FR3132269A1 - Véhicule terrestre stable, compact et à haute mobilité - Google Patents

Abstract

Véhicule terrestre comportant une partie haute (A) destinée à recevoir une charge utile ; et une partie basse (B) présentant une hanche (5) et quatre jambes (4). Chaque jambe (4) est liée par une extrémité à une roue (6) motorisée, et à l’autre extrémité à la hanche (5). Chaque jambe (4) est libre en rotation autour d’un unique axe de la hanche (5), et chaque jambe est mue en rotation par un moteur dédié de manière indépendante des autres jambes. Les jambes latérales sont mobiles en rotation autour de l’axe de hanche sur un portion angulaire supérieure à + ou – 360°. Figure pour abrégé : Figure 1.

Description

Véhicule terrestre stable, compact et à haute mobilité

L’invention se situe dans le domaine des véhicules terrestres. Dans la mesure où le véhicule selon l’invention présentera une certaine autonomie, il est également possible de le dénommer robot. L’invention est particulièrement pertinente dans le domaine des robots mobiles terrestres, autonomes ou télécommandés, destinés à se déplacer, transporter une charge ou effectuer une activité, en particulier dans un milieu non-structuré, et à l’intérieur de bâtiments.

Les usages de véhicules et robots dans les milieux non-structurés et à l’intérieur de bâtiments représentent de nombreux cas d’usage : exploitation forestière, agricole et minière ; construction pour le transport de matériaux, la surveillance ou la cartographie d’un bâtiment, notamment en cours de construction, ou après un séisme etc ; sécurité civile, militaire (déminage, NRBC...) et pompier, recherche et sauvetage de personnes suite à un évènement climatique catastrophique, dans une grotte, un immeuble partiellement effondré, pendant ou après un incendie, dans un milieu inhospitalier… Dans ces cas d’usage, ledit robot doit être capable de porter la charge utile nécessaire à l’exécution de sa mission, constituée d’ordinateur, de caméra, de communication sans fil, source d’énergie, capteur, et d’effecteur, dont la masse est à minima de 20kg, et jusqu’à 150kg !

Le cas d’usage typique pour lequel l’invention apporte une solution efficace, est le déplacement rapide et stable du robot dans un immeuble en bon état (escalier colimaçon ou droit, changement de direction dans un couloir étroit), ou qui a subi un tremblement de terre (obstacles désordonnés et nombreux, forte pente, terrain instable...).

Ce robot est également adapté à des activités extérieures ou intérieures, de transport logistique, surveillance de site, et contrôle de processus. Par extension de nombreux cas d’usage, actuellement dévolu à des humains, peuvent être aussi concernés comme opérateur de ligne de production flexible, concierge, majordome, garde du corps, transporteur de fonds, agent de police, militaire, ou pour la manipulation ou mesure de présence de produits dangereux (nucléaire, radiologique, biologique ou chimique). Idéalement, ce véhicule présenterait un niveau de stabilité et de prix de revient, qui permettrait aux handicapés moteurs de l’utiliser pour leur déplacement en milieu urbain, et à l’intérieur des bâtiments.

Etat de l’art industriel

Actuellement, le déplacement d’un véhicule ou robot terrestre est réalisé par des dispositifs mécaniques dédiés, principalement: chenille, jambes, ou roues.

Le retour d’expérience des dispositifs existants est le suivant :

Les robots à chenilles (incluant les flippers), tel que celui décrit dans le document WO 2008/010189, ne peuvent franchir des obstacles supérieurs à 0.4 m en général, ou verticaux (murets, barrière) sauf si leur masse est de plusieurs centaines de kg.

Les robots qui se déplacent sur 2 jambes (rarement une) sont communément appelé « humanoïdes ». Ce type de de robots humanoïdes sont par exemple décrits dans les documents CN 112776914, CN110217308, EP 3441197, US2005275367A1, CN209938771, WO 2015/145710 et US 9555846. Les robots humanoïdes sont capables de passer des obstacles verticaux, en sautant par exemple, ou de monter de fortes pentes... Leur déplacement sur des sols meubles (sables, boues, neige) n’est pas démontrée, et surtout la gestion de l’équilibre d’un humanoïde est délicate, car elle exige d’une part une précision élevée, pour une quantité de données massives, issues des capteurs, et d’autre part des algorithmes avancés (portés par des PC embarqués très puissants), qui arbitrent correctement les données contradictoires reçues des différents capteurs. Et enfin les actionneurs, et leur circuit de commande, doivent avoir un temps de réaction suffisamment court pour répondre aux sollicitations du PC embarqué, de manière à conserver l’équilibre et la dynamique du robot. Aujourd’hui ces exigences sont rarement satisfaites, c’est pourquoi les humanoïdes ne peuvent pas encore valoriser l’avantage de mobilité intrinsèque dont ils disposent.

Les robots à plus de 2 roues fixes ont une assiette sensiblement parallèle au sol, tel que le robot décrit dans les documents CN 112722107, ou CN108992259 . Ils souffrent donc de manière importante du glissement sur sol meuble. Et les pentes élevées (>40°) peuvent entraîner le retournement du robot. Et enfin, ils ne passent pas d’obstacle vertical de hauteur supérieure au rayon de la roue en général.

Les robots mus par roues, ou chenilles, situées au bout d’un bras, présentent une mobilité avantageuse, et sont prometteurs. Néanmoins, ils présentent aussi une complexité de conception, qui les cantonne pour l’instant au domaine de la recherche, voire au domaine spatial (tel que le document WO2016119068A1, JP2004034169 ou le CN109501880A).

Le robot à trois roues, portées chacun par une jambe, selon la demande FR2109705 (inventée par l’inventeur de la présente demande de brevet), montre une grande instabilité latérale en présence de bosses (rochers, branches, petit trottoir…) et de trous. Son comportement sur un escalier est chaotique (choc à chaque passage de marche), et dès que la vitesse en courbe dépasse 5km/h la sensibilité aux bosses et trous est également excessive.

La situation des robots, à 1 ou 2 roues est différente (tel que le CN111776106): la stabilité et la mobilité du robot est réalisable sur tous les terrains durs et réguliers, quelle que soit la pente, mais pas sur des terrains irrégulier et glissant (sable, boue et pente...). L’équilibre d’un robot à (1 ou ) 2 roues est régi par l’équation du pendule-inversé, qui requiert une bonne connaissance des masses et moments d’inertie du robot, mais n’exige pas un niveau de précision supérieur à ce qui accessible avec des capteurs usuels du marché.

Aujourd’hui, les robots commercialisés, présentant la meilleure mobilité, dans la catégorie légers, c’est-à-dire présentent un poids inférieur à 500kg, sont:

• Les véhicules de la société Milrem (Estonie) à chenilles peuvent se déplacer en milieu non-structuré ouvert, mais sont incapables de se déplacer dans un sous-bois dense, de passer des obstacles de 0.5 m de haut, et a fortiori de se rentrer dans un immeuble, et de s’y déplacer.
• Le robot humanoïde Atlas de Boston Dynamics, dont les performances sont excellentes en général, mais limitées sur sols meubles, et dont la complexité logicielle, et mécanique, est extrême, ce qui fait qu’aucun Atlas n’a pu être industrialisé ni vendu au cours des 10 dernières années. Enfin Atlas nécessite une équipe fournie d’ingénieurs et techniciens pour le mettre en œuvre à chaque changement d’environnement ou de mission.

