Brevet FR3036380A1 — publié le 20161125

Drone de type multi rotors électriques à bras démontables La présente invention se situe dans le domaine de l'aéronautique et des drones. Elle concerne particulièrement un drone de type multi-rotors électriques à bras démontables. Les drones de type multi-rotors électriques sont des appareils aujourd'hui très utilisés dans le domaine de la prise de vue aérienne. Ils représentent une solution bien plus économique et facile à mettre en oeuvre que les autres méthodes, nécessitant d'utiliser des aéronefs embarquant un pilote. Dans la suite, le terme drone sera utilisé pour désigner un drone de type multi- rotor électrique. Néanmoins l'utilisation de drones présente d'importants inconvénients, puisque non seulement ils sont encombrants à transporter et à stocker, mais aussi ils sont difficiles à réparer rapidement en opération. En outre, le mouvement des hélices induit de fortes vibrations mécaniques à l'ensemble de l'appareil et notamment à son châssis. Tout ceci nuit fortement au développement de leur utilisation, notamment pour les prises de vue aériennes. La difficulté de transport est un facteur limitant l'usage des drones dans les zones difficiles d'accès, et leur rapidité de déploiement sur site. De plus, en cas d'avarie de l'un des composants électrique 16 de l'appareil, le temps nécessaire pour le remplacement de la pièce défectueuse est très long, voire impossible si les outils adéquats ne sont pas disponibles sur le site d'opération. Les bras des drones ne sont habituellement pas démontables. Si le démontage est néanmoins possible, la procédure est longue et nécessite l'utilisation d'outils. Afin de répondre au problème de l'encombrement, des bras pliables sont utilisés sur certains drones. Mais les liaisons électriques parcourant de tels bras sont fragilisées par la répétition de pliages et dépliages, de sorte que cette solution n'offre pas la robustesse désirée. Et ce type de bras ne répond pas au problème du traitement des avaries sur site. Finalement, les vibrations mécaniques induites par le mouvement des hélices est susceptible d'altérer la qualité des services rendus par le drone, spécialement dans le domaine de la prise de vue aérienne où les images sont bruitées. 3036380 2 L'art antérieur connait des solutions permettant de coupler une connexion électrique et une fixation mécanique. Les techniques existantes les plus proches de l'invention sont : le connecteur Lightning (marque déposée), présent dans les produits d'Apple, le connecteur jack (aussi appelé prise jack) le connecteur 5 réseau RJ45. Ces types de connecteurs sont capables de prendre en charge des connexions électriques multiples ainsi que de verrouiller mécaniquement ces connexions électriques. Cependant, ils ne proposent pas de fixation mécanique pour un bras. Par ailleurs, étant conçus pour des usages dans le domaine de l'informatique, ils ne sont pas fiables en présence de vibrations. De plus, ils ne 10 conviennent pas quand qu'il faut faire transiter de forts courants électriques. La présente invention a pour but de pallier au moins en partie à ces inconvénients. A cet effet, elle propose un drone de type multi rotors électriques comportant un châssis et une pluralité de bras munis de composants électriques reliés à un circuit électrique de bras. Ce drone est particulier en ce qu'il comporte 15 au moins un moyen de fixation d'un desdits bras audit châssis et un moyen de raccordement électrique entre un circuit électrique de bras solidaire dudit bras et un circuit électrique de châssis solidaire dudit châssis, ledit moyen de fixation comportant un moyen de démontage dudit bras par rapport audit châssis. Grâce à ces dispositions, les bras d'un tel drone construit selon l'invention 20 peuvent être facilement montés et démontés. Le drone comporte lui-même un moyen de démontage, ce qui permet de ne pas avoir besoin d'outil de démontage externe. Selon d'autres caractéristiques : ledit moyen de fixation peut comporter une pièce de blocage disposée sur 25 ledit châssis, munie d'une arête de blocage configurée pour s'appuyer contre une butée disposée sur ledit bras, un moyen de rappel de blocage, configuré pour pousser ladite arête de blocage vers une position active dans laquelle elle empêche, par l'appui de l'arête de blocage sur la butée un quelconque mouvement du bras, et un logement configuré pour permettre à ladite arête 30 de blocage de s'escamoter de ladite position active sous l'effet dudit moyen de démontage, constituant un moyen simple