ROBOT MOTORISE AUTONOME POUR LE TRANSPORT DE CHARGES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne un robot autonome motorisé. Elle concerne plus particulièrement un robot autonome doté de moyens de repérage.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] Les robots autonomes motorisés sont aujourd'hui bien connus et utilisés dans de nombreux domaines tels que la logistique, l'agriculture, la production industrielle, etc. Une part importante des robots utilisés est destinée à transporter des charges sur de courtes distances. Pour assurer leur déplacement de façon autonome, les robots doivent comporter des moyens de repérage et de guidage. De nombreuses formes de mises en œuvre existent aujourd'hui, avec des capteurs et/ou caméras agencés à des endroits permettant de mettre en œuvre les fonctions de repérage, tout en permettant au robot de réaliser sa mission de base, le transport de charge. On observe plusieurs exigences contradictoires entre le fait de doter le robot des équipements lui permettant d'être autonome, le fait de conserver des espaces de chargement facilement accessibles et la protection des moyens de repérage contre les chocs et autres aléas liés à une utilisation intensive. Une des solutions les plus utilisées à ce jour consiste à prévoir un mât ou autre système de bras permettant de positionner en hauteur un ou plusieurs capteurs. La position surélevée par rapport au robot et à la zone de manipulation des charges permet de protéger les capteurs. D'autres exemples de solutions sont présentés ci-après.
[0003] Le document FR2994057 décrit un robot de taille de vignes comprenant des moyens de captation d'images comprenant des moyens de projection d'au moins un faisceau laser sur lesdits pieds de vigne et leurs branches, des moyens de relevé et d'enregistrement d'une série d'images relatives à la forme dudit faisceau laser sur lesdits pieds de vigne et leurs branches. Pour fonctionner de façon fiable et efficace, un tel agencement doit comporter une pluralité de capteurs d'images.
[0004] Le document CN204733244 décrit une caméra pour robot à lentille étanche. La caméra dispose d'un angle de vision à 360°. L'utilisation de cette caméra ne permet pas une détection fiable des obstacles. En outre, la caméra est sensible aux variations de lumière et ne permet donc pas une utilisation multimodale.
[0005] Le document CN204173040 décrit un chariot élévateur disposant d'un système de navigation laser. Le système de navigation laser est installé sur la colonne de navigation.
[0006] Le document CN204440168 décrit un véhicule guidé automatique de haute sécurité (AGV) comprenant un corps de véhicule, des roues motrices, un dispositif de commande, un capteur laser de navigation, une pompe à air et une plate-forme de transport de marchandise installés sur la carrosserie du véhicule. Le dispositif de laser est installé en hauteur du véhicule.
[0007] Le document US2005246065 décrit un capteur volumétrique pour la navigation d'un robot afin d'éviter les obstacles présent dans sa trajectoire. Le capteur est installé sur une plate-forme avec un laser et un détecteur dirigé vers un miroir pivotant dans un cylindre qui peut tourner à 360° par un moteur. Une came rotative incline le miroir afin de fournir un balayage laser et des mesures de distances d'obstacles.
[0008] Dans ces dernières solutions, la présence d'un capteur disposé en hauteur ne permet pas de garantir l'obtention d'une information fiable pour le robot, notamment lors d'une utilisation en terrain accidenté. En effet, dans ces conditions, l'inclinaison du détecteur laser installé en hauteur fausse les résultats qui sont présenté dans un repère sur sol plat alors que les lectures sont effectuées à partir d'un autre repère, non connu, et qui change sans cesse en fonction des conditions du sol. Les informations erronées obtenues sont susceptibles de causer des collisions ou des situations de blocage du robot.
[0009] La vidéo Youtube « Fini les bottes avec Effibot ? » décrit un robot avec un capteur laser adapté pour détecter uniquement ce qui se trouve devant le robot, par exemple les jambes d'un opérateur.
[0010] La vidéo Youtube « Découvrez le robot suiveur de l'IRSTEA ! » décrit le même robot que dans la vidéo « Fini les bottes avec Effibot ? ».
[0011] Dans ces deux vidéos, la zone située derrière le capteur est occupée par du hardware. Le robot ne peut donc pas effectuer de reconnaissance sur une zone plus large que celle située devant le robot. La réduction du champ de détection du capteur laser diminue les informations obtenues et des collisions ou des situations de blocage du robot sont très probables.
[0012] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0013] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé autonome permettant le transport de marchandises dont le déplacement est assuré de manière fiable et simple.
[0014] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé de construction peu coûteuse.
[0015] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un robot motorisé dont la mise en œuvre est simple.
[0016] Pour ce faire, l'invention prévoit un robot motorisé comprenant un corps monté sur roues ou chenilles définissant un plan de roulement PR, un plateau de chargement agencé au dessus dudit corps, le plateau étant espacé du corps au moyen d'entretoises de séparation, de façon à former une zone de vision dans un plan de vision PV sensiblement parallèle au plan de roulement PR, la zone de vision étant sensiblement libre sur une plage d'au moins 300°, et plus préférentiellement d'au moins 330° et encore plus préférentiellement de sensiblement 360° par rapport à une zone centrale du robot, au moins un dispositif de repérage adapté pour émettre un faisceau panoramique sur une plage angulaire correspondante étant agencé dans ladite zone de vision.
