Brevet FR3139406A1 — publié le 20240308

Système robotisé comprenant au moins deux robots (1 et 2), dont un robot intermédiaire (1) et au moins un robot d’intervention (2), au moins un ombilic (3), une station de pilotage (4), ledit au moins un robot d’intervention (2) étant relié audit robot intermédiaire (1) avec ledit au moins un ombilic (3), ledit robot intermédiaire (1) étant relié à ladite station de pilotage (4), caractérisé en ce que ledit au moins un robot d’intervention (2) est dépourvu de tout systèmes et composants électroniques susceptibles de dysfonctionnements ou dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques. Figure pour la publication : Fig. 1 Système robotisé La présente invention concerne un système de robots permettant l’intervention de robots en zone irradiée. État de la technique antérieure Différents fabricants proposent des du connecter deux véhicules à l’aide d’un ombilic, notamment dans le domaine sous-marin. Le document WO0060178A1 dévoile un ombilic qui fournit un courant alternatif au véhicule télécommandé à une tension supérieure à 3,5 kV. La source d'alimentation électrique sur le navire peut être une source d'alimentation triphasée et les trois phases peuvent être portées par la ligne ombilicale. La ligne ombilicale peut avoir une résistance suffisante pour lui permettre de supporter le poids combiné du véhicule actionnable à distance et de l'appareil de creusement de tranchées lorsqu'il est dans l'eau. Le véhicule télécommandé et l'appareil de creusement, lorsqu'ils sont reliés l'un à l'autre, peuvent alors être déplacés dans l'eau au moyen de la ligne ombilicale. Les signaux de commande, y compris les données, provenant de l'unité de commande de surface 18 sont acheminés vers une unité de commande sous-marine sur le système d'excavation via un multiplexeur optique utilisant un port série de protocole RS dans la ligne ombilicale. Par exemple, le système de vannes sur le skid d'interface 3 peut être actionné à partir de la console de commande 26. Les signaux de surveillance sont reçus via des canaux d'entrée analogiques et numériques disponibles à partir du ROV. Certains signaux, tels que les signaux indiquant la profondeur, le tangage, le roulis et le cap du système de creusement de tranchées, mis à disposition par le système de commande ROV en tant que sorties analogiques, peuvent être acquis par le système de commande de dérapage de tranchée. Néanmoins, ce dispositif présente les inconvénients suivants : le robot ne peut pas évoluer en zone irradiée. Le document EP1868020A1 dévoile un chariot 51 du dispositif 5, qui intègre avantageusement un moteur électrique alimenté par une source d'énergie extérieure à la conduite 2 à partir d'un ombilic suiveur également introduit dans ladite conduite 2, ledit moteur étant accouplé mécaniquement à un train d'entraînement desdits éléments de roulement 511, 512, cf. para . Néanmoins, ce dispositif présente les inconvénients suivants : le robot ne peut pas évoluer en zone irradiée. Un but de l’invention est de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. La demanderesse développe des véhicules robotisés qui ont pour effet de pouvoir éloigner l’homme du danger et pour l’assister lorsqu’il est amené à travailler dans un environnement présentant des dangers. On peut utiliser ce type de véhicule robot dans tout domaine présentant un danger, comme par exemple le domaine de la lutte contre le feu, le domaine militaire, le domaine du déminage ou bien un environnement du type nucléaire radiologique biologique et chimique (NRBC), mais également des domaines d’activité où un robot peut remplacer l’humain pour effectuer des taches difficiles ou périlleuses. L’invention concerne un système robotisé comprenant au moins deux robots, dont un robot intermédiaire et au moins un robot d’intervention, au moins un ombilic, une station de pilotage, ledit au moins un robot d’intervention étant relié audit robot intermédiaire avec ledit au moins un ombilic, ledit robot intermédiaire étant relié à ladite station de pilotage, dans lequel ledit au moins un robot d’intervention est dépourvu de tout systèmes et composants électroniques susceptibles de dysfonctionnements ou dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques. Selon un mode de réalisation de l’invention, la station de pilotage est connectée au robot intermédiaire par fibre optique ou par transmission sans fil. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot d’intervention a une masse inférieure à 150 kg. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire comprend des batteries et des convertisseurs haute tension pour alimenter le robot d’intervention en courant alternatif. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire est constitué de matériaux et est réalisé selon des procédés destinés à limiter les effets des radiations. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire comprend au moins un enrouleur de câble. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Liste des figures La illustre un système de robots selon un mode de réalisation Description détaillée de l’invention Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. L’équipement proposé par la demanderesse peut se présenter sous la forme d’un système de robots mettant en œuvre préférablement le robot Atrax XL© et le robot INTRA©. Les réactions nucléaires génèrent différents types de particules : des photons X, des photons gamma, des neutrons. La gamme d'énergie des neutrons produits dépend du type de réaction nucléaire. On considère classiquement les dommages produits par des neutrons de 1 MeV pour une réaction de fission et ceux produits par des neutrons de 14 MeV pour une réaction de fusion. Lorsque les neutrons produits interagissent avec les molécules de l'air ou les structures d'un système, ceux-ci se thermalisent et descendent à une énergie dans la gamme de 25 meV. Les particules secondaires résultent de l'interaction des particules énergétiques avec les matériaux environnant immédiatement les composants électroniques. Ceci peut causer des dysfonctionnements et dégradations des composants électroniques. Le durcissement des composants électroniques contre les rayonnements ionisants désigne un mode de conception, de réalisation et de test des systèmes et composants électroniques pour les rendre résistants aux dysfonctionnements et dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques rencontrés notamment dans l'environnement des réacteurs nucléaires, voire lors d'opérations militaires. La plupart des composants durcis face aux rayonnements ionisants sont des adaptations de composants du marché, réalisés selon des procédés destinés à limiter les effets des radiations sur les matériaux qui les constituent. En raison de la complexité de ces adaptations, le développement de tels composants, destinés à un marché de niche, prend du temps et revient cher. C'est la raison pour laquelle ces composants offrent des performances souvent très en retrait par rapport à leurs équivalents contemporains du marché. Une simple particule chargée de haute énergie traversant un matériau semi-conducteur est susceptible d'injecter des centaines d'électrons dans la bande de conduction, accroissant le bruit électronique et provoquant un pic de signal dans un circuit analogique, ou faussant les calculs dans un circuit numérique. À plus forte énergie, c'est la qualité même des matériaux, et par conséquent leurs propriétés physiques, qui peut être définitivement dégradée, conduisant à la destruction pure et simple du composant irradié. C'est un problème particulièrement critique pour l'électronique des satellites et des vaisseaux spatiaux, de l'aviation militaire, et des installations nucléaires. Les méthodes employées pour rendre les composants électroniques résistants aux radiations sont généralement désignées du terme anglais « radiation hardening », et de tels composants sont dits « rad-hard » ; les termes français « radiodurcissement » et « radiodurci », qui seraient équivalents, ne se rencontrent quasiment jamais dans la littérature. Deux types d'effets directs des radiations sur les composants sont à considérer : Les défauts cristallins induits par les particules subatomiques ainsi que par les photons gamma de très grande énergie, perturbent le réseau cristallin des matériaux électroniques et provoquent des désordres irrémédiables en multipliant les centres de recombinaison. Ceci a pour effet de neutraliser l'essentiel des porteurs minoritaires et donc de modifier sensiblement les propriétés électroniques des matériaux irradiés. De façon quelque peu paradoxale, des doses de radiations supérieures sur de brèves périodes de temps peuvent générer un recuit qui restaure partiellement les propriétés du matériau, conduisant à des dommages moindres que ceux produits par des doses de radiations plus faibles mais sur une plus longue période de temps. Les transistors bipolaires sont particulièrement sensibles à ce type de dégâts en raison du rôle déterminant