Brevet FR3058069A1 — publié le 20180504

Le pilotage d'un engin de traction sous-marin à une hélice est relativement difficile en raison du décalage vertical entre l'axe longitudinal du plongeur, avec celui de l'engin de traction. En effet le pilote est obligé de se placer au-dessus du flux généré par l'hélice. Le système est alors en déséquilibre dynamique et le 05 plongeur doit constamment corriger la trajectoire en utilisant ses palmes. Mais un plongeur handicapé moteur, paraplégique par exemple, ne peut pas piloter un tel engin avec efficacité, parce que il ne peut pas se servir de palmes de natation. D'autre part les gilets stabilisateurs à sustentation hydrostatiques, par exemple le dispositif selon le brevet US3747139, utilisant une réserve d'air dont le 10 volume est modifiable, ne sont pas adaptés à un plongeur handicapé de ce type, parce que la combinaison de plongée en mousse synthétique se contracte lorsque la profondeur augmente. Les jambes ont alors tendance à tomber au fur et à mesure que le plongeur descend sous l'eau, il ne peut pas actionner ses palmes pour se redresser. 15 Les palmes articulées selon le brevet N°FR2659862 (A1), par exemple, ne peuvent être utilisées par une personne handicapée des membres inférieurs. Dans tous les cas une telle personne ne peut effectuer des mouvements ondulatoires cycliques bénéfiques pour sa colonne vertébrale et les articulations de ses jambes. 20 Afin de remédier à ces inconvénients, le dispositif selon invention consiste à remplacer les palmes par une orthèse dynamique active, lorsque le plongeur ne peut les utiliser en raison d'une paralysie motrice permanente ou bien temporaire, résultant d'une maladie ou d'un accident par exemple. Cette solution technique permet de maintenir un effet de portance 25 hydrodynamique au niveau des pieds du plongeur, en faisant varier l'incidence de trois gouvernes. A cet effet, deux gouvernes de profondeur entraînées chacune par un actuateur rotatif et placées dans le plan horizontal, permettent de contrôler le roulis et le tangage. Une troisième gouverne de direction motorisée, placée dans le plan vertical OYZ1, permet de contrôler le mouvement de lacet. De plus, la 30 force de traînée de l'orthèse, opposée à la traction de l'engin, tend à aligner les jambes avec la colonne vertébrale. Le support de l'ensemble, comporte un plan destiné à la fixation du chaussant dans lequel le plongeur peut disposer ses pieds. Cette invention sera mieux comprise à l'étude de deux modes de réalisation particuliers, pris à titre d'exemple nullement limitatif, et illustrés par les dessins 35 annexés, sur lesquels : 3058069 2 la figure 1 représente en perspective le principe de fonctionnement du dispositif en association avec un engin de traction à double flux latéral. la figure 2 présente une association des gouvernes avec deux plans stabilisateurs perpendiculaires, intégrés au support. 05 la figure 3 présente un positionnement des moto-réducteurs d'entraînement des gouvernes pour une parfaite intégration hydrodynamique. la figure 4 montre le détail d'une liaison d'un servo-moteur à une gouverne, pour un meilleur guidage en rotation des gouvernes. la figure 5 présente l'association du circuit de commande avec le circuit de 10 puissance. la figure 6 présente une réalisation du boitier de commande, en deux parties montées sur des poignées rotatives. - la figure 7 présente l'intégration hydrodynamique préférentielle au corps (1) , d'un actuateur rotatif pneumatique. 15 La commande se fait manuellement, à l'aide d'un boitier électronique (6) fixé sur l'engin de traction. Une prise électrique (7) disposée sur celui-ci permet l'alimentation électrique avec sa batterie. Un câble électrique (5) assure alors le transport de cette énergie vers le circuit de puissance (25) avec deux fils conducteurs, ainsi que le transfert des données de commande avec deux autres 20 fils conducteurs supplémentaires. Ce câble comporte une prise multipolaire mâle étanche à chacune de ses extrémités, en correspondance avec la prise femelle (7) disposée sur l'engin de traction et une autre prise identique fixée sur le corps (1) de cette i'orthèse dynamique active. En référence à la figure 1, le dispositif conforme à l'invention comprend deux 25 gouvernes de profondeur (2) et (3) qui sont entraînées en rotation par deux