EP0750083B1

EP0750083B1 - Véhicule roulant, notamment robot de nettoyage en particulier de piscine, à changement automatique de direction de déplacement devant un obstacle

Info

Publication number: EP0750083B1
Application number: EP96401298A
Authority: EP
Inventors: Gérard Marbach
Original assignee: Zodiac Pool Care Europe SAS
Current assignee: Zodiac Pool Care Europe SAS
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2000-05-10
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: DE69608168D1; ES2146366T3; FR2735437B1; AU704603B2; FR2735437A1; AU5604796A; DE69608168T2; US5771987A; CA2179482A1; ZA965184B; EP0750083A1; ATE192821T1

Description

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux véhicules roulants à changement automatique de direction de déplacement lorsqu'ils rencontrent un obstacle, ce dispositif étant pourvu de deux roues antérieures motrices indépendantes et comportant :

deux organes de détection d'obstacle disposés de chaque côté à l'avant du véhicule,
des moyens d'entraínement de chaque roue motrice à partir d'un arbre moteur, par l'intermédiaire de moyens d'inversion du sens de rotation,
et des moyens de liaison interposés entre chaque organe de détection d'obstacle et les moyens d'entraínement de la roue motrice située du côté opposé,
lesdits organes de détection d'obstacle et lesdits moyens de liaison étant agencés de manière que, lorsque le véhicule rencontre un obstacle, les moyens de détection actionnés par ledit obstacle agissent, par l'intermédiaire desdits moyens de liaison correspondants, pour actionner lesdits moyens d'inversion du sens de rotation et faire passer la rotation de la roue motrice en sens avant, à une rotation de la roue motrice en sens arrière.

De tels véhicules sont utilisés par exemple pour constituer des robots de nettoyage de réservoirs de liquide, tels que des piscines. On connaít diverses réalisations de tels robots de nettoyage de piscine qui présentent toutefois, du fait même de leur conception, l'inconvénient d'être déviés toujours dans le même sens lorsqu'ils rencontrent un obstacle et également l'inconvénient d'être déviés toujours sensiblement du même angle. Il en résulte que ces appareils peuvent parfois rencontrer des difficultés pour se dégager de certains obstacles, voire même ne pas parvenir à se dégager (par exemple s'ils s'engagent entre une échelle et le mur de la piscine); de plus leur déviation sensiblement constante devant un obstacle les renvoie dans des directions privilégiées de sorte que leurs trajectoires successives finissent par se superposer et qu'ils ne parcourent pas la totalité de la surface du fond de la piscine. Au bout du compte, leur fonctionnement en tant que véhicule n'est pas satisfaisant et la piscine n'est pas nettoyée de façon suffisamment efficace.

On connaít notamment un tel véhicule d'après le document FR-A-2 041 339. Cette machine connue, agencée pour éviter automatiquement des obstacles, est équipée d'organes de détection qui sont situés dans les angles avant, lesquels organes sont constitués sous forme de deux tampons s'étendant de façon divergente l'un de l'autre.

Un tel agencement peut certes s'avérer efficace face à certaines configurations d'obstacles, comme par exemple le cas illustré à la figure 3 dudit document ou bien dans le cas d'un obstacle sensiblement plan. Toutefois, cet agencement est totalement inefficace si la machine vient à rencontrer un obstacle dont la largeur est inférieure à la distance séparant les deux tampons (par exemple rencontre avec une maçonnerie en angle saillant).

L'invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients présentés par les véhicules connus et de proposer un véhicule perfectionné qui soit apte à se dégager de façon sûre devant n'importe quel obstacle et qui soit apte, en se dégageant, à pivoter d'un angle non prédéterminé de sorte que ses trajectoires successives soient parfaitement aléatoires et que, s'agissant d'un robot de nettoyage de piscine, le nettoyage soit rendu efficace sur la totalité de la surface du fond de la piscine, étant entendu en outre que les moyens techniques mis en oeuvre à ces fins doivent être simples, fiables et d'un coût limité de manière que le véhicule perfectionné conformément à l'invention puisse être produit en grande série.

