FR3123047A1 - Plate-forme mobile autonome apte à évoluer dans un milieu fluide tel que l’eau et sur terre. - Google Patents

Plate-forme mobile autonome apte à évoluer dans un milieu fluide tel que l’eau et sur terre. Download PDF

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    • B63G2008/004Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned autonomously operating

Abstract

Plate-forme mobile autonome apte à évoluer dans un milieu fluide tel que l’eau et sur terre. Plateforme mobile P, pour effectuer des reconnaissances sous-marines et/ou terrestres, comprenant : un corps central C, d’axe central 100 ; et, quatre propulseurs P1, P3 disposés autour du corps central ; chaque propulseur comprenant : un actionneur A1, A3, muni, d’une palme PA1, PA3 ; et, un module d’actionnement MA1, MA3, conçu pour engendrer une rotation de l’actionneur autour de son axe principal X1, X3 et une déformation de la palme correspondante. Figure de l’abrégé : figure 1

Description

Plate-forme mobile autonome apte à évoluer dans un milieu fluide tel que l’eau et sur terre.
La présente invention se rapporte au domaine des plateformes autonomes aptes à évoluer dans un milieu fluide tel que l’eau, notamment pour effectuer des missions subaquatiques, notamment pour effectuer des observations sous-marines de la faune et de la flore, et des missions acoustiquement discrètes ; elle se rapporte également au domaine des plateformes autonomes aptes à évoluer sur terre.
Une plateforme utilisée pour l’observation de milieux naturels, notamment dans les milieux aquatiques, doit perturber le moins possible ce milieu. Elle doit aussi répondre aux exigences imposées par la navigation en milieu sous-marin. Une telle plateforme doit aussi pouvoir évoluer dans le milieu, sans être notablement perturbée, notamment par la flore, en particulier par la présence d’algues. Les plateformes existantes sont encore trop perturbatrices pour observer la faune dans des conditions de discrétion suffisantes.
On sait, par ailleurs, que l’une des grandes difficultés qui se pose lors de la conception d’appareils de ce genre, réside dans la résolution de problèmes de stabilité, en particulier à l’état stationnaire, par exemple lors de l’acquisition et du maintien d’une orientation en vue d’effectuer une observation précise.
À ce titre, le brevet français FR 2 796 217 propose une plateforme mobile télécommandée apte à évoluer dans un milieu tel que l’eau ou l’air ; cette plateforme présente une masse volumique voisine de celle du milieu dans lequel elle se trouve et comprend au moins deux paires de propulseurs orientables dans deux plans parallèles entre eux et à l’axe longitudinal de la plateforme. En version sous-marine, la plateforme est équipée de réacteurs hydrauliques au nombre de quatre, chacun d’eux étant orientable autour d’un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal de la plate-forme ; un pilotage dit ″vectoriel″ de la plateforme permet à celle-ci de se mouvoir dans le milieu sous-marin d’une manière identique à celle d’une voilure tournante dans un milieu aérien.
Cette configuration nécessite la gestion en temps réel de 3 degrés de liberté par propulseur (vitesse variable en marche avant, vitesse variable en marche arrière et orientation du propulseur), soit douze degrés de liberté au total, de manière à maintenir son assiette horizontale. Néanmoins les propulseurs à hélice ne répondent pas aux exigences de discrétion vis-à-vis de la faune et, par ailleurs, peuvent être perturbés par la présence d’algues.
Le brevet français FR 2 942 451, propose un procédé de propulsion sous-marine d’une plate-forme comportant une structure rigide de forme allongée, un élément déformable allongé, porté par la structure rigide, qui consiste à engendrer une déformation de l’élément déformable grâce à plusieurs actionneurs, sous forme d’onde progressive dans le sens inverse de la propulsion durant la phase d’accélération ou dans le sens direct durant la phase de décélération, et en une déformation sous forme d’onde entretenue durant la phase de croisière, la déformation est dirigée essentiellement selon l’axe principal de déplacement, les élongations des ondes progressives et entretenues étant orientées perpendiculairement à l’axe principal de la structure rigide. Ce procédé de propulsion permet de mouvoir la plate-forme dans une direction privilégiée, d’une manière particulièrement discrète, sans être perturbée par la présence d’algues, mais ne répond pas aux exigences imposées par le maintien en état stationnaire en vue d’effectuer une observation précise.
Le but de l’invention, est de proposer une plateforme qui conjugue discrétion et maniabilité, afin de permettre une observation précise et fidèle d’un milieu naturel, notamment d’un milieu aquatique, et, de préférence, permettre également une observation précise et fidèle sur terre.
Pour atteindre ce but, l'invention propose une plateforme mobile énergétiquement autonome apte à évoluer dans un milieu tel que l’eau et/ou sur terre, notamment pour y effectuer des reconnaissances sous-marines et/ou terrestres, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- un corps central, d’axe central ; et,
- au moins trois, de préférence quatre, propulseurs disposés autour du corps central ;
chaque propulseur comprenant :
- un actionneur, muni, à une extrémité distale, d’une palme ; et,
- un module d’actionnement solidaire du corps central et possédant un axe principal de préférence oblique par rapport audit axe central et conçu pour engendrer une rotation de l’actionneur autour de l’axe principal et une déformation de la palme.
