Brevet FR3056550A1 — publié le 20180330

ROBOT AUTONOME MOTORISE POURVU D'UN DISPOSITIF DE FRANCHISSEMENT D'OBSTACLES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]La présente invention concerne un robot autonome motorisé. Elle concerne plus particulièrement un robot pourvu d'un dispositif de franchissement d'obstacles. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]Un robot ou véhicule autonome est un véhicule qui se déplace automatiquement sans intervention humaine. Ce type de véhicule doit pouvoir éviter les obstacles qui sont sur son trajet. Les robots autonomes motorisés sont aujourd'hui bien connus et utilisés dans de nombreux domaines tels que la logistique, l'agriculture, la production industrielle, etc. Une part importante des robots utilisés est destinée à transporter des charges sur de courtes distances. Pour assurer leur déplacement de façon autonome, les robots doivent comporter des moyens de repérage et de guidage. De nombreuses formes de mises en oeuvre existent aujourd'hui, avec des capteurs et/ou caméras agencés à des endroits permettant de mettre en oeuvre les fonctions de repérage, tout en permettant au robot de réaliser sa mission de base, le transport de charge. Les obstacles sont repérés par des capteurs de distance embarqués sur le véhicule qui mesurent la distance aux objets périmétriques (comme par exemple : scrutateur laser, radar, ceintures d'ultrasons, caméras stéréovision, caméra 3D, etc). [0003]Le document FR2994057 décrit un robot prévu pour effectuer les vendanges comprenant des moyens de captation d'images comprenant des moyens de projection d'au moins un faisceau laser sur lesdits pieds de vigne et leurs branches, des moyens de relevé et d'enregistrement d'une série d'images relatives à la forme dudit faisceau laser sur lesdits pieds de vigne et leurs 3056550 2 branches. Pour fonctionner de façon fiable et efficace, un tel agencement doit comporter une pluralité de capteurs d'images. [0004]Avec les solutions classiques, lors d'une utilisation d'un robot en 5 environnement extérieur naturel, par exemple en environnement agricole et plus spécifiquement en milieu viticole, on retrouve souvent des végétations souples comme de l'herbe ou des branchages dans les allées entre les rangs de vignes. Un robot traditionnel se déplaçant dans ce type d'environnement est sujet à des arrêts intempestifs du fait de la détection des branches ou des herbes hautes ou 10 de fleurs, même si ces végétaux pourraient aisément être franchis sans risque par le robot. Une des difficultés réside dans le fait que les capteurs de distance ne sont pas adaptés pour mesurer la rigidité des objets perçus. Or un objet souple comme de l'herbe ne doit pas être considéré comme un obstacle. Aussi, le robot ne doit pas s'arrêter devant de l'herbe. 15 [0005]Quelques solutions connues visent à solutionner ce type de problème. Une première solution consiste à positionner les capteurs de distance plus haut que les herbes pour ne pas les voir. Or, dans un tel agencement, s'il y a vraiment un obstacle, il y a collision avec dégât sur le robot et l'objet heurté. 20 [0006]Une autre solution consiste à maintenir le capteur de distance à la bonne hauteur tout en prévoyant en plus un traitement logiciel du signal sur la mesure du capteur pour ne pas voir les objets fins ou les objets répartis de manière aléatoire et non uniformes. Cette solution ne permet toutefois pas de gérer tous les cas. Par 25 exemple, un fil de fer ou un poteau métallique fin ne sont alors pas identifiés en tant qu'obstacles. Par ailleurs, des rochers ou un obstacle juste derrière des herbes peuvent avoir une répartition aléatoire et non uniformes alors qu'il s'agit bien d'obstacles. Une autre solution consiste à installer un pare-choc en mousse qui est capable de détecter les obstacles quand la mousse est enfoncée. Or, cette 30 solution présente un encombrement important et complique les opérations de chargement/déchargement et la mise en oeuvre de la conduite en mode poussée. Par ailleurs, il n'est pas possible d'ajuster le niveau de dureté de la mousse. 3056550 3 [0007]Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. 5 EXPOSE DE L'INVENTION [0008] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé autonome permettant de trier les différents types d'obstacles présents sur le parcours à effectuer, en particulier si l'obstacle est souple et susceptible 10 d'être franchi facilement, ou encore si l'obstacle est rigide. [0009]Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé permettant d'identifier efficacement les obstacles souples tels que des végétaux souples, aisément franchissables par le robot. 