Il apparaît donc que les produits actuels et solutions techniques qui permettent de se déplacer sur sol accidenté ou meuble, comme en forêt, et à l’intérieur de bâtiments, notamment dans les escaliers ou couloirs étroits, nécessitent des moyens mécaniques complexes et des stratégies de contrôle très complexes à mettre en œuvre. A titre d’illustration, certains humanoïdes sont basées sur plusieurs chaînes cinématiques en parallèle à 8 degrés de liberté chacun, d’autres architectures plus classiques ont plus de 8 membres articulés, chacun ayant 4 degré de liberté… Il est à noter que les lois d’équilibre et de contrôle des robots mobiles humanoïde se complexifient exponentiellement avec leur nombre de degré de liberté du robot, ce qui exige de recourir à des théories mathématiques extrêmement avancées, et des ordinateurs avec de grandes capacités de calculs, qui sont à la fois très coûteux et consommateurs en énergie (avec un impact négatif sur l’autonomie du robot). La simplification des moyens mécaniques de déplacement du véhicule est donc un élément clef permettant la diffusion du robot humanoïde, pour toutes les tâches pour lesquelles il est capable d’assister, ou de remplacer l’homme.

Le problème technique auquel l’invention apporte une solution, peut donc être d’obtenir un véhicule terrestre, permettant de se déplacer sur sol accidenté, ou meuble, et à l’intérieur de bâtiments, avec des moyens mécaniques plus simples, que les dispositifs existants.

L’invention

L’invention propose de répondre à ce problème technique en utilisant quatre jambes montées autour d’un même axe d’une hanche, et chaque jambe ayant un unique degré de liberté en rotation autour de la dite hanche. Le degré de liberté en rotation des jambes par rapport à l’axe de la hanche est contrôlé par au moins un moteur, de sorte que l’orientation de chaque jambe par rapport à la hanche puisse être modifiée pour adapter l’équilibre du véhicule d’une part aux variations du sol et aux obstacles, d’autre part en fonction de la dynamique du véhicule. Chaque jambe est dotée à son extrémité distale d’une roue, et au moins une roue est motorisée. Le véhicule a la capacité à rester stable, même en n’étant en contact avec le sol que par 3 roues (formant un triangle de stabilité à l’intérieur duquel se trouve la projection du centre de gravité du véhicule), ce qui permet d’adapter la position de la quatrième roue, pour le déplacement sur un terrain accidenté, ou le franchissement d’un obstacle.

Ainsi, l’invention permet de répondre au problème technique avec des moyens plus simples à mettre en œuvre et à commander que ceux des dispositifs existants. En ce sens, l’invention résous de manière simple les défis mécaniques que soulève le besoin de mobilité en milieu non-structuré (sous-bois, dune de sable, champ cultivé ou non, sentier de montagne, urbain post-séisme) ou à l’intérieur de bâtiments (escalier, couloir, cave).

A cet effet, l’invention concerne un véhicule terrestre comportant:

• un corps (A) ;
• quatre jambes (4) ; deux jambes centrales et deux jambes latérales ; chaque jambe (4) portant à son extrémité distale, une roue (6) ; au moins une des roues (6) des quatre jambes (4) étant motorisée ;
• une hanche (5), sur laquelle est fixé le corps (A), et à laquelle l’extrémité proximale de chaque jambe (4) est reliée ; la hanche (5) comportant un axe (Y1, Y2) autour duquel chaque jambe (4) est mobile en rotation; la position angulaire de chaque jambe (4) étant réglée indépendamment des autres jambes, par au moins un moteur (13); le au moins un moteur (13) de jambes (4) permettant de modifier la position angulaire de chaque jambe (4) à l’arrêt, et aussi lors du mouvement du véhicule.

Le corps (A) peut être constitué d’une tête (3), d’un torse (1) et éventuellement de bras (2) de sorte à présenter un aspect humanoïde. Le ou les bras (2) est préférentiellement configuré pour manipuler ou transporter un objet. Le, ou les, bras peut être un bras robotisé industriel léger, fixé sur le corps. Le, ou les, bras peut alternativement aussi être de conception très variée, notamment il doit souvent être très robuste, afin d’être muni d’outils de travail tels que : électrodes de soudage/brasage dans l’industrie, outils de coupe pour les espaces verts, lance à incendie... Outre le corps permettant d’assurer les capacités de support ou de manipulation du véhicule, le véhicule comporte également des jambes munies de roues assurant les déplacements du véhicule. Pour garantir la stabilité et le franchissement des obstacles, le véhicule comporte quatre jambes mobiles l’une par rapport à l’autre. Les quatre jambes sont montées sur un axe d’une hanche.

Le corps embarque typiquement, tous les éléments fonctionnels et génériques du robot, à savoir ordinateurs, moyen de communication sans fil et filaire, source d’énergie, capteurs, et éventuellement des effecteurs spécifiques. L’ordinateur désigne un ou plusieurs calculateurs, ou modules électroniques, qui remplissent les fonctions de perception du terrain (lidar, caméra stéréoscopique, SLAM...), de navigation (IA), de communication et de commande des multiples actionneurs et systèmes du robot, internes et externes. Au corps sont donc usuellement liés un ou plusieurs bras (2), et une tête (3), souvent positionnés de manière anthropomorphique. La tête (3) portent typiquement des capteurs extéroceptifs, tels que caméra, lidar, et aussi parfois des indicateurs lumineux, ou écran pour une communication visuelle avec les humains alentour. La hanche est typiquement solidaire du corps, et donc du torse, et en l’absence de torse l’éventuelle tête, bras et accessoires peuvent être reliés directement à la hanche, ces éléments forment alors le corps du véhicule.

Le robot se déplace typiquement selon un axe horizontal, dit Ox, qui définit l’avant et l’arrière. Dans le mode de réalisation des figures, la hanche est typiquement une barre métallique, orientée selon l’axe Oy. L’axe Oy est l’axe dans le plan horizontal, qui est perpendiculaire à la direction du déplacement. Oy définit la gauche et la droite. L’axe Oz est l’axe vertical, perpendiculaire à Ox et Oy. Typiquement l’axe du corps au repos est positionné selon l’axe vertical Oz, mais le corps peut être incliné dans toutes les directions selon l’orientation des jambes par rapport à la hanche. Par commodité descriptive, nous dirons que le robot dispose d’une roue centrale gauche, et d’une roue centrale droite, d’une roue latérale gauche, et d’une roue latérale droite. Gauche et droite sont définis par rapport à un sens de translation conventionnel du robot (selon l’axe Ox, qui définit avant-arrière). La plateforme mobile selon l’invention ne dispose pas de sens préférentiel de déplacement, donc l’avant et l’arrière sont défini par rapport au torse, et en particulier par l’orientation préférentielle de ses capteurs, généralement vers l’avant. Gauche et droite sont donc des adjectifs utiles pour la description, mais n’ont pas de sens fonctionnellement pour la plateforme mobile.

