Brevet FR3138059A1 — publié le 20240126

Robot équipé d’un bras se présentant sous la forme d’un corps tubulaire comprenant un manchon (12) formé d’une membrane souple flexible apte à être gonflée et à se déployer par éversion à l’extrémité distale du bras, à partir de ladite chambre de stockage (4) sous l’action d’un premier flux de fluide. Ce manchon (12) tubulaire ménage, à l’état déployé, un fourreau intérieur central servant de logement et de passage à un élément tubulaire flexible, portant une charge utile, telle qu’une caméra ou un capteur ou un actionneur. Selon l’invention, un second flux de fluide est injecté entre le fourreau et l’élément tubulaire, permettant à ce dernier d’avoir un déplacement déconnecté de celui du fourreau. Des câbles ou filins (22a, 22c), disposés dans des gaines périphériques du manchon (12) permettent de guider et orienter le déplacement dudit bras. Utilisation pour l’inspection de canalisations, rectilignes ou coudées, telles que des canalisations en milieu confiné ou pour le transport de charges utiles dans des canalisations, en particulier en milieu industriel, sanitaire, nucléaire, marin, corrosif, ou en milieu accidenté. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Robot équipé d’un bras souple déployable par éversion et son utilisation dans des zones confinées Domaine de l’invention La présente invention concerne un robot comprenant un bras déployable à partir d'une chambre de stockage et un poste de commande dudit bras, le bras étant un bras souple flexible pneumatique, notamment un bras destiné à être introduit dans une zone confinée. La présente invention concerne également l’utilisation du robot pour l’introduction du bras déployable dans des canalisations, plus particulièrement dans des zones confinées. Etat de la technique Pour des interventions dans des zones confinées, il est nécessaire de transporter une charge utile, telle une caméra, des capteurs, ou des actionneurs en communication avec l’opérateur commandant le robot. On connait des bras de robot sous forme de bras souples flexibles pneumatiques déployables à partir d’une chambre de stockage, sous l’action d’un flux gazeux, tel que de l’air. De tels bras de robot se présentent sous la forme d’un corps tubulaire comprenant un manchon, formé d’une membrane souple flexible apte à être gonflée et à se déployer par éversion. Le phénomène d’éversion se produit à l’extrémité distale du bras, et est alimenté en membrane à partir de ladite chambre de stockage sous l’action du flux de gaz. Ce manchon tubulaire ménage, à l’état déployé, un fourreau intérieur central servant de logement et de passage à un élément longitudinal, souvent tubulaire et flexible, portant une charge utile (caméra ou capteur par exemple). Un tel bras de robot, se déployant par éversion, c’est-à-dire par déploiement de la membrane de l’intérieur du manchon vers l’extérieur, présente l’avantage de ne pas déplacer la pollution, ou ne pas détériorer le milieu dans lequel il se déplace. Cependant lors du déploiement du corps tubulaire par éversion, le manchon gonflé vient enserrer, au niveau du fourreau central, l’élément longitudinal, qui, s’il n’est pas retenu du côté de la chambre de stockage, avance alors deux fois plus vite que l’extrémité distale du corps tubulaire. Ceci pose en particulier des difficultés de contrôle du positionnement de ladite charge utile et de son déplacement et donc du maintien en place de la charge utile par rapport à l’extrémité distale du bras du robot. But de l’invention Un premier but de l’invention est de pallier les inconvénients des robots ci-dessus en proposant un bras de robot souple flexible, déployable par éversion permettant de contrôler le déplacement et/ou le positionnement de la charge utile. Un autre but de l’invention est de proposer un bras de robot souple flexible, déployable par éversion pouvant progresser dans une canalisation, notamment en milieu confiné, tel qu’en milieu ATEX (atmosphères explosives). Ces buts, ainsi que d’autres, sont atteints par le robot selon la présente invention, qui propose un robot comprenant un bras déployable