15 [0010]Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé dont la mise en oeuvre est simple. [0011]Pour se faire, l'invention prévoit un robot motorisé comprenant un corps 20 traversé d'un axe longitudinal (LL), ledit robot étant monté sur roues ou chenilles et comportant au moins un dispositif de repérage, ledit robot comprenant par ailleurs un module de franchissement d'obstacles, ce module comprenant : - un tablier monté sensiblement perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal (LL) du robot ; 25 - au moins un bras permettant de relier le tablier au robot ; - le tablier étant monté mobile entre une position de franchissement d'obstacles (FO) dans laquelle les obstacles éventuels présents devant le robot avançant sont repoussés du cheminement du robot et une position d'arrêt du robot (AR) dans laquelle le tablier actionne l'arrêt de l'avancement 30 du robot. [0017]Selon une telle architecture, le dispositif de franchissement d'obstacles permet de repousser les obstacles les plus souples et franchissables par le robot. Le robot est uniquement immobilisé qu'en cas d'obstacle infranchissable pour lui 3056550 4 et/ou susceptible de l'endommager. [0018]Selon un mode de réalisation avantageux, le module de franchissement d'obstacles comporte par ailleurs un vérin ou ressort agencé de façon à : 5 (i) permettre la mobilité du tablier entre la position de franchissement d'obstacles (FO) et la position d'arrêt du robot (AR) ; (ii) permettre d'exercer une force de franchissement (FF) contre les obstacles à franchir, cette force de franchissement étant limitée par un seuil de repli (SR) ; (iii) permettre de replier le tablier dans les cas où le seuil de repli est atteint ou 10 dépassé. [0019]Le dispositif de repérage d'obstacle n'étant pas en mesure de détecter si un obstacle identifié est souple et franchissable sans risque pour le robot ou au contraire rigide, l'agencement mécanique prévu permet de trier les types 15 d'obstacles (franchissables ou non) au moyen d'une action mécanique consistant à pousser les obstacles. Si l'obstacle est évacué facilement, le robot peut poursuivre son avancement. Un seuil d'effort maximal admissible est prévu. Au-delà de ce seuil, signifiant que l'obstacle présent est difficile à dégager, le robot est mis à l'arrêt, pour éviter tout risque de dommage ou d'accident de parcours. 20 En pratique, par exemple dans une exploitation vinicole, les petits végétaux peuvent être écartés sans générer d'arrêt intempestif du robot. [0020]Selon un mode de réalisation avantageux, le robot comprend par ailleurs un contacteur, déterminant, en fonction de sa position : 25 (i) l'avancement du robot, lorsque le tablier se trouve en position de franchissement d'obstacles. (ii) l'arrêt du robot, lorsque le tablier est dans la position d'arrêt du robot ou en position intermédiaire entre cette dernière position et la position de franchissement d'obstacles. 30 [0021]Plusieurs modes d'agencement du tablier sont possibles lorsque ce dernier est en position de franchissement d'obstacle. 3056550 5 [0022]Selon un premier exemple, le plan principal T-T du tablier en position de franchissement d'obstacles est sensiblement perpendiculaire au sol. Cet agencement permet de pousser, en plus des obstacles situés devant le tablier, les obstacles souples qui viennent par le côté du véhicule grâce à la portion 5 supérieure du tablier très proche du champ de vision des capteurs de distances qui repèrent les obstacles. Il permet aussi de détecter des obstacles rigides proches du sol. [0023]Selon un autre exemple de réalisation, le plan principal T-T du tablier en 10 position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport au sol de façon à ce que le haut du tablier soit proéminent. Cet agencement procure un angle d'attaque du véhicule plus grand et permet de franchir des pentes ou buttes de façon favorable. 15 [0024]Selon encore un autre exemple de réalisation, le plan principal T-T du tablier en position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport au sol de façon à ce que le bas du tablier soit proéminent. Cet agencement est particulièrement adapté pour détecter des obstacles rigides proches du sol. 20 [0025]De manière avantageuse, le tablier comporte une position rétractée permettant un usage du robot en mode poussée. Dans cette position, le contacteur est préférablement désactivé. Le mode poussée correspond à un mode de fonctionnement du robot dans lequel le conducteur est positionné derrière le robot. En fonction de sa position et/ou de ses gestes, détectées par le module de 25 repérage du robot, le robot se déplace -en direction opposée du conducteur-, et peut tourner à gauche ou à droite. Cette position permet également de faciliter les opérations de chargement/déchargement du robot du fait d'un accès à proximité immédiate du robot. Le mode rétracté (sur un seul ou les deux côtés du robot) peut également servir pour rendre le robot plus compact lors d'utilisations dans 30 des endroits où il y a peu d'espace disponible. Enfin, ce mode permet, en mode de conduite « robot suiveur », avec le tablier rétracté du côté de l'opérateur, d'avoir une faible distance de chargement pour l'opérateur. 