La présente invention se concentre sur la plateforme mobile. Le corps est relié à quatre jambes (4) par l’articulation de hanche (5). Les jambes (4) sont mobiles en rotation autour de la hanche, selon un unique degré de rotation. Chaque jambe (4) est composée d’une fourche, ou d’une structure mono-bras, dont l’extrémité basse est reliée à une roue (6) typiquement motorisée, et dont l’extrémité haute est reliée à la hanche (5). Le moteur de chaque roue se positionne idéalement au centre de la roue, mais il peut être également portée par la jambe, voire dans le torse, avec une transmission à la roue par chaîne, courroie, réducteur avec renvoi d’angle ou tout dispositif mécanique réalisant la fonction de transmission du mouvement.

Les jambes (4) sont libres en rotation autour de l’axe de la hanche (5) de manière indépendante des autres jambes, et sans interférer avec le corps selon un angle d’environ +/- 120° de part et d’autre de l’axe (z) pour les jambes centrales, et pour les jambes latérales selon un angle minimal de + ou - 360°. La position angulaire de chaque jambe par rapport à la hanche est réglée par un moteur dédié.

En termes fonctionnels, et donc de conception mécanique & et de système de commande (à savoir : électronique & moteur) les jambes latérales sont identiques entre elles, mais elles peuvent avoir des aspects différents, car leurs réglages sont adaptées au terrain, et au déplacement prévu. Les jambes centrales peuvent avoir une conception différente de celles latérales. Les jambes centrales sont également de conception identique entre-elles. La longueur des jambes (4) peut soit être réglable, soit les jambes sont de longueur fixe, et dans ce dernier cas : les jambes centrales sont un peu plus courtes que les jambes latérales, cette différence de longueur étant sensiblement égale au rayon des roues latérales. La longueur, si elle est réglable, et la position angulaire de chaque jambe (4) sont ses caractéristiques modifiables. Les dites caractéristiques des jambes (4) sont toutes modifiables de manière indépendantes entre elles. Et selon un mode de réalisation préférentiel, chaque caractéristique est modifiable en dynamique par commande électronique pour s’adapter au terrain, par l’actionnement d’un moteur dédié.

Selon un mode de réalisation particulier, les roues centrales sont d’un diamètre sensiblement supérieur à celui des roues latérales. De la sorte, un obstacle sera plus facilement abordé et dépassé par la roue centrale, et si elle se trouve devant les roues latérales cela facilite la progression du robot. Le diamètre de la roue centrale est néanmoins limité par la mobilité requise du robot dans un couloir étroit, typiquement 60cm. Et de manière correspondante, le diamètre des roues latérales ne doit pas non plus être trop grand, afin de permettre de tourner dans un espace restreint.

De préférence, au moins une jambe présente une longueur réglable par un moteur dédié. En outre, les autres jambes peuvent également être réglables en longueur. La longueur d’une jambe se définit comme étant la distance entre l’axe de la hanche et le point de la jambe le plus éloigné de l’axe de la hanche : le diamètre de la roue, voire la taille du pneu utilisé, est donc pris en compte dans la longueur de la jambe.

En variante, les quatre jambes peuvent présenter des longueurs fixes. Dans ce mode de réalisation, la longueur des jambes centrales peut être inférieure de 5 à 10 % à celle des jambes latérales. Le diamètre des roues des jambes latérales étant compris entre 25 à 60cm, et le diamètre des roues des jambes centrales étant compris entre 60 à 90cm. La longueur des jambes centrales étant typiquement égales entre-elles ; idem pour le diamètre de leur roues. La longueur des jambes latérales étant typiquement égales entre-elles ; idem pour le diamètre de leur roues.

En outre, au moins une jambe peut également être munie d’une articulation et d’un moteur supplémentaires, entraînant le sous-membre porteur de la roue en rotation autour de l’axe longitudinal de la jambe, le véhicule pouvant alors être dirigé par l’orientation de cette roue, en complément ou en substitution, d’un différentiel de vitesse de rotation des roues.

En ce qui concerne les roues, au moins une roue est motorisée pour assurer les déplacements et les franchissements du véhicule. Le moteur de la roue peut être intégré au niveau du moyeu de la roue ou relié à l’axe de la roue, par exemple par engrènement. De préférence, les quatre roues sont motorisées.