L’actionneur comprend avantageusement des bras articulés en forme de pantographe dont un bras central d’actionnement s’étend selon l’axe principal, le module d’actionnement étant prévu pour engendrer une rotation du bras central autour de l’axe principal et une translation de cet arbre central selon le même axe principal, de sorte que l’extrémité distale forme un angle plus ou moins grand avec l’axe principal.
Chaque bras articulé peut comprendre :
- un premier bras principal, orientable à une première de ses extrémités, au voisinage du corps central, autour d’un axe ;
- un second bras principal orientable à une première de ses extrémités, au voisinage d’une seconde extrémité du premier bras principal, autour d’un axe parallèle à un axe du premier bras principal ;
- un premier bras secondaire orientable à une première de ses extrémités autour de l’axe parallèle à l’axe du premier bras principal et situé entre les deux extrémités du premier bras principal et plus proche de sa première extrémité,
- un second bras secondaire orientable à une première de ses extrémités autour d’un axe parallèle à l’axe du premier bras principal et situé au voisinage de la seconde extrémité du premier bras secondaire, une seconde de ses extrémités étant orientable autour d’un axe situé au voisinage de la première extrémité du second bras principal, de sorte que le premier bras principal et le second bras secondaire soient parallèles ;
- un bras central d’actionnement dont un axe de symétrie perpendiculaire aux différents axes de rotation des bras principaux et secondaires comprend une chape supportant l’axe de la première extrémité du premier bras principal, ce bras central d’actionnement pouvant se déplacer simultanément latéralement le long de son axe de symétrie et axialement autour de son axe de symétrie ; et,
- une platine, montée rotative autour de l’axe de symétrie du bras central d’actionnement et supportant l’axe du premier bras principal au voisinage du corps central.
Avantageusement, les modules d’actionnement pour engendrer des mouvements de translation et de rotation du bras central d’actionnement des actionneurs comprendront un mécanisme d’actionnement pour engendrer des mouvements de translation du bras central d’actionnement, et un mécanisme d’actionnement pour engendrer des mouvements de rotation de ce même bras central d’actionnement, la translation du bras central d’actionnement étant telle que les deux bras principaux des actionneurs constitueront une forme en V d’ouverture variable, la rotation du bras central d’actionnement étant telle qu’elle engendrera une orientation d’angle variable des actionneurs. En conséquence, les quatre propulseurs comprenant chacun un actionneur constitué de bras articulés et un module d’actionneur permettant d’engendrer des mouvements de translation et de rotation, possèdent ainsi deux degrés de liberté.
Avantageusement, les axes des bras centraux d’actionnement seront obliques par rapport à l’axe principal dudit corps central, formant un angle compris entre 10° et 45°, permettant l’optimisation de l’efficacité de ladite palme lors de la fermeture de la structure en forme de V.
Avantageusement, la structure en forme de palme située au voisinage de la seconde extrémité du second bras principal, sera telle que sa déformation soit d’une part située au voisinage d’un plan parallèle à l’axe principal du corps central, la structure en forme de V étant en position d’extension, et d’autre part située au voisinage d’un plan perpendiculaire à l’axe principal du corps central, la structure en forme de V étant en position de flexion.
Avantageusement, le mouvement de la structure en forme de V, de la position extension à la position flexion sera de durée inférieure à la durée du mouvement de la structure en forme de V, de la position flexion à la position extension.
Bien entendu, la conception mécanique de la plateforme sera telle que sa masse volumique de préférence très légèrement inférieure à la densité du milieu aquatique. Sa masse volumique sera avantageusement comprise entre 1 fois et 0,8 fois, et de préférence entre 0,998 fois et 0,996 fois, la densité du milieu aquatique.
Des mouvements synchrones des quatre propulseurs selon d’une part leur ouverture respective en forme de V et d’autre part selon leur orientation autour de l’axe de l’arbre central d’actionnement respectif, permettront à la plateforme en milieu aquatique :
- d’effectuer des plongées verticales,
- de se maintenir en état stationnaire,
- de s’orienter en cap autour de l’axe principal du corps central,
- de se déplacer vers l’avant et vers l’arrière, et
- de se déplacer à tribord et à bâbord.
Le déplacement du bras central d’actionnement selon son axe principal permet de modifier l’ouverture de la structure en V ; dans le cas présent, les mouvements de déplacement des quatre bras seront synchrones, néanmoins l’amplitude du déplacement sera variable selon le propulseur, permettant ainsi de modifier l’ouverture de chacune des structures en V.
L’ascension verticale de la plateforme sera effectuée naturellement grâce à la poussée d’Archimède compte-tenu de sa masse volumique comprise de préférence entre 0,998 et 0,996 fois, la densité du milieu aquatique.
Des mouvements synchrones des quatre propulseurs selon d’une part leur ouverture respective en forme de V et d’autre part selon leur orientation autour de l’axe de l’arbre central d’actionnement respectif, permettront également à la plateforme sur terre :
- de se déplacer vers l’avant et vers l’arrière, et
- de se déplacer à gauche et à droite.