et robuste de réalisation, ladite butée peut être une arête d'une encoche disposée dans ledit bras, permettant ainsi de réaliser ladite butée sans élément saillant sur ledit bras, 3036380 3 - ledit moyen de démontage peut consister en une languette solidaire de ladite arête de blocage, et dépassant dudit logement, de sorte à être accessible à la main, permettant un démontage facile et rapide, - ledit moyen de rappel de blocage peut être constitué de ladite pièce de 5 blocage composée d'une bande en un matériau élastique, en particulier en un acier à ressort, matériau robuste et léger, - ladite butée peut être constituée d'un plot saillant dudit bras, et ladite pièce de blocage être mobile autour d'un axe, ledit moyen de rappel de blocage être disposé de sorte à exercer ledit rappel entre ledit châssis et ladite pièce 10 de blocage, une extrémité de ladite pièce de blocage constituant ladite arête de blocage, rappelée dans sa position active par ledit moyen de rappel, et l'autre extrémité de ladite pièce de blocage dépasser dudit châssis de sorte à être accessible à la main, constituant ledit moyen de démontage.; ces dispositions permettent la réalisation du moyen de blocage par des pièces 15 faciles à fabriquer ou acheter, telles qu'une pièce en matériau usinable et un ressort du commerce, - ledit moyen de raccordement électrique peut comporter une fiche raccordée audit circuit de bras, et une prise raccordée audit circuit de châssis, et un moyen de rappel de connexion, configure pour exercer un effort d'appui 20 élastique entre ladite fiche et ladite prise, permettant ainsi de garantir le contact électrique entre ladite fiche et ladite prise en présence de vibrations mécaniques, - ladite prise peut comporter une bande de contact élastique, et ledit moyen de rappel de connexion être constitué d'une partie de ladite bande de contact, 25 constituant un moyen simple et robuste de réalisation. - ladite fiche peut être solidaire dudit bras, de sorte que l'effort d'appui élastique entre ladite fiche et ladite prise permet de réduire la transmission des vibrations mécaniques entre ledit bras et ledit châssis ; de telles dispositions permettent la réduction de vibrations au niveau du châssis, par 30 exemple pour un appareil de prises de vue fixé au châssis, et donc une amélioration de la qualité des prises de vue. La présente invention concerne également l'utilisation d'un drone, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : 3036380 4 - transport du drone sur le lieu du décollage, au moins un bras étant démonté du châssis, - assemblage des bras sur le châssis, - réalisation du vol 5 - démontage d'au moins un bras, en vue du transport. Selon un autre mode de réalisation, dans l'étape d'assemblage des bras, on assemble au moins un bras de type différent, en particulier munis d'un moteur électrique de puissance différente, d'un bras déjà monté sur le châssis. L'avantage apporté par la présente invention réside principalement en ce qu'un 10 tel drone bénéficie d'un encombrement minimal et est facile à transporter, par exemple dans un sac à dos. A l'arrivée sur le site d'opération, le montage de l'appareil se fait simplement, permettant le déploiement rapide de l'appareil. En cas d'avarie, un des bras du drone peut être rapidement remplacé par un bras de rechange, limitant la durée de l'interruption de service. Finalement, les résultats 15 de prises de vue aériennes sont améliorés par la réduction des vibrations engendrées par le mouvement des hélices. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - La figure 1 est une vue en perspective partielle d'un dispositif selon un 20 premier mode de réalisation l'invention. - La figure 2 est une vue en perspective détaillée d'une partie d'un bras du dispositif de la figure 1. - La figure 3 est une vue en perspective d'un détail du châssis du dispositif de la figure 1. 25 - La figure 4 est une vue en perspective d'une pièce de blocage du dispositif de la fig. 1 - La figure 5 est une vue en perspective en séquences de l'insertion du bras de la fig. 2 dans le châssis de la fig. 3. - La figure 6 est une vue en perspective partielle d'un dispositif selon un 30 deuxième mode de réalisation de l'invention. 3036380 5 - La figure 7 est une vue en perspective détaillée d'une partie d'un bras du dispositif de la figure 5. - La figure 8 est une vue en perspective d'un détail du châssis du dispositif de la figure 5. 