La possibilité de modifier la position des jambes, voire leur longueur, autorise un grand nombre de configurations. Comme le robot inclus des capteurs (typiquement Lidar, radar, caméra, ultrason) et des logiciels associés (SLAM, vision par ordinateur, navigation, évitement d’obstacle...) permettant au robot d’avoir une représentation virtuelle du terrain avant de l’aborder : le véhicule a donc la capacité d’anticiper et d’adapter sa configuration au terrain à traverser.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où le mécanisme de mise en rotation des jambes latérales, leur permet de prendre toutes les positions angulaires sur 360° autour de l’axe de la hanche (Y1, Y2), et caractérisé en ce qu’aucun autre composant du véhicule n’interfère avec la rotation sur 360° des dites jambes latérales.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où chaque roue (6) est motorisée par un moteur dédié, et chaque jambe (4) est mue en rotation autour de l’axe (Y1, Y2) par un moteur (13) spécifique.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où la mise en rotation d’au moins une jambe (4) autour de la hanche (5) par un moteur (13), se fait par l’intermédiaire d’un ressort en torsion (30) ; typiquement le dit ressort de torsion (30) étant à branches radiales, et inséré sur l’axe de hanche (X1, X2) ; le dit ressort de torsion étant fixé à son extrémité distale à la jambe (4) par un bloc mobile (28), et à son extrémité proximale à l’axe sortant du moteur (13) par un bloc réglable (29) ; le bloc mobile (28) est solidaire en rotation de la jambe (4) ; le bloc mobile (28) et le bloc réglable (29) pincent chacun une extrémité du ressort sans degré de liberté ; le bloc mobile (28) et le bloc réglable (29) sont tous deux en rotation autour de la hanche ; la position angulaire du bloc réglable (29) est contrôlée par l’axe sortant du moteur (13) ; typiquement le bloc réglable (29) est solidaire d’un pignon tournant autour de l’axe de hanche, et le dit pignon est mis en rotation par l’axe sortant du moteur (13) ; ainsi le moteur (13) génère un couple sur le bloc réglable (29), ce couple est transmis par l’intermédiaire d’un ressort de torsion (30) au bloc mobile (28) et donc à la jambe (4); en définitive : la position angulaire de la jambe est une résultante du couple moteur, de la torsion du ressort et des forces exercées sur la jambe.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où au moins une roue (21) libre est fixée sur la hanche, la dite roue (21) étant en rotation dans un plan perpendiculaire à l’axe de la hanche; ou au moins une roue (22) libre est disposée sur l’une des jambes, et la dite roue (22) étant en rotation dans le plan de la roue de la jambe sur laquelle elle est fixée.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où au moins une jambe, est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur la jambe (4) ; le moteur (13) est doté d’un réducteur (24), dont l’axe sortant est parallèle à l’axe de hanche (Y1); sur le dit axe sortant est fixé solidairement un organe sortant (32) : une poulie à gorge, alternativement un pignon; l’organe sortant (32) est obligatoirement positionné vers le centre du véhicule par rapport à la jambe; un organe entrant (31), du même type que l’organe sortant, est fixé sans degré de liberté sur la hanche (5); l’organe sortant (32) entraîne soit un dispositif intermédiaire (23) : une courroie, alternativement une chaîne, soit directement l’organe entrant (31), typiquement un pignon; afin que le dispositif intermédiaire (23) soit positionné correctement perpendiculairement à (Y1), le dit organe entrant (31) est positionné en regard (en face) du dit organe sortant (32); ainsi quand le moteur (13) est actionné, l’organe sortant (32) tente d’entraîner soit un dispositif intermédiaire (23), soit directement l’organe entrant (31), mais comme l’organe entrant (31) est solidaire de la hanche (5), alors la jambe (4) est entraînée en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche (5), et la jambe (4) est mobile sur 360°.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où au moins une jambe, est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur une partie fixe du véhicule: le corps (1) ou la hanche (5); l’axe sortant du moteur (13) étant doté d’un organe sortant : poulie, alternativement pignon ; un organe entrant, du même type que l’organe sortant, est fixé en face de l’organe sortant, et sans degré de liberté par rapport à la jambe; le dit organe entrant est monté sur la hanche, avec un degré de liberté en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche (5) ; le dit organe sortant entraînant soit un dispositif intermédiaire (23) : une courroie, alternativement une chaîne, soit directement l’organe entrant, typiquement un pignon; l’organe sortant du moteur (13) étant obligatoirement positionné vers l’extérieur du véhicule par rapport au moteur ; et la jambe , si elle est latérale, est obligatoirement positionnée vers l’extérieur du véhicule par rapport l’organe entrant; ainsi le moteur entraîne la jambe en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche, et la jambe est mobile sur 360°.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où au moins une jambe (4) latérale est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur la hanche (5), dont l’axe sortant est lié solidairement avec la dite jambe (4) ; comme la dite jambe (4) est fixée sur l’axe de sortie du moteur (13), alors la jambe est en rotation par rapport à l’axe (Y2) de hanche (5); l’axe (Y2) est parallèle à l’axe (Y1), et est distant de celui-ci d’une distance inférieure au diamètre du moteur (13), typiquement 10cm ; l’axe sortant du moteur (13) est obligatoirement positionné vers l’extérieur du véhicule par rapport au moteur, et la jambe est obligatoirement positionnée vers l’extérieur du véhicule par rapport l’axe sortant du moteur ; ainsi chaque jambe latérale peut parcourir 360°.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où le torse (1) est fixé solidairement par son extrémité proximale à la hanche (5) dont l’axe est (Y1), et son extrémité distale porte une roue libre (34) ; un moteur (35) est fixé sur la tête (3) ; la tête (3) ne dispose que d’un degré de liberté en translation le long du torse (1); un câble (33) est fixé par une de ses extrémités à l’axe sortant du moteur (35), et le dit câble (33) est fixé par son autre extrémité à la hanche (5) ; le câble (33) est guidé par la roue libre (34) ; le moteur (35) en tournant, enroule ou déroule le câble (33) autour de son axe sortant, faisant monter ou descendre la tête (3) par rapport au torse (1) et à la hanche (5).

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où la tête (3) est munie d’une excroissance cylindrique orienté selon (x) dont l’axe est (X1) ; la dite excroissance est insérée, avec un degré de liberté en rotation, dans un logement concentrique à (X1) porté par une structure (26) fixée sur la hanche (5); la tête (3) dispose donc d’un degré de liberté en rotation autour de l’axe (X1) par rapport à la hanche (5) ; la tête (3) est également munie d’une seconde excroissance cylindrique définissant un axe (X2) ; un moteur (27) fixé à la hanche, est lié par son axe sortant à l’axe (X2) de la tête (3); le dit moteur (27) entraîne l’axe (X2) en rotation autour de (X1), typiquement par la translation d’une vis sans fin porteuse d’un bloc muni d’un trou oblong perpendiculaire à la vis sans fin; ainsi le moteur (27) contrôle l’inclinaison latérale de la tête (3) par rapport à la hanche (5).

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où au moins une jambe est munie d’une articulation et d’un moteur (18) supplémentaire, le dit moteur (18) entraînant le sous-membre porteur de la roue (19) en rotation autour de l’axe longitudinal de la jambe par rapport au sous-membre supérieur (20), le véhicule pouvant alors être dirigé par l’orientation de cette roue.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où chaque jambe (4) est mobile selon une portion angulaire minimale de + ou – 120° de part et d’autre de la verticale (axe z) ; et où chaque jambe présente une longueur fixe ; la longueur des jambes centrales étant inférieure à celle des jambes latérales, d’une distance égale au rayon de roue des jambes latérales ; le diamètre des roues des jambes latérales étant de 25 à 50 cm, celui des roues des jambes centrales étant de 60 à 90 cm.

Véhicule selon un mode de réalisation particulier, où la longueur d’au moins une jambe (4) est réglable par un moteur dédié.

Description sommaire des figures

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée à un virage.

: elle représente un véhicule vu de face, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée à un virage.

: elle représente schématiquement un véhicule vu de face, selon un mode de réalisation de l’invention.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration de préparation au passage d’un petit obstacle.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un petit obstacle

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une première configuration de préparation au passage d’un obstacle haut

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une seconde configuration adaptée au passage d’un obstacle haut

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une troisième configuration adaptée au passage d’un obstacle haut.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un obstacle haut non-abrupt.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un obstacle haut abrupt.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration de préparation au passage d’un obstacle haut avec une roue centrale en avant et soulevée.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention, et dans une configuration adaptée au passage d’un obstacle haut abrupt, avec une roue centrale posée sur l’obstacle.

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de translation selon (z) de la tête, par un moteur fixé sur la tête.

: elle représente un véhicule vu de coté, selon un mode de réalisation de l’invention spécifiquement adapté au transport de charge lourde .

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un premier mode de fixation des moteurs (13) au niveau de chaque jambe.

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un second mode de fixation des moteurs (13) sur la hanche, ou le corps.

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un troisième mode de fixation des moteurs (13) au niveau de la hanche.

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation des jambes, par un moteur (13) et par l’intermédiaire d’un ressort de torsion (30).

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation selon (x) de la tête par un moteur (27) fixé au niveau de la hanche.

: elle illustre une vue schématique selon un mode de réalisation de l’invention, d’un dispositif de mise en rotation de la roue autour de l’axe longitudinal de la jambe, par un moteur fixé sur la jambe .

Description détaillée des figures

Les figures 1 à 3 illustrent un mode de réalisation de véhicule selon l’invention : le véhicule comporte une partie haute (A) et une partie basse (B). Dans la , la partie haute (A), dite le corps, comporte un torse (1) et une tête (3). La forme de la partie haute (A) peut varier sans changer l’invention. Par exemple, la partie haute (A) peut comporter un ou plusieurs bras (2), un siège ou tout autre élément de transport et/ou de préhension. Le véhicule comporte en outre une partie basse (B), dite plateforme mobile, présentant une hanche (5), dite également articulation de la hanche, et quatre jambes (4).

Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le véhicule est dans une configuration lui permettant de prendre une courbe à droite à grande vitesse. La rotation selon l’axe (Y) des jambes permet d’incliner l’axe de la hanche vers l’intérieur de la courbe (à savoir : l’extrémité de la hanche à l’intérieur de la courbe est plus proche du sol, que l’extrémité à l’extérieur de la courbe : il résulte donc une rotation de la hanche autour de l’axe Ox). Le corps du robot s’incline donc vers l’intérieur du tournant, comme le ferait un motard prenant une courbe à grande vitesse. La modification des longueurs des jambes, si elle est possible, permet de réaliser cette même inclinaison de la hanche sans faire varier les angles des jambes. Idéalement, la variation de longueur des jambes peut se combiner avec la variation des angles des jambes pour accentuer cette inclinaison, tout en abaissant le centre de gravité du robot, améliorant ainsi sa stabilité (triangle de stabilité plus grand).

Selon un mode de réalisation particulier, illustré sur les figures 1 à 14, chaque jambe porte un amortisseur, pour absorber les chocs et irrégularités de terrain (dans le sens longitudinal de la jambe). En effet, sur ces figures, chaque jambe est représentée par une fourche de vélo, dotée d’un amortisseur longitudinal.

Tel qu’illustré sur la , le véhicule est dans une configuration dite du pendule inversé : afin de maintenir le corps en haut, et en équilibre, les roues vont légèrement osciller d’avant en arrière. Usuellement, la configuration en pendule inversé, est plus fréquemment réalisée avec seulement une ou deux roues, au contact avec le sol. Par ailleurs, cette configuration, avec toutes les jambes à 0° d’angle par rapport à la verticale, est également une configuration adaptée à la manipulation, et au transport du robot. Les bras (2) sont schématiquement représentés sur cette .

Les figures 1 à 12 représentent des configurations ou des séquences de configurations, selon un mode de réalisation particulier de l’invention, adaptées à l’avancement du véhicule sur terrain régulier, ou avec obstacles.

Les figures 1 à 3, correspondent au déplacement du véhicule sur sol régulier, à savoir sans obstacle. Un obstacle est dit non-significatif pour le véhicule dans une certaine configuration, s’il n’entraîne pas de déséquilibre du véhicule, quand il est abordé à une certaine vitesse. Typiquement, un bord de trottoir de hauteur inférieure à 10 % du diamètre de la roue, abordé à moins de 5km/h, pour des jambes disposées à 100° entre-elles, pourra être jugé non-significatif (en réalité un beaucoup plus grand nombre de facteurs, que ceux mentionnés dans cet exemple, contribue à la stabilité). Et, en diminuant la vitesse de progression, il devient possible de passer des obstacles qui étaient significatif à une vitesse supérieure. Si le terrain présente un relief limité, qu’il soit plat, en pente, en devers, les équations de la dynamique suffiront à contrôler le véhicule, même à grande vitesse (>50km/h).

Les figures 4 et 5, illustrent les configurations nécessaires au passage d’un obstacle significatif, à savoir pour le passer le véhicule devra passer par une phase de vitesse de nulle à très basse (0 à 3 km/h). Un obstacle devient significatif, à basse vitesse, quand sa hauteur dépasse le rayon de la roue qui l’aborde.

Sur la , le véhicule approche l’obstacle, alors il incline sa hanche sur la droite, de sorte à pouvoir soulever sa jambe centrale gauche tout en restant stable. Puis il pose la dite roue gauche sur l’obstacle.

Ensuite, comme sur la , dans un premier temps, l’angle de la jambe posée sur l’obstacle est augmentée, de sorte à décharger, puis soulever la jambe centrale droite. Puis la jambe centrale droite se soulève, avec la roue en rotation, puis se pose également sur l’obstacle. Il est à noter que selon la position angulaire du véhicule par rapport à l’obstacle, et la forme de l’obstacle, il est possible que la roue de la jambe centrale droite touche l’obstacle lors de sa montée (d’où l’importance d’avoir la roue montante en rotation active). Normalement, le véhicule ne recule pas (ou pas de manière significative) lors de la phase de montée de la seconde jambe, telle que décrit ci-dessus.

Les figures 6 à 12, illustrent les configurations adaptées au passage d’un obstacle haut et significatif. Pour ce type d’obstacle, dont la hauteur est supérieur celle de la hanche, typiquement 150 % du diamètre des roues, le véhicule peut soit aborder l’obstacle en premier avec une roue latérale selon les figures 6 à 10, soit avec une roue centrale selon les figures 11 et 12. Ensuite, le véhicule modifie la position du corps et des autres jambes pour passer l’obstacle : en termes robotique, il s’agit de « mouvements hautement dynamiques».

La illustre une configuration de préparation, où le véhicule est volontairement déséquilibré vers la droite, pour pouvoir soulever sa roue latérale gauche ; la dite jambe tourne à passant par l’arrière du véhicule pour venir se poser sur l’obstacle haut.

La montre le véhicule proche de l’obstacle, avec la roue latérale gauche posée sur l’obstacle.

Sur la , le véhicule incline sa hanche cette fois sur son coté gauche, en appui sur la roue latérale gauche posée sur l’obstacle, ce qui permet de faire réaliser à la jambe latérale droite un arc de cercle proche de 200°, afin de positionner sa roue également en appui sur l’obstacle.

Les figures 9 et 10, sont deux alternatives possibles pour franchir l’obstacle haut : soit l’obstacle est fortement pentu, mais avec un relief sur lequel le véhicule peut avoir un appui, comme sur la , ou bien l’obstacle est abrupt et le franchissement se fera selon la configuration présentée sur le .

Le franchissement selon la , une fois les deux roues latérales posées sur l’obstacle, est assez simple : les roues centrales sont rapprochées entre-elles, et le véhicule se rapproche de l’obstacle au maximum, puis les 4 roues sont activées ensemble afin de passer l’obstacle sans que la hanche ne vienne toucher l’obstacle. De manière complémentaire, le corps pourra être incliné vers l’avant, afin d’une part que les roues latérales posées sur l’obstacle, gagnent en motricité, et d’autre part que la masse en appui sur les roues centrales diminue, facilitant ainsi leur montée. Lors de la montée l’angle entre les roues latérales, posées en haut, et les roues centrales, montantes, pourra être réduit afin d’éviter le contact entre la hanche (ou certaines parties des jambes) et l’obstacle.

Le franchissement selon la , une fois les deux roues latérales posées sur l’obstacle abrupt, est impossible sans modification du véhicule, car les jambes et la hanche viendraient à frotter sur l’obstacle, certainement au point d’empêcher toute progression. Il est donc nécessaire d’ajouter des roues, typiquement libres, à savoir non motorisées, sur la hanche (21) et sur chaque jambe (22). Si nécessaire plusieurs de ces roues peuvent être fixées sur les jambes, et ces roues peuvent même être liées entre-elles par une bande de roulement, pour former une chenille (non représentée sur la figure). Pour passer ce type d’obstacle, la position du centre de gravité du corps est déterminante (étant supposé que le corps constitue la majorité de la masse du véhicule). Pour être presque certain de passer cet obstacle, il faut que le centre de gravité du corps soit situé en avant de l’axe des roues latérales posées sur l’obstacle. Il est également possible de passer l’obstacle, si le centre de gravité du corps est situé en avant de l’axe de la première roue libre (22), pour peu que la motricité des roues latérales suffise à tracter le véhicule. La représente le corps assez incliné vers l’avant, il s’agit d’une représentation conceptuelle, et il n’est pas certain que dans une telle configuration, le véhicule puisse surmonter l’obstacle : en effet, il serait plus favorable de positionner le corps entre les 2 roues latérales, mais alors il ne serait plus visible sur la figure. C’est pourquoi le choix a été fait de représenter le corps bien visible, mais probablement dans une position qui n’est pas idéale pour le passage de cet obstacle.

