Brevet FR3127444A1 — publié le 20230331

Un mi-drone de conception modulaire destiné à des missions militaires, non-armé, semi-automne et télé-piloté à distance. La novation du concept demeure en système de bulle opérationnelle aéroterrestre. Afin de renforcer la protection des forces armées et optimisé I ’ascendant tactique lors de missions opératives (opération spéciale, guerre urbaine en passant par la guerre souterraine). Le concept peut servir pour des missions de défense civile (la recherche et le sauvetage de personnes en détresse). Une conception modulaire à deux modules : Un module de vol : un drone aérien (30) de 45 cm de longueur à huit rotors et huit hélices (31) contrarotatifs ; Un module terrestre : Un petit robot mobile (50) à quatre roues dotées de suspensions constituées de tubes en magnésium (52) et un moteur miniature (54) agissant sur la direction. Les deux modules embarquent différent type de caméras et capteurs. Le robot mobile peut être couplé indépendamment au module de vol (30). Un système d’accrochage (40) basés sur une structure en titane permet l’arrimage des deux modules. Figure pour l’abrégé : Fig.5 Mi-drone de conception modulaire destiné à des missions militaires I Introduction Le projet est un concept design ingénieux et novateur dans la robotique et la stratégie militaire. Le concept est un mi-drone militaire non-armé, semi-automne et télé-piloté à distance. Le projet a été conçu pour apporter un soutien et un appui aux forces armées terrestres en menant des missions de surveillance, de reconnaissance, de renseignement et de recherche. La novation du concept demeure en un système de bulle opérationnelle aéroterrestre. Lui permettant ainsi de renforcer la protection des forces armées et optimisé l’ascendant tactique sur l’ennemi. II. Motivation Parmi la principale motivation liée au concept est de toute évidence censé épargner la vie des soldats. En trouvant rapidement les cibles et les combattants ennemis, afin de les neutralisés. Dans ce cas, l’information est un facteur d’une grande importance pour mener à bien ces missions. Les robots ou drone contrôler à distance présente donc de nombreux avantage. La robotique est de plus en plus une réalité sur le terrain dans le cadre de missions de reconnaissance et de renseignement. Certains nombres de facteurs limite l’accès au robot mobile ou drone existant : -Terrain fort accidenté ; -Passage souterrain (guerre souterraine) ; -Difficulté de se déplacer dans certains lieux fermés ; -Flexibilité de repositionnement aéroterrestre plus rapide entre les sites d’opérations III Brève description des dessins et des photos de maquettes. , Vue du concept du mi-drone ; , Vue de face du concept du mi-drone ; , Vue de profile du concept du mi-drone ; , Vue sur la conception modulaire du concept du mi-drone ; , Coupe verticale détaillé du mi-drone ; , Vue sur les deux modules scindés du mi-drone présenté sous forme de maquettes ; , vue du module de vol (un drone) ; , vue du module terrestre (un robot mobile) ; , dimensions des modules du mi-drone sous différentes vues (de face, de côtés, de dessus) ; , vue trois quarts sur le robot mobile ; , gros plan sur le microphone, le système d’accrochage et la tête rétractile du robot mobile ; , vue en perspective du robot terrestre du concept ; , vue de profile du module terrestre ; , gros plan sur le nez du drone et les deux blocs circulaires à pivot mécanique, équipés de caméras et capteurs ; , vue de dessus du drone ; , vue de profile du module de vol ; , vue sur deux rotors et deux hélices du drone ; , vue sur le système de crochet situé sous le drone ; , schéma conceptuel de l’arrimage des deux modules ; , gros plan sur l’arrimage des modules ; , vue en coupe verticale et horizontale du système d’accrochage , vue sur les quatre points d’accouplement ; , vue sur le système de crochet du drone ; , vue sur le mécanisme de déplacement ; , schéma du mécanisme de déplacement asymétrique du robot mobile , gros plan sur le mécanisme de déplacement ; , pivot à 180° de la roue avant du robot ; , , , concept en opération scénario 1 (page 23, suite page 24, suite page 25) ; , concept