FR3036381A1 - Drone volant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un drone (1) de type multicoptère comprenant un châssis (2) sensiblement plan sur lequel sont arrangés une unité centrale (4a) connectée à au moins un capteur d'inclinaison (4b) générant un signal relatif à l'inclinaison de l'assiette du drone par rapport à un plan horizontal (H), une batterie (13) et au moins trois groupes propulsifs (5) adaptés à propulser le drone et pilotés par l'unité centrale, le drone (1) comprenant en outre un bras articulé (11) arrangé sur une poutre (10) fixée au châssis (2), la poutre comprenant une première extrémité (10a) et une seconde extrémité (10b) situés de part et d'autres du châssis, le bras articulé (11) étant arrangé sur ladite première extrémité et la batterie (13) étant fixé à un support (12) arrangé sur ladite seconde extrémité. Le drone (1) selon l'invention est utilisable pour des opérations de réparation d'un fuselage d'aéronef via son bras articulé (11) opérable pendant que le drone est maintenu en vol stationnaire via l'unité centrale (4a).

Description

1 DRONE VOLANT L'invention concerne de manière générale le domaine des objets volants télécommandés, ou drones, et plus particulièrement un drone multicoptère (c-à-d un hélicoptère multi rotors). Lorsque l'inspection d'un fuselage fait apparaître un défaut, les équipes au sol interviennent pour le corriger. Un tel défaut est par exemple un dommage de la structure d'une antenne située sur la partie haute de la dérive verticale de l'aéronef. Dans ce cas, les équipes au sol doivent amener une échelle haute pour atteindre l'antenne et la dévisser, éventuellement tarauder des orifices de fixations et enfin repositionner une nouvelle antenne. Une telle opération mobilise une pluralité de techniciens et est longue puisque la mise en place d'échelles hautes autour d'un aéronef est délicate.

L'invention a pour objectif de proposer un dispositif permettant de réaliser ces réparations sur un fuselage de façon rapide et simple. A cet effet, l'invention concerne un drone de type multicoptère comprenant un châssis sensiblement plan sur lequel sont arrangés une unité centrale connectée à au moins un capteur d'inclinaison générant un signal relatif à l'inclinaison de l'assiette du drone par rapport à un plan horizontal, une batterie et au moins trois groupes propulsifs adaptés à propulser le drone et pilotés par l'unité centrale, caractérisé en ce que le drone comprend en outre un bras articulé arrangé sur une poutre fixée au châssis, la poutre s'étendant de part et d'autre hors du châssis et comprenant une première extrémité et une seconde extrémité situés de part et d'autre du châssis, le bras articulé étant arrangé sur ladite première extrémité et la batterie étant fixé à un support arrangé sur ladite seconde extrémité.