Avantageusement, la plateforme sera équipée d’un dispositif de transmission d’informations entre ladite plate-forme autonome et une station de contrôle/commande, telle que décrite dans le brevet français FR 2 792 478 publié le 13 juillet 2001. Ce mode de transmission d’informations par l’intermédiaire d’une fibre optique, fonctionnant en « full duplex » répond aux exigences de bande passante imposées pour le transfert en temps réel d’images vidéo.
Par ailleurs, la plateforme sera avantageusement équipée d’une centrale inertielle à 9 degrés de liberté permettant de stabiliser l’assiette horizontale de la plateforme et de prendre en compte la direction du nord magnétique ; elle définira ainsi la direction nominale du sens de la marche et par voie de conséquence l’attribution des appellations « tribord avant », « tribord arrière », « bâbord avant » et « bâbord arrière » des quatre propulseurs disposés en étoile autour du corps central; la plateforme comprendra également une architecture informatique permettant de répondre aux problèmes de contrôle/commande, de localisation et de perception de l’environnement d’objets évoluant en 3D, avec des algorithmes correspondants aux contraintes liées aux capacités d’emports limitées, et à l’interfaçage des capteurs nécessaires à la mission ; dans cette configuration, la plateforme sera autonome, les parcours aquatiques en surface et en immersion seront préalablement programmés et associés à des pointages géolocalisés ; de même la plate-forme sera autonome, les parcours sur terre seront préalablement programmés et associés à des pointages géolocalisés.
Avantageusement, la plateforme, destinée à évoluer en milieu aquatique et sur terre, sera énergétiquement autonome, grâce à des batteries dont la densité d’énergie stockée est élevée.
Un mode d’exécution de l’invention sera décrit ci-après, à titre d’exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
est une représentation schématique d’une plateforme selon l’invention en configuration flexion ;
est une représentation schématique de la plateforme en configuration extension ;
est une représentation schématique de la plateforme en vue de dessus ;
est une coupe sagittale d’une structure interne de la plateforme en configuration flexion ;
est une coupe axiale d’un module d’actionnement selon l’invention en configuration flexion ;
est une coupe transversale du module d’actionnement selon l’invention en configuration flexion, perpendiculaire à la ;
est une autre coupe longitudinale du module d’actionnement selon l’invention en configuration flexion, perpendiculaire aux et 6 ;
est une coupe longitudinale du module d’actionnement en configuration extension ;
est une coupe transversale du module d’actionnement en configuration extension, perpendiculaire à la ;
est une autre coupe longitudinale du module d’actionnement en configuration extension, perpendiculaire aux et 9 ;
est une représentation schématique en élévation d’un actionneur constitué de bras articulés en extension ;
est une représentation schématique en élévation de l’actionneur en flexion ;
est une représentation schématique en coupe vue de dessus de l’actionneur en extension ;
est une représentation schématique en coupe vue de dessus de l’actionneur en extension partielle ;
est une représentation schématique en coupe vue de dessus de l’actionneur en flexion partielle ;
est une représentation schématique d’une première étape du déplacement de la plateforme sur terre selon un premier mode ;
est une représentation schématique d’une deuxième étape du déplacement de la plateforme sur terre selon le premier mode ;
est une représentation schématique d’une troisième étape du déplacement de la plateforme sur terre selon le premier mode ;
est une représentation schématique d’une quatrième étape du déplacement de la plateforme sur terre selon le premier mode ;
est une représentation schématique d’une première étape du déplacement de la plateforme sur terre selon un second mode ; et,
est une représentation schématique d’une deuxième étape du déplacement de la plateforme sur terre selon le second mode.
Dans l’exemple représenté sur les figures 1 et 2, une plateforme P notamment est respectivement en configuration extension et en configuration flexion.
Selon la , la plateforme P, centrée autour d’un axe principal 100, est essentiellement constituée d’un corps central C et de quatre propulseurs dont deux sont représentés, P1, P3, lesquels sont constitués de modules d’actionnement dont deux sont représentés, MA1, MA3, et d’actionneurs dont deux sont représentés, A1, A3, associés aux modules d’actionnement, respectivement MA1 et MA3, chacun actionnant une palme respective PA1, PA3 ; les deux autres propulseurs orthogonaux ne sont pas représentés afin de faciliter la compréhension de la structure de ladite plateforme.
Le corps central C est constitué d’une enceinte cylindrique E supportant les quatre modules d’actionnement disposés en étoile et d’un bulbe hémisphérique BU, situé au voisinage de la partie supérieure du corps central C.
La structure interne du corps central C est telle que le centre de gravité de la plateforme est proche de l’extrémité inférieure du corps central C, et que le centre de poussée est proche de l’extrémité supérieure du corps central C, de manière à ce que la résultante de ces deux centres soit située en dessous de la zone de sustentation définie par les quatre actionneurs.
Les actionneurs A1, A3, sont montés rotatifs autour de leur axe principal respectif X1, X3 ; ces dits axes X1, X3, sont obliques par rapport à l’axe central 100 du corps central C et concourant entre eux et avec l’axe central ; chaque axe X1-X4 d’actionneur forme un même angle, dont le sommet est dirigé vers le haut, avec l’axe principal. Cet angle permet une optimisation de l’efficacité de la palme, de préférence compris entre 10° et 45°.