3056550 6 [0026] De manière avantageuse, la position du tablier est sensiblement identique lorsque ce dernier se trouve en position rétractée (tel que décrit ci-dessus) ou en mode d'arrêt du robot. 5 [0027]Selon divers modes de réalisation, en fonction du type d'utilisation prévue, la largeur du tablier correspond sensiblement à la largeur du corps du robot, ou à la largeur des roues du robot ou à une largeur allant au-delà de la largeur des roues. On peut prévoir des tabliers interchangeables ou ajustables en largeur, pour s'adapter aisément aux divers contextes d'utilisation. 10 [0028]Selon divers modes de réalisation, le tablier peut être constitué principalement : (i) d'une pluralité de barres ; ou (ii) d'une plaque ; ou 15 (iii) d'un panneau plein ; ou (iv) d'un panneau alvéolé. [0029] De manière avantageuse, le vérin est ajustable pour permettre le réglage du seuil de repli. En fonction du type d'utilisation et/ou du type de robot, de sa 20 robustesse, et de la capacité de franchissement des roues (ou chenilles), le seuil est ajusté à une valeur plus ou moins élevée. DESCRIPTION DES FIGURES 25 [0030]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 6, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un exemple d'utilisation dans une exploitation vinicole ; 30 - Les figures 2a, 2b et 2c présentent schématiquement un premier exemple de réalisation d'un robot pourvu d'un dispositif de franchissement ; 3056550 7 - Les figures 3a et 3b présentent schématiquement un second exemple de réalisation d'un robot pourvu d'un dispositif de franchissement ; - Les figures 4a et 4b présentent schématiquement un troisième exemple de réalisation d'un robot pourvu d'un dispositif de franchissement ; 5 - la figure 5 est une vue en élévation d'un robot sans dispositif de franchissement; - la figure 6 est une vue de dessus, sans le plateau de chargement, du robot de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 10 [0031]Les figures 5 et 6 illustrent un exemple de réalisation d'un robot 1 comprenant un corps 2 monté sur roues 3. Dans cet exemple, le corps 2 est de forme rectangulaire, et sensiblement plat, pour maintenir le centre de gravité près du sol et faciliter les opérations de chargement et de déchargement par 15 l'opérateur. En variante, le corps peut être conçu selon une vaste panoplie de formes et de profils, en fonction des utilisations prévues, et des qualités esthétiques requises. De façon classique, le robot comporte au moins un moteur, électrique ou thermique, et des moyens permettant de gérer les déplacements de façon autonome. 20 [0032] Comme on le voit à la figure 5, le robot comprend un plateau de chargement 4 agencé au dessus du corps 2. Cette position permet une grande aisance pour manipuler les charges à transporter par le robot. La figure 1 montre également que le plateau 4 est espacé du corps 2. Dans cet exemple, la 25 surélévation du plateau est assurée par des ailettes 5 de séparation, agencées entre le dessus du corps 2 et le dessous du plateau. [0033]Tel que montré à la figure 6, le robot de cet exemple de réalisation comprend 6 ailettes réparties de façon à bien supporter la totalité de la surface du 30 plateau, soit deux ailettes à chaque extrémité et deux ailettes vers la zone médiane du corps. Le robot est conçu pour avancer dans au moins une direction, avantageusement deux, et de préférence plusieurs directions angulaires. Le 3056550 8 changement de direction angulaire est assuré soit pas pivotement des roues (deux ou quatre roues directionnelles) ou par variation de vitesse relative entre les roues de chaque côté du robot. 5 [0034]A cet effet, le robot est avantageusement équipé de quatre moteurs électriques, implantés dans les axes des roues. En variantes, il comprend seulement deux moteurs. D'autres configurations sont aussi possibles, par exemple avec un moteur unique et deux ou quatre roues motrices. Le corps 2 permet de loger une ou plusieurs batteries et les éléments électroniques requis 10 pour assurer la gestion et le guidage du robot. [0035]La surélévation du plateau 4 par rapport au dessus du corps permet de former une zone 7 de vision, sensiblement libre dans laquelle un dispositif de repérage 6, de préférence unique, est agencé. 15 [0036] Dans l'exemple illustré, les ailettes 5 de séparation sont constituées de plaquettes sensiblement minces orientées de sorte que leur plan principal soit sensiblement parallèle à l'axe du faisceau du dispositif de repérage 6. Toujours dans l'exemple des figures 5 et 6, le dispositif de repérage 6 comprend un laser ou 20 un Lidar, ou autre capteur de distance, adapté pour permettre de repérer les objets environnants sur une plage angulaire préférentielle de 360°. Les ailettes sont suffisamment minces et espacées pour ne pas entraver la vision de l'environnement. 