actuateurs rotatifs indépendants. Le plongeur peut donc contrôler le tangage en faisant varier l'incidence de ces gouvernes dans le même sens, positif ou bien négatif. Il en résulte un mouvement correspondant de plongée ou d'ascension. En faisant varier l'incidence des gôuvemes en opposition, positive à gauche 30 et négative à droite ou bien le contraire, le plongeur suivra un mouvement de roulis dans le sens horaire ou bien dans le sens trigonométrique, par rapport à l'axe longitudinal de déplacement OY. A cette fin les ordres 'de commande sont effectués par deux interrupteurs à bascule, avec une position centrale neutre et rappel par ressort. Ces interrupteurs sont de type magnétique, insensibles à la 35 pression hydrostatique et étanches, ils comportent deux touches. 3058069 3 Tel que représenté sur la figure 2, le dispositif comprend une gouverne de direction (4) associée à deux gouvernes de profondeur (2) et (3). Un plan stabilisateur (8) selon le référentiel OX1Y, est disposé dans le prolongement des deux gouvernes de profondeur. Ce plan stabilisateur comprend un prolongement 05 (9), vers l'avant destiné à la fixation du chaussant. La gouverne de direction (4) est précédée par une dérive selon le plan OYZ1, profilée en bord d'attaque symétrique et faisant partie du support (1). Selon ce mode de réalisation, le support (1) est réalisé en une seule partie comprenant la dérive et le plan stabilisateur. Selon un autre mode de réalisation 10 préférentiel la dérive soutenant la gouverne de direction (4) est démontable et dans ce cas le plongeur n'utilise que les deux gouvernes de profondeur qui permettent d'amorcer des virages en plongée et en ascension, en modifiant manuellement l'incidence de l'engin de traction à double flux latéral, dans le plan vertical OYZ1. Ce type d'utilisation est particulièrement adapté à la réalisation de 15 ballets subaquatiques. Plus particulièrement avec l'utilisation d'un engin de traction à double flux latéral, construit selon un profil d'aile hydrodynamique, par exemple le modèle Mantaraya biturbo déposé sous N°d'enregistrement 00 4320, classement 12-06, publication 601 581 et 601 582. Selon le mode de fonctionnement de la figure 3, l'actuateur rotatif est 20 réalisé par l'association d'un servo-moteur tubulaire (10) avec un réducteur (11) dont l'axe de sortie (12) entraîne directement la gouverne correspondante. Le diamètre du servo-moteur tubulaire est le plus réduit possible pour pouvoir s'intégrer dans le profil de la gouverne, en améliorant ainsi la capacité hydrodynamique de l'orthèse. Le servo moteur électrique sera de préférence de 25 type "Pas à pas" avec blocage en position. La figure 4 montre un mode de réalisation préférentiel par lequel le guidage en rotation est assuré par l'axe (12) et par une bague (14) en matériau plastique autolubrifiant coulissant directement sur le stator du moteur électrique, correctement aménagé à cet effet en ce qui concerne l'état de surface et 30 l'oxydation. Les deux orifices (13) permettent à l'eau de circuler autour du servomoteur pour le refroidir. La liaison en rotation est assurée par une goupille (16) associée à deux anneaux élastiques (15). Ainsi est réalisée une parfaite intégration hydrodynamique de l'actuateur rotatif, dans le profil de la gouverne selon le plan OYZ1. 35 Selon la figure 5, le boitier de commande (6) comporte deux interrupteurs 3058069 4 (17) et (18) , avec rappel par ressort en position neutre, étanches et insensibles à la pression hydrostatique. Le calculateur intégré au boitier de commande (6) comporte un module de codage PWM (Modulateur de largeur d'impulsion) ou bien PCM (Modulation d'impulsion codée), pour commander les trois mouvements de 05 base. L'information de commande est transférée au circuit électronique de puissance standard (25) équipé d'un décodeur, inclus au servo-moteur correspondant, par les deux fils conducteurs dédiés au transfert des données appartenant au câble (5). La durée de la pression sur un interrupteur est convertie en déplacement angulaire par le calculateur de la partie puissance. Ces ordres 10 seront de préférence multiplexés selon le protocole CAN conforme à la norme ISO 11898. Ceci afin de limiter à deux le nombre de fils conducteurs dédiés au transfert des données, du câble (5). L'alimentation en énergie électrique se fait par l'intermédiaire de la prise (7), située sur l'engin de traction. Cette alimentation est représentée sur le schéma électrique par les bornes positives et négative, reliées 15 à la batterie de l'engin de traction. L'interrupteur à bascule (20) sert à contrôler le mouvement de lacet et l'interrupteur à bascule (21) permet de sélectionner un des trois modes cycliques programmés dans le calculateur intégré au boitier de commande (6), puis le retour en mode manuel, par une série de quatre impulsions. 