A la , la plateforme P, étant en configuration flexion, les palmes PA1, PA3 associées respectivement aux actionneurs A1, A3, sont dans un plan situé au voisinage d’un plan horizontal, et positionnées au-dessus d’un support respectif SPA1, SPA3, formé de structures rigides à mailles fines. Ces structures, dans la position de la , laissent passer l’eau au travers des mailles.
Selon la , la plateforme P, centrée autour de l’axe central 100, constituée du corps central C, des quatre modules d’actionnement dont deux sont représentés, MA1, MA3, de quatre actionneurs dont deux sont représentés, A1, A3, associés aux modules d’actionnement, respectivement MA1 et MA3, étant en configuration extension, les palmes PA1, PA3 associées respectivement aux actionneurs A1, A3, sont dans un plan situé au voisinage d’un plan vertical, et positionnées contre leur support respectif SPA1, SPA3. Dans cette position, les structures SPA1, SPA3, servent d’appui aux palmes et leur apporte une rigidité propre à s’opposer à la pression de l’eau.
Ainsi des mouvements synchrones des quatre actionneurs A1, A2, A3, A4, associés respectivement à leurs modules d’actionnement MA1, MA2, MA3, MA4, lesquels sont disposés en étoile autour du corps central C, selon leur ouverture respective en forme de V, permettront à la plateforme P de plonger verticalement.
En effet, la plateforme P étant en configuration extension, les palmes PA1, PA3 associées respectivement aux actionneurs A1, A3, sont dans un plan situé au voisinage d’un plan horizontal et perpendiculaire à l’axe central 100 du corps central C.
Selon un cycle de plongée, les modules d’actionnement, respectivement MA1, MA3, effectuent un mouvement rapide de translation en direction du centre du corps central C, ce qui engendre la configuration flexion, illustrée à la , les palmes PA1, PA3, sont alors dans un plan situé au voisinage d’un plan horizontal.
Préalablement à ce cycle de plongée, les modules d’actionnement A1, A2, A3, A4, effectuent un mouvement rapide de rotation dans le sens horaire selon la flèche F pour les deux actionneurs A1 et A3 disposés selon une première diagonale et un mouvement rapide de rotation dans le sens antihoraire selon la flèche F non représentée pour les deux actionneurs A2 et A4, non représentés, disposés selon la seconde diagonale.
Durant ce cycle de plongée permettant le passage de la configuration extension à la configuration flexion, les palmes PA1, PA3, génèrent une poussée verticale vers le haut, engendrant la plongée de la plate-forme ; par ailleurs, la quantité de mouvement associée à ce déplacement vertical, autorise un cycle dit de reconfiguration, décrit ci-après. Selon ce cycle de reconfiguration, les modules d’actionnement, respectivement MA1, MA3, effectuent un mouvement lent de translation en direction opposée, ce qui engendre la configuration extension, les palmes PA1, PA3, sont alors dans un plan situé au voisinage d’un plan vertical en fin de course, illustrée à la ; lors de ce cycle de reconfiguration, la palme, étant souple, subit une déformation sous la pression de l’eau, offrant ainsi une moindre résistance au déplacement de l’actionneur, tel qu’illustré à la .
Préalablement à ce cycle de reconfiguration, les modules d’actionnement A1, A2, A3, A4, effectuent un mouvement rapide de rotation dans le sens antihoraire selon la flèche F pour deux actionneurs A1 et A3 disposés selon une première diagonale et un mouvement rapide de rotation dans le sens horaire selon la flèche F non représentée pour les deux actionneurs A2 et A4, non représentés, disposés selon la seconde diagonale.
Dans l’exemple représenté sur la , la plateforme P en vue dessus, centrée autour de l’axe principal 100, est constituée du corps central C représenté par l’enceinte cylindrique C, des quatre modules d’actionnement MA1, MA2, MA3, MA4, des quatre actionneurs A1, A2, A3, A4, associés auxdits modules d’actionnement, respectivement MA1, MA2, MA3, MA4, étant en configuration flexion et des palmes PA1, PA2, PA3, PA4, associées respectivement auxdits actionneurs A1, A2, A3, A4.
Le sens de la marche, indiqué sur ladite , défini par le positionnement de ladite centrale inertielle, détermine l’attribution des appellations « tribord avant », « tribord arrière », bâbord avant » et « bâbord arrière » des quatre propulseurs P1, P2, P3, P4, disposés en étoile autour du corps central C.
Dans l’exemple représenté sur la , la plateforme P est représentée selon une coupe sagittale au niveau des propulseurs P1, P3, situés autour du corps central C, indiqué par son enveloppe externe de l’enceinte cylindrique E.
La plateforme P, étant en configuration flexion les palmes PA1, PA3 associées respectivement aux actionneurs A1, A3, sont dans un plan situé au voisinage d’un plan horizontal.
Les modules d’actionnement MA1, MA3, permettant d’engendrer des mouvements de translation et de rotation du bras central d’actionnement de chacun des actionneurs A1, A3, sont solidaires du corps central C, permettent d’une part de déformer ladite structure en forme de palme PA1, PA3, selon une ouverture variable et d’autre part d’effectuer une rotation de ladite structure en forme de palme autour de l’axe principal X1, X3 dudit bras central d’actionnement.
