FR3120003A1 - Robot mobile coopératif en forme de colonne - Google Patents
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Abstract
ROBOT MOBILE COOPÉRATIF EN FORME DE COLONNE
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un robot mobile coopératif en forme de colonne. En particulier, l’invention concerne un robot mobile utilisable dans différents secteurs, par exemple pour la manutention, le transport et la manipulation de charge de masses, tailles et formes très variées.
Arrière-plan technologique
Les robots mobiles coopératifs sont utilisés pour le transport de charges dans le secteur logistique. En particulier, certains robots sont configurés pour un déplacement dans un entrepôt logistique afin de récupérer et transporter des charges d’un point à un autre de l’entrepôt. Lorsque la charge a un poids trop élevé, plusieurs robots peuvent coopérer pour le transport de ladite charge.
On introduit les notations suivantes propres aux robots coopératifs capables de travailler en grappe :
- Mono-robot ou m-bot : entité robotique simple capable d'exécuter une tâche de façon autonome, par exemple le transport d'une charge légère et peu volumineuse.
- Poly-robot ou p-bot : entité robotique composée de l'agrégation de p m-bots pour effectuer une tâche. Dans le cas du transport de charge, la charge fait partie du p-bot.
- Bi-robot ou b-bot : p-bot avec p=2.
Plusieurs architectures de m-bots et leur agrégation en p-bots sont proposées dans la demande de brevet français FR3089445. Ce mono-robot est compact car il occupe un espace au sol proche de celui d’un opérateur, est coopératif et se comporte comme un véhicule autonome à deux roues.
Toutefois, ce poly-robot présente certains inconvénients. En particulier, le bras possède une capacité de levage limitée notamment du fait de sa chaîne cinématique. En outre, il ne peut tourner sur place ni se déplacer latéralement ce qui limite son utilisation et ses possibilités dans un entrepôt logistique. Enfin, l’aspect coopératif est intégralement obtenu par la synchronisation des commandes de mono-robots, sans qu'un lien physique autre que la charge transportée n'existe entre ces mono-robots.
Les inventeurs ont cherché une solution pour pallier ces inconvénients et améliorer les robots mobiles coopératifs existants.
Objectifs de l’invention
L’invention vise à fournir un robot mobile coopératif adapté à la manutention et au transport de charges, notamment dans un entrepôt logistique.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un robot mobile coopératif pouvant, avec d’autres robots du même type, former des combinaisons pouvant répondre à différentes contraintes.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un robot mobile coopératif compact, de faible emprise au sol et pouvant se faufiler dans un entrepôt logistique.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l’invention, un robot mobile coopératif avec une bonne capacité de levage, pouvant lever des charges importantes avec une longue course.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l’invention, un robot mobile coopératif avec une bonne mobilité, en particulier en termes de braquage et de capacité de déplacement omnidirectionnel.
Pour ce faire, l’invention concerne un robot mobile coopératif de structure élancée en forme de colonne, doté d'un moyen de locomotion en partie basse et de moyens de coopération sous forme de chaînes de liaison ou de pièces structurelles amovibles permettant la connexion avec d'autres robots de structure sensiblement identique.
Un robot mobile selon l’invention présente, grâce à sa forme de colonne, une grande compacité, une faible emprise au sol et peut notamment se faufiler dans des allées étroites d’un entrepôt logistique, par exemple des allées prévues pour la taille d’un opérateur humain, sans nécessiter d’élargissement de l’allée.
La structure en colonne permet également un regroupement des masses au-dessus du contact entre le robot et le sol. La forme élancée se prête à l’intégration d’un système de levage à longue course et à un degré de liberté doté d’une forte capacité de charge.
Les moyens de coopération peuvent par exemple comprendre :
- une pièce de structure bi-encastrée ou une chaîne cinématique verrouillable ;
- un réglage manuel ou automatique de ses dimensions ;
- un système de verrouillage robuste de la forme souhaité, dimensionné selon les efforts mis en jeu, et avec un nombre minimal de liaison.
