FR3063273B1

FR3063273B1 - Vehicule autonome a roues jumelles, destine au transport de colis ou de materiels, permettant de franchir de petits obstacles

Info

Publication number: FR3063273B1
Application number: FR1770185A
Authority: FR
Inventors: Benjamin TALON
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-25
Filing date: 2017-02-25
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2037-02-25
Also published as: FR3063273A1

Abstract

L'invention concerne un véhicule autonome à roues jumelle, destiné au transport de colis ou de matériel, permettant de franchir de petits obstacles comportant : - Deux grandes roues externes (1a et 1b), deux roues internes (2a), un chassais (2b), une batterie (5), des machines électriques de traction (8a et 8b), un dispositif électronique (6) et un vérin (9). - Un casier (7) positionné entre les grandes roues (1a et 1b) qui permet de stocker du matériel ou des colis de façon ouverte ou sécurisé. Selon l'invention, un automate de contrôle des moteurs électriques (8a et 8b), ainsi que du vérin (9) couplé à un servomoteur (10) et une roulette motrice (12) afin de propulser en avant et en hauteur le véhicule pour lui permettre de franchir des marches ou bordures de trottoir.

Description

Domaine technique auquel se rapporte l'invention L’invention à pour domaine technique les petits véhicules autonomes à roues jumelles de transports de colis

Ces véhicules sont connus de l’homme de l’art sous le nom de « diwheel » en anglais. Ces véhicules ont deux grandes roues parallèles avec une plateforme au centre où un colis ou des objets peuvent être entreposés. Ce type de véhicule est extrêmement maniable et a la capacité de se déplacer par un pilotage à distance ou de façon autonome.

Arriere-plan technologique

De l’état de la technique antérieur, on connaît les documents suivants.

De nombreuses publications dans la littérature présentent ce type de véhicule. Nous pouvons citer « Control of an electric diwheel » publiée par l’Université d’Adelaide en Australie par B. Cazzolato, J. Harvey, C. Dyer, K. Fulton, E. Schumann, T. Zhu et Z. Prime (Proceedings of Australasian Conférence on Robotics and Automation, 7-9 Dec 2011, Monash University, Melbourne Australia). Ce véhicule est doté de deux grandes roues parallèles et d’un cockpit central. Les roues sont reliées au cockpit par des roulettes. Deux moteurs électriques fixés sur le châssis entraînent chacun une roue et permettent au véhicule de se déplacer. Ce véhicule est destiné à transporter des personnes.

Les premiers « diwheel » destinés au transport d’humains sont apparus dans les années 1870, avec notamment le Otto Dicycle, puis remis au goût du jour dans les années 1940 avec des réalisations comme Vereycken Diwheel, ou le brevet de 1947 d’Ernest Fraquelli déposé en Belgique sous le nom « Two-wheeled vehicle supportive of each other ». Tous ces brevets portent sur des véhicules à roues jumelles permettant à des êtres humains de se déplacer en les conduisant.

Ces véhicules de par leur architecture roulent parfaitement sur des zones plane tel que les entrepôts ou usine ou encore trottoirs et routes. Mais ils ont la plus grande difficulté à franchir des obstacles tels que les bordures de trottoir ou les différences de niveaux dans les bâtiments.

Objet de l’invention

Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un véhicule tel que défini dans l’introduction de type « diwheel », de petite taille, où au centre est disposé un caisson pour accueillir des colis ou du matériel à transporter.

Le véhicule ne transporte que du matériel et aucun être humain. Le diwheel se déplace grâce à la puissance apportée par deux ou plusieurs moteurs électriques sur chacune des roues. Ces machines électriques étant pilotées par un dispositif électronique afin de gérer le contrôle de trajectoire du diwheel.

Le matériel ou colis sont déposés dans le casier central qui est protégé par les deux grandes roues du diwheel. Le diwheel peut se déplacer en intérieur et en extérieur pour acheminer seul des colis d’un lieu de départ à un lieu d’arrivée afin de soulager les opérateurs.