Les modules d’actionnement MA1, MA3, comprennent différents organes mécaniques qui seront représentés et décrits sur les figures 5 et 6 ; ils comprennent chacun respectivement deux servomoteurs SM1-1, SM1-2 et SM3-1, SM3-2.
Dans l’exemple représenté sur les figures 5, 6, 7, un module d’actionnement MA, en configuration flexion, est indiqué selon une coupe longitudinale ( ), selon une coupe transversale ( ), et selon une vue de dessus ( ).
Selon les figures 5, 6, une couronne à denture interne C0 de diamètre primitif D, centré sur un axe X5, est représentée schématiquement en coupe sur les figures 5, 6.
Un pignon à denture externe P1 de diamètre primitif D/2, centré sur un axe X6 d’un arbre A0, constituant un satellite à l’intérieur de la susdite couronne à denture interne C0, est représenté en coupe sur les figures 5, 6, son axe X6 étant distant de D/4 par rapport à l’axe X5.
Ladite couronne à denture interne C0 et ledit pignon à denture externe P1 ont un module de denture identique.
Ledit pignon à denture externe P1 est entraîné dans un mouvement circulaire selon un cercle de diamètre D/2, autour de l’arbre A0, centré sur l’axe X5, et solidaire d’un plateau P0, lequel est solidaire d’un arbre A1, centré l’axe X5, ledit arbre A1 est solidaire de l’axe d’entrainement d’un servomoteur SM1.
Un plateau circulaire C1, rotatif autour du pignon à denture externe P1, centré sur l’axe X6, comporte un arbre A2, centré sur un axe X7 ; ledit axe X7 est distant de D/2 par rapport à l’axe X6.
Une cloison rectangulaire CL constitue la liaison étanche entre le mécanisme interne du module d’actionnement MA et l’enveloppe dudit module d’actionnement MA, laquelle est solidaire du corps central C non représenté.
Une semelle horizontale SE, solidaire de la cloison verticale CL, permet de solidariser ledit servomoteur SM1, et d’autre part un servomoteur SM2 ainsi qu’un support SU de la susdite couronne à denture interne C0.
Ainsi, comme représenté sur la , l’entraînement en rotation autour de l’axe X5, du pignon à denture externe P1 représenté en coupe, provoque sa rotation sur lui-même autour de son axe X6, lequel axe X6 décrit par conséquent un cercle de diamètre D/2 autour de l’axe X5 ; un point Ω, non représenté, situé sur le cercle primitif du pignon à denture externe C0, au niveau de l’axe X7, se déplace selon un axe X8 d’une amplitude totale égale à D, diamètre primitif de la couronne à denture interne C0, de part et d’autre de l’axe X5.
Il s’agit en l’occurrence d’un mouvement de type bielle/manivelle, transformant le mouvement de rotation effectué par l’arbre A1 du servomoteur SM1, en un mouvement de va et vient de l’arbre A2.
Ainsi, dans l’exemple représenté sur les figures 5, 6, 7, le module d’actionnement MA est en configuration flexion, les axes X6, X7, sont à gauche de l’axe X5, distants respectivement de D/4 et D/2 par rapport au point Ω indiqué sur la .
Par ailleurs, un bras central d’actionnement B0, de section circulaire, est entrainé en translation par l’intermédiaire de l’axe A2 selon l’axe X8. Le bras centrale B0 est monté rotatif selon l’axe X8 au centre d’un moyeu MO ; l’extrémité interne dudit moyeu MO est solidaire d’un pignon P3, lequel est entrainé par un pignon P4 solidaire de l’arbre A3 d’un servomécanisme SM2, lequel est solidaire de la semelle horizontale SE.
Un premier joint d’étanchéité J1, situé à l’extrémité dudit moyeu MO, au voisinage de l’arbre central B0, permet d’assurer l’étanchéité du bras central d’actionnement B0 ; un second joint d’étanchéité J2, situé à l’extrémité dudit moyeu MO, situé en périphérie interne, permet d’assurer l’étanchéité entre ledit moyeu MO et l’enveloppe dudit module d’actionnement MA, lequel est solidaire du corps central C non représenté.
Le module d’actionnement possède par conséquent deux degrés de liberté : la translation du bras central d’actionnement B0 selon l’axe X8 et la rotation du moyeu MO autour du même axe X8.
Dans l’exemple représenté sur les figures 8, 9, 10, le module d’actionnement MA, en configuration extension, est indiqué selon une coupe longitudinale ( ), selon une coupe transversale ( ) selon une vue de dessus ( ).
Ainsi, comme représenté sur les figures 8, 9, l’entraînement en rotation du pignon à denture externe P1, centré sur l’axe X6 de l’arbre A0, provoque sa rotation sur lui-même autour de son axe X6, lequel axe X6 décrit par conséquent un cercle de diamètre D/2 par rapport à l’axe X5 ; le point Ω, indiqué sur la , situé sur le cercle primitif de la couronne à denture interne C0, se déplace selon l’axe X8 d’une amplitude totale égale à D, diamètre primitif de la couronne à denture interne C0, de part et d’autre de l’axe X5.
Ainsi, aux figures 8, 9, 10, le module d’actionneur MA est en configuration extension, les axes X6, X7, sont à droite de l’axe X5, distants respectivement de D/4 et D/2 par rapport au point Ω indiqué sur la .