5 Tel que représenté aux fig. 2 et 3, un drone selon un mode préféré de réalisation de la présente invention comporte au moins un bras 1, comportant un tronc 2 en son extrémité, une encoche 3 dont l'une des arêtes forme une butée 17, une fiche 4 qui peut être constituée de bandes de contact, et un isolant 5. Le mot fiche est utilisé ici pour désigner la partie mâle d'un connecteur électrique. 10 Ledit drone comporte encore un châssis 6, comportant des guides 7, un logement de maintien 11 qui peut aussi servir de guidage, une pièce de blocage 12, comprenant un moyen de démontage 13 pouvant être une languette 13 et une arête de blocage 19. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention illustré en détail à la fig. 4, la 15 pièce de blocage 12 est faite d'une bande en acier à ressort pliée. De par son élasticité, elle assure le rappel de l'arête de blocage 19 vers sa position active, dans laquelle elle évite tout déblocage inopiné du bras 1. La pièce de blocage 12 est insérée dans un logement dédié, par exemple sensiblement triangulaire, le long du logement de maintien 11. La forme triangulaire de ce logement permet à 20 la pièce de blocage 12 de se décaler en position inactive pour permettre l'insertion ou le retrait du bras 1 par rapport au châssis 6. Le démontage s'effectue en écartant la languette 13, ce qui écarte l'arête de blocage 19 de sa position active, et elle ne s'appuie donc plus sur la butée 17. En maintenant la languette 13 dans cette position, il suffit alors de tirer le bras 1 25 dans un mouvement de translation inverse au mouvement d'insertion, de façon à le sortir du châssis 6. Dans une deuxième variante de l'invention, représentée à la fig. 8, la pièce de blocage 12 est une pièce rigide libre en rotation autour d'un axe vertical, et montée sur un moyen de rappel de manière à assurer une pression permanente 30 de l'arête de blocage 19 vers sa position active dans laquelle elle s'appuie sur la butée 17 du bras 1 et éviter ainsi tout déblocage inopiné. Le démontage peut s'effectuer en approchant du bras 1 la languette 13, consistant ici en la partie avant de la pièce de blocage 12, de manière à écarter 3036380 6 l'arête de blocage 19 de la butée 17. En maintenant la languette 13 dans cette position, il suffit alors de tirer le bras 1 dans un mouvement de translation inverse au mouvement d'insertion, de façon à le sortir du châssis 6. Dans une troisième variante de l'invention non représentée, la fixation 5 mécanique du bras 1 dans le châssis 6 peut s'effectuer par des pièces de blocage 12 pilotées au moyen de servomoteurs électriques, dont les commandes d'ouverture et de fermeture peuvent être centralisées et assurer ainsi un blocage ou déblocage simultané de tous les bras du drone. Le châssis 6 comporte aussi une prise 9, qui peut être composée de bandes de 10 contact, montées élastiques. Le mot « prise » est utilisé ici pour désigner la partie femelle d'un connecteur électrique. Le châssis 6 comporte encore des ouvertures 14, des saignées 8 et un puits 10 servant au passage des fils électriques. Le châssis 6 comporte enfin des rainures 15 pour le maintien des extrémités repliées des bandes de contact 9 et des fentes 18 pour le maintien de 15 leurs extrémités droites. Comme illustré à la fig. 3, les bandes de contact (aussi appelés « doigts de contact ») forment un moyen de rappel de connexion. Leurs extrémités sont logées dans les rainures 15 et les fentes 18 visibles sur la fig. 3, et ils sont reliés électriquement au reste de l'appareil au moyen de câbles conducteurs fixés par 20 exemple par soudure ou rivetage. La rainure 15 peut présenter une forme en L, permettant à la bande de contact d'être maintenue dans les deux directions du plan du châssis 6. La fente 18 peut alors être une fente rectiligne, l'autre extrémité de la bande de contact n'ayant besoin d'être maintenue que dans sa direction transversale. 25 Dans une variante de l'invention, représentée en fig. 8, la prise 9 du châssis 6 est constituée de bandes de contact rigides montées sur des moyens de rappel de connexion, tels que des ressorts de compression. Cette configuration présente l'avantage de la simplicité de fabrication de pièces rigides, combinée à l'achat d'un ressort du commerce. 