FR3063274A1

FR3063274A1 - Vehicule autonome a roues jumelles, destine au transport de colis ou de materiels, permettant de franchir de petits obstacles

Info

Publication number: FR3063274A1
Application number: FR1770186A
Authority: FR
Inventors: Benjamin TALON
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-25
Filing date: 2017-02-25
Publication date: 2018-08-31

Abstract

L'invention concerne un véhicule autonome à roues jumelles, destiné au transport de colis ou de matériels, permettant de franchir de petits obstacles comportant : - Deux grandes roues externes (1a et 1b), deux roues internes (2a), un châssis (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 des vérins (9a et 9b) couplés à des actionneurs rotatifs des vérins (10a et 10b) et des chenilles ou roues omnidirectionnelles motrices (12a et 12b) 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 « Twowheeled 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 planes tel que les entrepôts ou usines 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 a de fortes capacités de manœuvres 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 marc is les sites intérieurs. Grâce à un dispositif de propulsion couplé à des vérins sur les coté 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 externes » et « roues internes » 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 représentées sur le vue de coté, en particulier la roue interne 2a fixe avec le châssis 2a et 2b.

Le châssis du diwheel se décompose entre 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. Les moteurs 8a et 8b peuvent être du type moteur indépendant qui entraîne les roues à friction ou bien moteur roue.

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 permettent 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. Ce casier peut être remplacé aménagé ou remplacé par n’importe quel système pour accomplir la mission du droïde. On pourra citer à titre non limitatif : plateau de transport, casier multiples, bras robotique, canon à eau, projecteur...

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 analogiquenumériques (A 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, deux vérins 9a et 9b de part et d’autre du diwheel sont reliés au châssis 2a par l’intermédiaire d’un actionneur rotatif 10a et 10b.

Ces vérins 9a et 9b ont à leurs bases des dispositifs de roulements 11a et 11b qui permettent de déplacer le diwheel en roulant sur ceux-ci. Ces dispositifs de roulement 11a et 11b, se décomposent en deux chenilles ou roues omnidirectionnelles 12a et 12b qui sont misent en rotation par deux moteurs électriques 13a et 13b. Ces deux dispositifs de roulement 11 a et 11 b sont reliés aux vérins 9a et 9b par l’intermédiaire d’une liaison pivot qui peut être libre ou motorisée. Ainsi les roues ou chenilles ne sont pas toujours strictement perpendiculaire à l’axe des vérins.

Afin de permettre au diwheel de franchir des marches ou bordures de trottoir, les vérins 9a et 9b couplés aux roues omnidirectionnelles 12a et 12b à propulsion électrique 13a et 13b et au calculateur 6 et aux batteries 5a et 5b, vont soulever et pousser le diwheel vers l’avant.

Le diwheel va donc s’appuyer sur le nez de marche avec les grandes roues 1 et pousser en même temps vers le haut avec les vérins 9a et 9b et les roues omnidirectionnelles 12a et 12b sur le sol. La combinaison des forces d’avancement des grandes roues 1 et de la force exercée par les vérins 9a et

9b et les roues omnidirectionnelles 12a et 12b permet de soulever le diwheel et de lui faire franchir la marche ou bordure de trottoir.

Une fois en l’air, les roues 1 ne sont plus en contact avec la bordure du trottoir. A ce moment les roues omnidirectionnelles ou les chenilles 12a et 12b vont faire avancer dans toutes les directions le droïde pour se rapprocher du trottoir.

En fonctionnement normal, c’est-à-dire sur une portion de route sans obstacle, les vérins 9a et 9b sont rétractés ainsi que les dispositifs de roulement 11a et 11b, donc les roues omnidirectionnelles 12a et 12b ne touchent pas le sol et dès qu’un obstacle est à franchir, le calculateur 6 demande au vérin 9a et 9b de faire sortir les dispositifs de roulement 11a et 11b pour la mettre en contact avec le sol les roues omnidirectionnelles 12a et 12b.

De plus les vérins 9a et 9b sont reliés au châssis 2b par des actionneurs rotatif des vérin 10a et 10b leurs permettant d’être mit en rotation autour d’un axe « J » à la verticale de l’axe de rotation « O » des grandes roues 1a et 1b. Ainsi lorsque le droïde en l’air s’est rapproché du trottoir grâce aux roues omnidirectionnelles 12a et 12b, les moteurs 10a et 10b se mettent en rotation sur quelques degrés et provoquent le basculement du droïde vers l’avant. Les roues 1 se retrouvent alors en contact avec le dessus du trottoir. Elles reprennent de l’adhérence et le droïde peut alors rouler sur le trottoir et continuer sa route.

Les roues omnidirectionnelles 12a et 12b, permettent d’optimiser les axes de poussée pour franchir les bordures en faisant en sorte que le droïde soit toujours parallèle au trottoir shir.