A ces fins, un véhicule roulant tel que mentionné au préambule se caractérise essentiellement, étant agencé conformément à l'invention, en ce que chaque organe de détection d'obstacle comprend un organe allongé constitué par le bord antérieur, s'étendant sensiblement sur une demi-largeur et sur l'angle correspondant de l'avant du véhicule qui est opposé à la roue motrice à laquelle ledit organe est fonctionnellement associé, d'un bras conformé de manière que son extrémité opposée soit située sensiblement au voisinage de la roue motrice qu'il commande et soit supportée à libre rotation sur un axe de rotation sensiblement vertical et en ce que ledit organe allongé est accouplé de façon sélective à l'arbre moteur entraínant ladite roue motrice par l'intermédiaire des susdits moyens de liaison.

Grâce à cette structure, le véhicule est réalisé de façon symétrique et il est agencé pour que son dégagement s'effectue dans un sens opposé à l'obstacle. Si l'obstacle est parfaitement frontal ou bilatéral, les deux détecteurs d'obstacle sont actionnés simultanément et les deux roues motrices sont amenées simultanément à tourner en sens inverse de sorte que dans un premier temps le véhicule recule sans être dévié. De toute façon il parvient à se dégager quelles que soient la position (latérale, frontale, bilatérale), la nature (plane, concave,...) et la dimension (en particulier la largeur) de l'obstacle. La fonction de détection de l'obstacle est ainsi assurée de façon efficace et une commande appropriée peut être assurée quelle que soit la position de l'obstacle par rapport à l'avant du véhicule.

Dans un mode de réalisation particulier préféré, les moyens d'inversion du sens de rotation comprennent une roue dentée motrice disposée au bout de l'arbre moteur, ainsi qu'un pignon central et une couronne périphérique à denture intérieure qui sont solidaires de la roue motrice et avec l'un ou l'autre desquels peut engrener la roue dentée motrice pour déterminer respectivement deux sens de rotation de la roue motrice.

On peut prévoir que les moyens de liaison comprennent un palier de support de l'arbre moteur qui est déplaçable approximativement transversalement audit arbre lorsque les moyens de détection d'obstacle sont actionnés ; dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens de liaison comprennent en outre un bec déplaçable entraíné par ledit bras de manière à occuper deux positions, savoir ;

une première position non fonctionnelle occupée lorsque le bras est dans un position de repos en l'absence d'obstacle,
une seconde position fonctionnelle occupée lorsque le bras est déplacé par un obstacle, dans laquelle le bec coopère avec un excentrique solidaire de l'arbre moteur de manière à repousser le palier mobile supportant ledit arbre moteur et à modifier l'engrènement de la roue dentée motrice.

Il est en outre souhaitable que les moyens de liaison comprennent également des moyens de blocage temporaire aptes à maintenir la rotation en sens inverse de la roue motrice pendant une durée suffisante pour que le véhicule puisse se dégager de l'obstacle, puis à rétablir la rotation de la roue motrice dans son sens initial pour que le véhicule reparte sur une nouvelle trajectoire ; avantageusement les moyens de blocage comprennent un cliquet de blocage solidaire du palier mobile de l'arbre moteur qui est enclenché élastiquement lorsque le palier est déplacé sous l'action de l'excentrique.

De préférence, les moyens de blocage temporaire sont agencés pour maintenir la rotation inverse de la roue motrice pendant une durée non prédéterminée, ce grâce à quoi le véhicule est amené à tourner d'un angle non prédéterminé et aléatoire de sorte que ses trajectoires successives ne se superposent pas et sont aléatoires ; il est intéressant, pour obtenir une structure simple, mais fiable, que les moyens de blocage temporaire comprennent en outre un doigt transversal solidaire de la roue motrice et apte à coopérer avec le susdit cliquet lorsque celui-ci est enclenché, afin de le dégager et de libérer le palier de l'arbre moteur, des moyens élastiques de rappel étant prévus pour ramener le palier dans sa position initiale.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, d'un mécanisme équipant un véhicule, tel qu'un robot de nettoyage de piscine, agencé conformément à l'invention ;
la figure 2 est une vue plus détaillée et à plus grande échelle d'un moitié du mécanisme de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en perspective, sous un autre angle, et à échelle encore plus grande, d'une autre partie du mécanisme de la figure 2 ; et
la figure 4 est une vue fragmentaire, en coupe, d'un élément du mécanisme visible sur la figure 3.

Sur les figures 1 à 4, et en particulier sur la figure 1, on n'a représenté que la partie du véhicule roulant qui est concernée par l'invention. Pour le reste, le véhicule peut être agencé de façon quelconque en fonction des applications et des besoins. En particulier le nombre des roues, le type de motorisation (électrique, hydraulique, mécanique,...) ainsi que l'équipement de travail et la forme générale (capotage, dimensions, ...) peuvent être quelconques dans la mesure où ils n'influent pas sur le mécanisme directeur qui va maintenant être plus particulièrement pris en compte.

