Brevet FR3052439A1 — publié le 20171215

Dispositif d'ancrage piloté à distance Domaine technique et état de l'art L'invention concerne un dispositif d'ancrage pilotable à distance. Dans le domaine des secours et de la sécurité civile, il est connu d'utiliser un grappin pour créer un point d'arrimage en hauteur pour un dispositif de sécurité, pour amener des secours sur un lieu difficile d'accès, pour sécuriser un objet en train de chuter, etc. De manière classique, un grappin est lancé, le plus souvent en hauteur, en direction d'un objet sur lequel il peut s'arrimer tel qu'une branche d'arbre, une balustrade de fenêtre ou une faille dans un rocher par exemple. Il peut être lancé à la main ou avec un lanceur approprié tel qu'une arbalète ou un lanceur à air comprimé, pour permettre d'atteindre des points d'ancrage plus éloignés. Le lancer d'un tel grappin est dans tous les cas compliqué et un bon entraînement est nécessaire pour atteindre un objet cible. Egalement, en situation d'urgence et dans un endroit difficile d'accès pour des questions de géographie de terrain ou de météo, il est souvent compliqué de trouver un objet cible approprié pour recevoir un grappin lancé depuis un point éloigné. De plus, une fois le grappin lancé et accroché sur un point d'ancrage, il est très difficile voire impossible de le récupérer. Description de l'invention L'invention propose un nouveau dispositif d'ancrage bien plus maniable et efficace qu'un grappin connu. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'ancrage comprenant un drone, autrement nommé véhicule aérien sans pilote à bord, caractérisé en ce qu'il comprend également un grappin fixé à une structure du drone, grappin comprenant au moins un harpon dont une extrémité distale est terminée par au moins un crochet d'ancrage. Le drone est naturellement pilotable à distance depuis une position sécurisée. Le drone permet d'approcher au plus près le grappin de l'objet cible destiné à servir de point d'ancrage et permet d'accrocher bien plus facilement le grappin sur ou autour de l'objet en question. Piloté à distance, le drone vient positionner le crochet du grappin directement sur l'objet cible. Le drone permet d'atteindre des arrimages (objets cibles) en hauteur, mais aussi sur des arrimages éloignés horizontalement, ou sous le point de décollage du drone (dénivelé négatif). Il permet par exemple le franchissement d'une ravine, d'un cours d'eau, d'une vallée, d'une crevasse de glacier, la mise en place d'une tyrolienne, .... Le drone peut également faire le tour d'une excroissance d'arrimage (cheminée, tronc, éperon rocheux, etc) afin d'assurer une accroche du filin par adhérence. Avantageusement, le grappin est fixé à la structure du drone de manière amovible par un moyen de fixation dont une ouverture et / ou une fermeture peut être manuelle ou piloté à distance. Une fois le crochet ancré sur l'objet cible, le drone peut ainsi être détaché du grappin et ramené vers une zone sécurisée. 3052439 2 Egalement, peut être prévu un filin dont une extrémité est fixée au grappin. Une fois le grappin posé sur l'objet cible, le filin permet de consolider la position du grappin sur l'objet cible par une traction du filin et du grappin. Il permet également bien sûr à une personne de se rapprocher du point d'ancrage ou d'approcher du matériel du point d'ancrage. 5 Associée au filin, une poulie peut également être prévue. Le filin est dans ce cas fixé au grappin par l'intermédiaire de la poulie. Le filin va ainsi permettre de tirer jusqu'au grappin un matériel de sécurité ou de sauvetage plus lourd, plus volumineux, une échelle de corde ou un dispositif de mouflage par exemple et venir ancrer ledit matériel au grappin et à l'objet cible sur lequel le grappin est fixé. Il devient ainsi possible d'aller fixer sur un objet cible un matériel lourd et volumineux en utilisant un drone de taille limitée à celle nécessaire pour le transport d'un matériel 10 de petite taille (en terme de poids et d'encombrement) tel qu'un grappin et un filin. Le dispositif d'ancrage selon l'invention a été développé pour des applications liées à la sécurité civile ou au sauvetage de personnes ou de biens. Mais bien d'autres applications sont envisageables : activité d'escalade, installation de lignes électriques aériennes, installation de haubans pour un pont, ancrage d'un chapiteau, dégagement d'un véhicule en panne, ... et plus généralement , toutes situations où on recherche un point d'ancrage 15 distant et éventuellement peu accessible. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples dispositifs d'ancrage selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non 20 limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 3 sont des vues en perspectives de dispositifs d'ancrage selon l'invention, - la figure 4 montre une utilisation possible d'un dispositif d'ancrage selon la figure 2, et - la figure 5 montre une vue en perspective d'un dispositif de pilotage à distance d'un dispositif d'ancrage selon l'invention. 25 Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une vue en perspective d'un dispositif d'ancrage selon l'invention, comprenant un drone 10 et un grappin 20. Le dispositif de la figure 1 est représenté en situation d'ancrage sur un garde-corps 15 d'un bâtiment 16 sur la figure 4. Dans cet exemple, le grappin 20 comprend un unique harpon 21 comprenant un unique crochet 21a 30 d'ancrage et un dispositif d'appui 22. Bien sûr, plusieurs harpon peuvent être prévus, et même plusieurs crochets à l'extrémité de chaque harpon. 3052439 3 Le harpon 21 a une extrémité distale 21a en forme de crochet et une zone médiane 21b du crochet est fixée à la structure du drone ; le harpon s'étend selon une direction sensiblement perpendiculaire au corps du drone. Le crochet est ici fixé de manière permanente sur le drone. Ainsi, une fois le grappin positionné sur l'objet cible, le moteur et les hélices du drone sont arrêtés. Le drone grappin reste en position pendant toute l'opération en cours. 5 Le dispositif d'appui 22 est ici fixé sur un côté de la structure du drone, côté opposé au harpon 21. Lorsque le crochet 21a est arrimé sur l'objet cible (un garde-corps de balcon dans l'exemple de la figure 4), le dispositif d'appui 22 vient en appui contre l'objet cible pour que la structure du drone ne vienne pas en contact avec l'objet cible et pour qu'il n'y ait pas d'effort de levier directement sur la structure du drone lors d'une traction sur le grappin. Bien sûr, plusieurs dispositifs d'appui peuvent être prévus, répartis de préférence sur le pourtour de la structure du 10 drone. Un filin 24 est fixé au grappin, ici au niveau du dispositif d'appui 22. Par filin, on entend bien sûr tout type de matériau filaire : un filin mécanique tel qu'une corde, une cordelette, un câble métallique ou synthétique, ..., présentant des propriétés mécaniques aptes à permettre la suspension de matériel de secours ou de personnes par exemple ; mais aussi un filin présentant des propriétés de transfert d'information et / ou de puissance électrique tel 15 qu'un câble coaxial, un fil torsadé, une fibre optique, un câble électrique. Le crochet 21a à l'extrémité distale du harpon 21 peut être sécurisé de façon optionnelle par un doigt de sécurité (non représenté) anti-ouverture. Ce doigt de sécurité est similaire à celui d'un mousqueton ; il peut être passif, c'est-à-dire à ouverture et / ou fermeture manuelle, par exemple par l'intermédiaire d'un ressort ; il peut aussi être actif, c'est-à-dire à ouverture et / ou fermeture motorisée et pilotée à distance. 20 Le grappin est prévu pour avoir une résistance mécanique importante, par exemple une résistance à l'arrachement supérieure à 1 tonne. Le point d'ancrage ainsi réalisé peut être utilisé pour supporter le poids de plusieurs personnes ou d'un matériel lourd. Il est par exemple réalisé avec une âme ou une enveloppe en matériau très solide, un métal tel que du Titane par exemple ou un matériau composite ou un matériau multicouche (dit sandwich). Selon les applications envisagées, il peut être recouvert, au moins localement au niveau de sa zone d'ancrage, d'un 25 revêtement présentant des aspérités en surface pour une meilleure adhérence sur l'objet cible et / ou d'un revêtement en matériau électriquement isolant (composite, fibre de verre, Kevlar ®, ...) ou volontairement électriquement conducteur (pour la mise à la terre d'une ligne sous tension par exemple). Les figures 2 et 3 montrent des variantes du dispositif d'ancrage de la figure 1. Dans la variante de la figure 2, le 30 harpon 21 et son extrémité crocheteuse 21a sont sous la structure du drone, le harpon étant orienté selon une direction sensiblement parallèle au corps du drone. Ainsi, le drone peut se positionner au dessus d'un objet cible, un mur de quelques dizaines de centimètres de large par exemple, et rester dans sa position horizontale de vol. Dans la variante de la figure 3, le harpon 21 et son extrémité crocheteuse 21a sont au dessus de la structure du drone, le 3052439 4 harpon étant orienté selon une direction sensiblement parallèle au corps du drone. Ainsi, le drone peut se positionner au dessous d'un objet cible, une branche d'arbre par exemple. Selon une variante encore, le grappin peut être fixé de manière amovible à la structure du drone, par un moyen de 5 fixation (par exemple une pince) dont une ouverture et/ou une fermeture peu(ven)t être manuelle(s) et / ou pilotée(s) à distance depuis un pupitre de télépilotage du drone. Une fois le grappin en place sur l'objet cible, le drone peut ainsi être libéré. Inversement, le drone peut venir récupérer le grappin lorsqu'il n'est plus utilisé. Egalement, il est possible d'utiliser plusieurs grappins avec un même drone : en fonction de la situation et de l'objet cible, on choisira le grappin le plus approprié en fonction de sa forme, son poids, sa résistance mécanique, ... 