à partir d’une base incluant une chambre de stockage, un poste de commande dudit bras et une interface opérateur, ledit bras étant un bras souple flexible pneumatique, notamment destiné à être introduit dans une zone confinée, comprenant : - un corps tubulaire monté sur ladite base, ledit corps tubulaire comprenant un manchon formé d’une membrane souple flexible gonflable retournée dont les deux extrémités sont fixées à ladite base incluant la chambre de stockage de la membrane du manchon, - la chambre de stockage comportant au moins une première entrée d’un fluide, dénommé premier flux de fluide, ledit manchon étant, à l’état non déployé, au moins partiellement replié dans la chambre de stockage et apte à être gonflé et à se déployer par éversion à l’extrémité distale du corps tubulaire du bras, dénommée apex, à partir de ladite chambre de stockage sous l’action du premier flux de fluide, et ménageant, à l’état déployé (avantageusement sous forme tubulaire), un fourreau intérieur central selon l’axe du corps tubulaire, ledit fourreau étant apte à servir de logement et de passage à un élément tubulaire flexible, - l’extrémité distale du corps tubulaire du bras, dénommée apex, présentant une tête équipée d’au moins une charge utile portée par ledit élément tubulaire et poussée lors du déploiement du corps tubulaire (pouvant tracter ledit élément tubulaire flexible traversant le corps tubulaire ainsi que la base et ainsi ménager un canal de communication entre la base et la tête), - et une interface opérateur commandant l’alimentation en fluide en vue d’appliquer un flux de déploiement par éversion du manchon à partir de la chambre de stockage et ainsi l’avancée de l’extrémité distale du corps tubulaire du bras du robot. Selon l’invention, ledit robot est caractérisé en ce qu’il comprend une seconde entrée d’alimentation en fluide, dénommé second flux de fluide, connectée audit fourreau ménagé selon l’axe central du corps tubulaire, ledit second flux de fluide étant apte à créer et à maintenir un film de fluide autour de l’élément tubulaire en vue de faciliter l’introduction et/ou le déplacement dudit élément tubulaire au sein du fourreau et ainsi l’avancement de la charge utile. Dans un mode de réalisation particulier, le robot selon la présente invention est un robot pour inspection en milieu confiné. La présence de ce film de fluide, crée une couche séparant le fourreau des parois extérieures de l’élément tubulaire, dont le déplacement est alors « déconnecté » de celui du manchon. Le déplacement de l’élément tubulaire portant au moins une charge utile est ainsi indépendant du déploiement par éversion, et peut donc en particulier s’effectuer à la même vitesse que ce dernier, et non plus deux fois plus vite que l’extrémité distale du corps tubulaire. De manière avantageuse, ledit bras comprend des moyens d’entraînement du manchon hors et vers la chambre de stockage, lesdits moyens d’entrainement étant de préférence des moyens enrouleurs permettant respectivement le déploiement ou le repli dudit manchon. Le manchon peut par exemple être replié, au moins partiellement, en accordéon, dans la chambre de stockage. Selon un mode de réalisation préféré du robot équipé d’un bras souple flexible pneumatique de la présente invention, ledit bras comprend des câbles ou filins, logés dans des gaines longitudinales périphériques du manchon et reliés à au moins un mécanisme de traction, en vue de diriger/d’orienter l’apex du corps tubulaire (qui est également l’apex du bras du robot). Chacun desdits câbles ou filins présente avantageusement une première extrémité de câble ou filin fixée à la chambre de stockage du manchon, s’étend le long du fourreau du corps tubulaire et est logé, tout le long dudit corps tubulaire, dans une gaine longitudinale périphérique du manchon, une seconde extrémité du câble ou filin étant reliée à au moins un mécanisme de traction. De manière préférée, les gaines longitudinales périphériques externes de logement des câbles ou filins sont disposées selon des génératrices dudit corps tubulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’alimentation