Comme décrit précédemment, lorsqu’il est seul, le robot mobile coopératif peut être appelé mono-robot ou m-bot. Lorsque plusieurs robots sont agrégés par ladite connexion, on parle de poly-robot ou p-bot. Lorsqu’il y a uniquement deux robots connectés, on peut parler de bi-robot ou de b-bot, qui est une forme particulière de poly-robot.
Un poly-robot peut avoir plusieurs structures différentes, avec un nombre de robots différents. Un bi-robot peut par exemple former un système de type à essieu formant un gyropode (à roues partageant le même axe lorsque le bi-robot avance en ligne droite), ou un système analogue à une bicyclette avec stabilisation latérale (à roues s’étendant dans un même plan lorsque le bi-robot avance en ligne droite).
Un poly-robot peut comprendre plus de deux mono-robots, en nombre pair ou impair, avec des configurations différentes, dispersés ou assemblés par paires de robots. Les robots peuvent aussi former un convoi long pour une utilisation avec des objets de grande longueur, par exemple un pipeline.
Lorsque plusieurs robots forment un poly-robot, des mobilités sont prise en compte dans les chaînes de connexion, afin de pouvoir conserver des appuis constants et propulsifs sur le sol et garantir le support continu des charges.
La mise en œuvre des poly-robots par l’utilisation d’une pluralité de robots mobiles selon l’invention permet de faciliter la maintenance, qui peut s’effectuer sur chaque robot mobile indépendamment des autres robots mobiles. Il est aussi possible de substituer un robot mobile en panne par un autre robot mobile fonctionnel afin de ne pas interrompre l’utilisation du poly-robot pendant la réparation du robot mobile en panne.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend une mono-roue avec braquage d’axe sensiblement vertical.
Selon cet aspect de l’invention, le robot peut, lorsqu’il est associé à un ou plusieurs autres robots, braquer autour de n'importe quel point par coordination des braquages de chaque robot, y compris autour d'un point sous le poly-robot, c’est-à-dire un braquage sur place.
Avantageusement et selon une autre variante de l’invention, le robot comprend un essieu avec plusieurs roues libres montées dessus.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend un bras manipulateur.
Selon cet aspect de l’invention, le bras manipulateur permet d’effectuer des petites manutentions de charge, par exemple des tâches de dévracage de produit à transporter. Le bras manipulateur peut être fixé à des emplacements multiples sur le châssis ou la partie mobile du système de levage, au plus près de la charge à transporter.
Avantageusement et selon l’invention, les moyens de connexion sont motorisés pour un déploiement automatique, ou non motorisés pour un déploiement manuel.
Avantageusement et selon l’invention, la chaîne de connexion peut servir d'appui pour la stabilisation à l'arrêt ou durant la locomotion.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend un levage d'axe sensiblement vertical.
Selon cet aspect de l’invention, le levage est une liaison glissière d’axe sensiblement vertical.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend un système de connexion mécanique et/ou électrique et/ou hydraulique.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend des moyens de mesure des forces appliquées par une charge et transmises au sol.
Avantageusement et selon l’invention, le robot comprend des moyens de franchissement d'obstacles, comprenant :
- des moyens d’élévation de la roue, pouvant être confondus avec le système de levage,
- des moyens de maintien de la marge de stabilité basée sur les mesures d'efforts internes.
L’invention concerne également un ensemble de robots mobile coopératifs selon l’invention, connectés ensemble par les moyens de coopération. Cet ensemble forme un poly-robot tel que décrit précédemment.
L’invention concerne également un robot mobile et un ensemble de robots mobiles, caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures.
La et la illustrent schématiquement de côté et en perspective un robot mobile selon un mode de réalisation de l’invention, aussi appelé mono-robot.
Le robot 10 est composé d’une structure 12 élancée en forme de colonne, doté d’un moyen de locomotion (ici une roue 14) en partie basse.
Comme visible sur la , le robot 10 mobile comprend de nombreux emplacements 16 permettant la connexion avec un autre robot 10 mobile.