L'invention répond au besoin susmentionné puisque le drone selon l'invention est utilisable pour des opérations de réparation d'un fuselage d'aéronef via son bras articulé opérable pendant que le drone est maintenu en vol stationnaire via l'unité centrale. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du drone selon un mode de réalisation de l'invention, le drone comprenant une poutre sur laquelle sont arrangés de part et d'autre un bras articulé et une batterie montée sur un support ; 3036381 2 - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 et représente le drone selon un autre mode de réalisation de l'invention, la batterie étant montée sur un support mobile selon une direction longitudinale de la poutre; - les figures 3A et 3B sont des vues schématiques de côté du drone de la figure 2 illustrant 5 le rééquilibrage dans différents cas de l'assiette du drone par la batterie formant un contrepoids mobile lors de l'utilisation du bras articulé; - la figure 4 est une vue schématique de moyens d'isolation et d'amortissement de la poutre par rapport au châssis du drone de la figure 1 ou 2 selon un mode de réalisation de l'invention ; et 10 - la figure 5 est une vue similaire à la figure 1 ou 2 et représente le drone selon un autre mode de réalisation de l'invention, le drone comprenant un bras d'accroche du drone à une surface. En référence avec la figure 1, un drone 1 de type quadricoptère selon l'invention 15 comprend un châssis 2 ayant une partie centrale 3 de forme parallélépipédique portant une charge électronique 4 et quatre extensions 5 s'étendant hors de la partie centrale 3 de sorte à former, par exemple, une croix. La charge électronique 4 est composée d'une unité centrale 4a de commande du drone reliée à divers capteurs 4b, ainsi que de divers dispositifs 4c de mesures comme des caméras ou 20 des dispositifs de mesure par laser, et de moyens d'émission/réception de signaux 4d. Les capteurs 4b comportent notamment des capteurs d'inclinaison donnant l'inclinaison de l'assiette du drone par rapport à un plan horizontal H déterminé après un étalonnage, et sont par exemple du type des capteurs gyroscopiques, accéléromètres ou inclinomètres. De manière classique, le drone 1 comprend quatre groupes propulsifs 6 arrangés sur le 25 châssis et pilotés par l'unité centrale 4a afin d'assurer le vol du drone. Chaque groupe propulsif est fixé à une extrémité 5 du châssis 2 et comprend un moteur entrainant une hélice 7 dirigée vers le ciel et mobile dans un plan sensiblement parallèle au châssis 2. Sur la face du châssis en regard avec le sol, le drone comprend quatre pieds (seuls trois sont représentés à la figure 1) via lesquels le drone peut reposer sur le sol, chacun des pieds étant fixé sous une extension du châssis. Selon l'invention, le drone 1 comprend en outre une poutre 10. La poutre 10 est fixée sous le châssis 2 et comprend deux extrémités 10a, 10b s'étendant hors du châssis avec chaque extrémité de la poutre s'étendant entre deux extensions du châssis 2. L'une des extrémités 10a de 3036381 3 la poutre comporte un bras articulé mobile 11. L'extrémité opposée 10b est pourvue d'un support 13 pour le logement de la batterie 12 alimentant les éléments du drone 1. Le bras articulé 11 comprend, à son extrémité libre, une tête 11a. La tête 11a est entraînée en rotation par un moteur du bras articulé (non représenté) et peut être accouplée à 5 une pluralité d'outils comme, par exemple, une pince de préhension ou encore des embouts de visseuse que la rotation de la tête entraîne. Afin de pouvoir opérer sous différents angles, la tête est fixée en liaison rotule par rapport au bras 11 et peut être déployée en translation dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de la poutre X. L'unité centrale 4b pilote les moteurs des groupes propulsifs du drone et le bras articulé 10 11 en fonction de signaux reçu par les moyens d'émission/réception 4d et émis par un opérateur du drone 1 situé à distance de ce dernier. La fixation de la batterie 12 sur l'extrémité 10b de la poutre opposée à celle sur laquelle est fixée le bras articulée 11 permet, en positionnant la batterie de façon adaptée, de compenser le poids du bras articulé 11 et de l'outil qui l'équipe afin d'équilibrer le drone pour que son centre 15 de gravité soit situé sensiblement sur une droite passant par le centre de la partie centrale 3 du châssis 2. Pour positionner la batterie façon de façon adaptée, le support 13 est déplaçable sur la seconde extrémité 10b de la poutre 10. La batterie 12 peut ainsi, durant une opération d'étalonnage, être positionnée par un opérateur de sorte à équilibrer le drone lorsque ce dernier 20 est en position de repos (au sol). Le support 13 est déplaçable sur la seconde extrémité 10b en ce que, par exemple, il est muni de moyen d'accroches pouvant coopérer avec une bande d'accroche disposée sur la seconde extrémité (type VELCRO®) ou encore, en ce qu'il est déplaçable sur un rail s' étendant le long de la seconde extrémité 10b de la poutre.

25 Un vol stable du drone est ainsi rendu possible malgré la présente de la poutre 10 fixée au châssis 2 et portant un bras articulé 11 à une de ses extrémités 10a. En outre, afin d'équilibrer l'assiette du drone 1 par rapport au plan horizontal H, l'unité centrale 4a est configurée pour piloter automatiquement et indépendamment chaque groupe propulsif 5 en fonction des signaux reçu par les capteurs d'inclinaison. L'unité centrale module 30 ainsi la vitesse de chaque moteur afin de rétablir l'assiette du drone par rapport au plan horizontal H.