en opération scénario 2 IV. Concept Après une étude en ingénierie militaire, en aéronautique et en stratégie militaire. J’ai conçu et développé le concept d’un mi-drone militaire. A. Une conception modulaire Le concept design est un mi-drone de conception modulaire destiné à des missions militaires de reconnaissance, de surveillance et de renseignement. Non-armé, semi-automne et télé-piloté à distance. En référence à la , Le mi-drone d’une longueur de 45 cm et d’une envergure de 85 cm, se décompose en deux modules : Un module de vol : un drone aérien (30) à huit rotors et huit hélices contrarotatifs ; Un module terrestre : un robot mobile (50) de petite taille (longueur 38,5 cm et largeur 19,5 cm) à quatre roues propulsées par quatre moteurs miniatures (53) situés dans chacune des roues. Le robot mobile peut être couplé indépendamment au châssis du module de vol, se transformant alors en aéronef à décollage et atterrissage verticaux. Ce concept permet de mener les missions de surveillance et de reconnaissance en un système de bulle opérationnelle aéroterrestre. B. Le système d’accrochage (40) En référence à la , et ,un système de crochet (41) de verrouillage rotatifs (43) permet l’arrimage des deux modules. Cette pièce maîtresse du concept se base sur une structure en titane ultra légère et se dote de quatre points d’accouplement (42) et d’un système de sécurité centrale (44). L’enjeu : résister à l’élévation verticale. C. L’aérodynamisme et le design Les modules du concept bénéficient d’un important travail sur l’aérodynamique et le design de manière à réduire la consommation d’énergie et améliorer ses performances en vol. Pour effectuer les missions de surveillance et de reconnaissance différent type de caméras et capteurs sont embarqués dans les modules. D. Protection des données -Diffusion et transmission des images et des informations en temps réel sur le terminal de l’opérateur. Afin d’éviter que les données soient interceptées par des potentiels ennemis : -les liaisons de communications entre mi-drone et le terminal portable de l’opérateur est sécurisé par des dispositifs cryptographiques robustes ; -aucune données est stockées dans les modules du concept en cas de capture de ce dernier par l’ennemi. V. Le module de vol A. Un drone En revenant à la , le module de vol (30) est un drone de 45 cm de longueur et d’une envergure de 85 cm. Il est doté de huit rotors et huit hélices contrarotatifs (31). Il peut voler jusqu’à un plafond entre 300 et 550 m d’altitude et d’un rayon d’action entre 7 à 15 km, pour une autonomie de vol de 60 à 90 minute. B. Le vol stationnaire Afin que le drone puisse voler sur place et rester stable. De façon à effectuer la manœuvre d’arrimage avec le robot (module terrestre) et effectuer un trajet aérien. Ce dernier est équipé des capteurs suivants : -Des gyroscopes (XYZ) - Des accéléromètres (XYZ) - Un capteur à ultrason -des capteurs barométriques - Un GPS, et - sous le drone représenter sur la , un capteur optique (45) (une caméra à haute cadence) avec reconnaissance de forme éclairer par un laser infrarouge qui permet de détecter le mouvement à effectuer pour un accrochage ultra précis. C. La surveillance Pour effectuer les missions de surveillance et de reconnaissance. Deux blocs de forme circulaire à pivot (32) situés sous le nez du drone, sont équipés de différent type de caméras et capteurs ; Bloc 1 : -Une caméra thermique de très haute résolution avec une sensibilité thermique 0.05° C et une large plage de température ; -Vision nocturne en imagerie thermique -Livre des informations critiques qui peuvent sauver des vies ; -Détection de longue portée ; -un lidar Bloc 2 : -Une caméra de haute de haute résolution (vidéo 4k ultra clair jusqu’à 30 images par seconde) ; -Une caméra capable de réaliser des images aériennes tridimensionnelles (et peut fonctionner de nuit grâce à un puissant système d’éclairage miniature) ; -Zoom et détection de forme humaine de 1 à 2km ; -Changement de bande de fréquence automatisé Iors d’interférence. De façon, à assurer la poursuite de la mission en maintenant en permanence les capacités de pilotages ; - Détection d’obstacle, intelligence aérienne et automatisation du vol. VI. Le module terrestre A. Un robot mobile Le module terrestre (50) est un robot mobile de petite taille discret et silencieux. Il est équipé de quatre roues propulsées par quatre moteurs miniatures (53) situés au centre de chaque roue. Illustré sur la , Les deux roues avant comporte un moteur miniaturisé (54) agissant sur la direction qui permet au robot de pivoter sur place à 360º. B. Mobilité Le robot mobile dispose d’un mécanisme de déplacement avancé et très sophistiqué. Ce dernier lui permet de franchir et escalader nombre d’obstacles. Le robot peut ajustée sa hauteur (la diminué ou l’augmenté selon l’obstacle) et escalader des obstacles de manière asymétrique des deux côtés du robot. Ce dernier est illustré à la . Ainsi, limite le retournement de celui-ci. C. Le mécanisme de déplacement Afin que le robot mobile puisse parvenir à réaliser ses prouesses d’escaladeur et ses franchissements d’obstacle avec agilité et souplesse. Il utilise un mécanisme de déplacement composé de quatre roues (7,5cm de diamètre) et de suspensions constituées par des tubes en magnésium (52) liés par un mécanisme en forme de cylindre (51), comme l’illustre la . D. La surveillance En référence à la , Le robot mobile est muni d’une tête rétractile motorisée, pivote à 360 °sur elle-même (55), équipée de caméras et capteurs et peu ainsi balayer méticuleusement une zone. De telle sorte que le robot puisse effectuées les missions de reconnaissance et d’observation de façon efficace et discret. Synthèse des types des instruments optiques embarqués dans la tête du robot mobile : -Une caméra thermique de très haute résolution avec une sensibilité 10 thermique 0.05°C et adaptée à différent climat ; -Image thermique fluide des cibles observées en mouvement. - Un bloc à trois modules capteurs /capteurs optiques : -Un module Zoom associé à un système de reconnaissance faciale automatique ; -Un module équipé d’un puissant capteur photo, ce dernier effectue des relevés d’images tridimensionnelles et numérise tout se qui se trouve dans son environnement jusque dans les moindres détails et fournit des données topographiques précis du lieu ; -Un module ultra-grand angle avec champs de vision à 120° en mode nuit noire ; -Détection et capture photo/vidéo de mouvement d’intrusion de forme humaine par un capteur du module. C. Le renseignement Doté d’un émetteur/récepteur le robot mobile dispose d’un microphone (56) performant et puissant, et sert de plate-forme de liaison avec le centre d’opération pour : -Mener des écoutes /renseignement intérieur ; -Assurer la négociation avec les preneurs d’otages ; -Maintenir une communication entre la personne en détresse prise dans une catastrophe et les équipes de sauvetages. VII. Emploi stratégique du concept A. Opérations spéciales Soutien et appui dans la planification et la conduite des forces spéciales, lors de missions opératives : Par des missions de surveillance et de reconnaissance des points d’insertion, d’exfiltration, d’infiltration et de récupération ; La négociation avec des preneurs d’otage (doté d’un émetteur/récepteur) ; Suivie d’objectif mobile dans le cadre des opérations de contre-terrorisme, en toute discrétion. B. Opération en zone urbaine Accès dans des bâtis(bâtiment), passage étroit et espace restreint : Observation et désignation d’une cible, évaluation des dommages, des opérations en site urbain, localisation des francs-tireurs ; Mise en œuvre rapide depuis de multiples surfaces restreintes (arrière-cour, cour d’école, parking) ; Transmets les informations collectées en temps réel ; Surveillance aéroterrestre en interaction. C. Guerre souterraine -Interception de l’ennemi, reconnaissance d’axe de communication souterraine emprunté par l’ennemi ou susceptible d’être employé par les troupes au sol. D. Recherche et sauvetage en cas de catastrophe naturelles La recherche et le sauvetage de personnes en danger dans le cas de catastrophe naturelle : Recherche aérienne et terrestre en interaction ; Repérage des personnes en détresse et guidage des secours ; Flexibilités de repositionnement