Avantageusement, la susdite couronne à denture interne C0 pourra comporter 100 dents de module 0,4 ; le susdit pignon à denture externe P1 pourra comporter 50 dents de module 0,4 ; le susdit servomoteur SM pourra être soit de type moteur pas à pas pouvant comporter 200 pas par tour, soit un servomoteur de positionnement d’amplitude +/- 90 degrés.
Avantageusement, différentes configurations concernant l’exploitation du moteur pas à pas peuvent être envisagées, à savoir :
- le mode dit « demi pas » permet de doubler la durée des pas et de diviser par 2 la course effectuée par le moteur pas à pas ; cette configuration sera destinée à permettre la remontée à la surface de la plateforme tout en assurant la stabilité de son assiette ;
- le mode dit « partiel » permet d’effectuer une course, non pas de 100 pas comme indiqué précédemment, mais une course de 60 pas ou de 80 pas, par exemple, centrée autour du cinquantième pas ; cette configuration sera destinée à éviter les points morts dits « point mort haut et point mort bas » caractérisant tout dispositif bielle/manivelle ;
- le mode dit « gaussien » permet d’effectuer une course, non pas à pas de durée constante, mais de durée variable durant le cycle ; la durée du pas allant en diminuant progressivement vers une valeur minimum au milieu du cycle pour augmenter progressivement jusqu’à la fin du cycle ; cette configuration sera destinée à permettre un mouvement de l’actionneur plus harmonieux et notamment à diminuer les perturbations aquatiques lors du démarrage et de l’arrêt des mouvements de l’actionneur.
Dans l’exemple représenté sur les figures 11, 12, 13, 14, 15, l’actionneur A est indiqué en vue de profil en configuration extension ( ), en configuration flexion ( ), en vue de dessus en configuration extension déployée ( ), en configuration extension partielle ( ), et en configuration flexion partielle ( ).
L’actionneur A, selon les figures 11, 13, comprend :
- une platine PLA, solidaire dudit moyeu MO précédemment décrit, montée rotative autour d’un axe X8, et comportant deux sièges C0a et C0b, montés solidaires de la platine PLA, et symétriquement autour de l’axe X8, lesquels sièges C0a et C0b supportent respectivement les axes X9a et X9b,
- un premier bras principal constitué de deux bras B1a et B1b, d’un bras central B1c, et d’un moyeu C1 constituant l’axe X10, les deux bras B1a et B1b étant montés rotatifs autour respectivement des axes X9a et X9b au voisinage de leur première extrémité et sont solidaires, au voisinage de leur seconde extrémité, du moyeu C1 constituant l’axe X10, le bras central B1c étant solidaire, au voisinage de sa première extrémité, du moyeu C1, et solidaire, au voisinage de sa seconde extrémité, d’un moyeu C3 constituant l’axe X11; à noter que ledit moyeu C3 n’est pas représenté sur la (configuration déployée),
- un second bras principal constitué d’un bras central B2a, de deux bras B2b et B2c, et d’un moyeu C5 constituant l’axe X14, le bras central B2a étant monté rotatif autour de l’axe X12 au voisinage de sa première extrémité, et monté rotatif, au voisinage de sa seconde extrémité à un moyeu C4 constituant l’axe X13, les deux bras B2b et B2c étant solidaires, au voisinage de leur première extrémité du moyeu C4 et solidaires, au voisinage de leur seconde extrémité, d’un moyeu C5 constituant l’axe X14,
- un premier bras secondaire constitué de deux bras B3a et B3b, montés rotatifs autour de l’axe X10, au voisinage de leur première extrémité, et montés rotatifs autour de l’axe X11, au voisinage de leur seconde extrémité,
- un second bras secondaire constitué de deux bras B4a et B4b, montés rotatifs autour de l’axe X11 d’un moyeu C3, au voisinage de leur première extrémité, et montés rotatifs autour de l’axe X13 du moyeu C4, au voisinage de leur seconde extrémité,
- ledit bras central d’actionnement B0, monté rotatif et coulissant autour de l’axe X8, et comportant une chape CH au voisinage de sa seconde extrémité, laquelle chape CH supporte l’axe X11 constitué par le moyeu C2 ; à noter, pour des raisons de commodité de représentation, la chape CH est représentée désolidarisée du moyeu C2, ce qui explique la présence de deux axes X11.
L’actionneur A, selon la , est représenté selon une vue de profil en configuration flexion.
L’actionneur A selon les figures 14, 15, est représenté en vue de dessus respectivement en configuration extension et en configuration flexion, permettant ainsi d’indiquer la position de la chape CH solidaire du moyeu C2.
Ainsi la translation axiale du bras central d’actionnement B0 selon l’axe X8, permet de modifier la position du moyeu C2 et par conséquent de déformer la structure du pantographe, à savoir :
- ledit bras central d’actionnement B0 étant en position de retrait, l’actionneur A sera en configuration flexion, et
- ledit bras central d’actionnement B0 étant en position avancée, l’actionneur A sera en configuration extension.