3036381 4 L'invention répond au besoin susmentionné puisque le drone 1 selon l'invention est utilisable pour des opérations de réparations d'un fuselage d'aéronef via son bras articulé 11 opérable pendant que le drone est maintenu en vol stationnaire via l'unité centrale 4a. L'utilisation d'un drone multicoptère dont les groupes propulsifs sont commandés 5 indépendamment par l'unité centrale permet d'assurer un vol stable par rapport au plan horizontal H et permet ainsi d'utiliser le bras articulé 11 pour réaliser des ouvrages de précision sur un fuselage d'aéronef. La tête mobile 11a peut être équipée de différents outils et confère ainsi au drone 1 selon l'invention une souplesse d'utilisation importante. En effet, l'utilisation de plusieurs drones 1 10 selon l'invention, ayant chacun une tête mobile 11a équipée d'un outil spécifique, permet d'effectuer de manière rapide les tâches actuellement dévolues aux techniciens, comme par exemple un changement d'antenne. En référence avec la figure 2 et dans une variante de réalisation de l'invention, le support 15 13 est monté mobile sur la seconde extrémité 10b de la poutre sous l'action de moyens de déplacement 30. Le support 13 est déplaçable sur au moins un rail 31, de préférence deux, s'étendant selon la direction longitudinale X de la poutre 10 entre la seconde extrémité 10b de cette dernière et le châssis 2. Le support 13 est par exemple un plateau comprenant un étau ou encore des liens pour enserrer la batterie 12 et bloquer son mouvement par rapport au support 20 13. Les moyens de déplacement du support 30, commandés par l'unité centrale 4a, comprennent un servomoteur 32 arrangé dans la partie centrale 3 du châssis. Le servomoteur 32 comprend classiquement un moteur inséré dans un boitier entrainant en rotation, via un réducteur de sortie, un axe dépassant hors du boitier (non représentés sur les figures). L'axe est 25 accouplé à une roue de fixation 33 et le support 13 est relié mécaniquement à la roue de fixation via une tringle 14 de sorte que la rotation de la roue 33 entraîne le déplacement du support 13. Lorsque la batterie 12 est attachée au support 13, le déplacement du support 13 provoque un transfert de masse qui modifie la position du centre de gravité du drone 1 et modifie donc l'assiette de ce dernier.

30 L'actionnement du servomoteur 32, et notamment le sens de rotation de son moteur et sa vitesse sont fonctions des informations fournies par le capteur d'inclinaison mesurant l'inclinaison de l'assiette du drone selon l'axe longitudinal de la poutre X. Ce capteur génère un signal dont l'amplitude est fonction de l'inclinaison de l'assiette du drone par rapport au plan 3036381 5 horizontal H. Lorsque ce signal est supérieur ou inférieur à une valeur d'amplitude prédéterminée, l'unité centrale 4a pilote les moyens de déplacement 30 pour déplacer le support 13 afin de ramener la valeur d'amplitude dans une fenêtre de valeur d'amplitude prédéterminée. En référence avec les figures 3A et 3B, lorsque l'assiette du drone selon l'axe longitudinal 5 X de la poutre a un angle d'inclinaison négatif -a par rapport au plan horizontal H, un déplacement L1 de la batterie 12 vers la seconde extrémité 10b de la poutre 10 ramènera l'angle d'inclinaison a vers une valeur nulle. Inversement, lorsque l'assiette du drone selon l'axe longitudinal X de la poutre a un angle d'inclinaison positif +a par rapport au plan horizontal H, un déplacement L2 de la batterie 12 vers le châssis 2 ramènera l'angle d'inclinaison a vers une valeur 10 nulle. Ce dernier mode de réalisation permet d'équiper le drone 1 selon l'invention avec une pluralité d'outils dont l'utilisation pourrait déséquilibrer le drone, comme par exemple des forets de perçage. En effet, pour utiliser percer une pièce via un foret de perçage équipant la tête mobile 11a, la tête 11a du drone 1 est déployée de sorte à avoir un mouvement d'avance dans la 15 direction de perçage sensiblement parallèle à la direction longitudinale X de la poutre 10. Un changement de matériau de la pièce percée ou le cassage/grippage du foret va entrainer un brusque changement de résistance entraînant un déséquilibrage de l'assiette du drone 1 qui peut le faire chuter.