en fluides est issue d’une source unique divisée en deux flux, un premier flux pour le déploiement par éversion du manchon formant le corps du robot et un second flux d’alimentation en fluide du fourreau pour créer et maintenir une couche de fluide autour de l’élément tubulaire. Au moins l’un des premier et second fluides peut être un gaz, de préférence de l’air ou un gaz neutre, tel que de l’azote. En variante ledit premier fluide peut être un fluide présent au sein de la canalisation à explorer, par exemple du méthane. Il est également possible qu’au moins l’un des premier et second fluides soit un liquide, de préférence de l’eau. En variante ledit second fluide peut être un fluide présent au sein de la canalisation à explorer, par exemple de l’eau. La charge utile peut comprendre une caméra (connectée), ou au moins un capteur ou un dispositif d’aspiration, ou un dispositif de propulsion de fluide, ou un dispositif de photogrammétrie, ou un actionneur ou plusieurs de ceux-ci. Le robot équipé d’un bras souple flexible pneumatique selon la présente invention peut être, caractérisé en ce que la tête du corps tubulaire porte un dispositif de repérage dans l’espace, telle qu’une centrale inertielle comprenant au moins un accéléromètre et/ou au moins un gyromètre. La membrane du manchon est en un matériau éversible et préférablement imperméable ou ayant un taux de perméabilité permettant l’éversion dudit manchon sous l’action du premier flux de fluide. De manière avantageuse, la membrane du manchon est en un matériau choisi parmi un matériau polymère, tel que le polychlorure de vinyle, ou le polyéthylène, de préférence le polyéthylène basse densité, ou un polyéthylène chlorosulfoné, ou un tissu imprégné de polymère, tel que de la toile ou voile de traction (par exemple un tissu tel que de la toile ou voile d’aile de kitesurf). Par « matériau éversible », il est entendu dans le cadre de la présente invention un matériau apte à constituer une membrane suffisamment souple pour lui permettre de se retourner de l’intérieur vers l’extérieur et vice-et-versa. La présente invention concerne également toute utilisation du robot équipé d’un bras souple flexible pneumatique tel que décrit ci-dessus : et plus particulièrement pour l’inspection de canalisations, rectilignes ou coudées, telles que des canalisations en milieu confiné, ou encore pour le transport de charges utiles dans des canalisations. L’utilisation d’un tel robot peut trouver une application en milieu industriel, sanitaire, nucléaire, marin, corrosif, ou en milieu accidenté, par exemple pour l’archéologie ou le secours. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : représente une vue en perspective d'ensemble du robot selon l'invention est un schéma en coupe de l'ensemble du robot de la est un agrandissement de l'extrémité B du bras du robot schématisé sur la est un schéma en coupe du corps tubulaire montrant les gaines périphériques de logement des câbles est une vue en perspective d’une partie du manchon montrant les gaines périphériques de logement des câbles directionnels est une vue en perspective de l'extrémité du manchon courbé est une vue en perspective de côté de la partie du manchon schématisé à la est une vue en coupe selon AA de la est un agrandissement de la zone D de la montrant le positionnement d’un câble dans une gaine périphérique. Descriptif détaillé d’un exemple En se référant aux figures 1 et 2, schématisant l'ensemble de la partie opérative du robot selon la présente invention, le bras 2 souple du robot est monté sur une base 1 en forme de boîtier. Cette base 1 est disposée en milieu ouvert alors que le bras 2 souple est destiné à se déplacer en milieu confiné. A cet effet ledit bras 2 porte une charge utile 3 qui peut comprendre tout dispositif de détection ou d'intervention embarqué à l'extrémité distale de ce bras 2, dénommée ci-après apex 14. Le bras 2 du robot selon l’invention est un bras souple flexible pneumatique comprenant un corps tubulaire constitué d'un manchon 12 formé d'une membrane 13 retournée dont les deux extrémités sont fixées à la base 