De plus, bien que les dispositions propres à l'invention aient été plus particulièrement développées dans le but de réaliser un robot perfectionné de nettoyage de piscine, il est évident que lesdites dispositions peuvent trouver application pour équiper n'importe quel type de véhicule roulant à changement automatique de direction en présence d'un obstacle ; les mêmes dispositions pourraient également trouver application dans un véhicule flottant mû par deux propulseurs écartés transversalement l'un de l'autre.

Sur la figure 1, on voit deux roues antérieures 1 d'un véhicule, qui sont motrices de façon indépendantes (c'est-à-dire non calées sur un arbre commun) tout en étant susceptibles d'être entraínées à partir d'un moteur commun (non représenté).

A l'avant du véhicule sont disposés deux organes de détection d'obstacle qui sont agencés pour détecter des obstacles respectivement de part et d'autre du milieu de l'avant du véhicule. En outre chaque organe de détection d'obstacle est agencé pour être fonctionnel non seulement sur une moitié frontale du véhicule, mais aussi dans l'angle latéral correspondant, voire même sur l'extrémité antérieure du côté correspondant.

Enfin chaque organe de détection d'obstacle est associé à des moyens de liaison agencés de manière telle que l'organe de détection, lorsqu'il heurte un obstacle, commande l'inversion du sens de rotation de la roue motrice opposée, et donc provoque le pivotement du véhicule à l'opposé de l'obstacle.

Comme visible sur les figures 1 et 2, chaque organe de détection d'obstacle est constitué par un organe allongé ou bras 2 en forme générale de moustache ou de croissant de lune qui s'étend approximativement en travers de l'extrémité avant du véhicule. Chaque détecteur 2 présente un bord actif 3 saillant vers l'avant et s'étendant sur une moitié frontale du véhicule, ainsi que dans l'angle et sur le début du côté correspondant du véhicule ; sur l'autre moitié frontale du véhicule, le bord 4 du détecteur est en retrait vers l'arrière.

Les deux détecteurs 2 sont disposés l'un au-dessus de l'autre, en étant inversés l'un par rapport à l'autre de telle manière que le bord en retrait 4 de l'un coïncide avec le bord actif en saillie 3 de l'autre.

Chaque détecteur 2 est supporté à libre rotation sur un axe sensiblement vertical 5 par son extrémité 6 située du côté du bord en retrait 4, des lumières pouvant éventuellement être prévus dans l'autre détecteur pour autoriser leurs libres mouvements rotatifs respectifs.

Cette même extrémité 6 du détecteur 2 est associée à des moyens de liaison, désignés dans leur ensemble par la référence 7, de manière à commander fonctionnellement le sens de rotation de la roue motrice 1 qui est située de ce même côté. Autrement dit, lorsqu'un obstacle agit sur le bord 3 d'un détecteur 2, ce détecteur 2 commande la roue 1 située du côté opposé.

L'entraínement et l'inversion du sens de rotation de chaque roue motrice 1 sont agencés comme suit. Un arbre moteur 8 (entraíné par un moteur central non représenté) est équipé, à son extrémité libre, d'une roue dentée motrice 9. A la roue 1 ou à l'axe de la roue 1 sont solidarisés coaxialement un pignon central 10 et une couronne périphérique 11 à denture intérieure. La roue dentée motrice 9 est située entre le pignon central 10 et la couronne 11 et peut engrèner avec l'un ou l'autre, sélectivement, comme indiqué ci-après.

Les moyens de liaison précités sont agencés comme suit. Une partie de l'extrémité 6 de chaque détecteur 2 est conformée en fourche 12 coagissant avec un ergot 13 solidaire d'un chariot 14 qui est déplaçable sur une partie de bâti fixe 15 selon une direction approximativement parallèle à l'arbre moteur 8.

Le chariot 14 porte un bec 16 qui s'étend en direction de l'arbre 8.

Approximativement en regard du bec 16, un disque excentré 17 est calé en rotation sur l'arbre 8.

Par ailleurs l'arbre 8 est supporté par un palier 18 qui est lui-même supporté par un chariot 19 apte à coulisser sur un bâti fixe 20 selon une direction approximativement transversale à l'arbre 8.

