Brevet FR3035615A1 — publié le 20161104

COMPOSANT DE ROULEMENT CONTINU OMNIDIRECTIONEL CHAMPS DE L'INVENTION L'invention concerne généralement le domaine des pneus, et plus spécifiquement un composant de roulement continu omnidirectionnel conçu pour rouler en avant / arrière en combinaison avec un roulement libre transversal ou bien un roulement entrainant transversal, utilisable dans de multiples applications, pas uniquement dédié aux systèmes de transport, robotique ou jouet. Il est exclu du champ de l'invention les pneus classiques qui ne sont pas conçus pour un mouvement multidirectionnel, et sont en dehors du cadre de l'invention. CONTEXTE DE L'INVENTION L'état de l'art décrit: les roues Omni directionnelles inventées par J. Grabowiecki brevet US1305535, "roue de véhicule", publié le 03/06/1919; une variante de la roue est brevetée par Josef F. Blumrich le 17/04/1972, Brevet US3789947, "roue omnidirectionnelle", publié le 05/02/1974; Une autre variante récemment breveté par Andrew R. Baker, Mark A. Koors le 22/12/2008, brevet US7641288 publié le 05/01/2010. Les roues omnidirectionnelles sont utilisées dans des applications robotiques pour le mouvement holonome au sol. Les roues omnidirectionnelles sont généralement constituées d'une pluralité de rouleaux libres montés en ligne sur le périmètre extérieur qui permettent un mouvement transversal. La roue d'entraînement fournit toujours un mouvement de traction avant / arrière, lorsque les rouleaux libres permettent un mouvement librement transversal. 3035615 2 Les Roues Omnidirectionnelles classiques ne sont pas constituées d'un corps continu en contact avec le sol. Au lieu de cela, il y a une pluralité de rouleaux de petit diamètre discontinu assurant un roulement libre transversal, qui n'est pas une 5 conception adaptée pour des applications sur sol irrégulier et les applications de plus grande échelle. Les roues omnidirectionnelles permettent seulement le roulement libre transversal et non pas le roulement entrainant transversalement (menant par traction). Pour les applications holonomes, le io dispositif nécessite une combinaison de plusieurs roues Omnidirectionnelles traditionnelles, typiquement 3 en configuration triangle (ou étoile), fixées à une plate-forme, entraînées par au moins 3 moteurs, régulièrement espacées sur la circonférence de rotation autour de l'origine, dispositif qui ne 15 peut être utilisé comme une solution pour une roue monocycle stabilisée (ou même deux). Les brevets Honda US8567537 et US8513917 décrivent le premier système au monde de roue à entrainement 20 omnidirectionnel, le système Omnidirectionnel à traction motrice qui utilise une seule roue bidirectionnelle avec une roue principale motorisée qui entraine en avant / arrière. Une pluralité de rouleaux coniques, montés transversalement autour de la périphérie extérieure de la roue principale, est séparément 25 motorisée afin d'entrainer dans les deux directions latérales. Le mouvement diagonal est réalisé par entraînement de la roue principale et des rouleaux en coordination. Le Brevet Honda et le prototype U3-X représentent un dispositif 30 avancé, mais cette solution est techniquement complexe avec des coûts importants et la surface de roulement en contact avec le sol est encore discontinue. 3035615 3 Les conceptions existantes de roues omnidirectionnelles menées ou menantes ne sont pas optimisées pour une utilisation sur un sol irrégulier comme le sont les pneus, qui fournissent également un contact flexible qui absorbe les chocs. 5 DESCRIPTION DE L'INVENTION L'objectif de l'invention est donc de fournir un composant de roulement continu au sol qui permet simultanément un io mouvement avant / arrière combiné au roulage libre transversal, amélioré par un contact flexible qui absorbe les chocs afin d'étendre l'utilisation de roues omnidirectionnelles à toutes surfaces du sol. 15 Un autre objectif de la présente invention est de fournir un composant de roulement continu qui permet simultanément un mouvement avant / arrière avec une caractéristique transversale de traction motrice, amélioré par un contact flexible qui absorbe les chocs afin d'étendre l'utilisation de roues omnidirectionnelles 20 à toutes surfaces du sol. L'invention concerne un composant de roulement continu réalisé par un procédé amélioré, mis en oeuvre pour un appareil omnidirectionnel. L'invention concerne également la mise en 25 oeuvre de la jante de roue omnidirectionnelle dédiée. L'invention concerne ainsi un procédé d'obtention d'un composant de roulement omnidirectionnel continu caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étapes : 30 - où au moins une étape consiste à générer un corps flexible de forme externe substantiellement de révolution, dont la fibre neutre est substantiellement rectiligne dans un état de contrainte relaxé (Figure 4c), 3035615 4 - où au moins une autre étape consiste à raccorder les extrémités du corps afin de générer une boucle de façon substantiellement continue, dont le périmètre externe résulte d'un état de déformation en traction et le périmètre interne d'un état de s déformation en compression (Figure 4d). Ce composant de roulement continu omnidirectionnel est également caractérisé en ce qu'il comporte un insert flexible (Cl figure 4a) substantiellement inextensible le long de sa dite fibre Io neutre (CL1 Figure 4C - CL2 Figure 4d). Ce composant de roulement continu omnidirectionnel peut avoir la forme extérieure réalisée avec un caoutchouc fournissant un support élastique flexible qui absorbe les chocs entre le véhicule is et le sol. Un tore est une géométrie ayant un profil circulaire et de fibre neutre circulaire dans laquelle: 20 Diamètre intérieur = diamètre fibre neutre - diamètre section Diamètre extérieur = diamètre fibre neutre + diamètre section Les composants de forme torique, tels que les joints toriques en caoutchouc, sont généralement réalisés par un procédé 25 d'injection ou de compression dans la cavité d'un moule (pour des dimensions de moins de 20 pouces); La forme torique est générée pendant les procédés de vulcanisation (pour les matières premières thermodurcissables) 30 ou d'injection (pour les matières thermoplastiques) qui fixent les diamètres internes et externes. 3035615 5 Appliquer, à la suite du procédé de fabrication, une torsion le long de la fibre neutre génère une distribution de la contrainte en fonction du déplacement angulaire. 5 Le Matériau oppose alors un couple résistant à la torsion selon une valeur minimale proche de la forme du procédé (état de contrainte relaxé) et une valeur maximale résultant d'un déplacement angulaire Tr lorsque : le diamètre interne devient sensiblement le diamètre externe (état de contrainte en traction) io et inversement (le diamètre extérieur devient diamètre interne avec un état de contrainte en compression). Ce couple résistant dépend également de la propriété d'élasticité du matériau et de l'élancement : rapport entre la longueur du 15 périmètre de la fibre neutre et de la section. L'invention résout ce problème et décrit une solution permettant le transfert de torsion sur un profil sensiblement circulaire balayé le long d'un chemin fermé (en boucle) d'une manière qui minimise 20 le couple résistant. L'invention consiste en la réalisation d'un composant de roulement au sol amélioré selon un procédé comprenant au moins deux étapes différentes : 25 - où au moins une première étape du procédé consiste en la réalisation de corps ayant la fibre neutre CL1 sensiblement rectiligne dans un état de contrainte relaxé, ayant la forme extérieure OS sensiblement cylindrique comme un corps de 30 révolution le long de la fibre neutre; En tant que caractéristique de l'invention, le (ou les) dit corps peut (vent) être réalisé (s) avec une pluralité de matières 3035615 6 premières dans son volume interne IV ayant des propriétés élastiques, substantiellement flexibles et axisymétrique le long de la fibre neutre; 5 Dans un mode de réalisation préférentiel, le(s)dit corps incorpore (ent) un matériau souple à la propriété de friction élevée et préférentiellement avec un haut coefficient de restitution (propriété de rebond) sur la forme extérieure tel un élastomère «caoutchouc naturel», par exemple, mais pas seulement; 10 En tant que caractéristique de l'invention, le(s)dit corps pourrait (ent) avoir toutes sortes d'arrangements structurels internes spécifiques dans le profil IV tout en conservant une propriété élastique axisymétrique le long de la fibre neutre; 15 Dans une forme de réalisation préférentielle, le(s)dit corps pourrait (ent) être réalisé (s) avec un insert flexible Cl ayant un Module d'Young élevé situé au niveau de la fibre neutre CL1 (constitué d'une pluralité de fils minces et flexibles comme de 20 l'acier, du Kevlar, mais pas uniquement) afin de garder le périmètre de l'axe substantiellement inextensible; Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'insert inextensible situé au niveau de la fibre neutre pourrait être 25 combiné avec une pluralité de corps de révolution Figure 6a assemblés étroitement axialement le long de la ligne de centre Figure 6b (tel un collier de