FR2541960A1

FR2541960A1 - Omni-directional self-propelled vehicle

Info

Publication number: FR2541960A1
Application number: FR8303441A
Authority: FR
Inventors: Francis Lamotte; Philippe Sebaux
Original assignee: Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Current assignee: Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1984-09-07
Also published as: FR2541960B1

Abstract

It comprises a chassis 1 having vertical bearings 8 under each of which there is a wheel 2 to 5 and containing, for the corresponding wheel, two coaxial shafts, a displacement inner drive shaft 9 connected by a drive means 15 to a common motor 17 and an outer orientation shaft connected by an orientation means 11 to a common motor 13.

Description

L'invention a pour objet un véhicule automoteur capable de se diriger de lui-même dans toutes les directions, même le long de trajectcires présentant des points de rebroussement successifs, cependant que-le châssis supporté par les roues conserve une orientation fixe. The subject of the invention is a self-propelled vehicle capable of steering itself in all directions, even along trajectories having successive cusps, however the chassis supported by the wheels retains a fixed orientation.

Un véhicule conforme à l'invention comprend un châssis, au moins deux roues porteuses qui sont toutes orientables en synchronisme sur 36-GO au moins chacune autour d'un axe propre perpendiculaire au sol sur lequel roule le véhicule et qui sont toutes entrathees simultanément en rotation également en synchronisme. A vehicle according to the invention comprises a chassis, at least two carrying wheels which are all steerable in synchronism on 36-GO at least each around a proper axis perpendicular to the ground on which the vehicle is traveling and which are all driven simultaneously in rotation also in synchronism.

De préférence, chaque roue est orientable dans un sens ou dans le sens opposé sur un nombre de tours illimité. Preferably, each wheel is steerable in one direction or in the opposite direction over an unlimited number of turns.

Dans un mode de réalisation de type mécanique, à chaque roue sont associés un arbre d'orientation et un arbre d'entrainement qui sont disposés coaxialement l'un à l'intérieur de l'autre, perpendiculairement au sol sur lequel roule le véhicule, l'arbre d'entraînement étant monté à l'intérieur de l'arbre d'orientation. Ce montage est réalisable selon une première variante dans laquelle l'axe géométrique commun aux deux arbres, d'orientation et d'en- traînement, passe par le plan de symétrie général de la roue ; dans un premier cas, cet axe rencontre le sol au point théorique de contact de la roue et du sol; dans un second cas, la roue comprend deux jantes espacées de part et d'autre du plan de symétrie général et l'axe commun rencontre le sol en un point situé au milieu de la droite reliant les points théoriques de contact de chaque jante avec le sol. In an embodiment of the mechanical type, each wheel is associated with an orientation shaft and a drive shaft which are arranged coaxially one inside the other, perpendicular to the ground on which the vehicle is traveling, the drive shaft being mounted inside the orientation shaft. This mounting is possible according to a first variant in which the geometric axis common to the two shafts, of orientation and of drive, passes through the general plane of symmetry of the wheel; in a first case, this axis meets the ground at the theoretical point of contact of the wheel and the ground; in a second case, the wheel comprises two rims spaced on either side of the general plane of symmetry and the common axis meets the ground at a point located in the middle of the straight line connecting the theoretical points of contact of each rim with the ground.

Le montage défini plus haut est réalisable selon une seconde variante dans laquelle la roue est déportée par rapport à l'axe géométrique commun et son point théorique de contact avec le sol est éloigné du point où ce dernier est rencontré par l'axe commun. The assembly defined above is possible according to a second variant in which the wheel is offset relative to the common geometric axis and its theoretical point of contact with the ground is distant from the point where the latter is encountered by the common axis.

Un véhicule conforme à l'invention est réalisable à l'aide de moyens électriques, par exemple à l'aide de moteurs individuels affectés à chaque roue, pour son orientation et pour son entraînement, à condition qu'ils soient rigoureusement asservis à un organe synchronisateur commun. A vehicle according to the invention can be produced using electrical means, for example using individual motors assigned to each wheel, for its orientation and for its drive, provided that they are strictly controlled by an organ. common synchronizer.