Ce véhicule se déplace seul grâce à ces moyens de perception tel que des caméras ou des lasers de télémétrie (lidar en anglais pour « laser détection and ranging »), à son intelligence embarquée pour faire de la planification de trajectoire et enfin son contrôle de dynamique véhicule afin de suivre la trajectoire et éviter tous obstacles fixes ou mouvants.

Ce véhicule à de fortes capacités de manoeuvres grâce au principe du « diwheel » et ces deux roues entraînées par deux ou plus moteurs électriques, ce qui permet de gérer chacune indépendamment. Ainsi le véhicule peut tourner sur place avec un rayon de braquage infini.

Grâce à ces propriétés de manœuvrabilité, cela confère au véhicule une excellente capacité de déplacement dans les lieux exigus intérieurs comme les halls d’immeuble, ou les usines ou en extérieurs comme sur les trottoirs ou sur les routes.

Lors de ces déplacements les diwheel a besoin de franchir des petits obstacles tel que les bordures de trottoir ou les différences de niveau avec marche dans les sites intérieurs. Grâce à un dispositif de propulsion couplé à un vérin, monté au centre du diwheel, celui-ci peut franchir des marches jusqu’à 20 cm.

Description detaillee d’un exemple de réalisation

La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur le dessin annexé : - la figure 1 est une vue schématique du véhicule de coté, de dessus et de face

DISPOSITIF

Dans la description les termes « roues externe » et « roues interne » seront utilisés suivant la proximité de celles-ci du centre de rotation de la roue externe.

Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un véhicule de type « diwheel », qui comprend deux roues externes 1 et un châssis 2a et 2b. Les roues externes 1 sont de part et d’autre du châssis 2a, 2b et du casier 7 de transport. Pour des raisons de lisibilité, seul une roue externe 1 et une partie du châssis 2a, b sont représentés sur le vue de coté, en particulier la roue interne 2a fixe avec le châssis 2a et 2b.

Le châssis du diwheel se décompose en la roue interne 2a fixe avec la partie basse et transversale du châssis 2b.

Les roulettes en forme de poulie 3a, 3b et 3c guident les roues extérieures 1a et 1b sur les roues intérieures 2a. Ainsi les roues extérieures 1a et 1b tournent autour de leur centre « O » qui est aussi le centre des roues internes 2a fixes sur le châssis 2b.

Sur le châssis 2b sont fixés deux moteurs électriques 8a et 8b qui par l’intermédiaire d’une roue à friction 4 entraîne les grandes roues externes 1. Ces moteurs électriques 8a et 8b permettent de transmettre de la puissance vers les roues externes 1a et 1b et de propulser en marche avant et marche arrière le véhicule.

Les moteurs 8a et 8b peuvent être commandés par le système électronique 6 de façon indépendante et donc délivrer des couples différents aux roues 1a et 1b.

Des batteries 5a et 5b contrôlées par le dispositif électronique 6 permet de fournir la puissance électrique aux moteurs électriques 8a et 8b. Ces batteries sont rechargeables en fin de service du véhicule et permet une autonomie énergétique suffisante au diwheel entre deux périodes de charge.

Le casier 7 permet de transporter des colis ou du matériel, par exemple, à titre non limitatif, afin de seconder un opérateur sur un site fermé ou un colis sur voie publique. Le casier, sur cet exemple de réalisation non limitatif, a la capacité de porter jusqu’à 40 kilogrammes de colis ou de matériel à déplacer.

Le casier 7 peut être ouvert par exemple pour les déplacements sur site fermé, ou peut être sécurisé avec une porte et un système de verrouillage à code par exemple pour les déplacements sur voie publique.

Le dispositif électronique 6 permet de recevoir les ordres de l’opérateur qui pilote le véhicule à distance ou fonctionner en parfaite autonomie. Ce dispositif électronique 6 comporte un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogique-numériques (A/D) et différentes interfaces d’entrées et de sorties.