Sur la , le véhicule se prépare à aborder un obstacle, en levant une jambe centrale jusqu’au dessus de l’obstacle à franchir, puis se rapprochant de l’obstacle avec une roue levée très haut. Cette approche est différente de celle de la , car sur la , la hauteur de l’obstacle est plus importante, en conséquence la position de la hanche est plus élevée. Une autre différence par rapport à la séquence décrite sur les et 5, est que la montée de la seconde jambe centrale serait impossible avec un obstacle très haut, car cette seconde roue viendrait buter sur l’obstacle (ou ferait reculer le véhicule au contact de l’obstacle, et donc retomber la roue qui y est posée).

Sur la , la roue de la jambe centrale droite (qui était levée sur la ) est maintenant posée sur l’obstacle haut. La séquence de franchissement est ensuite la suivante : l’autre roue centrale va reculer, puis les roues latérales passeront par dessus la hanche, et seront posées chacune à leur tour sur l’obstacle. Il en résulte que trois roues seront posées sur l’obstacle, diminuant la masse à tracter par les roues hautes. Pour passer un tel obstacle haut, ainsi que décrit pour la , le mouvement du corps et l’ajout de roue libre (21) ou (22) reste nécessaire.

Alternativement, pour obtenir ce même résultat (à savoir que sans effort notable 3 roues soient posées sur un obstacle haut) il est possible sur une sol régulier, de positionner le véhicule en position de pendule-inversé sur ses deux roues latérales, avec 2 roues centrales en l’air, qui se poseront ensuite sur l’obstacle. La montée de la première roue latérale se fera par dessus la hanche, sans soucis particulier. En revanche, la montée de la seconde roue latérale sera plus délicate en terme d’équilibre : c’est le principal désavantage de cette méthode de franchissement. Néanmoins, pour un obstacle de type table (à savoir sans appui verticale possible lors de la montée) de hauteur supérieur à 1.2m, cette méthode peut être la seule valide.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le torse (1) est réduit à un axe vertical, typiquement cylindrique ou de section carrée. Un maximum de composants (batterie, PC, capteurs...) sont portés dans la tête (3). La tête (3) se déplace verticalement le long du torse (1) par l’actionnement d’un moteur (35) dédié, fixé sur la tête. Le dispositif représenté sur la , est constitué d’un câble (33) fixé à une extrémité à l’axe sortant du moteur (35), à l’autre extrémité à la hanche (5) par une fixation (37) (un mode de fixation inverse à celui décrit est possible, mais alors le moteur devrait être porté par la hanche). Le câble (33) passe par une roue libre (34), fixée à l’extrémité du torse, opposée à la hanche. La tête (3) est guidée en translation le long du torse (1) par 4 roulettes (36). Ce guidage peut également être réalisé avec d’autres dispositifs, comme des paliers, coussinets, roulements… Ainsi, le moteur (35) en tournant permet à la tête (3) de monter, ou de descendre le long du torse.

Alternativement, l’axe sortant du moteur (35) peut porté un pignon, qui engrène directement une crémaillère, à savoir des dents disposées linéairement sur le torse (1) ; ce dispositif (non représenté sur la figure) présente l’avantage de contrôler simplement la montée et la descente de la tête, et le désavantage de faire supporter au moteur (35) les chocs inhérents au déplacement du véhicule sans amortisseur.

De manière complémentaire, un dispositif (non représenté sur la ) de blocage en translation de la tête (3) par rapport au torse (1) pourra être ajouté. Ce dispositif de blocage sera typiquement constitué d’un actionneur, constitué d’un ressort et d’un électro-aimant portés par la tête d’une part, avec une goupille liée au ressort, et d’un ou plusieurs réceptacle pour la goupille porté par le torse (1). En l’absence d’alimentation, le ressort maintient la goupille dans le réceptacle empêchant toute translation de la tête par rapport au torse. Une fois l’électroaimant alimenté, la goupille est rappelée, et le translation devient libre : le moteur (35) peut entrer en action pour modifier la position de la tête par rapport au torse. Le torse (1) peut comporter plusieurs réceptacles, afin d’offrir plusieurs positions de blocages.

Utilité du dispositif illustré sur la , et des alternatives décrites ci-dessus: pour le passage d’un obstacle haut, comme pour la configuration en pendule-inversé, il est favorable que le centre de gravité du corps soit le plus distant possible de la hanche. A l’inverse, pour les configurations usuelles d’avancement, ou pour les trajectoires en courbe, le centre de gravité du corps doit être le plus bas possible, afin de stabiliser le véhicule. Le dispositif décrit ci-dessus permet de modifier la hauteur du centre de gravité du corps (A). Ce degré de liberté supplémentaire augmente notablement la capacité du véhicule à s’adapter au terrain parcouru, tout en optimisant sa stabilité et sa consommation d’énergie.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le véhicule est doté uniquement d’une roue (21) libre, à savoir non-motorisée, et centrée sur la hanche. Pour un terrain régulier, ou avec de petits obstacles, les jambes peuvent être disposées selon un angle proche de 180°, faisant reposer la roue (21) au sol. De la sorte, il devient possible de transporter une charge lourde, typiquement comprise entre 100 et 400kg, sans limiter fortement la vitesse ou l’autonomie du véhicule. Ce cas d’usage est particulièrement adapté à la logistique entre bâtiments industriels.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, chaque moteur est fixé sur une jambe. En sortie de moteur (13), se trouve un réducteur (24) à renvoi d’angle, incluant typiquement une vis sans fin. La liaison mécanique permettant la rotation d’une jambe (4) autour de la hanche (5) à partir d’un moteur (13) est réalisée avec plusieurs composants : un organe sortant (32) du réducteur (24), éventuellement un dispositif intermédiaire (23), et un organe entrant (31) fixé sur la hanche. L’organe sortant (32) fixé sur le réducteur (24), est soit un pignon (à savoir une roue dentée), soit une poulie. L’organe entrant (31) est solidairement lié à la hanche, sans degré de liberté. Le dispositif intermédiaire (23) éventuellement présent, est entraîné par l’organe sortant, et entraîne l’organe entrant. Le dispositif intermédiaire (23) est typiquement une chaîne ou une courroie. L’organe entrant et l’organe sortant sont de type identique : soit deux poulies, soit deux roues dentées. La jambe est liée à la hanche par un pivot (25), à savoir un organe n’offrant qu’un degré de liberté en rotation : un roulement à bille, un roulement à rouleau, ou une bague lisse. Quand le moteur (13) est actionné, l’organe sortant tente d’entraîner la chaîne, ou la courroie, mais comme cette dernière est liée à l’organe entrant solidaire de la hanche, alors la jambe est entraînée en rotation autour de la hanche (5). Les jambes tournent donc autour de l’axe (Y1). La disposition des moteurs sur les jambes présente l’avantage d’une part d’abaisser le centre de gravité du véhicule, et donc de rendre le véhicule plus stable ; d’autre part d’alléger la masse liée à la hanche, et donc de diminuer l’effort à fournir par les moteurs (13) ou les freins, pour maintenir la hanche en hauteur.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la tête (3), et / ou la hanche (5), porte les quatre moteurs (13) qui mettent en rotation chacun une jambe. Comme les jambes sont fixées sur la hanche par une liaison pivot, alors chaque jambe est en rotation par rapport à l’axe (Y1) de hanche. La liaison mécanique permettant la rotation d’une jambe (4) autour de la hanche (5) à partir d’un moteur (13) est analogue à celui décrit sur la , à la différence près que l’organe entrant est cette fois solidaire de la jambe et mobile en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche (5) , et que le moteur (13) est fixe.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les quatre moteurs (13) sont fixés sur la hanche (5) de manière identique, et mettent en rotation chacun une jambe. Et chaque jambe est fixée directement sur l’axe sortant du moteur (13). Alors chaque jambe est en rotation par rapport à l’axe (Y2) de hanche (dans ce dernier cas, les quatre axes sortant des quatre moteurs doivent être sensiblement alignés). L’axe (Y2) est parallèle à l’axe (Y1) de révolution du cylindre de la hanche (5), et est distant de celui-ci d’une distance inférieure au diamètre du moteur (13), typiquement 10cm.