PROCEDE

- Fonctionnement des vérins

Classiquement, lorsque le diwheel roule en mode normal, c’est-à-dire sur une surface plane, les dispositifs de roulement 11a et 11b sont rétractés. Lorsqu’un obstacle de type marche ou bordure de trottoir est repéré par le système de pilotage autonome ou l’opérateur à distance, alors les vérins 9a et 9b, combinés aux efforts des deux grandes roues 1, sont déployés afin de faire sortir les roues omnidirectionnelles 12a et 12b dans le but de créer une force de poussée et de soulèvement vertical et centré du diwheel.

En se déployant, les vérins 9a et 9b mettent en contact les chenilles ou roues omnidirectionnelles 12a et 12b avec le sol. Les roues omnidirectionnelles 12a et 12b couplés aux moteurs électriques 13a et 13b, commandées par le calculateur 6 permettent de déplacer le diwheel en avant, en arrière, sur les côtés à droite et à gauche et en diagonale.

Cette force de poussé des vérins 9a et 9b combinée aux force exercée par les moteurs 13a et 13b au travers des roues omnidirectionnelles 12a et 12b 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 14a et 14b ou aux 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. Les vérins 9a et 9b se déploient alors pour permettre aux roues omnidirectionnelles 12a et 12b de prendre contact avec le sol.

Lorsque les roues omnidirectionnelles 12a et 12b adhèrent au sol, alors les moteurs 8a et 8b entraînent le roues 1 à faible vitesse, mais fort couple. En même temps, les moteurs 13a et 13b délivrent un couple aux roues omnidirectionnelles 12a et 12b, générant aussi une force de poussée vers l’avant

Les actionneurs rotatifs des vérins 10a et 10b, mettant en rotation autour de l’axe « J » le châssis 2b, permettent de faire pencher le diwheel sur l’avant, créant ainsi un effort de déséquilibre sur 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 les roues omnidirectionnelles 12a et 12b couplés à l’effet de basculement vers l’avant provoqué par la rotation des actionneurs rotatifs 10a. et 10b, permettent de soulever le diwheel tout en le propulsant vers l’avant.

Le dispositif des vérins 9a et 9b et des roues omnidirectionnelles motrices 12a et 12b pilotés en accord avec les couples délivrés aux roues 1 permet de garantir le collage des roues omnidirectionnelles 12a et 12b avec le sol pendant la manœuvre et 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 14a et 14b, ou les lidars 16 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 14.

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 celuici. 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 aux vérins 9a et 9b de se déployer jusqu’à ce que ceux-ci permette aux roues omnidirectionnelles motrices 12a et 12b de rentrer en contact avec le sol. Le calculateur 6 pilote en même temps les actionneurs rotatifs des vérins 10a et 10b afin d’orienter les vérins 9a et 9b afin de faciliter cette manœuvre de sortie des dispositifs de roulement 11a et 11b. Le calculateur 6 est averti du contact vérin sol par l’effort exercé par les vérins 9a et 9b couplé à l’information de l’accéléromètre / gyroscope 17 également présent pour la navigation du diwheel.

Lorsque les grandes roues 1 sont contre le nez de la marche, que les chenilles ou roues omnidirectionnelles 12a et 12b sont 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 aux moteurs électrique 13a et 13b de tourner aussi afin de fournir du couple aux roues omnidirectionnelles 12a et 12b.

Le diwheel franchit alors la marche

Grâce au retour d’information des capteurs de distance 15a et 15b et aux caméras 14a et 14b, 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 5 en même temps aux vérins 9a et 9b de rentrer dans sa position de repos afin de rétracter les dispositifs de roulement 11a et 11b. Le calculateur )te en même temps les actionneurs rotatifs des vérins 10a et 10b afin de mettre en rotation les vérins 9a et 9b autour d’un axe colinéaire à l’axe des grandes roues 1a et 1b, dans le but de faciliter cette manœuvre de rentrée des roues omnidirectionnelles 12a et 12b. Le contn s roues externes 1a et 1b, des vérins 9a et 9b, actionneurs rotatifs des vérins 10a et 10b et des moteurs électriques 13a et 13b sont simultanés.

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

Claims

REVENDICATIONS

1. Véhicule autonome à roues jumelles, destiné au transport de colis ou de matériels, 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) 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)

- deux vérins (9a et 9b) couplés à des dispositifs de roulement (11a et 11b» permettant au véhicule de franchir des marches ou des différences de niveau

- deux chenilles ou roues omnidirectionnelles (12a et 12b), ainsi que deux moteurs électriques (13a et 13b) composent le dispositif de roulement (11 a et 11 b).
2. Le véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le véhicule est piloté par un dispositif électronique (6).
3. Le véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le casier (7) au centre des roues est 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 les vérins (9a et 9b), des actionneurs rotatifs des vérins (10a et 10b) et les moteurs électriques (13a et 13b) des chenilles ou roues omnidirectionnelles (12a et 12b) avec le retour d’information de position des caméras (14a et 14b) et capteurs de distance (15 et 15b) pour franchir un obstacle.

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Vue de dessus

Coupe vue de coté lia

Vue de coté

Vue de face arrière