30 Tel que représenté à la fig. 5, l'insertion du bras 1 dans le châssis 6 s'effectue très simplement au moyen d'un mouvement de translation longitudinale du bras 1. Le tronc 2 du bras 1, à l'aide des guides 7, pénètre le logement de maintien 11 jusqu'au fond. 3036380 7 La connexion électrique est assurée par le contact entre la fiche 4 du bras 1 et la prise 9 du châssis 6, ledit contact étant maintenu grâce au moyen de rappel de connexion décrit ci-dessus, même en cas de vibrations. A l'intérieur du châssis 6, le signal électrique en provenance de composants de l'appareil (par exemple des 5 contrôleurs électroniques de vitesse) est mené jusqu'à la prise 9, par des fils électriques transitant successivement dans le puits 10, les saignées 8 et les ouvertures 14, constituant un circuit électrique de châssis. Après son entrée dans le bras 1, le signal électrique transite dans des fils électriques internes au bras 1 du drone, constituant un circuit électrique de bras, afin d'atteindre un 10 composant électrique 16 tel qu'un moteur électrique 16. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention représenté aux fig. 2 et 7, la fiche 4 est solidaire du bras 1, de sorte que le caractère élastique de la fixation entre la fiche 4 et la prise 9 permet de réduire la transmission des vibrations mécaniques entre le bras 1 et le châssis 6. 15 Dans une variante de l'invention, la fiche 4 est reliée au circuit électrique de bras par un câble électrique souple, rendant indépendante mécaniquement la connexion électrique de l'attache mécanique. La fixation mécanique est assurée par l'entrée de l'arête de blocage 19 du châssis 6 dans l'encoche 3 du bras 1, une des arêtes de l'encoche 3 formant 20 butée 17. Les bandes de contact 4 du bras 1 peuvent être réalisées dans une matière rigide et conductrice. Elles doivent aussi être résistantes à l'usure, en raison des frottements provoqués par les insertions et retraits fréquents du bras 1 dans le châssis 6. L'aluminium haute densité ou l'acier peuvent être utilisés. Les bandes 25 de contact 4 sont fixées au support, par exemple par sertissage, par rivetage ou par un adhésif puissant. Un câble électrique interne au bras 1 du drone est en contact électrique avec les bandes de contact 4, ce qui est assuré par exemple au moyen d'une soudure ou d'un maintien en force par sertissage ou rivetage. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le bras 1 et/ou le châssis 6 30 est réalisé en fibres de carbone. Cette matière offre la rigidité et la légèreté nécessaires, et jouit d'une bonne image chez les utilisateurs de drones. Il est également possible d'utiliser de l'aluminium, un peu plus lourd mais moins cher, ou encore le bois. Finalement, le plastique peut aussi être utilisé. Le plastique est 3036380 8 moins solide mais léger et peu cher, et n'étant pas conducteur en électricité, il permet d'éviter d'avoir à placer un isolant 5 entre le support du bras 1 et les bandes de contact 4. Le châssis 6 peut être réalisée par un moulage par injection. S'il est nécessaire 5 de disposer de plusieurs emplacements pour des bras proches les uns des autres, par exemple côte à côte, superposés ou en cercle comme représenté à la fig. 1, tous peuvent être moulés en une seule pièce afin de former une structure monobloc solide. Le moulage en une seule pièce procure une plus grande solidité à l'ensemble de l'appareil et en simplifie l'assemblage. 10 Dans d'autres variantes de l'invention, le bras 1 et/ou le châssis 6 peut être réalisé selon un procédé de fabrication additive. On réalise un modèle 3D de la pièce, qu'on découpe en couches élémentaires. Chaque couche est alors fabriquée individuellement, et les couches sont ensuite assemblées. La fabrication des couches peut se faire par diverses techniques connues : 15 - Impression tridimensionnelle par dépôt de matière en fusion, aussi appelée technologie FDM. - Découpe de couches par machine-outil à commande numérique, puis assemblage par collage ou soudure desdites couches. - Découpe de couches à l'emporte-pièce, puis assemblage par collage ou 20 soudure desdites couches. On peut aussi fabriquer le châssis 6 ou le bras 1 par usinage de l'intégralité en une seule pièce, ou encore par découpe à l'emporte-pièce en une seule couche. Un avantage apporté par la présente invention consiste en le fait qu'on peut assembler sur le drone selon l'invention des bras 1 de type différent. 