Grâce à ces interfaces d’entrées, le calculateur 6 permet de collecter les données des capteurs comme les caméras ou lidar et d’en déduire la meilleur trajectoire à suivre. Grâce à cette information de trajectoire consigne, le calculateur 6 contrôle indépendamment les deux roues 1a et 1b au travers des moteurs électriques 8a et 8b.

Afin de permettre au diwheel de franchir des marches ou bordures de trottoir, le vérin 9 couplé à une roulette à propulsion électrique 12 et au calculateur 6 et aux batteries 5a et 5b, vont soulever et pousser le diwheel sur l’arrière. Le diwheel va donc s’appuyer sur le nez de marche avec les grandes roues 1 et pousser en même temps depuis l’arrière avec le vérin 9 et la roulette 12 sur le sol. La combinaison des forces d’avancement des grandes roues 1 et de la force exercée par le vérin 9 et la roulette 12 permet de soulever le diwheel et de la faire franchir la marche ou bordure de trottoir.

La roulette motrice 12 se déplace par l’intermédiaire de la pièce 11 qui glisse sur le vérin 9 de façon à pouvoir rétracter ou sortir cette roulette 12 du châssis 2a et 2b. Ainsi en fonctionnement normal, c’est-à-dire sur une portion sans obstacle, la roulette 12 est rétractée à l’intérieur du diwheel, et dès qu’un obstacle est à franchir, le calculateur 6 demande au vérin 9 de faire sortir la roulette 12 pour la mettre en contact avec le sol.

De plus le vérin 9 est relié au châssis 2b par un servomoteur 10, lui permettant d’être mit en rotation autour d’un axe colinéaire à l’axe de rotation « O » des grandes roues 1a et 1b, ceci afin de faciliter le positionnement de la roulette 12.

PROCEDE - Fonctionnement du vérin

Classiquement, lorsque le diwheel roule en mode normal, c’est-à-dire sur une surface plane, la roulette 12 est rétracté à l’intérieur du diwheel. Lorsqu’un obstacle de type marche ou bordure de trottoir est repéré par le système de pilotage autonome ou l’opérateur à distance, alors le vérin 9, combiné aux efforts des deux grandes roues 1, est déployé afin de faire sortir la roulette 12 dans le but de créer une force de poussée et de soulèvement sur l’arrière du diwheel.

En se déployant, le vérin 9 met en contact la roulette 12 avec le sol. La roulette motrice 12, commandée par le calculateur 6 permet de pousser sur le diwheel en avant.

Cette force de poussé du vérin 9 combinée à la roulette 12 est associée aux couples fournit par les grandes roues 1 et appliqué par contact aux nez des marches ou à l’arrête des bordures des trottoirs, permet de faire avancer le diwheel tout en gravissant la marche. - Fonctionnement du dispositif de franchissement

Classiquement, lorsque le diwheel rencontre un obstacle et le détecte garce à ces caméras 13a et 13b ou dispositifs de mesure de distance 15a et 15b, ou que ces obstacles sont détectés par l’opérateur de contrôle à distance, alors le diwheel se positionne en butée contre le nez de marche avec ces deux grandes roues 1. Le vérin 9 se déploie alors pour permettre à la roulette 12 de prendre contact avec le sol.

Afin de faciliter ce déploiement, le servomoteur 10 qui relie une extrémité du vérin 9 au châssis 2b, met en rotation le vérin dans le même axe que les grandes roues 1a et 1b. Cela permet un meilleur positionnement fonction de la hauteur de marche.

Lorsque la roulette 12 adhère au sol, alors les moteurs 8a et 8b entrainement le roues 1 à faible vitesse, mais fort couple. En même temps, la roue motrice 12 délivre un couple, générant aussi une force de poussée vers l’avant

La combinaison de l’effort apporté par les grandes roues 1 au nez de la marche et l’effort renvoyé sur l’arrière du diwheel par la roulette 12 permettent de soulever le diwheel tout en le propulsant vers l’avant.