aéroterrestre plus rapide entre les zones sinistrées ; Sert de plate-forme de liaison entre le centre d’opération et les équipes de recherche sur le terrain. VIII. Concept en Opération Mise en scène du concept en opération A. Opération spécial Prise d’otage dans une école : -Mission : surveillance et reconnaissance des points d’insertion, d’infiltration et récupération. Description détaillée des scènes des , , et (1-2) Prise d’otage dans une école (3) Mi-drone en opération (4-5) Contrôle du mi-drone New Horizon à partir d’une station portable au sol (6-7) Reconnaissance et surveillance du bâtiment par les caméras du module de vol (8) Repérage d’un point d’insertion du bâtiment (ouverture de porte) et diffusion des images en direct sur le terminal mobile de l’opérateur (9) détection et localisation de mouvement de chaleur humaine suspecte à l’intérieur du bâtiment (10) Atterrissage vertical de l’aéronef dans la cours d’école (11) Système d’accrochage du concept (doté de quatre points d’accouplement) (12) Ouverture du système de sécurité central (13) Séparation des modules et décollage vertical du module de vol (drone) (14) Infiltration du robot mobile à l’intérieur du bâtiment (15) Prise d’image tridimensionnelles de l’intérieur du bâtiment par le robot mobile (16) Surveillance et reconnaissance des points d’insertion et des objectifs de l’action commando (17) Repérage de la cible de l’action commando (18) Surveillance et reconnaissance de la cible par les capteurs optiques dans la tête rétractile du robot mobile (19) Diffusion et Zoom du système d’identification facial automatique (20) Ecoutes et négociations avec les preneurs d’otages en passant par le microphone intégré dans le robot mobile(doté d’un émetteur/récepteur) (21) Sélection du mode de l’action commando et planification de la manœuvre opérative. B. Opération de sauvetage Effondrement partiel d’un pont : -Mission : repérage des personnes en détresse et guidage des secours Description détaillée des scènes de la [Fig.29] (1-2) Effondrement partiel d’un pont (3) Concept en opération. Cartographie de la zone de la catastrophe par le Lidar du module de vol (4) Atterrissage du robot mobile. Recherche des disparues en escaladant les décombres et en interaction avec le drone (module de vol) (5) Repérage par la caméra thermique du drone de chaleur humaine sous les décombres et carcasse de véhicules (6-7) Orientation du robot mobile via l’opérateur de contrôle vers le lieu localisé sous les carcasses de véhicules (8) Repérage et diffusion en direct d’imagerie thermique de la personne en détresse sous la carcasse du véhicule. Guidage des secours. IX. Concept Architectural A. Le drone Le module de vol est un drone à huit rotors et huit hélices tournant à sens contraire. Celui -ci jouit d’un fuselage d’une aérodynamique très épurée et perfectible. De façon à réduire la traîner de l’air et optimisée ses performances en termes d’autonomie. Matériaux Le châssis du drone a besoin d’une certaine résistance pour ne pas se déformer en vol. Une autre contrainte concerne son poids. Les matériaux composites on le meilleur compromis entre résistance et légèreté. Ce sera donc le matériau retenu pour le châssis et le fuselage. Les hélices (31) fixées aux moteurs sont en matériaux composites Conception du châssis Le choix d’un châssis à deux étages est intéressant. En effet le moment quadratique de deux plaques espacées de plusieurs millimètres est supérieur celui d’une seule plaque de même section que la somme des deux autres. Donc pour un même poids, la rigidité est supérieure. Batterie Li-po HV (High-voltage) Batterie (33) de nouvelle génération et de meilleure performance B. Le robot terrestre Le robot mobile est conçu sur une plateforme, surélevée, par un mécanisme de déplacement (voir chapitre VI.C). Sa coque aérodynamique intègre une caméra intelligente (58) à l’avant et à l’arrière pour la navigation. Matériaux Afin de réduire le poids du robot, un travail sur les choix des matériaux a été nécessaire. L’enjeu : gagné en agilité et en consommation d’énergie. Le châssis, les tubes (52) et les roues sont en magnésium. Se métal a été choisi