Toutefois, seule une solution mécanique garantit, à l'aide d'organes simples, une synchronisation absolue et durable dans le temps. C'est donc une solution mécanique que l'on décrira maintenant, uniquement à titre d'exemple et sans intention limitative, en se reportant à un mode particulier de réalisation et à plusieurs variantes.On se réfèrera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en élévation d'un véhicule à quatre roues, conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue de dessous du véhicule de la figure 1,
- la figure 3 est une vue de dessus schématique montrant une variante d'entraînement synchronisé des rouets d'un véhicule selon l'invention,
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 montrant une variante d'orientation synchronisée des roues d'un véhicule selon l'invention,
- la figure 5 est une vue de détail, en élévation et en coupe par un plan passant par l'axe général d'une roue du véhicule de la figure 1,
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 montrant une variante de réalisation avec une roue réalisée avec deux jantes symétriques,
- la figure 7 est une vue analogue à la figure 5 montrant une variante de réalisation avec une roue déportée par rapport à l'axe commun des arbres d'orientation et d'entraînement,
- la figure 8 est un tracé schématique d'une trajectoire parcourue par un véhicule conforme à l'invention.However, only a mechanical solution guarantees, using simple components, absolute and lasting synchronization over time. It is therefore a mechanical solution which will now be described, by way of example only and without limiting intention, with reference to a particular embodiment and to several variants. Reference will be made to the appended drawings in which
FIG. 1 is an elevation view of a four-wheeled vehicle, according to the invention,
FIG. 2 is a bottom view of the vehicle in FIG. 1,
FIG. 3 is a schematic top view showing a variant synchronized drive of the impellers of a vehicle according to the invention,
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 showing a variant of the synchronized orientation of the wheels of a vehicle according to the invention,
FIG. 5 is a detail view, in elevation and in section through a plane passing through the general axis of a wheel of the vehicle of FIG. 1,
FIG. 6 is a view similar to FIG. 5 showing an alternative embodiment with a wheel produced with two symmetrical rims,
FIG. 7 is a view similar to FIG. 5 showing an alternative embodiment with a wheel offset relative to the common axis of the orientation and drive shafts,
- Figure 8 is a schematic plot of a path traveled by a vehicle according to the invention.

En se reportant aux figures 1 et 2, on peut voir un véhicule ayant un châssis 1 supporté par quatre roues 2,3,4,5- qui sont tenues chacune dans ure chape 6 correspon dante ; celle-ci est fixée à l'extrémité inférieure d'un premier arbre tubulaire 7 retenu et guidé dans un palier 8. A l'intérieur de ce premier arbre 7 passe un second arbre 9, monté concentriquement . On expliquera plus loin en détail le mode de montage de ces deux arbres 7,9 Le palier 8 et, par conséquent, les arbres qusil contient, est perpendiculaire au sol sur lequel roule le véhicule. Referring to Figures 1 and 2, we can see a vehicle having a chassis 1 supported by four wheels 2,3,4,5- which are each held in ure clevis 6 correspon dante; the latter is fixed to the lower end of a first tubular shaft 7 retained and guided in a bearing 8. Inside this first shaft 7 passes a second shaft 9, mounted concentrically. The manner of mounting these two shafts 7,9 will be explained in detail below. The bearing 8 and, consequently, the shafts it contains, is perpendicular to the ground on which the vehicle is traveling.

