil roulant équipé du système anti basculement arrière et d'amortisseurs. En référence à la figure 1, le dispositif de franchissement d'obstacle de l'invention se compose d'un châssis (2) sur lequel est fixé un fauteuil (1), de trois roues (3a, 3b, 3c) en ligne de chaque côté latéral du châssis (2), et d'un mécanisme comportant deux bras articulés (7a, 7b) dans lesquels sont réparties les trois roues en ligne (3a, 3b, 3c). La roue avant (3a) est positionnée à l'avant du premier bras articulé (7a), la roue intermédiaire (3b) est positionnée au niveau de l'articulation entre les deux bras (7a, 7b) et la roue arrière (3c) est positionnée à l'arrière du second bras articulé (7b). Les deux bras (7a, 7b) sont ainsi articulés autour d'un axe commun correspondant à l'axe (6) de la roue intermédiaire (3b). L'articulation entre les deux bras (7a, 7b) correspond donc à une liaison pivot. Celle-ci permet aux roues avant (3a) et arrière (3c) de pivoter autour de l'axe (6) de la roue intermédiaire (3b). Les trois roues (3a, 3b, 3c) peuvent ainsi monter et descendre indépendamment les unes des autres lors du franchissement d'un obstacle. La figure 2 dévoile une partie du système électrique situé sous l'assise du fauteuil (1). On y trouve un bloc batterie (4) relié de chaque côté latéral à l'avant du mécanisme à bras articulés (7a, 7b) par l'intermédiaire d'un moteur (5) et d'un axe moteur (8), et à l'arrière du mécanisme par un axe de type vilebrequin (12) monté fou. Le bloc batterie (4) est lui-même fixé au châssis (2) du fauteuil. L'axe du vilebrequin (12) se décompose en deux arbres (12a, 12b) ayant leurs axes de rotation légèrement décalés l'un par rapport à l'autre, le premier arbre (12a) étant solidaire du bloc batterie (4) tandis que le second arbre (12b) est solidaire d'un bras articulé (7b). Comme représenté sur la figure 6, l'axe moteur (8) entraîne en rotation les trois roues en ligne (3a, 3b, 3c) par l'intermédiaire de trois chaînes ou courroies de transmission (9a, 9b, 9c) disposées respectivement entre l'axe moteur (8) et l'axe de la roue avant (10), entre l'axe moteur (8) et l'axe de la roue intermédiaire (6), et entre l'axe de la roue intermédiaire (6) et l'axe de la roue arrière (11). Les moyens moteurs transmettent un mouvement de rotation aux roues (3a, 3b, 3c) de manière indépendante entre les roues latérales gauches et les roues latérales droites. Grâce à une commande manuelle électrique, l'utilisateur pourra par exemple décider de faire tourner les roues gauches dans le sens inverse des roues droites pour commander une rotation du fauteuil sur lui-même. II pourra également négocier un virage long en commandant le moteur de manière à faire tourner les roues droites (respectivement gauches) plus vite que les roues gauches (respectivement droites). Les figures 3 à 5 permettent d'observer une configuration possible de mécanisme à bras articulés (7a, 7b) plus en détail. Ce mécanisme se compose de deux bras articulés (7a, 7b) par une liaison pivot. Chaque bras articulé (7a, 7b) correspond à une pièce usinée de forme oblongue ayant une portion (13) où l'épaisseur est réduite au niveau de l'articulation centrale et comprenant trois orifices (14a, 14b, 14c) répartis au centre et à chaque extrémité. Ces orifices sont aptes à accueillir des roulements dans lesquels est inséré soit l'axe moteur (8), soit l'axe de type vilebrequin (12), soit un axe de roue (10 ou 6 ou 11). Les bras articulés (7a, 7b) se chevauchent au niveau de la portion (13) de manière à former un mécanisme d'épaisseur régulière avec un bras avant (7a) et un bras arrière (7b). Sans dépasser cette épaisseur, des protubérances (22) sont prévues sur la face des bras côté roues pour guider le passage des chaînes de transmission (9a, 9b, 9c). Les figures 7a à 7c présentent le système anti basculement avant. Ce système anti basculement avant consiste en une butée (15) fixée au châssis (2) sous l'axe de type vilebrequin (12) de manière à limiter sa rotation à un angle compris entre 0 et H. Lorsque le fauteuil se situe sur un sol plat, les roues sont alignées ainsi que les bras articulés (7a, 7b). La distance D entre l'axe moteur (8) et l'axe de type vilebrequin côté bras articulé (12b) est maximale. Lorsque le fauteuil est en pente, le châssis (2) a tendance à basculer vers l'avant tout en soulevant la roue arrière (3c). Les roues (3a, 3b, 3c) ne sont alors plus alignées, et l'arbre de type vilebrequin (12b) tendra à se rapprocher de l'arbre moteur (8) en tournant d'un angle compris entre 211 et H. La butée (15) placée horizontalement sous l'axe de type vilebrequin (12) bloque ainsi sa rotation vers le bas. Cette butée (15) peut par exemple être un fer plat soudé au châssis (2). Les figures 8a à 8d illustrent les étapes d'un fauteuil roulant franchissant un obstacle. Ce fauteuil est équipé d'un système anti basculement arrière composé de deux roues anti bascule (16) placées latéralement à l'arrière du fauteuil, chaque roue (16) étant associée à un vérin (17) d'allure verticale positionné entre deux bielles (18, 19) fixées à l'arrière du châssis (2), de manière à définir un quadrilatère. Les quatre côtés du quadrilatère sont connectés entre eux par des liaisons pivot. L'une des bielles (18) est fixée sur le coin arrière de la partie supérieure du châssis (2), tandis que l'autre bielle (19) est fixée sur le coin arrière de la partie inférieure du châssis (2). Par conséquent, l'arête (23) du châssis qui rejoint ces deux coins est considérée comme l'un des côtés du quadrilatère. La roue anti bascule (16) est non seulement fixée à l'extrémité basse du vérin (17), mais également à l'extrémité de la bielle (19). Lors du franchissement d'un obstacle, une butée (20) empêche le quadrilatère de se déformer au-delà d'un plan d'allure horizontale (24) défini par le dessus du châssis (2). Cette butée (20) peut consister en un fer plat soudé au châssis (2) au niveau d'un coin arrière de la partie supérieure, correspondant à la zone de fixation de la bielle (18). Le débattement de la bielle (18) sera ainsi limité en hauteur par cette butée (20). Un amortisseur (21) est intercalé verticalement entre l'axe (11) de la roue arrière (3c) et le bras pivotant (18). REVENDICATIONS1. Dispositif de franchissement d'obstacle pour engin motorisé constitué : d'un châssis (2) relié à n (n>_3) roues (3a, 3b, 3c) de chaque côté latéral ; 5 - de moyens moteurs (5) aptes à faire tourner les roues (3a, 3b, 3c) ; - d'un système anti basculement avant et arrière ; caractérisé en ce que de chaque côté latéral du châssis (2) se trouve un mécanisme comportant n-1 bras articulés (7a, 7b) deux à deux autour d'un axe de pivotement commun sur lesquels sont réparties les n roues (3a, 3b, 10 3c), respectivement une roue avant (3a), n-2 roues intermédiaires (3b), et une roue arrière (3c), ledit mécanisme permettant à chaque roue de pivoter autour de l'axe de chaque roue adjacente. 2. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens moteurs (5) sont reliés à l'un des bras 15 articulés (7a, 7b) du mécanisme par un axe moteur (8). 3. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit axe moteur (8) entraîne en rotation les roues (3a, 3b, 3c) par l'intermédiaire de moyens de transmission disposés entre l'axe moteur (8) et les axes (6, 10, 11) des roues (3a, 3b, 3c). 20 4. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les roues latérales gauches sont alimentées par des moyens moteurs indépendants des moyens moteurs alimentant les roues latérales droites. 5. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, 25 caractérisé en ce que le châssis (2) est relié à chaque mécanisme à bras articulés (7a, 7b) par l'intermédiaire de deux arbres montés libre en rotation, l'un des arbres étant apte à compenser la variation de distance entre ces deux arbres lorsque les bras (7a, 7b) ne sont pas alignés. 6. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, 30 caractérisé en ce que l'un desdits arbres peut être un arbre de type vilebrequin (12). 7. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un desdits arbres peut être un arbre coulissant dans un plan horizontal. 8. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système anti basculement avant consiste en une butée (15) fixée au châssis (2) limitant le déplacement de l'un desdits arbres lors du délestage de l'arrière de l'engin. 9. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système anti basculement arrière est composé de deux roues anti bascule (16) placées latéralement à l'arrière de l'engin motorisé, chaque roue (16) étant associée à une bielle d'allure verticale (17) positionnée entre deux autres bielles (18, 19) d'allure horizontale fixées à l'arrière du châssis (2), de manière à définir un quadrilatère avec un plan d'allure verticale (23) délimitant l'arrière du châssis (2). 10. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une butée (20) empêche ledit quadrilatère de se déformer au-delà d'un plan d'allure horizontale (24) défini par le dessus du châssis (2) lors du franchissement d'un obstacle. 11. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bielle d'allure verticale (17) peut être de longueur variable, de type vérin. 12. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un dispositif de limitation (21) de tombée de la roue arrière (3c) est intercalé entre l'arrière du mécanisme à bras articulés (7a, 7b) et un côté haut (18) du quadrilatère. 13. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif de limitation (21) de tombée est de préférence un amortisseur, un vérin, ou une chaîne. 14. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication 11, caractérisé en ce que les roues (3a, 3b, 3c) peuvent être équipées de lamelles hautes flexibles dans la direction de l'axe de pivotement. 15. Dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication 11, caractérisé en ce que les roues (3a, 3b, 3c) peuvent être équipées de roues omnidirectionnelles. 16. Dispositif de franchissement d'obstacle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des roues additionnelles avec des pneus à reliefs de type crampons sont ajoutées entre deux roues adjacentes, en retrait latéralement par rapport aux roues (3a, 3b, 3c) déjà existantes. 17. Engin motorisé équipé d'un dispositif de franchissement d'obstacle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un siège d'utilisateur (1) basculant et se positionnant à l'horizontale dans toute circonstance au moyen d'un capteur de niveau.