1, comme cela sera décrit plus loin. La base 1 est un boîtier composé de deux chambres : une chambre principale et une chambre secondaire 5. La chambre principale constitue la chambre de stockage 4 de la membrane 13 du manchon 12 et est alimentée en un premier fluide via la première entrée (dénommée aussi admission principale) 8 en fluide. Ce premier fluide est destiné à gonfler la membrane 13 du manchon 12 permettant son déploiement par éversion. Cette chambre principale renferme une zone de stockage 7 de la membrane 13, repliée au moins partiellement en accordéon ainsi que des enrouleurs 6 (ici galets d’entrainement) permettant le déploiement ou le repli dudit manchon. La chambre secondaire 5 est alimentée en second fluide grâce à la seconde entrée (dénommée aussi admission secondaire) 9 et est pourvue d’une interface étanche 10 entre la chambre secondaire et le milieu ouvert où se trouve l'opérateur du robot. La base 1 comprend donc les organes permettant de gonfler, stocker, enrouler et piloter (au moyen de l’interface opérateur non représentée sur les schémas) le bras 2 du robot. L’ensemble bras + base est traversé par un élément tubulaire 17 longitudinal présentant un canal central 18 créant un axe de communication directe entre sa zone de stockage 11 et l'extrémité distale 14 (appelée aussi apex) du bras 2. Comme représenté sur les figures 4 et 5, le corps tubulaire du bras se compose d’une gaine centrale 20 formée par la membrane 13 souple et étanche, ou quasi étanche, au fluide, autour de laquelle sont ménagées des gaines périphériques 21 (ici au nombre de quatre : 21a, 21b, 21c et 21 d) le long des génératrices du corps tubulaire formant le manchon. Chacune de ces gaines périphériques loge un câble ou filin 22 (référencés 22a, 22b, 22c et 22d voir ). Cette gaine centrale, repliée sur elle-même, comme visible sur les figures 6,7 et 8, et ces gaines périphériques constituent le manchon 12. La membrane 13 retournée dudit manchon est fixée par ses deux extrémités à la chambre de stockage 4, la première extrémité étant fixée à la paroi extérieure de la chambre de stockage 4, la seconde extrémité étant fixée à l’intérieur de ladite chambre de stockage 4 en amont de la zone de stockage 7 de ladite membrane. Peu importe son état, le manchon 12 ménage, dans sa partie centrale ou âme 15, un espace libre formant un fourreau 16 longitudinal servant de logement et de passage à l’élément tubulaire 17. Cet élément tubulaire 17, flexible traverse de part en part l’âme du corps tubulaire formant le manchon, et porte à l’apex 14 une coiffe 19 servant de support à au moins une charge utile 3. Comme visible sur la , la coiffe 19 est de forme ovoïdale et de largeur supérieure au fourreau, permettant à l’extrémité distale du manchon de s’appuyer sur ladite coiffe lors de son déploiement par éversion et de pousser la charge utile vers l’avant. Le fonctionnement de ce bras de robot va maintenant être décrit plus en détail : Pour acheminer la charge utile 3 dans une zone difficilement accessible le corps tubulaire formant le bras 2 du robot peut : avancer, reculer, bifurquer tout en laissant un canal 18 ouvert entre l’apex 14 et la zone de stockage 11 de l’élément tubulaire 17. Principe de fonctionnement de l’avance : Le manchon 12 progresse par éversion : grâce à l’imposition, via l’admission principale 8, d’une pression et d’un débit du premier fluide (par exemple un gaz, avantageusement de l’air) dans ledit manchon, ce dernier se déplie de l’intérieur vers l’extérieur. Ainsi, un point situé sur la paroi du fourreau 16 se déplace (avantageusement à vitesse constante) jusqu’à l’apex 14 où sa vitesse diminue progressivement pour devenir nulle au niveau de paroi extérieure du manchon. La vitesse de progression de l’apex 14, définissant la vitesse d’avance du corps tubulaire du bras 2 du robot dans le milieu à explorer, est égale à la moitié de la vitesse de déplacement du fourreau 16 au sein du manchon 12. L’utilisation de l’éversion permet de disposer d’un espace libre au centre du corps tubulaire : l’âme qui est délimitée par le fourreau 16. Un élément tubulaire 17 