Chaque arbre 7 s'étend au-dessus de la face supérieure du palier 8 et il est pourvu d'une roue dentée 10 calée en rotation. Une unique chaîne ou courroie crantée 11 passe autour des quatre roues dentées 10 et autour dsun pignon moteur -12 calé sur l'arbre de sortie d'un groupe moto-réducteur 13 fixé au châssis 1
Ce groupe 13 sert à commander 1 orientation des roues 2 à 5 Ces dernières sont donc orientables toutes simultanément, avec un synchronisme rigoureux, sur un nombre de tours illimité. Elles sont parallèles entre elles comme on le voit sur la figure 2 et elles restent constamment parallèles entre'elles.Each shaft 7 extends above the upper face of the bearing 8 and it is provided with a toothed wheel 10 fixed in rotation. A single chain or toothed belt 11 passes around the four toothed wheels 10 and around a motor pinion -12 fixed on the output shaft of a geared motor group 13 fixed to the chassis 1
This group 13 is used to control 1 orientation of the wheels 2 to 5 The latter can therefore be steered all simultaneously, with rigorous synchronism, over an unlimited number of turns. They are parallel to each other as seen in Figure 2 and they remain constantly parallel to each other.

Chaque arbre 9 s'étend au-dessus de la roue dentée 10 calée sur l'arbre 7 et porte une roue dentée 14 calée en rotation. Une unique chaine ou courroie crantée 15 passe autour des quatre roues dentées 14 et autour d'un pignon moteur 16 calé sur l'arbre de sortie d'un moteur 17 fixé au châssis 1. Each shaft 9 extends above the toothed wheel 10 wedged on the shaft 7 and carries a toothed wheel 14 wedged in rotation. A single chain or toothed belt 15 passes around the four toothed wheels 14 and around a motor pinion 16 wedged on the output shaft of a motor 17 fixed to the chassis 1.

Ce moteur 17 sert à ltentraînement des roues 2 à 5 pour l'avancement du véhicule. Les quatre roues 2 à 5 reçoivent un couple moteur identique, en synchronisme rigoureux. This motor 17 is used for driving the wheels 2 to 5 for the advancement of the vehicle. The four wheels 2 to 5 receive identical motor torque, in strict synchronism.

On peut réaliser mécaniquement un véhicule conforme à l'invention selon de nombreuses variantes équivalentes en faisant appel à des moyens connus. La figure 3 montre que sur un véhicule de faibles dimensions on peut prévoir un arbre moteur central 18 sur lequel est calé en rotation une roue dentée 19 de grand diamètre qui engrène simultané ment avec quatre roues dentées plus petites 20 calées chacune respectivement sur l'arbre 9 de chaque roue. La figure a montre que sur ce même vehicule on peut prévoir, en dessous de la roue dentée 19, un autre arbre moteur 21 relié par une bielle 22 à un ensemble-de leviers 23 en I à auatre extrémités qui sont articulées chacune respectivement sur une roue 24 ellesmeme calée sur l'arbre 7 de chaque roue 2 à 5.Ainsi on oriente simultanément ces dernières. A vehicle according to the invention can be produced mechanically according to many equivalent variants by using known means. FIG. 3 shows that on a small vehicle, a central drive shaft 18 can be provided on which a large diameter toothed wheel 19 is fixed in rotation which simultaneously meshes with four smaller toothed wheels 20 each wedged respectively on the shaft 9 of each wheel. FIG. A shows that on this same vehicle, it is possible to provide, below the toothed wheel 19, another drive shaft 21 connected by a connecting rod 22 to a set of levers 23 in I with four ends which are each articulated respectively on a wheel 24 itself wedged on the shaft 7 of each wheel 2 to 5. Thus the latter are oriented simultaneously.