20 L"utilisation de la batterie 12 comme contrepoids mobile pour corriger l'inclinaison de l'assiette du drone 1 selon l'axe longitudinal X par rapport au plan horizontal H permet ainsi d'utiliser en sécurité le bras articulé 11 pour le perçage. Ce contrepoids permet de rééquilibrer rapidement le drone 1 car un mouvement même limité de la batterie modifie de manière importante la position, selon l'axe longitudinal X, du centre de gravité du drone. L'utilisation d'un 25 servomoteur 32 permet en outre d'avoir un temps de réaction rapide, de l'ordre de quelques millisecondes. Ce système de contrepoids est en outre simple à mettre en oeuvre et ne nécessite pas, outre le servomoteur 32 dont le poids est faible, l'addition d'un poids supplémentaire puisque c'est la batterie 12 du drone qui est utilisée.

30 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la poutre 10 est fixée au châssis via des moyens d'isolation et d'amortissement 20 situés sous la partie centrale 3. Lesdits moyens 3036381 6 comprenant au moins une surface fixée à la poutre recouvrant une surface fixée au châssis, lesdites deux surfaces étant fixées entre elles avec au moins un élément amortissant en matériau élastique arrangées entre elles.

5 En référence avec la figure 4 et dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens d'isolation et d'amortissement 20 de la poutre 10 au châssis 3 comprennent un premier support 30 fixé à la partie centrale du châssis 3, entre l'extrémité des pieds 8 et le châssis 3 et un second support 31 fixé à la poutre 10. Les deux supports 31,32 sont se font face mutuellement et comprennent tous deux un cadre (non représentés) sensiblement 10 parallélépipédique. Un plateau est fixé à chaque coin d'un cadre et les plateaux sont agencés de sorte que chaque plateau 42 du second support 32 fait face et recouvre un plateau 41 du premier support 31. Chacun des plateaux 41,42 comprend trois perçages repartis selon un schéma triangulaire et qui sont coaxiaux aux trois perçages réalisés sur le plateau lui faisant face. Deux plateaux 41,42 15 se faisant face sont fixés l'un à l'autre via trois fixations de type boulon 50 insérées dans les trois trous et arrangées de sorte que les deux plateaux aient un espace non nul entre eux. Pour chaque boulon 50, un manchon 51 en une matière élastique comme le caoutchouc faisant office d'amortisseur est fixé à la tige du boulon et est positionné dans l'espace entre les deux plateaux.