que jouent les porteurs minoritaires dans ce type de structures. Les effets ionisants provoqués par les particules chargées, y compris celles dont l'énergie est trop faible pour induire des défauts cristallins, sont généralement transitoires mais peuvent conduire à la destruction des composants touchés, notamment par effet de « latchup ». Les photocourants induits par les rayons X et ultraviolet peuvent également être rangés dans cette catégorie d'effets. L'irradiation des transistors MOSFET provoque l'accumulation progressive de trous dans la couche d'oxyde qui finit par dégrader leurs performances jusqu'à les détruire. Par ailleurs, dans le cas d'explosions nucléaires ou thermonucléaires, des phénomènes de couplages électromagnétiques sont également à considérer. Ceux-ci doivent donc être pris en compte lorsqu'il s'agit de protéger les équipements électroniques embarqués sur des systèmes devant rester opérationnels après de telles agressions. Les circuits durcis aux radiations sont souvent réalisés sur matériau isolant plutôt que sur substrat semi-conducteur. Les techniques SOI (en Anglais « Silicon On Insulator », en l'occurrence de l'oxyde de silicium SiO2) et SOS (en Anglais « Silicon On Sapphire », c'est-à-dire sur oxyde d'aluminium Al2O3) sont les plus employées. Les composants commerciaux supportent des doses de radiations de 50 à 100 Gy, alors que les composants spatiaux conçus en SOI ou SOS supportent des doses plusieurs dizaines de fois plus élevées. À défaut, on choisit de préférence des substrats à large bande interdite, tels que le carbure de silicium et le nitrure de gallium, afin de limiter l'effet des centres de recombinaison des porteurs (électrons et trous) au niveau des défauts cristallins induits par les radiations. On utilise plutôt les mémoires statiques SRAM de préférence aux mémoires dynamiques DRAM, dont les cellules sont plus petites (donc plus sensibles aux effets d'une particule énergétique isolée) et les condensateurs structurellement plus sensibles aux radiations au niveau de la couche isolante sous la grille. On recouvre le circuit de verre de borophosphosilicate, ou BPSG, pour « borophosphosilicate glass » en Anglais appauvri en bore 10, lequel absorbe les neutrons et se désintègre en émettant des particules α. On notera que le durcissement militaire, par exemple pour les systèmes devant survivre à des agressions nucléaires, conduit à des problématiques et donc des solutions techniques tout à fait spécifiques, d'une part du fait des niveaux de fluences photoniques et neutroniques devant être considérées, et d'autre part du fait des problématiques de couplages électromagnétiques. On peut aussi remarquer que le durcissement militaire doit être complété par un durcissement à l'Environnement Radiatif Naturel (ERN) pour les systèmes devant fonctionner dans l'espace. Il est également possible de blinder le boîtier du composant pour protéger celui-ci des radiations. Utiliser un robot d’intervention comme par exemple INTRA© avec des batteries intégrées dans un cadre comportant des rayonnements importants, peut s’effectuer en agençant du blindage autour du robot. Dans ce cas de figure, le robot coûte très cher, voir même plus d’un million d’euros et pèse très lourd, environ 400 kg. La solution proposée par une mise en œuvre de l’invention consiste de retirer tout dispositif électronique du robot d’intervention. Ceci implique de déporter tout module électronique du robot d’intervention vers le robot intermédiaire. Le robot intermédiaire pourra être à même de fournir en électricité le robot d’intervention pour l’activation de tout actionneur se trouvant sur ce dernier. En effet, le robot d’intervention peut comporter des moteurs, vérins électriques et autres actionneurs. A son tour, le robot intermédiaire communique avec l’opérateur par le biais d’une connexion sans fil ou une connexion par câble, de préférence par fibre. Au niveau des systèmes électroniques, il serait utile d’implémenter, selon une mise en œuvre de l’invention, de la redondance des systèmes électroniques eux-mêmes, qui est une réponse classique aux aléas provoqués par les radiations, par exemple avec au moins trois systèmes fonctionnant en même temps qui comparent leurs résultats ; les systèmes qui produisent des résultats minoritaires doivent les recalculer, et tout système qui produit des résultats erronés de façon répétée peut être programmé pour être neutralisé. Un mécanisme reposant sur une horloge de surveillance peut également permettre