Le dispositif de vérin 9 et de roulette motrice 12 piloté en accord avec les couples délivrés aux roues 1 permet donc le franchissement de marche ou bordure de trottoir jusqu’à 20 cm de haut. - Contrôle de l’action de franchissement

Dans une première étape, la détection des obstacles est réalisée soit de façon autonome avec les capteurs du diwheel tel que donnés en exemple non limitatif, les caméras 13a et 13b, ou les lidars 14 ou les capteurs de distance 15a et 15b, soit directement par l’opérateur à distance grâce au retour vers le poste de pilotage par transmission sans fil des informations des précités capteurs tel que les caméras 13.

Le système de contrôle porté par le calculateur 6, approche alors de diwheel au nez de la marche et met les grandes roues 1 en contact avec celui-ci. Grâce aux capteurs de distance 15a et 15b, il est possible de positionner très précisément le diwheel devant la marche.

Le calculateur 6 ordonne alors au vérin 9 de se déployer jusqu’à ce que celui-ci permette à la roulette motrice 12 de rentrer en contact avec le sol. Le calculateur 6 pilote en même temps le servomoteur 10 afin d’orienter le vérin 9 afin de faciliter cette manœuvre de sortie de la roulette 12. Le calculateur 6 est averti du contact vérin sol par l’effort exercé par le vérin couplé à l’information de l’accéléromètre / gyroscope 16 également présent pour la navigation du diwheel.

Lorsque les grandes roues 1 sont contre le nez de la marche, que la roulette motrice 12 est en contact avec le sol, le calculateur 6 demande aux moteurs 8a et 8b de faire tourner les grandes roues 1 à faible vitesse et en même temps à la roulette motrice 12 de tourner aussi.

Le diwheel franchit alors la marche

Grâce au retour d’information des capteurs de distance 15a et 15b et aux caméras 13a et 13b, le calculateur 6 sait lorsque le diwheel est monté sur la marche.

Le calculateur 6 demande alors aux grandes roues 1 de ne plus tourner et en même temps au vérin de 9 de rentrer dans sa position de repos afin de rétracter la roulette motrice 12. Le calculateur 6 pilote en même temps le servomoteur 10 afin de mettre en rotation le vérin 9 autour d’un axe colinéaire à l’axe des grandes roues 1a et 1b, dans le but de faciliter cette manœuvre de rentrée de la roulette motrice 12. Le contrôle des roues externes 1a et 1b, du vérin 9, du servomoteur 10 et de la roulette motrice 12 sont simultanés.

Une fois le vérin complètement rétracté, le diwheel peut recommencer à rouler normalement.

Claims

REVENDICATIONS

1. Véhicule autonome à roues jumelle, destiné au transport de colis ou de matériel, permettant de franchir de petits obstacles, caractérisé en ce qu’il comporte : - deux roues externes (1a et 1b) - un châssis (2a et 2b) se décomposant en deux roues interne (2a) et une partie basse de châssis (2b) - plusieurs moteurs électriques (8a et 8b) fixent sur les roues internes (2a et 2b) entraînant en rotation les roues externes (1a et 1b) - un casier (7) pour le stockage de colis ou pièces - un réseau électrique se décomposant en une batterie (5) et un dispositif électronique (6) - des roulettes (3a, 3b et 3c) pour guider en rotation les roues externes (1a et 1b), et - un vérin (9) couplé à une roulette motrice (12) permettant au véhicule de franchir des marches ou des différences de niveau
2. Le véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il est téléguidé par un opérateur ou complètement autonome
3. Le véhicule selon la revendication 2, permet de transporter des pièces ou des colis dans un casier au centre des roues qui peut être fermé par un système sécurité à code.
4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif électronique (6) pilote les roues externes (1a et 1b) ainsi que le vérin (9), le servomoteur (10) et la roulette motrice (12) avec le retour d’information de position de caméras (13a et 13b) et de capteurs de distance (15 et 15b)