Le passage de la configuration extension à la configuration flexion permettra la génération d’une force verticale vers le haut et par conséquent provoquera la plongée de la plate-forme selon l’invention, grâce notamment à la première déformation de la palme d’extrémité en position verticale vers la position horizontale ; la quantité de mouvement générée par ce mouvement permettra ensuite le passage de la configuration flexion à la configuration extension, facilité par la seconde déformation de la palme d’extrémité en position horizontale vers la position verticale, offrant ainsi une moindre résistance au milieu aquatique. Les efforts résultants, appliqués à la plate-forme, seront donc essentiellement parallèles à l’axe principal du corps central et majoritairement verticaux.
Par ailleurs, l’inclinaison autour de l’axe X8 de la platine PLA, laquelle entraine l’ensemble de la structure en V, permettra de créer une composante normale aux efforts résultants verticaux ; cette composante normale pourra être de grandeur variable et de sens opposé selon la valeur et le sens de l’angle d’inclinaison autour de l’axe X8 de la platine PLA.
Dans l’exemple représenté sur les figures 16, 17, 18, 19, la plateforme P est représentée schématiquement se déplaçant sur terre selon un premier mode de propulsion en quatre étapes ; selon la première étape, représentée sur la , les propulseurs, seuls représentés tribord/avant TR/AV et bâbord arrière BA/AR, sont en position flexion, la plateforme P étant en position initiale ; selon la seconde étape, représentée sur la , le propulseur tribord/avant TR/AV reste en position flexion, et le propulseur bâbord arrière BA/AR est en position extension, la plateforme P étant en position inclinée vers l’arrière ; selon la troisième étape, représentée sur la , le propulseur tribord/avant TR/AV restant en position flexion, le propulseur bâbord arrière BA/AR est en position flexion, la plateforme P restant en position inclinée vers l’arrière ; selon la quatrième étape, représentée sur la , le propulseur tribord/avant TR/AV effectue une transition rapide de la position flexion à la position extension, le propulseur bâbord arrière BA/AR restant en position flexion, la plateforme P effectue un bond vers la gauche, puis se retrouve en position initiale représentée par la en disposant les propulseurs tribord/avant TR/AV et bâbord arrière BA/AR en position flexion.
Ce mode de propulsion sur terre est adapté notamment en présence d’obstacles ou de terrains en pente ; dans ce cas, selon la , les propulseurs tribord/avant TR/AV et bâbord arrière BA/AR, seront en position flexion ou semi-flexion de manière à positionner verticalement la plateforme P.
La direction de déplacement, selon ce premier mode, est définie par le choix du propulseur effectuant la transition rapide de la position flexion à la position extension ; ainsi les bonds effectués par la plateforme pourront être dirigés selon quatre directions.
Dans l’exemple représenté sur les figures 20, 21, la plateforme P est représentée schématiquement se déplaçant sur terre selon un second mode de propulsion ; selon la première étape, représentée sur la , la plateforme étant représentée en vue de dessus, les propulseurs, tribord/avant TR/AV, tribord arrière TR/AR, bâbord avant BA/AV, et bâbord arrière BA/AR, sont en position flexion, la plateforme P étant en position initiale ; le sens de la marche est désigné par la flèche associée et correspond à la direction d’une diagonale représentée sur la ; selon la seconde étape, représentée sur la , les propulseurs, tribord/avant TR/AV, tribord arrière TR/AR, bâbord avant BA/AV, et bâbord arrière BA/AR, effectuent une rotation des palmes PA1, PA2, PA3, PA4, selon les flèches F correspondantes, la plateforme P effectue un déplacement selon le sens de la marche précédemment défini, les rotations selon les flèches F desdites palmes PA2, PA3, sont effectuées dans le sens horaire, les rotations selon les flèches F desdites palmes PA1, PA4, sont effectuées dans le sens antihoraire horaire ; le déplacement de la plateforme P étant réalisé, les rotations selon les flèches F desdites palmes PA2, PA3, sont effectuées rapidement dans le sens antihoraire, les rotations selon les flèches F desdites palmes PA1, PA4, sont effectuées rapidement dans le sens horaire, de manière à ce que la plateforme P soit en position initiale telle que représentée sur la .
Ce mode de propulsion sur terre est adapté à des terrains plats, en l’absence d’obstacles ; ainsi les déplacements effectués par la plateforme P pourront être dirigés selon quatre directions ; par ailleurs des virages vers la gauche ou vers la droite pourront être effectués selon l’amplitude des rotations des palmes PA1, PA2, PA3, PA4.

Claims (10)

  1. Plateforme mobile (P), de préférence énergiquement autonome, apte à évoluer dans l’eau et/ou sur terre, notamment pour y effectuer des reconnaissances sous-marines et/ou terrestres, caractérisée en ce qu’elle comprend :
    un corps central (C), d’axe central (100) ; et,
    au moins trois, de préférence quatre, propulseurs (P1, P2, P3, P4) disposés autour dudit corps central ;
    chaque propulseur comprenant :
    un actionneur (A1, A2, A3, A4), muni, à une extrémité distale (B2), d’une palme (PA1, PA2, PA3, PA4) ; et,
    un module d’actionnement (MA1, MA2, MA3, MA4) solidaire dudit corps central et possédant un axe principal (X1, X2, X3, X4) de préférence oblique par rapport audit axe central (100) et conçu pour engendrer une rotation dudit actionneur autour de l’axe principal et une déformation de ladite palme.