peut alors être placé dans ce fourreau 16 pour créer un canal 18 communiquant. La pression du premier fluide dans le manchon 12 applique une force du fourreau 16 sur l’élément tubulaire 17 contraignant ce dernier à se déplacer à la vitesse des parois du fourreau 16, c’est-à-dire deux fois plus vite que l’apex 14. Pour pallier cela, un flux de fluide (second fluide, qui peut être aussi un gaz, ou un liquide, tel que de l’eau) provenant de l’admission secondaire 9 est imposé, qui vient décoller le fourreau de l’élément tubulaire et ainsi défaire l’adhérence entre ledit élément tubulaire 17 et le fourreau 16. Il est ensuite possible de laisser la coiffe 19 entrainer vers l’avant l’élément tubulaire 17 à la vitesse de l’apex 14 par appui de l’apex 14 sur la coiffe 19. En variante, il est également possible de désynchroniser les vitesses en imposant une vitesse à l’élément tubulaire 17 depuis sa zone de stockage 11, ce qui permet par exemple de faire avancer la charge utile 3 dans une zone où le corps tubulaire ne pourrait plus avancer. Principe de fonctionnement du recul : Pour faire reculer le corps tubulaire, des enrouleurs 6 de la membrane sont disposés dans la chambre de stockage 4. Ils permettent de renfiler la membrane du manchon 12 dans sa zone de stockage 7 et donc de ramener le fourreau et l’apex en direction de la base 1. La zone de stockage 7 de la membrane du manchon est composée d’un cylindre creux laissant le canal 18 communiquer entre l’apex 14 et la zone de stockage 11 de l’élément tubulaire flexible. Principe de fonctionnement de la bifurcation : Les filins 22 (22a, 22b, 22c et 22d) situés dans les gaines périphériques 21 (21a, 21b, 21 c et 21d) tout du long du manchon permettent de diriger l’apex 14. Les filins sont fixés avec la membrane du manchon à l’extrémité de la zone de stockage 7 de la membrane mais libres à l’autre extrémité de la gaine où un mécanisme de traction 23 (23a, 23b, 23c et 23d : voir ) est installé pour chaque filin. Alors, en actionnant la traction d’un filin 22, la distance entre l’apex 14 et la base 1 diminue le long de la gaine périphérique 21 logeant ce filin. Sur la , le manchon est représenté après l’actionnement du mécanisme de traction 23d qui a engendré la traction du filin 22d. Cela a pour effet de modifier la direction de l’apex 14 et donc de provoquer un changement de trajectoire du bras 2. En combinant des tractions de plusieurs filins il est possible alors d’orienter l’apex dans n’importe quelle direction. Le corps tubulaire du bras 2 est alors capable de progresser dans n’importe quelle direction rectiligne en milieu ouvert. Dans un milieu confiné le corps peut changer de direction à chaque intersection qu’il rencontre. Robot comprenant un bras (2) déployable à partir d’une base (1) incluant une chambre de stockage, un poste de commande dudit bras (2) et une interface opérateur ledit bras (2) étant un bras (2) souple flexible pneumatique, notamment destiné à être introduit dans une zone confinée, comprenant - un corps tubulaire monté sur ladite base (1), ledit corps tubulaire comprenant un manchon (12) formé d’une membrane souple flexible gonflable retournée dont les deux extrémités sont fixées à ladite base (1) incluant la chambre de stockage (4) de la membrane du manchon (12), - la chambre de stockage (4) comportant au moins une première entrée (8) d’un fluide, dénommé premier flux de fluide, ledit manchon (12) étant, à l’état non déployé, au moins partiellement replié dans la chambre de stockage (4) et apte à être gonflé et à se déployer par éversion à l’extrémité distale du corps tubulaire du bras (2), dénommée apex (14), à partir de ladite chambre de stockage (4) sous l’action du premier flux de fluide, et ménageant, à l’état déployé, un fourreau (16) intérieur central selon l’axe du corps tubulaire, ledit fourreau (16) étant apte à servir de logement et de passage à un élément tubulaire (17) flexible, - l’extrémité distale du corps tubulaire du bras (2), dénommée apex (14), présentant une tête équipée d’au moins une charge utile (3) portée par ledit élément tubulaire (17) et poussée lors du déploiement