10 Dans l'exemple de la figure 1, une poulie 25 est fixée au grappin, au niveau du dispositif d'appui 22, et un filin 24 est positionné dans une gorge de la poulie. Le drone embarque ainsi uniquement le grappin, la poulie et le filin. Une fois le grappin ancré sur l'objet cible, un matériel plus lourd tel qu'une échelle de secours, un dispositif de mouflage ou un hauban peut être tracté en direction du grappin via le filin. Selon un mode de réalisation, le grappin est fixé à la structure du drone par l'intermédiaire d'une rotule 23 ou d'une 15 liaison pivot (non représentée) et l'orientation du grappin sur la rotule ou la liaison pivot est pilotée à distance via un pupitre de télépilotage. Ainsi, en fonction de l'objet cible, il est possible de positionner le grappin vertical, horizontal, ou plus généralement incliné pour faciliter l'ancrage du grappin sur l'objet cible. Egalement, lors de la récupération du grappin, le grappin est arrimé au drone, soit en dessous, soit au dessus, voire sur le coté de la structure du drone en fonction de la configuration des possibilités d'arrimage puis, une fois le grappin fixé sur le drone, il devient 20 possible d'incliner le drone par rapport au grappin de sorte à amener le drone dans une position horizontale lui permettant de décoller. Le drone comprend dans les exemples représentés quatre moteurs à hélice répartis de manière classique autour du corps du drone, ce qui lui donne un bon équilibre qu'elle que soit la direction dans laquelle il se déplace. Sur la figure 4, les hélices sont carénées par un bouclier périphérique 12 et deux grilles 13 pour empêcher qu'un utilisateur ne se 25 blesse en déplaçant le drone. Ceci est d'autant plus important que le drone grappin a vocation à être utilisé notamment (mais pas seulement) dans des situations d'urgence où la réactivité et la sécurité des personnes sont des points critiques. Plus généralement, le drone peut disposer de plus ou moins de voilure(s) tournante(s), par exemple 1,2,3, 6, 8 hélices (chaque hélice comprenant au moins deux voilures tournantes) disposées en carré (dit en X), en triangle (dit 30 en Y), en hexagone ou en octogone, ou de plus ou moins voilure(s) fixe(s), par exemple une ou des ailes monoplan ou biplan, rigides ou souples. La présence d'une voilure fixe en complément d'une voilure tournante assure au drone une plus grande portée au vol à grande vitesse, et / ou une discrétion en vol plané (vol moteur coupé par exemple à l'approche de la cible). 3052439 5 Le drone est piloté à distance via un pupitre de télépilotage 26. Outre les fonctions habituelles de pilotage d'un drone, le pupitre de télépilotage d'un drone selon l'invention intègre, selon les variantes : - une fonction de commande d'ouverture/fermeture du moyen de fixation (pince) du grappin au drone, pour permettre de décrocher le drone lorsque le grappin est arrimé à son point d'ancrage et / ou pour permettre de 5 raccrocher le grappin au drone pour récupérer le grappin après utilisation et /ou - une fonction de pilotage de l'orientation du grappin par rapport au corps du drone, par exemple pour faire basculer le grappin autour d'un axe transversal permettant de positionner le crochet du grappin à la verticale ou à l'horizontale, et/ou - une fonction de commande d'ouverture/fermeture du doigt de sécurité du crochet d'ancrage (mousquetonnage 10 sur la cible d'arrimage). Pour faciliter l'interaction entre le drone et son pilote, le pupitre de télépilotage peut comprendre : - un écran 27 couplé à au moins une caméra embarquée sur le drone, pour permettre au pilote de visualiser le lieu et l'objet sur lequel le grappin doit être ancré, et / ou - un levier orientable, tel qu'un joystick (manette) 28 ou une souris 3D, pour faciliter la transmission via la main du 15 pilote des mouvements à effectuer par le drone - un bouton de commande d'ouverture ou de fermeture du moyen de fixation du grappin au drone, pour permettre de décrocher le drone du grappin et / ou pour permettre de raccrocher le grappin au drone, - un bouton de commande d'ouverture ou de fermeture du doigt de sécurité du crochet 21a, pour permettre de sécuriser l'arrimage sur l'objet cible ou de libérer le crochet. 