En l'absence d'obstacle, le détecteur 2 n'est pas dévié et il maintient le bec 16 décalé latéralement par rapport au disque excentré 17. Un ressort de rappel 21 maintient alors le chariot 19 dans un position pour laquelle le palier 18 supporte l'arbre 8 en position de repos, la roue dentée motrice 9 engrènant avec la couronne 11. Le sens de rotation correspondant de la roue motrice 1 est supposé correspondre à la marche avant du déplacement du véhicule.

Lorsque survient un obstacle qui repousse le bord actif 3 du détecteur 2 vers l'arrière, le détecteur 2, en pivotant, provoque, par le biais de sa fourche 12, le déplacement du bec 16 qui est amené en regard du disque excentré 17. En tournant, celui-ci prend appui contre le bec et l'arbre 8 est repoussé de sorte que la roue dentée motrice 9 quitte la couronne 11 et va coopérer avec le pignon central 10. Celui-ci est entraíné en sens inverse de la couronne 11 et la roue motrice 1 tourne en sens inverse.

Pour que la coopération de la roue dentée 9 avec le pignon central 10 dure suffisamment longtemps pour permettre au véhicule de se dégager, on prévoit des moyens de blocage libérable désignés dans leur ensemble par la référence 22 sur les figures 2 et 3.

Les moyens de blocage libérable 22 comprennent une tige 23 coulissant axialement librement dans un passage 25 d'un corps fixe 24 situé en regard du palier 18, ladite tige 23 étant solidaire dudit palier 18. La tige 23 présente une encoche radiale 26 qui, lorsqu'elle est dégagée hors du corps 24, est repoussée en appui contre le bord de l'orifice du passage 25 à l'aide d'un ressort transversal 27 (la tige 23 ayant un certain jeu radial dans le passage 25). On peut éventuellement prévoir le passage 25 dans une chemise 28 vissable dans le corps 24 afin de permettre un réglage de course, comme visible à la figure 4.

La libération des moyens de blocage s'effectue comme suit. La roue motrice 1 porte un doigt 29 qui s'étend transversalement et qui, au cours de la rotation de la roue 1, trouve sur sa trajectoire un organe, par exemple une bague 30, solidaire de la tige 23. On notera ici que l'encoche 26 est creusée dans la tige 23 du même côté que le doigt 29. Lorsque le doigt 29 rencontre la bague 30, il la repousse et, l'encoche 26 étant ainsi dégagée, le ressort 21 rappelle tout l'équipage mobile en position initiale avec à nouveau engrènement de la roue dentée motrice 9 avec la couronne 11 : la roue motrice 1 retrouve alors une rotation en sens avant.

La disposition qui vient d'être décrite présente l'avantage que, au moment de la rencontre de l'obstacle, le doigt 29 se trouve dans une position angulaire quelconque par rapport à la bague 30. La roue motrice 1 effectue donc une rotation d'amplitude angulaire non prédéterminée et aléatoire avant d'être à nouveau amenée à tourner en sens avant. Le véhicule, après avoir heurté un obstacle, va donc s'en dégager en pivotant à l'opposé de l'obstacle avec une amplitude angulaire aléatoire et va repartir en marche avant sur une nouvelle trajectoire qui est disposée de façon aléatoire par rapport à la précédente.

Dans le cas où les deux détecteurs 2 sont actionnés simultanément (rencontre d'un obstacle frontal central), les deux roues motrices 1 sont amenées à tourner en sens inverse de façon simultanée et le véhicule recule sensiblement en ligne droite. Toutefois les deux doigts 29 ne se trouvent pas, en principe, dans la même position angulaire relative par rapport aux deux bagues 30 respectives : un des deux doigts 29 rencontrera donc sa bague associée 30 avant l'autre, et alors le véhicule sera amené à tourner dans le sens déterminé par ledit premier doigt rencontrant sa bague associée, puis repartira en marche avant sur une nouvelle trajectoire comme le cas précédemment exposé. Toutefois, ici, aussi bien la distance de recul en ligne droite que le côté vers lequel s'effectue la rotation et que l'amplitude angulaire de cette rotation sont aléatoires : la nouvelle trajectoire en marche avant est, là encore, assurée d'être disposée aléatoirement par rapport à la précédente.

On est ainsi assuré que le véhicule ne va pas parcourir successivement les mêmes itinéraires et, dans le cas particulier d'un robot de nettoyage du fond d'une piscine, on est assuré que, par la combinaison de toutes les trajectoires aléatoires successives, le robot parcourra la totalité du fond de la piscine.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes prévues dans le cadre des revendications.