de réinitialiser un circuit logique lorsque le système n'est plus en mesure d'écrire une valeur correcte dans l'horloge ; celle-ci termine alors son compte à rebours en forçant la réinitialisation du système. C'est le stade ultime après les autres techniques de durcissement contre les radiations. L’invention consiste à piloter un robot de taille moyenne, par exemple moins de 150 kg, alimenté par un ombilic connecté à un robot intermédiaire sur roues ou/et chenille, qui lui est lourd et blindé. Ceci permet de réaliser un système le plus efficace et surtout le plus économique. L’invention concerne un système robotisé comprenant au moins deux robots (1 et 2), dont un robot intermédiaire (1) et au moins un robot d’intervention (2), au moins un ombilic (3), une station de pilotage (4), ledit au moins un robot d’intervention (2) étant relié audit robot intermédiaire (1) avec ledit au moins un ombilic (3), ledit robot intermédiaire (1) étant relié à ladite station de pilotage (4). Selon l’invention, ledit au moins un robot d’intervention (2) est dépourvu de tout systèmes et composants électroniques susceptibles de dysfonctionnements ou dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques. Ceci signifie que ledit au moins un robot d’intervention (2) ne comporte aucun composant électronique mais on peut également envisager d’y placer tout composant électronique qui ne soit pas susceptible de dysfonctionnements ou dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques. Ceci peut être une solution intermédiaire, lorsqu’un capteur ou tout autre dispositif ou moyen de mesure ou de détection nécessite un amplificateur ou tout autre moyen de mise en œuvre d’un signal très faible. Dans ce cas de figure on peut envisager la réalisation d’un durcissement dudit composant selon une méthode choisie par l’homme de l’art. Ledit au moins un ombilic (3) peut avoir une longueur d’environ 300 mètres, peut-être plus court, entre 10 et 300 mètres et peut également être plus long de 300 mètres. La longueur sera choisie en fonction des besoins de la mission. Ledit au moins un ombilic (3) peut être composé de plusieurs fils électriques, d’un moyen de résistance à la traction et peut également comporter un blindage. Selon un mode de réalisation de l’invention, la station de pilotage (4) est connectée au robot intermédiaire (1) par fibre optique ou par transmission sans fil. La station de pilotage (4) peut avantageusement permettre de piloter plusieurs robots d’intervention en essaim. La station de pilotage (4) permet également de transmettre à l’opérateur tout détail permettant de réaliser une bonne compréhension du terrain dans lequel évolue le au moins un robot d’intervention, comme par exemple des cameras vidéo, des valeurs de température, de radiations, etc. Selon un mode de réalisation de l’invention, ledit au moins un robot d’intervention (2) a une masse inférieure à 150 kg. Ainsi le robot qui intervient en zone radioactive ou contaminée est petit, léger, ce qui lui permet d’évoluer dans un environnement hostile avec aisance. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire (1) comprend des batteries et des convertisseurs haute tension pour alimenter le robot d’intervention (2) en courant alternatif. Le robot intermédiaire est préférablement autonome en énergie et peut ainsi transformer la tension des batteries, qui est généralement de 24 ou 48V en triphasé 230 ou 380v. Les batteries peuvent être du type XTREM©, ce qui permet d’assurer le bon fonctionnement des batteries dans un environnement de température élevée. Des batteries du type XTREM© permettent également de réaliser une protection centre le rayonnement. En fournissant de l'énergie électrique à une tension plus élevée que celle habituellement utilisée par le au moins un robot d’intervention, la perte de puissance par unité de longueur le long de la ligne ombilicale peut être réduite. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire (1) est constitué de matériaux et est réalisé selon des procédés destinés à limiter les effets des radiations. Ainsi, le robot intermédiaire est blindé contre la radioactivité, et est mobile. Ceci permet de faire approcher le robot intermédiaire de la zone contaminée. On crée ainsi une zone de sécurité supplémentaire car le robot intermédiaire peut se situer entre la zone contaminée et la zone sans risque d’où l’opérateur pilote la station de pilotage. On peut réaliser ce durcissement face aux rayonnements ionisants en adaptant des composants du marché avec des protections du type blindage. Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire (1) comprend au moins un enrouleur de câble (5), visible sur la . Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot intermédiaire (1) comprend en outre un moyen d’attache rapide agencé pour fixer de manière amovible ledit au moins un ombilic. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système robotisé comprend au moins deux robots intermédiaires (1), chaque dit robot intermédiaire (1) étant relié à au moins un robot d’intervention (2) selon l’une des revendications précédentes, ledit système robotisé étant préférablement configuré pour être contrôlé automatiquement. Dans un mode de réalisation, tout robot intermédiaire (1) peut être contrôlé manuellement par un opérateur et peut être également contrôlé, au moins partiellement, automatiquement. Dans ce cas de figure on peut envisager le contrôle automatique d’au moins certaines fonctions des robots. Ce mode de réalisation permet la mise en œuvre du système de robots en essaim, préférablement contrôlés, au moins partiellement, automatiquement. Un robot classique est un véhicule ayant des moyens de déplacement adaptés à se déplacer à la surface d’un sol ou d’un fluide, en sous-marin dans un fluide ou dans l’air ou une combinaison de deux ou plus desdits moyens de déplacement, lesdits moyens de déplacement comprenant au moins une paire de roues, un dispositif de flottaison et/ou des chenilles et préférablement des chenilles latérales ou deux ou trois paires de roues. Ce mode de réalisation répond à des besoins particuliers de robots qui sont appelés à évoluer dans des environnements variés comme par exemple dans des tunnels immergés. Un robot se compose typiquement en outre d’un châssis. Ce châssis joue un rôle de maintien des différents éléments composant le robot en version de base et également lorsqu’il est équipé des options, selon les besoins de la mise en œuvre du robot. Le châssis a une forme générale de parallélépipède et est typiquement réalisé dans un matériau relativement léger pour éviter d’alourdir inutilement le robot mais en même temps robuste pour pouvoir affronter les épreuves du feu. Le robot est équipé de moyens de déplacement situés symétriquement de chaque côté latéral du châssis. Lorsque ces moyens de déplacement sont des chenilles, elles sont positionnées sensiblement sur toute la longueur du robot. Le rôle de ces chenilles est d’offrir une surface de contact importante avec le sol et de pouvoir offrir une adhérence optimale sur tout sol. Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation des évidements, décrits ci-dessus à titre d’exemple non limitatif, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Système robotisé comprenant au moins deux robots (1 et 2), dont un robot intermédiaire (1) et au moins un robot d’intervention (2), au moins un ombilic (3), une station de pilotage (4), ledit au moins un robot d’intervention (2) étant relié audit robot intermédiaire (1) avec ledit au moins un ombilic (3), ledit robot intermédiaire (1) étant relié à ladite station de pilotage (4), caractérisé en ce que ledit au moins un robot d’intervention (2) est dépourvu de tout systèmes et composants électroniques susceptibles de dysfonctionnements ou dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques. Système robotisé selon la revendication précédente, dans lequel la station de pilotage (4) est connectée au robot intermédiaire (1) par fibre optique ou par transmission sans fil. Système robotisé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le au moins un robot d’intervention (2) a une masse inférieure à 150 kg. Système robotisé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le robot intermédiaire (1) comprend des batteries et des convertisseurs haute tension pour alimenter le robot d’intervention (2) en courant alternatif. Système robotisé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le robot intermédiaire (1) est constitué de matériaux et est réalisé selon des procédés destinés à limiter les effets des radiations. Système robotisé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le robot intermédiaire (1) comprend au moins un enrouleur de câble (5). Système robotisé comprenant au moins deux robots intermédiaires (1), chaque dit robot intermédiaire (1) étant relié à au moins un robot d’intervention (2) selon l’une des revendications précédentes, ledit système robotisé étant préférablement configuré pour être contrôlé automatiquement.