De manière commune aux figures 15 à 17 : les dispositifs décrits permettent aux jambes latérales de tourner sur 360° sans interférer avec la hanche (et le corps doit avoir une largeur limitée pour permettre le passage des jambes latérales sur les cotés), mais les jambes centrales ne peuvent tourner que sur une portion angulaire limitée par la présence du corps sur la partie supérieure. Par ailleurs, afin d’économiser de l’énergie électrique pour les périodes de temps, où la jambe doit rester en position angulaire fixe, au moins un de chaque composants suivants : pivot (25), réducteur (24) ou moteur (13), sera muni d’un frein, le dit frein permettant de maintenir la position angulaire de la jambe avec une faible consommation d’énergie, voire sans énergie.

La est une vue partielle du véhicule, selon un mode de réalisation particulier de l’invention, centrée sur un dispositif particulier de mise en rotation de la jambe (4) par le moteur (13) selon un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif particulier est le suivant : un ressort de torsion (30) est intercalé entre le moteur (13) et la jambe (4). Le dit ressort de torsion est fixé à son extrémité distale à la jambe (4) par un bloc mobile (28), et à son extrémité proximale à l’axe sortant du moteur (13) par un bloc réglable (29). Le ressort de torsion est typiquement à branches radiales, et est inséré (à savoir auto-centré) autour de la hanche (5). Le bloc mobile (28) et le bloc réglable (29) pincent chacun une extrémité du ressort : il n’y a aucun degré de liberté offert par cette liaison. Le bloc mobile (28) et le bloc réglable (29) sont tous deux en rotation autour de la hanche. L’angle entre le bloc mobile (28) et le bloc réglable (29) dépend du moment (en N.m) exercé par la jambe sur l’axe sortant du moteur transmis par le ressort, et donc de la force exercée sur la roue par le sol. Le bloc réglable (29) est mis en rotation par l’axe sortant du moteur (13), typiquement le bloc réglable (29) est solidaire d’un pignon tournant autour de l’axe de hanche, et le dit pignon est mis en rotation par l’axe sortant du moteur (13) : ainsi un couple est exercé sur le bloc mobile (28), et la jambe sera mise en rotation d’un angle dépendant des forces exercées sur la jambe (les dites forces sont principalement la pesanteur, et la réaction du sol). En définitive, la position angulaire de la jambe sera une résultante du couple moteur, de la torsion du ressort et des forces exercées sur la jambe. Le contrôle de la position angulaire, de la jambe par le moteur, se fait donc en couple, et non plus en position. Ce dispositif d’amortissement présente deux principaux avantages : tout d’abord, le véhicule est plus tolérant aux petits obstacles (ceux qui sont les plus difficiles à évaluer correctement par les capteurs, et qui pourtant en dynamique ont un effet déstabilisant) ; ensuite, le ressort intercalé absorbe partiellement l’énergie des chocs des obstacles sur les roues, et ainsi accroît la durée de vie du moteur, réducteur organe entrant et sortant.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le corps (A) dispose d’un degré de liberté en rotation latérale, autour de l’axe X1. Le poids du corps est supporté par une excroissance cylindrique (il peut aussi y avoir deux excroissances diamétralement opposées), qui est insérée typiquement dans un roulement à billes (ou alternativement à rouleaux si la charge est importante). Le dit roulement à billes est soutenu par une structure triangulaire (26) fixée sur la hanche (5). Dans le dispositif de mise en rotation du corps, le moteur (27) est lié à la hanche, et entraîne en translation un axe X2, appartenant au corps. Typiquement l’axe sortant du moteur est une vis sans fin, et son extrémité est lié à l’axe X2 par une liaison à deux degré de liberté : un degré de liberté en rotation (réalisée avec ajustement glissant, une bague glissante, un roulement à rouleaux…) et un degré de liberté en translation (réalisé avec un bloc doté d’un trou oblong, dans lequel se trouve l’axe X2, le dit bloc étant porté par la vis sans fin...). La distance entre les axes X1 et X2, en relation avec la distance entre X2 et le centre de gravité du corps, constitue un bras de levier permettant de contrôler la position, vitesse et force exercée par le moteur pour mouvoir le centre de gravité.

Sur la , selon un mode de réalisation particulier de l’invention, une roue peut être orientée afin de diriger le véhicule. Dans le détail, l’axe de rotation de la roue peut disposer d’un degré de liberté en rotation autour de l’axe définit par la jambe (à savoir son axe longitudinal) selon un angle d’environ + ou - 60°, et être orientée par un moteur dédié (18). Le moteur (18) est fixé sur le sous-membre supérieur de la jambe (20), la roue est portée par le sous-membre inférieur de la jambe (19). Les deux sous-membres sont liés par une articulation dite de genoux, à un degré de liberté en rotation selon l’axe longitudinal de la roue. Le pignon de sortie du moteur (18) engrène une roue dentée liée solidairement liée au sous-membre inférieur (19), entraînant ainsi en rotation la roue.

Pour conclure, l’invention permet d’obtenir un véhicule configurable, ayant une compacité, et une capacité de franchissement supérieures ou égales aux véhicules existants, mais avec des moyens plus simples, et plus robustes.