perle); Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ledit corps 30 peut être réalisé avec un corps en spirale figure 5a conçu pour augmenter la caractéristique de souplesse et le rapport volume / poids; 3035615 7 Dans le mode de réalisation préférentiel, le composant pourrait avoir deux extrémités E10 et E20 (aussi E11 et E21) de forme et de conception améliorées, axisymétrique mais pas uniquement, 5 afin d'assurer un montage optimisé du raccordement de la jonction BC, au moyen de forme englobante, sertissage, collage, soudage, mais pas uniquement; L'objet de la (des) premières étape (s) du procédé lie à un état lo de contrainte relaxé du composant; - ou au moins une seconde étape du procédé relie les deux extrémités du (des) précédents corps (s) afin de générer un chemin fermé avec une courbure sensiblement continue le long 15 de la fibre neutre CL2; Dans un mode de réalisation préférentiel, la boucle fermée est générée par un seul corps afin de limiter à une le nombre de jonction (s) BC, source de discontinuité élastique lorsque la 20 réalisation est effectuée de manière inappropriée; Dans un mode de réalisation préférentiel, les deux extrémités de l'insert situé au niveau de la fibre neutre CE1 & CE2 sont reliées entre elles en CC afin de rendre le composant inextensible le 25 long de la fibre neutre; En procédant de cette façon, le parcours fermé n'a pas de périmètre intérieur IP et externe PE préférentiel résultant de la deuxième étape du procédé et la boucle fermée permet de 30 tourner transversalement quand une torsion Figure 3 'T'est appliquée, avec un couple résistant minimum. La seconde étape du procédé lie à un état précontraint de la 3035615 8 matière (s) où la région de la fibre neutre CL2 au périmètre externe PE du matériau est en état de traction, où la région de la fibre neutre CL2 au diamètre intérieur IP est en état de compression, où le couple résultant de la zone en état de traction 5 équilibre substantiellement celui de la zone en état de compression lorsqu'une torsion est appliquée, où l'équilibre des variations résultantes sont réduit à un minimum. En tant que caractéristique de l'invention également, le composant omnidirectionnel permet de transférer un couple appliqué par io torsion sensiblement tout le long de la trajectoire fermée CL2. Le but de l'invention est également d'étendre la description à tous corps ayant un profil circulaire avec une géométrie non spécifique de fibre neutre CL3 balayée le long d'un trajet fermé 15 (boucle) avec une courbure sensiblement continue, résultant du procédé précédemment décrit, pour réaliser un composant omnidirectionnel roulant au sol comme 0C2 à la figure 9 (avec une caractéristique proche des chaines). 20 Une pluralité de jantes Omnidirectionnelles (au moins deux) avec la conception de jante adaptée OW2 est utilisée pour assurer la transmission et le guidage du composant de roulement omnidirectionnel 0C2 pour réaliser un mouvement avant / arrière avec simultanément une capacité de mouvement transversal. 25 En exemple de mise en oeuvre du composant omnidirectionnel de roulement 0C1 avec la conception spécifique de la jante pour caractéristique Omnidirectionnel, deux modes de réalisation sont décrits, l'un pour une roue omnidirectionnelle latéralement 30 menée (roulage libre) figures 7a, 7b, 7c, et l'autre conception pour un entrainement par traction motrice Omnidirectionnel figure 8a, 8b. Il est entendu que ces descriptions ne limitent pas la manière de réalisation selon la portée de l'invention. 3035615 9 Le composant omnidirectionnel de roulement °Cl est supporté à l'égard de ses deux faces internes IS, en contact avec une pluralité de surfaces de roulement libre FR disposées en réseau 5 circulaire de part et d'autre centré substantiellement sur le même axe de roue. En tant que caractéristique de l'invention, les surfaces de roulement en contact avec le composant omnidirectionnel 0C1 Io pourraient être également une pluralité de courroies élastiques B supportées par des rouleaux libres fixés à la jante, situés de part et d'autre et en contact de la face interne du composant omnidirectionnel 0C1, afin de réaliser le support avec guidage et la fonction de transmission, où la déformation de la courroie 15 pourrait assurer un support flexible qui absorbe les chocs. Conception de roue omnidirectionnelle à traction motrice suivant figure 8a et 8b: 20 Le composant de roulement omnidirectionnel °Cl est supporté d'un côté interne IS1 par une pluralité de rouleaux libres FR disposés en un réseau circulaire supporté par la jante R avec guidage en roulement libre, et soutenu sur le deuxième côté 25 interne 1S2 par une pluralité d'engrenages SG disposés substantiellement en réseau circulaire supporté par la même jante R avec guidage à roulement libre, afin d'assurer le guidage du composant omnidirectionnelle °C1. Les engrenages SG simultanément entraînés par une transmission à vis WT sont 30 motorisés par le moteur M2. La vitesse relative entre le moteur Ml conduisant la jante de roue en avant/arrière et le moteur M2 conduisant le mouvement transversal par torsion de 0C1, assure une fonction de roue omnidirectionnelle par entrainement. 