  2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’actionneur comprend des bras articulés en forme de pantographe dont un bras central d’actionnement (B0) s’étend selon l’axe principal (X1, X2, X3, X4), le module d’actionnement étant prévu pour engendrer une rotation dudit bras central autour de l’axe principal et une translation dudit arbre central selon le même dit axe principal, de sorte que l’extrémité distale (B2) forme un angle plus ou moins grand avec ledit axe principal.
  3. Plateforme selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque bras articulé comprend :
    un premier bras principal (B1a, B1b, B1c), orientable à une première de ses extrémités, au voisinage du corps central (C), autour d’un axe (X9) ;
    un second bras principal (B2a, B2b) orientable à sa première extrémité, au voisinage d’une seconde extrémité du premier bras principal (B1a, B1b, B1c), autour d’un axe (X12) parallèle à un axe (X10) du premier bras principal (B1a, B1b, B1c) ;
    un premier bras secondaire (B3a, B3b) orientable à une première de ses extrémités autour de l’axe (X10) parallèle à l’axe (X9) du premier bras principal (B1a, B1b, B1c) et situé entre les deux extrémités du premier bras principal (B1a, B1b, B1c) et plus proche de sa première extrémité,
    un second bras secondaire (B4a, B4b) orientable à une première de ses extrémités autour d’un axe (X11) parallèle à l’axe (X9) du premier bras principal (B1a, B1b, B1c) et situé au voisinage de la seconde extrémité du premier bras secondaire (B3a, B3b), une seconde de ses extrémités étant orientable autour d’un axe (X13) situé au voisinage de la première extrémité du second bras principal (B2a, B2b), de sorte que le premier bras principal (B1a, B1b, B1c) et le second bras secondaire (B4a, B4b) soient parallèles ;
    un bras central d’actionnement (B0) dont un axe de symétrie (X8) perpendiculaire aux différents axes de rotation (X9, X10, X11, X13) des bras principaux (B1a, B1b, B1c, B2a, B2b) et secondaires (B3a, B3b, B4a, B4b), comprend une chape (CH) supportant l’axe (X9) de la première extrémité du premier bras principal (B1a, B1b), ledit bras central d’actionnement (B0) pouvant se déplacer simultanément latéralement le long de son axe de symétrie (X8) et axialement autour de son axe de symétrie (X8) ; et,
    une platine (PLA), montée rotative autour de l’axe de symétrie (X8) du bras central d’actionnement (B0) et supportant l’axe (X9a, X9b) du premier bras principal (B1a, B1b) au voisinage du corps central (C).
  4. Plateforme selon la revendication 3, caractérisée en ce que le module d’actionnement (MA1, MA2, MA3, MA4) pour engendrer des mouvements de translation et de rotation du bras central d’actionnement (B0) des actionneurs (A1, A2, A3, A4) comprend un servomoteur (SM) pour engendrer des mouvements de translation dudit bras central d’actionnement (B0), et un servomoteur (SM) pour engendrer des mouvements de rotation dudit bras central d’actionnement (B0), la translation dudit bras central d’actionnement (B0) étant telle que les deux bras principaux (B1a, B1b, B1c, B2a, B2b) de l’actionneur (A1, A2, A3, A4) constituent une structure en forme de V d’ouverture variable, la rotation dudit bras central d’actionnement (B0) étant telle qu’elle engendre une orientation d’angle variable de l’actionneur (A1, A2, A3, A4).
  5. Plateforme selon l’une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l’axe (X8) du bras central d’actionnement (B0) est oblique par rapport à l’axe principal (100) du corps central (C), formant un angle variable compris entre 10° et 45°, permettant l’optimisation de l’efficacité de la palme (PA1, PA2, PA3, PA4) lors de la fermeture de la structure en forme de V.
  6. Plateforme selon la revendication 5, caractérisée en ce que la structure en forme de palme (PA1, PA2, PA3, PA4) située au voisinage de la seconde extrémité du second bras principal (B2), est telle que sa déformation soit d’une part située au voisinage d’un plan parallèle à l’axe principal (100) du corps central (C), la structure en forme de V étant en position extension, et d’autre part située au voisinage d’un plan perpendiculaire à l’axe principal (100) du corps central (C), la structure en forme de V étant en position flexion.
  7. Plateforme selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le mouvement de la structure en forme de V, de la position extension à la position flexion est de durée inférieure à la durée du mouvement de la structure en forme de V, de la position flexion à la position extension en mode mission sous-marine.
  8. Plateforme selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que sa masse volumique est comprise entre 1 fois et 0,8 fois, et de préférence entre 0,998 fois et 0,996 fois, la densité du milieu aquatique.
  9. Plateforme selon l’une des revendication 4 à 8, caractérisée en ce qu’une transition rapide de la structure en V d’un propulseur de la position extension à la position flexion, les trois autres propulseurs étant en position flexion, permet à ladite plateforme d’effectuer un bond dans la direction opposée audit propulseur effectuant ladite transition rapide en mode mission terrestre.
  10. Plateforme selon la revendication 1 à 8, caractérisée en ce que les rotations des palmes (PA1, PA2, PA3, PA4) permettent à ladite plateforme (P) d’effectuer des déplacements selon quatre directions ainsi que des changements de direction en mode mission terrestre.
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