INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon une première étape 201 du procédé selon l’invention, le système 100 selon l’invention acquiert des données caractérisant des informations cartographiques consistant en une première suite composée de couples formés chacun d’une première valeur correspondant à la distance depuis l’entrée du virage, d’une deuxième valeur correspondant à la courbure du virage à cette distance et énumérés en rang croissant selon la distance depuis l’entrée du virage. Pour acquérir ces données, le système 100 selon l’invention interagit avec l’appareillage de navigation 104 du véhicule, qui reçoit ces données en temps réel au moyen de son dispositif de communication par signaux radiofréquences 105. En d’autres termes, lorsque le véhicule approche d’un virage, l’appareillage de navigation 104 du véhicule reçoit d’un serveur distant des informations cartographiques qui déterminent le profil du virage. Et, selon l’invention, ces informations cartographiques reçues par l’appareillage de navigation 104 et acquises par le système 100 selon l’invention prennent donc la forme d’une suite de couples de valeurs numériques ((d 1 , c 1 ), …, (d i , c i ),… (d n , c n )), où la première valeur de chaque couple d i est la distance depuis l’entrée du virage et la deuxième valeur de chaque couple c i est la courbure du virage à cette distance, et dans laquelle les couples sont énumérés en rang croissant selon la distance depuis l’entrée du virage. Par exemple, lorsque le véhicule approche du virage illustré schématiquement sur la , les informations cartographiques reçues par l’appareillage de navigation 104 et acquises par le système 100 selon l’invention sont les couples de valeurs de distance et de courbure qui correspondent aux points (i.e. endroits) 1 à 10. En d’autres termes, le système 100 selon l’invention acquiert dans cet exemple la suite de couples ((d 1 , c 1 ), (d 2 , c 2 ), … , (d 10 , c 10 )), suite qui représentée de manière visuelle correspond au graphique de la . Mais, comme on le voit mieux sur le graphique de la , du fait des imprécisions des informations cartographiques, les points 1 à 10 ne forment pas une unique trajectoire curviligne qui suit le virage. En effet, les points 4, 5 et 7 s’écartent de la trajectoire formée par la majorité des points 1-3, 6, 8-10. Or, un virage correspond normalement à une succession de variations de courbure positives, qui correspondent à l’entrée du virage, suivie d’une succession de variations de courbure négatives, qui correspondent à la sortie du virage. Et c’est donc du fait de ces imprécisions que peuvent intervenir des accélérations et des décélérations inopportunes car, s’il se base sur ces informations, l’appareillage d’aide à la conduite 104 ne perçoit alors pas un seul virage mais une pluralité de virages successifs. C’est donc pour éviter cela que le système 100 selon l’invention réalise avantageusement les étapes suivantes du procédé selon l’invention décrites ci-dessous.
Selon une deuxième étape 202 du procédé selon l’invention, le système 100 selon l’invention réalise un filtrage de la première suite de manière itérative afin d’obtenir une deuxième suite, ledit filtrage consistant à analyser à chaque itération un à un chacun des couples de la première suite dans l’ordre croissant des rangs et à procéder au retrait d’un couple analysé si une première condition, une deuxième condition et une troisième condition sont remplies, la première condition étant remplie lorsqu’il est établi qu’il existe une variation négative entre la deuxième valeur du couple analysé et la deuxième valeur du couple précédent tandis qu’il existe une variation positive entre la deuxième valeur du couple analysé et la deuxième valeur du couple suivant ou une variation positive entre les deuxièmes valeurs de deux couples successifs de rang supérieur à celui du couple suivant, la deuxième condition étant remplie lorsqu’il est établi que la valeur absolue de la variation entre la deuxième valeur du couple analysé et la deuxième valeur du couple précédent est supérieure ou égale à une première constante préétablie, par exemple 0, et la troisième condition étant remplie lorsqu’il est établi que la première valeur du couple analysé et la première valeur du couple précédent est inférieure ou égale à une deuxième constante préétablie, par exemple 2 mètres.