La figure 5 montre le détail du montage des arbres 7 et 9 et de chaque rcue 2 à 5. Pour chacune de cellesci le châssis 1 du véhicule porte un palier vertical 8 dans lequel est retenu et guidé le premier arbre tubulaire 7 à l'aide de roulements 25. Au-dessus du palier 8 on voit la roue dentée 19 et la courroie crantée 11. A l'intérieur de l'arbre tubulaire 7, coaxialement à ce dernier, des roulements 26 retiennent et guident en rotation le second arbre 9 au sommet duquel se trouvent la roue dentée 14 et la courroie crantée 15. A l'extrémité inférieure de l'arbre tubulaire 7 est fixée la chape 6 qui contient entre ses branches une roue (la roue 3 sur la figure 5), grace à un axe de roue 27 sur lequel est calée en rotation une roue dentée 28. Au-dessus de la roue 3 la chape 6 contient entre ses branches un arbre intermédiaire 29 sur lequel sont calées en rotation une roue dentée 30 réunie par une channe 31 à la roue dentée 28 et une roue dentée conique 32. Celleci est disposée pour engrener avec un pignon denté conique 33 calé à l'extrémité inférieure de l'arbre 9 qui s'étend en-dessous de 11 arbre tubulaire 7 jusqu'à l'intérieur de la chape 6. Un carter latéral 34 abrite les roues dentées 28, 30 et la chaîne 31. FIG. 5 shows the detail of the mounting of the shafts 7 and 9 and of each rcue 2 to 5. For each of these the chassis 1 of the vehicle carries a vertical bearing 8 in which the first tubular shaft 7 is retained and guided using of bearings 25. Above the bearing 8 we see the toothed wheel 19 and the toothed belt 11. Inside the tubular shaft 7, coaxially with the latter, bearings 26 retain and guide in rotation the second shaft 9 at the top of which are the toothed wheel 14 and the toothed belt 15. At the lower end of the tubular shaft 7 is fixed the yoke 6 which contains between its branches a wheel (the wheel 3 in Figure 5), thanks to a wheel axle 27 on which a toothed wheel 28 is wedged in rotation. Above wheel 3 the yoke 6 contains between its branches an intermediate shaft 29 on which a toothed wheel 30 is wedged in rotation joined by a chain 31 to the toothed wheel 28 and a bevel gear 32. This is arranged to gear er with a conical toothed pinion 33 wedged at the lower end of the shaft 9 which extends below 11 tubular shaft 7 up to the inside of the yoke 6. A lateral casing 34 houses the toothed wheels 28 , 30 and chain 31.

Avec le montage qui vient d'être décrit, les deux arbres d'orientation 7 et d'entraînement 9 sont disposés coaxialement àun axe géométrique commun 35 qui rencontre en un point 35A le sol sur lequel roule le véhicule chaque roue telle que la roue 3 est montée à l'intérieur de la chape 6 de sorte que son point théorique de contact avec le sol se confond avec le point 39. La roue 3 ayant un plan général de symétrie 36 perpendiculaire à son axe de rotation,comme toutes les- roues, l'axe géométrique commun 35 est contenu dans ce plan 36 de symétrie de la roue. With the assembly which has just been described, the two orientation shafts 7 and of drive 9 are arranged coaxially to a common geometric axis 35 which meets at a point 35A the ground on which the vehicle rolls each wheel such as wheel 3 is mounted inside the yoke 6 so that its theoretical point of contact with the ground merges with point 39. The wheel 3 having a general plane of symmetry 36 perpendicular to its axis of rotation, like all the wheels , the common geometric axis 35 is contained in this plane 36 of symmetry of the wheel.

Quand on modifie l'orientation d'une roue ainsi montée, elle pivote autour de son point de contact avec le sol sans se déplacer sur ce dernier, de sorte que le véhicule ne se déplace pas non plus. When you change the orientation of a wheel thus mounted, it pivots around its point of contact with the ground without moving on it, so that the vehicle does not move either.