25 [0037] En variante, d'autres types de capteurs peuvent être utilisés, tels que une ou plusieurs caméras, un ou plusieurs capteurs inductifs, ou autres. Des solutions hybrides, avec plusieurs types de capteurs, peuvent aussi être mises en oeuvre. Encore en variante, pour balayer la plage de 360°, on prévoit deux ou plus capteurs disposés de façon complémentaire. 30 [0038]La figure 1 illustre le principe général de l'invention, à l'aide d'une représentation schématique en perspective d'un robot 1 se déplaçant le long d'une 3056550 9 allée bordée de rangs de vignes 17. Le robot est particulièrement utile pour transporter des charges lourdes, dans cet exemple des bacs de raisins cueillis par les vendangeurs. Le robot est similaire à celui préalablement décrit en relation avec les figures 5 et 6. Il comporte en plus un dispositif 10 de franchissement 5 d'obstacles, adapté pour agir sur les herbes, arbustes et autres obstacles souples 16 ou facilement déplaçables. Son action mécanique, par l'entremise d'un tablier 13, permet au robot de franchir ces obstacles mineurs sans devoir s'immobiliser de façon intempestive. Le dispositif 10 de franchissement d'obstacles est décrit plus en détails dans ce qui suit en relation avec les figures 2a à 4b. 10 [0039]Les figures 2a à 4b illustrent divers exemples de réalisations d'un dispositif 10 de franchissement d'obstacles pour robot 1. Il comporte un tablier 13 bien visible de face aux figures 1 et 2c. Dans les exemples illustrés, le tablier 13 est constitué de deux barres sensiblement parallèles, orientées sensiblement 15 parallèlement au sol, et maintenues ensembles par des tiges orientées sensiblement perpendiculairement. Un ou plusieurs bras 12 permettent de relier le tablier 13 au robot 1. Un contacteur 15 permet d'agir sur le mécanisme de guidage ou conduite du robot afin de déclencher les modes de commande possibles. 20 [0040]Les figures 2a, 2b et 2c présentent un premier exemple de réalisation d'un dispositif 10 de franchissement d'obstacle pour robot 1. Selon cet exemple de réalisation, tel qu'indiqué à la figure 2a, le plan principal T-T du tablier en position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport au sol de façon à ce que le haut du tablier soit proéminent. En position d'arrêt du robot, illustrée à la figure 2b, 25 le tablier est alors sensiblement vertical, et à proximité immédiate du corps 2 du robot. [0041]Les figures 3a et 3b présentent un autre exemple de réalisation. Selon cet exemple de réalisation, tel qu'indiqué à la figure 3a, le plan principal T-T du tablier 30 en position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport au sol de façon à ce que le bas du tablier soit proéminent. En position d'arrêt du robot, illustrée à la figure 3b, le tablier est alors sensiblement vertical, et à proximité immédiate du 3056550 10 corps 2 du robot. [0042]Les figures 4a et 4b présentent encore un autre exemple de réalisation. Selon cet exemple de réalisation, tel qu'indiqué à la figure 4a, le plan principal T-T 5 du tablier en position de franchissement d'obstacles est sensiblement vertical. En position d'arrêt du robot, illustrée à la figure 4b, le tablier est alors encore sensiblement vertical, et à proximité immédiate du corps 2 du robot. Cette position permet d'actionner le contacteur afin d'actionner l'arrêt du robot. 10 [0043]Dans tous ces exemples de réalisation, un ou plusieurs vérins 11, et/ou ressorts, permettent de gérer l'effort mécanique exercé par le tablier 13 contre les obstacles 16. Le vérin permet éventuellement de pouvoir ajuster le niveau du seuil de repli SR, correspondant au niveau d'effort auquel le tablier commence à se rétracter lors de la poussée des obstacles trop lourds ou encombrants pour être 15 franchis. Le repli du tablier se poursuit jusqu'à l'atteinte de la position d'arrêt du robot. Dès que le tablier commence à se replier, le tablier (ou toute partie adjacente) actionne alors le contacteur 15 pour effectuer une mise à l'arrêt du robot. Une fois le robot immobilisé, le conducteur peut alors intervenir, par exemple pour libérer le parcours du robot. Il remet ensuite le robot en mode de 20 franchissement d'obstacle. Le tablier se remet alors en position de franchissement d'obstacle. Cette remise en place peut être effectuée manuellement ou automatiquement, selon les modes de réalisation. [0044] Pour régler le niveau d'effort mécanique, on règle la dureté du vérin en 25 fonction du type d'obstacle que l'on veut ignorer ou des secousses que le robot subit quand il se déplace. Soit on change de modèle de poussée (par exemple avec un vérin plus dur), ou bien il suffit de positionner le bas du vérin un peu plus haut (donc on le comprime