Claims

Véhicule roulant à changement automatique de direction de déplacement lorsqu'il rencontre un obstacle, ce dispositif étant pourvu de deux roues antérieures motrices indépendantes (1) et comportant :

deux organes de détection d'obstacle (2) disposés de chaque côté à l'avant du véhicule,

des moyens d'entraínement de chaque roue motrice (1) à partir d'un arbre moteur (8), par l'intermédiaire de moyens d'inversion du sens de rotation,

et des moyens de liaison (7) interposés entre chaque organe de détection d'obstacle (2) et les moyens d'entraínement de la roue motrice située du côté opposé,

lesdits organes de détection d'obstacle (2) et lesdits moyens de liaison (7) étant agencés de manière que, lorsque le véhicule rencontre un obstacle, les moyens de détection (2) actionnés par ledit obstacle agissent, par l'intermédiaire desdits moyens de liaison (7) correspondants, pour actionner lesdits moyens d'inversion du sens de rotation et faire passer la rotation de la roue motrice en sens avant, à une rotation de la roue motrice en sens arrière,

caractérisé en ce que chaque organe de détection d'obstacle comprend un organe allongé (2) constitué par le bord antérieur (3), s'étendant sensiblement sur une demi-largeur et sur l'angle correspondant de l'avant du véhicule qui est opposé à la roue motrice à laquelle ledit organe est fonctionnellement associé, d'un bras (2) conformé de manière que son extrémité opposée (6) soit située sensiblement au voisinage de la roue motrice (1) qu'il commande et soit supportée à libre rotation sur un axe de rotation (5) sensiblement vertical et en ce que ledit organe allongé (2) est accouplé de façon sélective à l'arbre moteur (8) entraínant ladite roue motrice (1) par l'intermédiaire des susdits moyens de liaison (7).
Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'inversion du sens de rotation comprennent une roue dentée motrice (9) disposée au bout de l'arbre moteur (8), ainsi qu'un pignon central (10) et une couronne périphérique (11) à denture intérieure qui sont solidaires de la roue motrice (1) et avec l'un ou l'autre desquels peut engrener la roue dentée motrice (9) pour déterminer respectivement deux sens de rotation de la roue motrice (1).
Véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent un palier (18) de support de l'arbre moteur (8) qui est déplaçable (19,20) approximativement transversalement audit arbre lorsque les moyens de détection d'obstacle sont actionnés.
Véhicule selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent un bec déplaçable (16) entraíné par ledit bras (2) de manière à occuper deux positions, savoir ;

une première position non fonctionnelle occupée lorsque le bras est dans un position de repos en l'absence d'obstacle,

une seconde position fonctionnelle occupée lorsque le bras est déplacé par un obstacle, dans laquelle le bec (16) coopère avec un excentrique (17) solidaire de l'arbre moteur (8) de manière à repousser le palier mobile (18) supportant ledit arbre moteur (8) et à modifier l'engrènement de la roue dentée motrice (1).
Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de liaison (7) comprennent en outre des moyens de blocage temporaire (22) aptes à maintenir la rotation en sens inverse de la roue motrice (1) pendant une durée suffisante pour que le véhicule puisse se dégager de l'obstacle, puis à rétablir la rotation de la roue motrice (1) dans son sens initial pour que le véhicule reparte sur une nouvelle trajectoire.
Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de blocage (22) comprennent un cliquet de blocage (25,26) solidaire du palier mobile (18) de l'arbre moteur (8) qui est enclenché élastiquement lorsque le palier est déplacé sous l'action de l'excentrique (17).
Véhicule selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de blocage temporaire (22) sont agencés pour maintenir la rotation inverse de la roue motrice pendant une durée non prédéterminée, ce grâce à quoi le véhicule est amené à tourner d'un angle non prédéterminé et aléatoire de sorte que ses trajectoires successives ne se superposent pas et sont aléatoires.
Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de blocage temporaire (22) comprennent en outre un doigt transversal (29) solidaire de la roue motrice (1) et apte à coopérer avec le susdit cliquet (25,26) lorsque celui-ci est enclenché, afin de le dégager et de libérer le palier (18) de l'arbre moteur (8), des moyens élastiques de rappel (21) étant prévus pour ramener le palier dans sa position initiale.
Robot de nettoyage de réserve d'eau, notamment de piscine, agencé pour se déplacer sur le fond de ladite réserve, caractérisé en ce qu'il est agencé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.