20 Chaque plateau peut ainsi avoir un mouvement relatif limité dans les trois directions par rapport au plateau qui lui fait face. Les moyens d'isolation et d'amortissement 20 permettent de maintenir l'équilibre du drone 1 en vol lors de l'utilisation du bras articulé 11 en absorbant des forces exercées par le bras sur le châssis via la poutre. Les forces absorbées sont notamment celles induites par les mouvements de la tête 11a opérable selon différents angles ou encore par 25 des couples induits par l'utilisation de certains outils, comme par exemple les embouts de vissage ou les forets de perçage. En relation avec la figure 5 et dans un autre mode de réalisation de l'invention, le drone 1 selon l'invention comprend un bras d'accrochage 50 du drone sur une surface. Ce mode de 30 réalisation est compatible avec les autres modes de réalisations décrits ci-dessus. Le bras d'accrochage 50 est un bras déployable fixé au châssis 2 et pouvant être déployé parallèlement à la poutre 10. L'extrémité libre du bras d'accrochage comprend un moyen d'accroche 51 de type ventouse ou pince d'accrochage, qui lorsque le bras 11 est déployé 3036381 7 totalement, s'étend au-delà de la première extrémité 10a de la poutre portant le bras articulé 11. On notera que lorsque le moyen d'accroche 51 est de type ventouse, le bras d'accrochage 50 est associé à des moyens pneumatiques (non représentés) connectés à la ventouse de sorte à créer et maintenir un vide dans la ventouse pour la coller à une surface ou pour injecter de l'air dans la 5 ventouse pour la décrocher d'une surface. Un tel bras d'accrochage 50 est piloté par l'unité centrale 4a en fonction de signaux reçus par les moyens d'émission/réception 4d et en provenance d'un opérateur du drone 1. La fixation des moyens d'accroche 51 du bras à une surface confère une stabilité accrue au drone 1 lui permettant d'opérer sur un fuselage avec plus de précision et en sollicitant moins les groupes 10 propulsifs pour assurer la stabilité du drone. L'autonomie du drone 1 est ainsi améliorée. De préférence, le drone 1 comprend deux bras d'accrochage 50 situés de part et d'autre de la poutre 10 afin d'augmenter la stabilité du vol du drone 1. Lorsque le ou les bras d'accrochage 50 sont fixés à une surface et que la tête mobile 11a du bras articulé 11 est équipée d'un foret de perçage, l'avancement du drone 1 vers la direction 15 de perçage s'accompagne d'un repli progressif du ou des bras afin de diminuer leur extension longitudinale. Dans les exemples décrits en relation avec les figures 1 à 5, le drone 1 est équipé de quatre groupes propulsifs 6. L'invention n'est en rien restreinte à ce nombre et la description ci- 20 dessus est applicable à tout drone comprenant au moins trois groupes propulsif de sorte à assurer une stabilité en vol suffisante au drone.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1) Drone (1) de type multicoptère comprenant un châssis (2) sensiblement plan sur lequel sont arrangés une unité centrale (4a) connectée à au moins un capteur d'inclinaison (4b) générant un signal relatif à l'inclinaison de l'assiette du drone par rapport à un plan horizontal (H), une batterie (12) et au moins trois groupes propulsifs (5) adaptés à propulser le drone et pilotés par l'unité centrale, caractérisé en ce que le drone (1) comprend en outre un bras articulé (11) arrangé sur une poutre (10) fixée au châssis (2), la poutre s'étendant de part et d'autre hors du châssis et comprenant une première extrémité (10a) et une seconde extrémité (10b) situées de part et d'autres du châssis, le bras articulé (11) étant arrangé sur ladite première extrémité et la batterie (12) étant fixé à un support (13) arrangé sur ladite seconde extrémité.2) 3) 4) Drone (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras articulé comprend une tête mobile (11a) située à son extrémité libre, la tête étant fixée en liaison rotule par rapport au bras (11) et pouvant être déployée en translation dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de la poutre (X) Drone (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le support (13) est déplaçable le long de la seconde extrémité de la poutre (10). Drone (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le drone (1) comprend des moyens de déplacement (30) dudit support pilotés par l'unité centrale (4a) pour déplacer le support le long de la seconde extrémité de la poutre (10b) en fonction du signal généré par le au moins un capteur d'inclinaison mesurant l'inclinaison de l'assiette du drone selon l'axe longitudinal de la poutre (X). 5) Drone (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que le support (13) est déplaçable sur au moins un rail (31) arrangé sur la poutre (10). 6) Drone (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de déplacement (30) comprennent un servomoteur (32). 3036381 9 7) Drone (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la poutre (10) est fixé au châssis (2) via des moyens d'isolation et amortissement (20) de la poutre par rapport au châssis, lesdits moyens comprenant au moins une surface fixée (42) à la poutre recouvrant une surface (41) fixée au châssis, lesdites deux surfaces étant fixées 5 entre elles avec au moins un élément en matériau élastique (51) arrangées entre elles. 8) Drone (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'isolation et amortissement (20) comprennent quatre plateaux (42) fixés à la poutre et quatre plateaux (41) fixés au châssis (2), chaque plateau (42) fixé à la poutre recouvrant un 10 plateau fixé au châssis (41), chaque plateau (41,42) comprenant trois perçages repartis selon un schéma triangulaire et coaxiaux à trois perçages réalisés sur un plateau faisant face audit chaque plateau, deux plateaux se faisant face étant fixés l'un à l'autre via trois fixations de type boulon (50) insérées dans les trois trous. 15 9) Drone (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu'un élément en matériau élastique (51) est un manchon. 10) Procédé d'utilisation d'un drone (1) muni d'un bras articulé selon la revendication 4, 20 caractérisé en ce que le procédé comprend la mesure, via le au moins un capteur d'inclinaison (4b), de l'angle d'inclinaison de l'assiette du drone selon un axe longitudinal de la poutre (X) par rapport au plan horizontal (H) ; et - lorsque l'assiette du drone selon l'axe longitudinal de la poutre a un angle d'inclinaison négatif (-a) par rapport au plan horizontal (H), le déplacement du support vers la seconde 25 extrémité de la poutre via les moyens de déplacement pilotés par l'unité centrale - lorsque l'assiette du drone selon l'axe longitudinal de la poutre a un angle d'inclinaison positif (+a) par rapport au plan horizontal (H), le déplacement du support vers le via les moyens de déplacement pilotés par l'unité centrale.