Ainsi, en reprenant l’exemple précédent, le système 100 selon l’invention va, au cours d’une première itération, analyser d’abord le premier couple (d 1 , c 1 ) de la première suite, celui relatif au point 1, et il va établir que la première condition n’est pas remplie puisqu’il n’existe de pas de couple précédent. Ensuite, le système 100 selon l’invention va analyser le deuxième couple (d2, c2), celui qui correspond au point 2, et il va aussi établir que la première condition n’est pas remplie car il existe une variation positive entre la courbure relative au point 1 et celle relative au point 2. En progressant ainsi, le système 100 selon l’invention va établir pour la première fois que la première condition est remplie en analysant le couple relatif au point 4. En effet, il existe bien une variation négative entre la courbure relative au point 3 et celle relative au point 4 tandis qu’il existe une variation positive entre la courbure relative au point 5 et celle relative au point 6. Et, dans ce cas, puisque la valeur absolue de la variation entre la courbure relative au point 3 et celle relative au point 4 est non nulle, ce qui signifie que la deuxième condition est également remplie, et en considérant pour l’exemple que la variation de distance entre la distance relative au point 3 et la distance relative au point 4 est supérieure à la deuxième constante, ce qui signifie que la troisième condition est aussi remplie, le système 100 selon l’invention va alors procéder au retrait de la première suite du couple relatif au point 4. Ainsi, le système 100 selon l’invention va à ce stade aboutir à une suite qui ne comprend plus que neuf couples et qui, de manière visuelle, correspond au graphique de la .
De manière similaire, au cours d’une deuxième itération basée à ce stade sur la suite qui correspond au graphique de la qui ne comprend plus que neuf couples, le système 100 selon l’invention va établir que la première, la deuxième et la troisième condition sont remplies lorsqu’il va analyser le couple qui correspond au point 4. En effet, il existe bien une variation négative entre la courbure relative au point 3 et celle relative au point 4 tandis qu’il existe une variation positive entre la courbure relative au point 4 et celle relative au point 5. En outre la valeur absolue de la variation entre la courbure relative au point 3 et la courbure relative au point 4 est non nulle, ce qui signifie que la deuxième condition est également remplie, et on considère pour l’exemple que la variation entre la distance relative au point 3 et la distance relative au point 4 est supérieure à la deuxième constante, ce qui signifie que la troisième condition est aussi remplie. Le système 100 selon l’invention va donc procéder au retrait du couple relatif au point 4. Ainsi, le système 100 selon l’invention va à ce stade aboutir à une suite qui ne comprend plus que huit couples et qui, de manière visuelle, correspond au graphique de la .
De même, au cours d’une troisième itération basée à ce stade sur la suite qui correspond au graphique de la , le système 100 selon l’invention va établir que la première, la deuxième et la troisième condition sont remplies lorsqu’il va analyser le couple qui correspond au point 5. En effet, il existe bien une variation négative entre la courbure relative au point 4 et celle relative au point 5 tandis qu’il existe une variation positive entre la courbure relative au point 5 et celle relative au point 6. En outre la valeur absolue de la variation entre la courbure relative au point 4 et la courbure relative au point 5 est non nulle, ce qui signifie que la deuxième condition est également remplie, et on considère pour l’exemple que la variation entre la distance relative au point 4 et la distance d 5 relative au point 5 est supérieure à la deuxième constante, ce qui implique que la troisième condition est aussi remplie. Le système 100 selon l’invention va donc procéder au retrait du couple relatif au point 5. Ainsi, le système 100 selon l’invention va à ce stade aboutir à une suite qui ne comprend plus que sept couples et qui, de manière visuelle, correspond au graphique de la .
Ce robot est également adapté à des activités extérieures ou intérieures, de transport logistique, surveillance de site, et contrôle de processus. Par extension de nombreux cas d’usage, actuellement dévolu à des humains, peuvent être aussi concernés comme opérateur de ligne de production flexible, concierge, majordome, garde du corps, transporteur de fonds, agent de police, militaire, ou pour la manipulation ou mesure de présence de produits dangereux (nucléaire, radiologique, biologique ou chimique). Idéalement, ce véhicule présenterait un niveau de stabilité et de prix de revient, qui permettrait aux handicapés moteurs de l’utiliser pour leur déplacement en milieu urbain, et à l’intérieur des bâtiments.
Les robots à chenilles (incluant les flippers), tel que celui décrit dans le document WO 2008/010189, ne peuvent franchir des obstacles supérieurs à 0.4 m en général, ou verticaux (murets, barrière) sauf si leur masse est de plusieurs centaines de kg.