3035615 10 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La description détaillée, donnée à titre d'exemple et ne visant pas à limiter la présente invention aux seules représentations, 5 sera mieux appréciée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels les numéros de référence désignent les éléments et pièces, dans lequel: Figure 1 a, Figure 1 b sont des vue de face et vue en coupe x-x 10 du corps résultant de la première étape de processus selon un mode non préférentiel de la présente invention; Figure 2a et 2b sont respectivement une vue de dessous et une vue de face de l'élément résultant de la deuxième étape de 15 procédé en conformité avec le mode de réalisation non préférentiel de la présente invention; La figure 3 représente la répartition des contraintes le long de l'axe YY suivant la section YY de la figure 2A, résultant de la 20 deuxième étape du procédé; Figure 4a, 4b, 4c sont les vues de face, de gauche et de dessus du corps résultant de la première étape de processus en conformité avec le mode de réalisation préférentiel de la 25 présente invention; La figure 4d est une vue de face du composant résultant de la deuxième étape de procédé en conformité avec le mode de réalisation préférentiel de la présente invention; 30 Figure 5a, 5b, sont vue de face et vue de gauche du corps résultant de la première étape de processus selon la variante non préférée de la présente invention; 3035615 11 La figure 5c est une vue de face du composant de la figure 5a après la deuxième étape du procédé et suivant le mode de réalisation non préférentiel de la présente invention; s Figures 6a, 6b, 6c sont respectivement une vue en perspective d'un élément unique, une vue de face et une vue de gauche des corps assemblés résultant de la première étape de processus selon un mode non préférentiel de la présente invention; 10 La figure 6d est une vue de face du composant de la figure 6b après la deuxième étape du procédé et en conformité avec un mode de réalisation non préférentiel de la présente invention; Figures 7a, 7b, 7c sont respectivement une vue de face de la 15 mise en oeuvre de la jante pour fonction roulage libre, une vue en coupe U-U d'une roue ayant les rouleaux libres de guidage, une vue en coupe U-U d'une roue ayant des courroies avec roulement libre pour le guidage; 20 Figure 8a, 8b, sont respectivement une vue de face de la mise en oeuvre de la jante en configuration pour la fonction d'entrainement transversal, et une vue en coupe VV; Figure 9 est une vue de face de la mise en oeuvre du composant 25 de roulement omnidirectionnel en combinaison avec plusieurs roues omnidirectionnelles suivant un mode de réalisation non préférentiel de l'invention; REVENDICATIONS1) Procédé d'obtention d'un composant de roulement omnidirectionnel continu caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étapes : - où au moins une étape consiste à générer un corps flexible de forme externe substantiellement de révolution, dont la fibre neutre est substantiellement rectiligne dans un état de contrainte relaxé (Figure 4c), - où au moins une autre étape consiste à raccorder les extrémités du corps afin de générer une boucle de façon substantiellement continue, dont le périmètre externe résulte d'un état de déformation en traction et le périmètre interne d'un état de déformation en compression (Figure 4d). 2) Composant de roulement continu omnidirectionnel caractérisé en ce qu'il est obtenu au moyen du procédé de réalisation selon la revendication 1. 3) Composant de roulement continu omnidirectionnel selon revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un insert flexible (Cl figure 4a) substantiellement inextensible le long de sa dite fibre neutre (CLI Figure 4C - CL2 Figure 4d). 4) Composant de roulement continu omnidirectionnel selon revendication 2, où la forme extérieure est réalisée avec un caoutchouc fournissant un support élastique flexible qui absorbe les chocs entre le véhicule et le sol.