25 D'une part on peut adapter le type de bras 1, et donc par exemple la puissance des moteurs électriques 16 à la mission à effectuer. Ceci peut être utile pour différentes utilisations du drone telles que le transport de matériel divers, de capteurs, de matériel largable comme des kits de soins d'urgence ou des bouées de sauvetage. Par exemple, pour des prises de vue de qualité moyenne et une 30 plus grande distance à parcourir, on peut embarquer un appareil léger et des moteurs électriques 16 de faible puissance, avec une autonomie plus grande. Au contraire pour des images de qualité supérieure, on peut embarquer un appareil 3036380 9 de haute qualité plus lourd, et donc installer des bras 1 avec des moteurs électriques 16 plus puissants. D'autre part, on peut disposer des bras 1 différents en même temps sur le drone. Par exemple si la charge transportée par le drone, par exemple l'appareil de 5 prises de vue, est disposée excentrée sur le châssis 6, par exemple vers l'avant, il peut être intéressant de disposer des moteurs électriques 16 plus puissants à l'avant. Dans une variante de l'invention, le mécanisme décrit permettant de fixer le bras 1 au drone et de coupler la connexion électrique et la fixation mécanique peut 10 être utilisé pour fixer d'autres éléments de l'appareil que des bras munis de moteurs au châssis, tel que par exemple une nacelle ou un autre composant électrique. REVENDICATIONS1. Drone de type multi rotors électriques comportant un châssis (6) et une pluralité de bras (1) munis de composants électriques (16) reliés à un circuit électrique de bras, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de fixation d'un desdits bras (1) audit châssis (6) et un moyen de raccordement électrique dudit circuit électrique de bras à un circuit électrique de châssis solidaire dudit châssis (6), et en ce que ledit moyen de fixation comporte un moyen de démontage (13) dudit bras (1) par rapport audit châssis (6). 2. Drone selon la revendication précédente, dans lequel ledit moyen de fixation comporte une pièce de blocage (12) disposée sur ledit châssis (6), et munie d'une arête de blocage (19) configurée pour, en position active, s'appuyer sur une butée (17) disposée sur ledit bras (1), un moyen de rappel de blocage, configuré pour pousser ladite arête de blocage (19) vers une position active dans laquelle elle empêche, par l'appui de l'arête de blocage (19) sur ladite butée (17), un quelconque mouvement du bras (1), et un logement configure pour permettre à ladite arête de blocage (19) de s'escamoter de sa position active sous l'effet dudit moyen de démontage (13). 3. Drone selon la revendication précédente, dans lequel ladite butée (17) est une arête d'une encoche (3) disposée dans ledit bras (1). 4. Drone selon la revendication précédente, dans lequel ledit moyen de démontage (13) consiste en une languette (13) solidaire de ladite arête de blocage (19), et dépassant dudit logement, de sorte à être accessible à la main. 5. Drone selon la revendication 2 , dans lequel ladite butée (17) est constituée d'un plot saillant dudit bras (1), et ladite pièce de blocage (12) est mobile autour d'un axe, ledit moyen de rappel de blocage est disposé de sorte à exercer ledit rappel entre ledit châssis (6) et ladite pièce de blocage (12), une extrémité de ladite pièce de blocage (12) constituant ladite arête de blocage (19), rappelée dans sa position active par ledit moyen de rappel, et l'autre extrémité de ladite pièce de blocage (12) dépasse dudit châssis (6) de sorte à être accessible à la main, constituant ledit moyen de démontage (13). 3036380 11 6. Drone selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit moyen de raccordement électrique comporte une fiche (4) raccordée audit circuit de bras, et une prise (9) raccordée audit circuit de châssis, et un moyen de rappel de connexion, configuré pour exercer un effort d'appui élastique entre 5 ladite fiche (4) et ladite prise (9). 7. Drone selon la revendication précédente, dans lequel ladite prise (9) comporte une bande de contact élastique, et ledit moyen de rappel de connexion est constitué d'une partie de ladite bande de contact. 8. Drone selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel ladite fiche (4) est 10 solidaire dudit bras (1), de sorte que l'effort d'appui élastique entre ladite fiche (4) et ladite prise (9) permet de réduire la transmission des vibrations mécaniques entre ledit bras (1) et ledit châssis (6). 9. Utilisation d'un drone selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : 15 - transport du drone sur le lieu du décollage, au moins un bras (1) étant démonté du châssis (6), - assemblage des bras (1) sur le châssis (6), - réalisation du vol - démontage d'au moins un bras (1), en vue du transport. 20 10. Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle, dans l'étape d'assemblage des bras (1), on assemble au moins un bras (1) de type différent, en particulier munis d'un moteur électrique (16) de puissance différente, d'un bras (1) déjà monté sur le châssis (6).