20 Selon un mode de réalisation préférentiel, la télécommande (23) sous forme d'un boitier étanche, peut se brancher directement sur la prise (7) intégrée à l'engin de traction et reliée par un câble électrique au boitier de commande. Le récepteur (22) est branché sur une prise du corps (1) , identique à la prise (7). Selon la figure 6, le boitier de commande est réalisé en deux parties 25 interconnectées, pour un contrôle optimal de l'hortèse, en utilisant les deux mains. Chacune des deux parties du boitier est intégré à une poignée à rotation limitée (26), avec rappel en, position centrale par deux ressorts montés en opposition, en prenant appui sur le corps (1) et sur les deux faces opposées du levier (27). La limitation de la rotation angulaire est assurée par deux butées disposées sur la 30 poignée fixe correspondante et venant en appui sur le levier (27). D'autre part ce levier, lié mécaniquement à la poignée rotative, actionne un double interrupteur a bascule (17) ou bien (18), selon la poignée droite ou gauche. Ainsi un pouce est libéré pour actionner l'accélérateur progressif de l'engin de traction et l'autre peut contrôler le mouvement de lacet par l'intermédiaire d'un double interrupteur à 35 bascule (20), avec rappel en position neutre. Un autre double interrupteur à 3058069 bascule (21), permet de sélectionner te mode automatique pour les mouvements de tangage, de roulis et de lacet, ainsi que le retour en mode manuel par quatre impulsions successives. Le blocage en position neutre est activé par une impulsion sur la touche opposée de cet interrupteur, une deuxième impulsion force 05 le retour en mode manuel. Les réglages de la fréquence et de l'amplitude des trois mouvements automatiques sont préprogrammés sur la carte électronique de commande. Un affichage à trois diodes (19) sert à visualiser le mode automatique choisi. Les interrupteurs sont reliés au calculateur intégré au boitier (6) qui génère un signal codé de commande cyclique. La carte électronique programmable correspondante peut être de type "Arduino" ou bien conçue à la demande. La figure 7 montre une réalisation plus économique et plus performante, de l'orthèse, par le montage en opposition de deux vérins pneumatiques souples à membrane (29). Ces deux vérins pneumatiques sont en appui de part et d'autre d'un prolongement (30) de la gouverne (2), faisant office de levier. Les faces opposées sont en contact avec le corps (1), dans une cavité aménagée à cet effet. Cet actuateur se comporte donc comme un vérin pneumatique rotatif à double effet, avec un angle de rotation égal à deux fois l'incidence maximale Alpha. Il fait partie intégrante du corps (1), du point de vue conceptuel. Ces deux vérins sont pilotés par une électrovanne (31). Celle-ci est alimentée en air comprimé selon le conduit (32), par une cartouche d'air comprimée démontable et rechargeable, montée sur le corps (1). La gouverne correspondante est articulée sur le support (1) selon un axe (28) associé à un capteur de position angulaire (34). Ce type de conception très économique est tout particulièrement destinée à une conception de l'orthèse selon un projet de bio-design. Un blocage en une position quelconque est réalisée par le montage d'une électrovanne "Tout ou rien" (33) sur le conduit d'alimentation en air comprimé de chaque vérin pneumatique souple. Le profil de ce type de vérin sera de préférence rectangulaire, disposé selon sa longueur en position transversale dans le plan OX1Y, et parallèle à l'axe (28). Selon ce mode de réalisation de la partie puissance, le câble (5) peut avantageusement être remplacé par un système d'émission-réception sous la forme d'un émetteur (23), utilisant les ondes radio, laser ou bien des ultrasons. Le transfert des informations de commande au récepteur (22) peut se faire directement dans l'eau