pour ses bonnes propriétés mécanique, notamment pour sa capacité d’absorption d’énergie, de réduction des vibrations, de sa faible masse volumique et sa légèreté. La coque est en polycarbonate, son excellente résistance aux chocs en fait un matériau approprié pour la coque du robot. La bande de roulement des roues gaufrées de crampons multidirectionnels pour une accroche et une stabilité maximale est en Pebax. Se matériaux a été choisi pour sa légèreté la plus légère des TPE (élastomère thermoplastique), pour sa dureté et son excellente résistance à la déchirure et chocs. Batterie Li-po HV (High -Voltage) Les batteries Li-po (57) très populaire dans le modélisme grâce à leur petite taille, leur légèreté et leur performance est idéal pour ce robot militaire. Une bonne répartition des masses est à prévoir pour l’équilibrage du robot, une fois le centre de gravité déterminer et à l’issue de ces mesures. Mi-drone de conception modulaire destinés à des missions militaires comprenant deux modules : - Un module de vol (30) en l’occurrence un drone aérien comportant : Des moyens de pilote/télé-pilote ; Huit hélices fixées sur huit rotors (31) tournant en sens contraire en tant que moyens de propulsion ; Des gyroscopes (XYZ) ; des accéléromètres (XYZ) ; un capteur à ultrason ; des capteurs barométriques et un GPS en tant que capteurs d’attitudes, de vitesse et /ou de position du drone ; Deux blocs (32) de forme circulaire à pivot comprenant différent type de caméras et capteurs de surveillance et reconnaissance ; Des dispositifs cryptographiques de communications entre le drone et le terminal portable et l’opérateur ; Un système d’accrochage (40,41) sous le drone (30) permettant l’arrimage avec le second module ; Deux plaques espacées de plusieurs millimètres de même section pour assurer la rigidité du drone -Un module terrestre (50) en l’occurrence un robot mobile de petite taille Comportant : Des moyens de pilote/télé-pilote ; Quatre roues aptes à recevoir un moteur miniaturiser au centre de chacune d’elles en tant que moyens de propulsion ; D’une tête rétractile motorisée à pivot (55) comprenant des capteurs et caméras de surveillance, de reconnaissance, d’un système de reconnaissance faciale automatique associés et de topographie de lieu ; D’une caméra intelligente (58) embarqué à l’avant et à l’arrière du robot (50) pour la navigation ; Des dispositifs cryptographiques de communication entre le robot, le drone et le terminal portable de l’opérateur ; D’un microphone (56) intégré dans le corps du robot (50) comprenant un émetteur/récepteur ; Un système d’accrochage (40,42,44) solidaire du robot (50) constituant la pièce maîtresse pour arrimer avec le module de vol, et supportant l’élévation verticale pour effectuer un trajet aérien ; En tant que moyen de mobilité et surfacique le robot comprend un mécanisme de déplacement (51,52) asymétrique et d’ajustabilité de sa garde au sol des deux cotés solidaire au robot (50). D’une bande de roulement des roues gaufrées de crampons multidirectionnels. Mi-drone selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données délivrées par lesdites capteurs et caméras intégrés au deux blocs (32) à pivot aéroportés du drone (30), ne sont pas stockées dans le module de vol (30) Mi-drone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d’accrochage (40) comprend un système de crochets (41) de verrouillage rotatifs (43) du drone (30), et d’un capteur optique vidéo (45) avec reconnaissance de forme Mi-drone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d’accrochage (40) du robot terrestre (50) comprenant quatre points d’accouplement (42) et d’un système de sécurité centrale (44). Mi-drone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de déplacement comprend : Un système de suspension comportant des tubes (52) fixés aux pièces mécaniques en forme cylindrique (51) reliés au châssis du robot (50) ; De deux roues avant apte à recevoir de manière séparable un moteur (54) miniaturisé pour diriger et faire pivoter le robot. 8 . Mi-drone selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes (52), les roues et le châssis sont en magnésium.