plus pour les exemples des figures 2a, 2b, 2c et 4a, 4b, ou plus bas pour l'exemple des figures 3a et 3b, et on obtient un système plus 30 dur. [0045] En variante, on peut prévoir un ressort au niveau de la rotule, mais dans ce cas il n'est pas possible de régler la dureté (besoin de changer le ressort pour 3056550 11 mettre une autre dureté) et pour rendre le système rétractable, il est nécessaire de rajouter un crochet pour le tenir rétracté. [0046] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt 5 qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier dans lequel le robot est équipé d'un seul dispositif de franchissement des obstacles. [0047]Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut 10 être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variante, un robot dispose avantageusement d'un autre dispositif de franchissement d'obstacles, monté du côté opposé. Le robot est alors en mesure d'effectuer des déplacements dans les deux sens, le long par exemple d'une allée entre deux rangs de vigne, comme dans l'exemple de la figure 1. 15 3056550 12 Numéros de référence employés sur les figures 1 Robot 2 Corps du robot 5 3 Roues 4 Plaque de chargement ou plaque porte-charge 5 Ailettes de séparation 6 Dispositif de repérage 7 Zone de vision 10 10 Dispositif de franchissement d'obstacles 11 Vérin 12 Bras 13 Tablier 14 Rotule 15 15 Contacteur 16 Obstacles 17 Rangs de vigne 20 REVENDICATIONS1. Robot (1) motorisé comprenant un corps (2) traversé d'un axe longitudinal (LL), ledit robot étant monté sur roues (3) ou chenilles et comportant au moins un dispositif de repérage (6), ledit robot comprenant par ailleurs un module de franchissement d'obstacles (10), ce module comprenant : - un tablier (13) monté sensiblement perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal (LL) du robot ; - au moins un bras (12) permettant de relier le tablier (13) au robot (1) ; - le tablier (13) étant monté mobile entre une position de franchissement d'obstacles (FO) dans laquelle les obstacles éventuels présents devant le robot avançant sont repoussés du cheminement du robot et une position d'arrêt du robot (AR) dans laquelle le tablier actionne l'arrêt de l'avancement du robot. 2. Robot selon la revendication 1, dans lequel le module de franchissement d'obstacles comporte par ailleurs un vérin (11) ou ressort, agencé de façon à : (i) permettre la mobilité du tablier (13) entre la position de franchissement d'obstacles (FO) et la position d'arrêt du robot (AR) ; (ii) permettre d'exercer une force de franchissement (FF) contre les obstacles à franchir, cette force de franchissement étant limitée par un seuil de repli (SR) ; (iii) permettre de replier le tablier (13) dans les cas où le seuil de repli est atteint ou dépassé. 3. Robot selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant par ailleurs un contacteur (15) déterminant, en fonction de sa position : (i) l'avancement du robot, lorsque le tablier se trouve en position de franchissement d'obstacles. (ii) l'arrêt du robot, lorsque le tablier (13) est dans la position d'arrêt du robot ou en position intermédiaire entre cette dernière position et la position de franchissement 30 d'obstacles. 4. Robot selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le plan principal (T- 3056550 14 T du tablier (13) en position de franchissement d'obstacles est sensiblement perpendiculaire au sol. 5. Robot selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le plan principal (T- 5 T) du tablier (13) en position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport au sol de façon à ce que le haut du tablier soit proéminent. 6. Robot selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le plan principal (T-T) du tablier (13) en position de franchissement d'obstacles est incliné par rapport 10 au sol de façon à ce que le bas du tablier soit proéminent. 7. Robot selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tablier (13) comporte une position rétractée permettant un usage du robot en mode poussée. 15 8. Robot selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la position du tablier (13) est sensiblement identique lorsque ce dernier se trouve en position rétractée du tablier ou en mode d'arrêt du robot. 20 9. Robot selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur du tablier correspond sensiblement à la largeur du corps (2) du robot, ou à la largeur des roues (3) du robot ou à une largeur allant au-delà de la largeur des roues (3). 10. Robot selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tablier 25 (13) est constitué principalement : (i) d'une pluralité de barres ; ou (ii) d'une plaque ; ou (iii) d'un panneau plein ; ou (iv) d'un panneau alvéolé. 30 11. Robot selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le vérin (11) est ajustable pour permettre le réglage du seuil de repli.