20 Pour faciliter l'arrimage du grappin, le dispositif d'ancrage peut encore comprendre un moyen d'assistance à l'arrimage comprenant par exemple : - un moyen de détection d'un objet cible, comprenant par exemple au moins un dispositif de prise d'images embarqué sur le drone, un moyen de reconstruction d'un objet en trois dimensions à partir des images prises, 25 - un moyen pour identifier l'objet reconstitué par comparaison avec des objets mémorisés dans une base de données (exemples d'objets cibles : cheminée, faîtière, parapet, balcon, branche, treillis métallique), et proposer une trajectoire d'arrimage associée à l'objet identifié. La trajectoire à suivre comprend la direction, l'orientation, la distance à parcourir par le drone au voisinage de l'objet cible pour arrimer de façon optimale le grappin sur l'objet cible. Le pilote distant du drone est libre accepter ou de 30 refuser la trajectoire proposée. Pour assister le pilotage du drone également, le dispositif d'ancrage peut encore comprendre un moyen d'assistance à l'évitement d'obstacle comprenant : - au moins un dispositif de détection, pour déterminer une direction d'un éventuel obstacle et mesurer une distance entre la structure du drone et ledit obstacle, par exemple un mesureur par ultra-sons, un mesureur laser, un mesureur optique, un palpeur, un capteur de champs magnétiques ..., 3052439 6 - un moyen de pilotage du drone apte à entraîner le drone dans une direction différente de la direction de l'obstacle si la distance entre le drone et l'obstacle est inférieure à une distance minimale de sécurité. 3052439 7 NOMENCLATURE 10 Drone 12 bouclier 13 grilles 5 15 garde-corps 16 bâtiment 20 grappin 21 harpon 21a crochet d'ancrage 10 22 dispositif d'appui 23 liaison pivot ou rotule 24 filin 25 poulie 26 pupitre de télépilotage 15 27 écran 28 levier REVENDICATIONS1. Dispositif d'ancrage comprenant un drone (10), autrement nommé véhicule aérien sans pilote à bord, caractérisé en ce qu'il comprend également un grappin (20) fixé à une structure du drone, grappin comprenant au moins un harpon (21) dont une extrémité distale est terminée par au moins un crochet (21a) d'ancrage. 2. Dispositif d'ancrage selon la revendication précédente dans lequel le crochet d'ancrage comprend un doigt de sécurité dont une ouverture et / ou une fermeture est manuelle ou pilotée à distance. 3. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes dans lequel le grappin comprend également au moins un dispositif d'appui (22). 4. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes dans lequel le grappin est fixé à la structure du drone de manière amovible par un moyen de fixation dont une ouverture et / ou une fermeture est manuelle ou pilotée à distance . 5. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes dans lequel le grappin est fixé à la structure du drone par l'intermédiaire d'une rotule ou d'une liaison pivot et dans lequel l'orientation du grappin sur la rotule ou la liaison pivot est pilotée à distance . 6. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes comprenant également un filin (24) dont une extrémité est fixée au grappin. 7. Dispositif d'ancrage selon la revendication comprenant également une poulie (25), le filin étant fixé au grappin par l'intermédiaire de la poulie. 8. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes comprenant également une assistance à l'évitement d'obstacles. 9. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes comprenant également un carénage de protection des usagers. 10. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen d'assistance à l'arrimage comprenant : - un moyen de détection d'un objet cible, comprenant par exemple au moins un dispositif de prise d'images embarqué sur le drone, un moyen de reconstruction d'un objet en trois dimensions à partir des images prises, - un moyen pour identifier l'objet reconstitué par comparaison avec des objets mémorisés dans une base de données (exemples d'objets cibles : cheminée, faîtière, parapet, balcon, branche, treillis métallique), et proposer une trajectoire d'arrimage associée à l'objet identifié. 11. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen d'assistance à l'évitement d'obstacle comprenant : 3052439 9 - au moins un dispositif de détection, pour déterminer une direction d'un éventuel obstacle et mesurer une distance entre la structure du drone et ledit obstacle, par exemple un mesureur par ultra-sons, un mesureur laser, un mesureur optique, un palpeur, ou un capteur de champs magnétiques, - un moyen de pilotage du drone apte à entraîner le drone dans une direction différente de la direction de 5 l'obstacle si la distance entre le drone et l'obstacle est inférieure à une distance minimale de sécurité.