du corps tubulaire, - et une interface opérateur commandant l’alimentation en fluide en vue d’appliquer un flux de déploiement par éversion du manchon (12) à partir de la chambre de stockage (4) et ainsi l’avancée de l’extrémité distale du corps tubulaire du bras (2) du robot, caractérisé en ce que ledit robot comprend une seconde entrée d’alimentation en fluide, dénommé second flux de fluide, connectée audit fourreau (16) ménagé selon l’axe central du corps tubulaire, ledit second flux de fluide étant apte à créer et à maintenir un film de fluide autour de l’élément tubulaire (17) en vue de faciliter l’introduction et/ou le déplacement dudit élément tubulaire (17) au sein du fourreau (16) et ainsi l’avancement de la charge utile (3). Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bras (2) comprend des moyens d’entraînement du manchon (12) hors et vers la chambre de stockage (4), lesdits moyens d’entrainement étant de préférence des moyens enrouleurs (6) permettant respectivement le déploiement ou le repli dudit manchon (12). Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bras (2) comprend des câbles ou filins (22), logés dans des gaines longitudinales périphériques (21) du manchon (12) et reliés à au moins un mécanisme de traction (23), en vue de diriger et/ou d’orienter l’apex (14) du corps tubulaire. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits câbles ou filins (22) présente une première extrémité de câble ou filin (22) fixée à la chambre de stockage (4) du manchon (12), s’étend le long du fourreau (16) du corps tubulaire et est logé, tout le long dudit corps tubulaire, dans une gaine longitudinale périphérique du manchon (12), une seconde extrémité du câble ou filin (22) étant reliée à au moins un mécanisme de traction (23). Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les gaines longitudinales périphériques (21) externes de logement des câbles ou filins (22) sont disposées selon des génératrices dudit corps tubulaire. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’alimentation en fluide est issue d’une source unique divisée en deux flux, un premier flux pour le déploiement par éversion du manchon (12) formant le corps du robot et un second flux d’alimentation en fluide du fourreau (16) pour créer et maintenir une couche de fluide autour de l’élément tubulaire. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins l’un des premier et second fluides est un gaz, de préférence de l’air ou un gaz neutre, tel que de l’azote. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’au moins l’un des premier et second fluides est un liquide, de préférence de l’eau. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge utile (3) comprend une caméra, ou au moins un capteur ou un dispositif d’aspiration, ou un dispositif de propulsion de fluide, ou un dispositif de photogrammétrie, ou un actionneur ou plusieurs de ceux-ci. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête du corps tubulaire porte un dispositif de repérage dans l’espace, telle qu’une centrale inertielle comprenant au moins un accéléromètre et/ou au moins un gyromètre. Robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane du manchon (12) est en un matériau éversible et préférablement imperméable ou ayant un taux de perméabilité permettant l’éversion dudit manchon sous l’action du premier flux de fluide, ledit matériau étant choisi parmi un matériau polymère, tel que le polychlorure de vinyle, ou le polyéthylène, de préférence le polyéthylène basse densité, ou un polyéthylène chlorosulfoné, ou un tissu imprégné de polymère, tel que de la toile ou voile de traction. Utilisation du robot équipé d’un bras (2) souple flexible pneumatique selon l’une des revendications précédentes pour l’inspection de canalisations, rectilignes ou coudées, telles que des canalisations en milieu confiné. Utilisation du robot selon la revendication 12 pour le transport de charges utiles dans des canalisations. Utilisation du robot selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, en milieu industriel, sanitaire, nucléaire, marin, corrosif, ou en milieu accidenté