La figure 6 se rapporte à une variante de réalisation selon laquelle chaque roue du véhicule montée à l'intérieur d'une chape 6 sur un axe de roue 27 est réalisée en deux parties 3A, 3B assemblées à l'aide de vis 37 de façon à présenter deux jantes distinctes et espacées 38A, 38B. Après assemblage les deux jantes 38A, 38B sont disposées symétriquement de part et d'autre du plan général de symétrie 36 qui contient encore l'axe géométrique 35 commun aux arbres 7 et 9. Cet axe 35 rencontre le sol au point 35Aqui se trouve au milieu de la droite joignant les points théoriques de contact 39A, 39B des jantes 38A, 38B (ou de leurs bandages respectifs) avec le sol. Quand on fait pivoter une telle roue, elle décrit un cercle autour du point 35A mais le véhicule ne se déplace pas. FIG. 6 relates to an alternative embodiment according to which each vehicle wheel mounted inside a yoke 6 on a wheel axle 27 is produced in two parts 3A, 3B assembled using screws 37 so to present two separate and spaced rims 38A, 38B. After assembly the two rims 38A, 38B are arranged symmetrically on either side of the general plane of symmetry 36 which still contains the geometric axis 35 common to the shafts 7 and 9. This axis 35 meets the ground at point 35A which is at middle of the line joining the theoretical points of contact 39A, 39B of the rims 38A, 38B (or of their respective tires) with the ground. When such a wheel is rotated, it describes a circle around point 35A but the vehicle does not move.

Avec une roue réalisée en deux parties assemblées et écartées dans la région de leurs jantes respectives, on peut prolonger l'arbre d'entrainement 9 jusque dans l'intervalle 40 qui existe entre ces jantes 38A, 38B. On peut fixer un pignon denté 41 à l'arbre 9, à l'intérieur de l'intervalle 40, et faire engrener ce pignon 41 avec une couronne dentée 42 prévue en correspondance sur l'une des parties 39A de la roue 3. On obtient ainsi une simplification importante de la transmission du couple moteur à chacune des roues 2 à 5. With a wheel produced in two parts assembled and spaced apart in the region of their respective rims, it is possible to extend the drive shaft 9 as far as in the interval 40 which exists between these rims 38A, 38B. It is possible to fix a toothed pinion 41 to the shaft 9, inside the interval 40, and to make this pinion mesh with a toothed crown 42 provided in correspondence on one of the parts 39A of the wheel 3. thus obtains a significant simplification of the transmission of the engine torque to each of the wheels 2 to 5.

La figure 7 montre un mode de montage de chaque roue 2 à 5 analogue en grande partie à celui de la figure 5 sauf que l'axe de roue 27 porté par la chape 6 s'étend en dehors de cette dernière par une partie extrême extérieure 27A sur laquelle est calée la roue 3. Le plan général de symétrie 36 de cette dernière ne contient donc plus l'axe géométrique commun 35. -I1 lui est parallèle et il en est espacé de telle sorte que le point théorique 43 de contact de la roue 3 avec le sol est espacé du point 35A. FIG. 7 shows a method of mounting each wheel 2 to 5 which is largely similar to that of FIG. 5 except that the wheel axle 27 carried by the yoke 6 extends outside of the latter by an external end part 27A on which the wheel 3 is wedged. The general plane of symmetry 36 of the latter therefore no longer contains the common geometric axis 35. -I1 is parallel to it and it is spaced apart so that the theoretical point 43 of contact of the wheel 3 with the ground is spaced from point 35A.

Dans ce cas, l'arbre d'entraînement 9 étant espacé de la roue 3, il peut s'étendre plus loin vers le bas à l'inté- rieur de la chape 6 et la roue dentée conique 32 qui engrène avec le pignon denté conique 33 de cet arbre 9 peut être calée directement sur l'axe de roue 27.In this case, the drive shaft 9 being spaced from the wheel 3, it can extend further downwards inside the yoke 6 and the bevel gear 32 which meshes with the toothed pinion bevel 33 of this shaft 9 can be wedged directly on the wheel axle 27.