Claims (13)

1. Véhicule terrestre comportant:

   • un corps (A) ;
   • quatre jambes (4) ; deux jambes centrales et deux jambes latérales ; chaque jambe (4) portant à son extrémité distale, une roue (6) ; au moins une des roues (6) des quatre jambes (4) étant motorisée ;
   • une hanche (5), sur laquelle est monté le corps (A), et à laquelle l’extrémité proximale de chaque jambe (4) est reliée ; la hanche (5) comportant un axe (Y1, Y2) autour duquel chaque jambe (4) est mobile en rotation; la position angulaire de chaque jambe (4) étant réglée indépendamment des autres jambes, par au moins un moteur (13); le au moins un moteur (13) de jambes (4) permettant de modifier la position angulaire de chaque jambe (4) à l’arrêt, et aussi lors du mouvement du véhicule.
2. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque roue (6) est motorisée par un moteur dédié, et chaque jambe (4) est mue en rotation autour de l’axe (Y1, Y2) par un moteur (13) spécifique.
3. Véhicule selon la revendication précédente , caractérisé en ce que le mécanisme de mise en rotation des jambes latérales, leur permet de prendre toutes les positions angulaires sur 360° autour de l’axe de la hanche (Y1, Y2), et caractérisé en ce qu’aucun autre composant du véhicule n’interfère avec la rotation sur 360° des dites jambes latérales.
4. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en rotation, autour de la hanche (5), d’au moins une jambe (4) par un moteur (13), se fait par l’intermédiaire d’un ressort en torsion (30).
5. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une roue (21) libre est fixée sur la hanche, la dite roue (21) étant en rotation dans un plan perpendiculaire à l’axe de la hanche; ou au moins une roue (22) libre est disposée sur l’une des jambes, et la dite roue (22) étant en rotation dans le plan de la roue de la jambe sur laquelle elle est fixée.
6. Véhicule selon l’une des revendications précédentes , caractérisé en ce qu’au moins une jambe (4), est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur la jambe ; le moteur (13) est doté d’un réducteur (24), dont l’axe sortant est parallèle à l’axe de hanche ; sur le dit axe sortant est fixé solidairement un organe sortant (32) : une poulie à gorge, alternativement un pignon; l’organe sortant (32) est obligatoirement positionné vers le centre du véhicule par rapport à la jambe; un organe entrant (31), du même type que l’organe sortant, est fixé sans degré de liberté sur la hanche; l’organe sortant (32) entraîne soit un dispositif intermédiaire (23) : une courroie, alternativement une chaîne, soit directement l’organe entrant (31), typiquement un pignon; afin que le dispositif intermédiaire (23) soit positionné correctement perpendiculairement à (Y1), le dit organe entrant (31) est positionné en regard (en face) du dit organe sortant (32); ainsi quand le moteur (13) est actionné, l’organe sortant (32) tente d’entraîner soit le dispositif intermédiaire (23), soit directement l’organe entrant (31), mais comme l’organe entrant (31) est solidaire de la hanche (5), alors la jambe (4) est entraînée en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche (5), et la jambe (4) est mobile sur 360°.
7. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une jambe, est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur une partie fixe du véhicule: le corps (1) ou la hanche (5); l’axe sortant du moteur (13) étant doté d’un organe sortant : poulie, alternativement pignon ; un organe entrant, du même type que l’organe sortant, est fixé en face de l’organe sortant, et sans degré de liberté par rapport à la jambe; le dit organe entrant est monté sur la hanche, avec un degré de liberté en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche (5) ; le dit organe sortant entraînant soit un dispositif intermédiaire (23) : une courroie, alternativement une chaîne, soit directement l’organe entrant, typiquement un pignon; l’organe sortant du moteur (13) étant obligatoirement positionné vers l’extérieur du véhicule par rapport au moteur ; et la jambe , si elle est latérale, est obligatoirement positionnée vers l’extérieur du véhicule par rapport l’organe entrant; ainsi le moteur entraîne la jambe en rotation autour de l’axe (Y1) de la hanche, et la jambe est mobile sur 360°.
8. Véhicule selon l’une des revendications précédentes , caractérisé en ce qu’au moins une jambe (4) latérale est mise en rotation par un dispositif constitué d’un moteur (13) fixé sur la hanche (5), dont l’axe sortant est lié solidairement avec la dite jambe (4) ; comme la dite jambe (4) est fixée sur l’axe de sortie du moteur (13), alors la jambe est en rotation par rapport à l’axe (Y2) de hanche (5); l’axe (Y2) est parallèle à l’axe (Y1), et est distant de celui-ci d’une distance inférieure au diamètre du moteur (13), typiquement 10cm ; l’axe sortant du moteur (13) est obligatoirement positionné vers l’extérieur du véhicule par rapport au moteur, et la jambe est obligatoirement positionnée vers l’extérieur du véhicule par rapport l’axe sortant du moteur ; ainsi chaque jambe latérale peut parcourir 360°.
9. Véhicule selon l’une des revendications 1 à 6 ou 8 précédentes, caractérisé en ce que le torse (1) est fixé solidairement par son extrémité proximale à la hanche (5), et son extrémité distale porte une roue libre (34) ; un moteur (35) est fixé sur la tête (3) ; la tête (3) ne dispose que d’un degré de liberté en translation le long du torse (1); un câble (33) est fixé par une de ses extrémités à l’axe sortant du moteur (35), et le dit câble (33) est fixé par son autre extrémité à la hanche (5) ; le câble (33) est guidé par la roue libre (34) ; le moteur (35) en tournant, enroule ou déroule le câble (33) autour de son axe sortant, faisant monter ou descendre la tête (3) par rapport au torse (1) et à la hanche (5).
10. Véhicule selon l’une des revendications 1 à 6 ou 8 à 9 précédentes, caractérisé en ce que la tête (3) est munie d’une excroissance cylindrique orienté selon (x) dont l’axe est (X1) ; la dite excroissance est insérée, avec un degré de liberté en rotation, dans un logement concentrique à (X1) porté par une structure (26) fixée sur la hanche (5); la tête (3) dispose donc d’un degré de liberté en rotation autour de l’axe (X1) par rapport à la hanche (5) ; la tête (3) est également munie d’une seconde excroissance cylindrique définissant un axe (X2) ; un moteur (27) fixé à la hanche, est lié par son axe sortant à l’axe (X2) de la tête (3); le dit moteur (27) entraîne l’axe (X2) en rotation autour de (X1), typiquement par la translation d’une vis sans fin porteuse d’un bloc muni d’un trou oblong perpendiculaire à la vis sans fin; ainsi le moteur (27) contrôle l’inclinaison latérale de la tête (3) par rapport à la hanche (5).
11. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une jambe est munie d’une articulation et d’un moteur (18) supplémentaires, entraînant le sous-membre porteur de la roue (19) en rotation autour de l’axe longitudinal de la jambe par rapport au sous-membre supérieur (20), le véhicule pouvant alors être dirigé par l’orientation de cette roue.
12. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque jambe (4) est mobile selon une portion angulaire minimale de + ou – 120° de part et d’autre de la verticale (axe z) ; et chaque jambe présente une longueur fixe ; la longueur des jambes centrales étant inférieure à celle des jambes latérales, d’une distance égale au rayon de roue des jambes latérales ; le diamètre des roues des jambes latérales étant de 25 à 50 cm, celui des roues des jambes centrales étant de 60 à 90 cm.
13. Véhicule selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur d’au moins une jambe (4) est réglable par un moteur dédié.