Le robot mobile comprend en outre un bras 18 manipulateur, des moyens 20 de stabilisation et des moyens 22 de levage. Les moyens 20 de stabilisation peuvent, dans certains modes de réalisation, former des moyens de connexion.
Le robot mobile peut également intégrer des éléments, visibles ou non visibles, tels que :
- des batteries amovibles, en partie basse du robot mobile ;
- des capteurs, par exemple :
- capteur de force d’appui au sol, permettant de détecter les risques de renversement en calculant une marge de stabilité du mono-robot ou du poly-robot, d’empêcher le levage si les appuis ne sont pas stables et déterminer le centre de gravité de la charge levée par le poly-robot ;
- capteur de dimension de la charge
- capteur d’anti-collision avec l’environnement,
- capteur d’anti-écrasement sous fourche,
- capteur de positionnement latéral dans l’allée
- capteur de détection des objets dépassant des étagères.
- une motorisation en braquage et en locomotion ;
- une motorisation des moyens de levage ;
- un système de commande ;
- une interface d’utilisation, par exemple avec une tablette tactile ;
- un moyen d’arrêt d’urgence ;
- des points d’ancrage pour une chaîne de liaison ou un bras.
La et la illustrent schématiquement de côté et en perspective un poly-robot 100a selon un premier mode de réalisation de l’invention. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement en perspective un poly-robot 100b selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Le poly-robot ou bi-robot est composé de deux robots mobiles, ou mono-robots, un premier robot 10a mobile et un deuxième robot 10b mobile, tel que décrit en référence à la et à la , reliés entre eux par une barre 130 de traverse fixe encastrée à chaque robot mobile.
Le premier robot 10a mobile comprend une structure 12a élancée, une roue 14a, un bras 18a manipulateur, des moyens 20a de stabilisation et des moyens 22a de levage.
Le deuxième robot 10b mobile comprend une structure 12b élancée, une roue 14b, un bras 18b manipulateur, des moyens 20b de stabilisation et des moyens 22b de levage.
Dans le premier mode de réalisation, la traverse 130 est reliée respectivement à un moyen 16a d’ancrage du premier robot 10a mobile et à un moyen d’ancrage du deuxième robot 10b mobile, les moyens d’ancrage se trouvant dans la structure élancée de chaque robot mobile.
Dans le deuxième mode de réalisation, la traverse 130 est reliée à deux moyens d’ancrage agencés dans les moyens de levage. Comme représenté sur la , ce mode de réalisation permet de facilement franchir un obstacle 200 en maintenant les structures 12a et 12b élancées sensiblement verticales, ou porter des charges de forme complexe.
La représente schématiquement en perspective un poly-robot 100c selon un troisième mode de réalisation de l’invention, formé de quatre robots mobiles, formant ainsi un quadri-robot. Les quatre robots 10a, 10b, 10c, 10d mobiles sont reliés par différents moyens 130a, 130b, 130c, 130d de coopérations pour pouvoir lever un objet de type palette 300 grâce à l’ensemble des moyens de levage.
La représente schématiquement en perspective un poly-robot 100d selon un quatrième mode de réalisation de l’invention, formé de trois poly-robots 100c1, 100c2 et 100c3 selon le troisième mode de réalisation de l’invention, formant ainsi un dodéca-robot, configuré pour déplacer une charge longue telle qu’une poutre 400
D’autres moyens de connexion entre les robots mobiles sont possibles, par exemple une chaîne cinématique de type :
- encastrement-rotule-glissière-rotule-encastrement ;
- encastrement-rotule-pivot-rotule-encastrement ;
- encastrement-n pivots-encastrement avec n un entier supérieur ou égal à 0 :
- si n=0, on retombe sur le cas d'une barre de traverse rigide
- si n=6, c'est une chaîne cinématique de connectivité 6 similaire à celle de bras manipulateurs et permettant toute position ou orientation d'un robot mobile par rapport à l'autre
- si n>6, la chaîne cinématique devient redondante et permet en plus de contourner la charge ou d'aller se fixer sur un point d'ancrage caché.
- etc.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits. En particulier, le nombre et la configuration des robots mobiles dans un poly-robot peut varier.
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