Les robots qui se déplacent sur 2 jambes (rarement une) sont communément appelé « humanoïdes ». Ce type de de robots humanoïdes sont par exemple décrits dans les documents CN 112776914, CN110217308, EP 3441197, US2005275367A1, CN209938771, WO 2015/145710 et US 9555846. Les robots humanoïdes sont capables de passer des obstacles verticaux, en sautant par exemple, ou de monter de fortes pentes... Leur déplacement sur des sols meubles (sables, boues, neige) n’est pas démontrée, et surtout la gestion de l’équilibre d’un humanoïde est délicate, car elle exige d’une part une précision élevée, pour une quantité de données massives, issues des capteurs, et d’autre part des algorithmes avancés (portés par des PC embarqués très puissants), qui arbitrent correctement les données contradictoires reçues des différents capteurs. Et enfin les actionneurs, et leur circuit de commande, doivent avoir un temps de réaction suffisamment court pour répondre aux sollicitations du PC embarqué, de manière à conserver l’équilibre et la dynamique du robot. Aujourd’hui ces exigences sont rarement satisfaites, c’est pourquoi les humanoïdes ne peuvent pas encore valoriser l’avantage de mobilité intrinsèque dont ils disposent.
Le robot à trois roues, portées chacun par une jambe, selon la demande FR2109705 (inventée par l’inventeur de la présente demande de brevet), montre une grande instabilité latérale en présence de bosses (rochers, branches, petit trottoir…) et de trous. Son comportement sur un escalier est chaotique (choc à chaque passage de marche), et dès que la vitesse en courbe dépasse 5km/h la sensibilité aux bosses et trous est également excessive.
Aujourd’hui, les robots commercialisés, présentant la meilleure mobilité, dans la catégorie légers, c’est-à-dire présentent un poids inférieur à 500kg, sont: Les véhicules de la société Milrem (Estonie) à chenilles peuvent se déplacer en milieu non-structuré ouvert, mais sont incapables de se déplacer dans un sous-bois dense, de passer des obstacles de 0.5 m de haut, et a fortiori de se rentrer dans un immeuble, et de s’y déplacer. Le robot humanoïde Atlas de Boston Dynamics, dont les performances sont excellentes en général, mais limitées sur sols meubles, et dont la complexité logicielle, et mécanique, est extrême, ce qui fait qu’aucun Atlas n’a pu être industrialisé ni vendu au cours des 10 dernières années. Enfin Atlas nécessite une équipe fournie d’ingénieurs et techniciens pour le mettre en œuvre à chaque changement d’environnement ou de mission.
Il apparaît donc que les produits actuels et solutions techniques qui permettent de se déplacer sur sol accidenté ou meuble, comme en forêt, et à l’intérieur de bâtiments, notamment dans les escaliers ou couloirs étroits, nécessitent des moyens mécaniques complexes et des stratégies de contrôle très complexes à mettre en œuvre. A titre d’illustration, certains humanoïdes sont basées sur plusieurs chaînes cinématiques en parallèle à 8 degrés de liberté chacun, d’autres architectures plus classiques ont plus de 8 membres articulés, chacun ayant 4 degré de liberté… Il est à noter que les lois d’équilibre et de contrôle des robots mobiles humanoïde se complexifient exponentiellement avec leur nombre de degré de liberté du robot, ce qui exige de recourir à des théories mathématiques extrêmement avancées, et des ordinateurs avec de grandes capacités de calculs, qui sont à la fois très coûteux et consommateurs en énergie (avec un impact négatif sur l’autonomie du robot). La simplification des moyens mécaniques de déplacement du véhicule est donc un élément clef permettant la diffusion du robot humanoïde, pour toutes les tâches pour lesquelles il est capable d’assister, ou de remplacer l’homme.
Le problème technique auquel l’invention apporte une solution, peut donc être d’obtenir un véhicule terrestre, permettant de se déplacer sur sol accidenté, ou meuble, et à l’intérieur de bâtiments, avec des moyens mécaniques plus simples, que les dispositifs existants.
L’invention L’invention propose de répondre à ce problème technique en utilisant quatre jambes montées autour d’un même axe d’une hanche, et chaque jambe ayant un unique degré de liberté en rotation autour de la dite hanche. Le degré de liberté en rotation des jambes par rapport à l’axe de la hanche est contrôlé par au moins un moteur, de sorte que l’orientation de chaque jambe par rapport à la hanche puisse être modifiée pour adapter l’équilibre du véhicule d’une part aux variations du sol et aux obstacles, d’autre part en fonction de la dynamique du véhicule. Chaque jambe est dotée à son extrémité distale d’une roue, et au moins une roue est motorisée. Le véhicule a la capacité à rester stable, même en n’étant en contact avec le sol que par 3 roues (formant un triangle de stabilité à l’intérieur duquel se trouve la projection du centre de gravité du véhicule), ce qui permet d’adapter la position de la quatrième roue, pour le déplacement sur un terrain accidenté, ou le franchissement d’un obstacle.