avec une antenne placée sur l'engin de traction, ou bien en utilisant un guide d'onde sous la forme d'un câble coaxial, dont les extrémités dénudées forment antenne, disposées à proximité des parties émettrice et 3058069 6 réceptrice, de la télécommande. Dans le cas d'utilisation d'une diode laser le guide d'onde sera constitué par une fibre optique. Une source d'énergie électrique de dimension réduite est alors intégrée dans le corps (1) sous la forme d'une batterie rechargeable, pour le pilotage des électro-vannes et l'alimentation du récepteur 05 (22). Ainsi un plongeur désirant se relaxer ou bien re-éduquer son corps et plus particulièrement sa colonne vertébrale, peut le faire sans effort en sélectionnant un mode automatique et en suivant l'engin de traction. Le contrôle automatique alternatif du tangage entraîne une ondulation cyclique 10 du corps du plongeur dans le plan vertical GYZ. Le contrôle automatique alternatif du roulis entraîne une torsion alternative cyclique du corps du plongeur selon l'axe de déplacement GY. Le contrôle automatique alternatif du lacet provoque une flexion cyclique latérale du corps dans le plan horizontal GXY. 15 Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production industrielle économique par injection-réaction de polyuréthanes, dans le cadre d'un projet de bio-design avec intégration directe des fonctions mécaniques concernant l'entraînement en rotation des gouvernes. Il n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais le concepteur avertit saura y 20 apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS1) Ensemble composé d'une orthèse dynamique active comprenant deux gouvernes de profondeur entraînées chacune par un actionneur rotatif, une gouverne de direction, un prolongement (9) vers l'avant destiné à la fixation d'un chaussant, et d'un engin de traction sous-marin, caractérisé en ce que le contrôle 05 de l'orthèse est réalisé par l'intermédiaire d'un boitier manuel de commande électronique (6) fixé sur l'engin de traction. 2) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation électrique de l'orthèse et le transfert de données de commande, sont réalisés par un câble électrique (5) comportant une prise multi-polaire mâle à chaque 10 extrémité, en correspondance avec une prise électrique femelle (7) montée sur l'engin de traction et une autre prise identique sur le corps (1) de l'orthèse. 3) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que des données de commande sont transmises par un émetteur (23) branché sur une prise (7) intégrée à l'engin de traction, associé à un récepteur (22) branché sur une prise 15 identique fixée sur le corps (1) de l'orthèse. 4) Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier manuel de commande électronique (6) est construit en deux parties inter-connectées. 5) Ensemble selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le boitier manuel de 20 commande électronique (6) comporte un double interrupteur à bascule (21) comportant deux touches avec rappel par ressort en position neutre, qui permet de sélectionner le mode automatique cyclique concernant les mouvements de tangage, de roulis, de lacet, et le retour en mode manuel, par quatre impulsions successives sur la première touche. 25 6) Ensemble selon la revendication 5 caractérisé en ce que le blocage en position neutre des gouvernes, puis le retour en mode manuel, sont activés par deux impulsions successives sur la deuxième touche. 7) Ensemble selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque actionneur rotatif est réalisé par deux vérins pneumatiques souples (29), en 30 contact de part et d'autre du prolongement (30) de la gouverne correspondante et en appui dans une cavité aménagée du corps (1) de l'orthèse. 8) Ensemble selon la revendication 7 caractérisé en ce que un blocage dans une position quelconque est réalisé par le montage d'une électrovanne "Tout ou rien" (33) sur le conduit d'alimentation en air comprimé de chaque vérin 3058069 8 pneumatique souple. 9) Ensemble selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'axe (28), selon lequel la gouverne correspondante s'articule sur le corps (1), est associé à un capteur de position angulaire (34). 05 10) Ensemble selon la revendication 9 caractérisé en ce que la dérive soutenant la gouverne de direction (4), est démontable.