La figure 8 montre à titre d'exemple le tracé de la trajectoire que peut parcourir un véhicule conforme à l'invention. En fait, le tracé est celui du chemin suivi sur le sol par chacune des roues 2 à 5 qui supportent le châssis 1 sur lequel on a repéré un côté C. Après un point de rebroussement R qui correspond à un changement de direction de 900 du véhicule, le côté repéré C du châssis 1 est resté constamment parallèle à lui-même. L'ensemble du châssis conserve une direction fixe quand le véhicule suit une trajectoire quelconque-dont le rayon de courbure peut varier de zéro à l'infini avec de nombreux points anguleux ou points de rebroussement. FIG. 8 shows by way of example the layout of the trajectory which a vehicle in accordance with the invention can travel. In fact, the layout is that of the path followed on the ground by each of the wheels 2 to 5 which support the chassis 1 on which a side C has been located C. After a cusp point R which corresponds to a change of direction of 900 from vehicle, the side marked C of the chassis 1 has remained constantly parallel to itself. The whole chassis retains a fixed direction when the vehicle follows any trajectory - the radius of curvature of which can vary from zero to infinity with numerous angular points or cusps.

Un véhicule conforme à l'invention peut constituer la base porteuse automotrice d'un robot commandé à distance ou suivant automatiquement un programme prédéterminé pour l'exécution de tâches diverses. A vehicle according to the invention can constitute the self-propelled carrier base of a robot controlled remotely or automatically following a predetermined program for the execution of various tasks.

Claims

RBVENDICATIONS

1. Vehicle comprising a chassis (1), at least two supporting wheels (2 to 5), characterized in that all of these wheels (2 to 5) are steerable and joined to means of orientation in synchronism on at least 3600, each around an axis (35) which meets at a point (35A) the ground on which the vehicle is traveling, and they are all joined to synchronous drive means.

2. Vehicle according to claim 1, characterized in that all -les wheels are steerable simultaneously on an unlimited number of turns.

3. Vehicle according to claim 1, with orientation and mechanical drive, the chassis (1) being provided for each wheel with a bearing (8) containing a shaft (7) dworientation ~ of this wheel, characterized in that the bearing (8) is arranged perpendicular to the ground, the orientation shaft (7) and a drive shaft (9) are arranged coaxially with one another around the axis (36) which is their common, inside the bearing (8) these two shafts (7, 8) extending beyond the latter and being connected respectively to an orientation control means (11) common to all the wheels and a drive control means (15) common to all the wheels.

4. Vehicle according to claim 3, characterized in that the orientation shaft (7) is hollow, it contains the drive shaft (9) and it is provided at its lower end with a yoke (6) which carries a wheel axle (27).

S. Vehicle according to claim 4 characterized in that each wheel (3) is mounted on the axis (27) outside the yoke (6) and it has a theoretical point (43) of contact with the ground which is spaced from the point (35A) where the common axis (35) meets the ground.

6. Vehicle according to claim 4, characterized in that the wheel (3) is mounted on the axis (27) inside the yoke (6) and it has a general plane of symmetry (36) which contains the axis common (35), its theoretical point of contact with the ground being coincident with the point (35A) of meeting of common axis (35) with the ground

7.Vehicle according to any one of revenS dications 5, 6, characterized in that the drive shaft (9) extends below the orientation shaft (7) and it is provided a bevel gear (33) which meshes with a bevel gear (32) operatively coupled to the wheel axle (27)

8 Vehicle according to claim 4, characterized in that each wheel (3) comprises two spaced rims (38A, 385), parallel on either side of a general plane of symmetry (36) and this wheel (3 ) is mounted on the wheel axle (27) with its general plane of symmetry (36) containing the common axle (35), the meeting point (35A) of this latter axle with the ground being in the middle of the distance which separates the theoretical points (39A, 39B) of contact of the two rims (38, 38B) with the ground.

9. Vehicle according to claim 8, characterized in that an interval (40) exists between the two rims (38A, 38B), the drive shaft (9) extends below the shaft (7) orientation up to said interval (40) and it is functionally coupled with one of the two rims (38A, 38B) to drive the wheel (3).