Ainsi, l’invention permet de répondre au problème technique avec des moyens plus simples à mettre en œuvre et à commander que ceux des dispositifs existants. En ce sens, l’invention résous de manière simple les défis mécaniques que soulève le besoin de mobilité en milieu non-structuré (sous-bois, dune de sable, champ cultivé ou non, sentier de montagne, urbain post-séisme) ou à l’intérieur de bâtiments (escalier, couloir, cave).
A cet effet, l’invention concerne un véhicule terrestre comportant: un corps (A) ; quatre jambes (4) ; deux jambes centrales et deux jambes latérales ; chaque jambe (4) portant à son extrémité distale, une roue (6) ; au moins une des roues (6) des quatre jambes (4) étant motorisée ; une hanche (5), sur laquelle est fixé le corps (A), et à laquelle l’extrémité proximale de chaque jambe (4) est reliée ; la hanche (5) comportant un axe (Y1, Y2) autour duquel chaque jambe (4) est mobile en rotation; la position angulaire de chaque jambe (4) étant réglée indépendamment des autres jambes, par au moins un moteur (13); le au moins un moteur (13) de jambes (4) permettant de modifier la position angulaire de chaque jambe (4) à l’arrêt, et aussi lors du mouvement du véhicule.
Le corps (A) peut être constitué d’une tête (3), d’un torse (1) et éventuellement de bras (2) de sorte à présenter un aspect humanoïde. Le ou les bras (2) est préférentiellement configuré pour manipuler ou transporter un objet. Le, ou les, bras peut être un bras robotisé industriel léger, fixé sur le corps. Le, ou les, bras peut alternativement aussi être de conception très variée, notamment il doit souvent être très robuste, afin d’être muni d’outils de travail tels que : électrodes de soudage/brasage dans l’industrie, outils de coupe pour les espaces verts, lance à incendie... Outre le corps permettant d’assurer les capacités de support ou de manipulation du véhicule, le véhicule comporte également des jambes munies de roues assurant les déplacements du véhicule. Pour garantir la stabilité et le franchissement des obstacles, le véhicule comporte quatre jambes mobiles l’une par rapport à l’autre. Les quatre jambes sont montées sur un axe d’une hanche.
: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un obstacle haut abrupt.
: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration de préparation au passage d’un obstacle haut avec une roue centrale en avant et soulevée.
: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un obstacle haut abrupt, avec une roue centrale posée sur l’obstacle.
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de translation selon (z) de la tête, par un moteur fixé sur la tête.
: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention spécifiquement adapté au transport de charge lourde .
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un premier mode de fixation des moteurs (13) au niveau de chaque jambe.
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un second mode de fixation des moteurs (13) sur la hanche, ou le corps.
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un troisième mode de fixation des moteurs (13) au niveau de la hanche.
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation des jambes, par un moteur (13) et par l’intermédiaire d’un ressort de torsion (30).
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation selon (x) de la tête par un moteur (27) fixé au niveau de la hanche.
: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation de la roue autour de l’axe longitudinal de la jambe, par un moteur fixé sur la jambe .
Description détaillée des figures Les figures 1 à 3 illustrent un mode de réalisation de véhicule selon l’invention : le véhicule comporte une partie haute (A) et une partie basse (B). Dans la , la partie haute (A), dite le corps, comporte un torse (1) et une tête (3). La forme de la partie haute (A) peut varier sans changer l’invention. Par exemple, la partie haute (A) peut comporter un ou plusieurs bras (2), un siège ou tout autre élément de transport et/ou de préhension. Le véhicule comporte en outre une partie basse (B), dite plateforme mobile, présentant une hanche (5), dite également articulation de la hanche, et quatre jambes (4).
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le véhicule est dans une configuration lui permettant de prendre une courbe à droite à grande vitesse. La rotation selon l’axe (Y) des jambes permet d’incliner l’axe de la hanche vers l’intérieur de la courbe (à savoir : l’extrémité de la hanche à l’intérieur de la courbe est plus proche du sol, que l’extrémité à l’extérieur de la courbe : il résulte donc une rotation de la hanche autour de l’axe Ox). Le corps du robot s’incline donc vers l’intérieur du tournant, comme le ferait un motard prenant une courbe à grande vitesse. La modification des longueurs des jambes, si elle est possible, permet de réaliser cette même inclinaison de la hanche sans faire varier les angles des jambes. Idéalement, la variation de longueur des jambes peut se combiner avec la variation des angles des jambes pour accentuer cette inclinaison, tout en abaissant le centre de gravité du robot, améliorant ainsi sa stabilité (triangle de stabilité plus grand).
Selon un mode de réalisation particulier, illustré sur les figures 1 à 14, chaque jambe porte un amortisseur, pour absorber les chocs et irrégularités de terrain (dans le sens longitudinal de la jambe). En effet, sur ces figures, chaque jambe est représentée par une fourche de vélo, dotée d’un amortisseur longitudinal.
Tel qu’illustré sur la , le véhicule est dans une configuration dite du pendule inversé : afin de maintenir le corps en haut, et en équilibre, les roues vont légèrement osciller d’avant en arrière. Usuellement, la configuration en pendule inversé, est plus fréquemment réalisée avec seulement une ou deux roues, au contact avec le sol. Par ailleurs, cette configuration, avec toutes les jambes à 0° d’angle par rapport à la verticale, est également une configuration adaptée à la manipulation, et au transport du robot. Les bras (2) sont schématiquement représentés sur cette .
Les figures 1 à 12 représentent des configurations ou des séquences de configurations, selon un mode de réalisation particulier de l’invention, adaptées à l’avancement du véhicule sur terrain régulier, ou avec obstacles.
Le guidage en rotation du deuxième organe 601 par rapport au premier organe 600, peut être obtenu par un plot de centrage cylindrique 6001, centré sur le deuxième axe Y2, saillant du troisième flasque formé par le premier organe, autour duquel pivote le deuxième organe 600, par l’intermédiaire d’un évidement cylindrique 6010. Le plot de centrage 6002 est tubulaire, comprenant l’évidement non circulaire 6000 recevant la tige de commande 5
Ledit premier organe 600 et le deuxième organe 601 comprennent : - des premiers moyens de butée B1 configurés pour assurer l’entraînement en rotation du premier organe 600, suiveur (en rotation autour de l’axe de la tige de commande), par le deuxième organe 601, entraîneur, selon le premier sens de rotation, en une première fin de course de rotation du deuxième organe de commande 601 par rapport au premier organe 600, - des deuxièmes moyens de butée B2 configurés pour assurer l’entrainement en rotation du premier organe 600, suiveur(en rotation autour de l’axe de la tige de commande), par le deuxième organe 601, entraîneur, selon le deuxième sens de rotation, en une deuxième fin de course du deuxième organe de commande par rapport au premier organe de commande.
Le dispositif de commande et de verrouillage 6 peut comprendre des moyens élastiques ME contraignant, en rotation autour de la tige de commande 5, le deuxième organe 601 par rapport au premier organe 600 dans une position de repos PR, intermédiaire entre la première fin de course et la deuxième fin de course.
De manière notable, encore, le dispositif de commande et de verrouillage 6 comprend un élément bloqueur 602 solidaire en rotation du premier organe 600, autour de l’axe de la tige de commande 5, déplaçable par rapport au premier organe 601 selon une direction radiale DR à l’axe de la tige de commande suivant des moyens de guidage G1, G2 entre ledit élément bloqueur 602 et le premier organe 600.
Ledit élément bloqueur 602 est avantageusement configuré pour venir se verrouiller sur un support fixe 603, dans une position de blocage PB de l’élément bloqueur 602, sous l’action d’une force de rappel de moyens ressorts MR afin d’assurer l’immobilisation en rotation de la tige de commande 5 dans la position de repos PR du deuxième organe 601 par rapport au premier organe 600.
Le support fixe 603 est fixe par rapport au premier flasque 400, selon la première possibilité, à savoir lorsque le premier flasque 400 est solidaire de l’assise, ledit deuxième flasque 401 alors solidaire du dossier 3. Dans le cas de la seconde possibilité non illustré, à savoir le premier flasque est solidaire du dossier et le deuxième flasque solidaire de l’assise, le support fixe est solidaire du deuxième flasque.