[0015] Selon une telle architecture, le dispositif de repérage est protégé contre les risques liés aux conditions d'utilisations, tels l'éblouissement du soleil ou encore la pluie qui sont susceptibles de nuire au fonctionnement du dispositif. Le capteur est notamment bien protégé contre le ruissellement de la pluie, qui pourrait perturber le faisceau laser. La position préférentielle sensiblement au centre du corps du robot ou du plateau porte-charge limite les dépôts de poussière qui affectent aussi les performances du laser.
[0016] Le dispositif se retrouve également protégé d'éventuels chocs directs notamment avec des branches et ou tout autre obstacle susceptibles de le mettre hors d'usage. Les entretoises de séparation contribuent à assurer cette protection et protègent également contre les chocs qui pourraient endommager la vitre du capteur.
[0017] Le dispositif de repérage, grâce à la zone de vision, dispose d'une plage d'au moins 300°, et plus préférentiellement d'au moins 330° et encore plus préférentiellement de sensiblement 360° par rapport à une zone centrale du robot. Cette caractéristique présente l'avantage d'offrir une visibilité quasi totale voire totale pour le robot, simplifiant considérablement l'architecture et la mise en œuvre du système, et permettant de mettre en place de multiples fonctionnalités de guidage et de sécurité.
[0018] Enfin, la position du capteur en zone basse, sous la charge, près du sol, permet de conserver une bonne fiabilité même sur sol irrégulier. En outre, une telle architecture est simple et peu coûteuse à mettre en œuvre.
[0019] Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de repérage est disposé dans une portion centrale de la zone de vision. Cet agencement permet une position de vision idéale pour permettre des performances optimales sur une plage angulaire la plus vaste, par exemple sur 360 degrés.
[0020] De manière avantageuse, le plan de vision PV se prolonge angulairement d'au moins 15 degrés et plus préférentiellement d'au moins 30 degrés par rapport à l'axe PV de façon à former un cône de vision CV. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la zone de vision vers le haut et/ou vers le bas.
[0021] Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de repérage comprend au moins un élément parmi les suivants : un laser, un Lidar, un sonar, un radar, une caméra, une caméra thermique, un dispositif de mesure de distance par infrarouge, un dispositif de mesure par radio (par exemple UWB : Ultra Wide Band).
[0022] Selon une telle architecture, le dispositif de repérage permet un usage dans des conditions très variées, souvent extrêmes. En effet, le laser, par exemple, peut être utilisé tant dans une pièce plongée dans l'obscurité, qu'en extérieur en présence d'un soleil intense.
[0023] De manière avantageuse, les entretoises de séparation sont constituées de plaquettes sensiblement minces, par exemple en alliage métallique ou en matériau composite.
[0024] Egalement de manière avantageuse, les entretoises de séparation sont orientées de sorte que le plan principal de chacune d'entre elles soit sensiblement parallèle à l'axe d'un faisceau émis par le dispositif de repérage.
[0025] Cette architecture permet de maximiser la zone de vision en évitant les interruptions du faisceau du dispositif de repérage.
[0026] En variante, les entretoises de séparation sont constituées de plaques longitudinales disposées de chaque côté du dispositif de repérage sur les bords latéraux du robot.
[0027]Selon encore un autre mode de réalisation, le dispositif de repérage comporte un seul capteur. Cette caractéristique technique permet d'obtenir un agencement simple, avec un câblage limité, et une grande fiabilité. Un tel agencement permet de limiter les coûts et de simplifier la construction du robot.
[0028] En variante, le robot comprend des pattes à la place des roues ou des chenilles.
DESCRIPTION DES FIGURES
[0029]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 4, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en élévation d'un exemple de robot selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue de dessus, sans le plateau de chargement, du robot de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en élévation d'un exemple de robot selon l'invention avec une variante de forme des entretoises ;
- la figure 4 est une vue de dessus, sans le plateau de chargement, du robot de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0030] Les figures 1 et 2 illustrent un exemple de réalisation d'un robot 1 comprenant un corps 2 monté sur roues 3 définissant un plan de roulement PR. Dans cet exemple, le corps 2 est de forme rectangulaire, et sensiblement plat, pour maintenir le centre de gravité près du sol et faciliter les opérations de chargement et de déchargement par l'opérateur. En variante, le corps peut être conçu selon une vaste panoplie de formes et de profils, en fonction des utilisations prévues, et des qualités esthétiques requises. De façon classique, le robot comporte au moins un moteur, électrique ou thermique, et des moyens permettant de gérer les déplacements de façon autonome.
[0031] Comme on le voit aux figures 1 et 3, le robot comprend un plateau de chargement 4 agencé au dessus du corps 2. Cette position permet une grande aisance pour manipuler les charges à transporter par le robot. Les figures 1 et 3 montrent également que le plateau 4 est espacé du corps 2. Dans ces exemples, la surélévation du plateau est assurée par des entretoises 5 de séparation, qui peuvent être agencées de différentes façons comme on le voit par exemple sur la figure 1 d'une part, et la figure 2 d'autre part, entre le dessus du corps 2 et le dessous du plateau.
[0032]Tel que montré à la figure 2, le robot de cet exemple de réalisation comprend six entretoises réparties de façon à bien supporter la totalité de la surface du plateau, soit deux entretoises à chaque extrémité et deux entretoises vers la zone médiane du corps. Dans les exemples illustrés, les entretoises 5 de séparation sont constituées de plaquettes sensiblement minces orientées de sorte que le plan principal de chacune d'entre elles soit sensiblement parallèle à l'axe d'un faisceau à grand angle émis depuis la zone centrale du robot.
[0033] Dans la variante de réalisation de la figure 3, le robot comprend deux entretoises longitudinales disposées de chaque côté du dispositif de repérage sur les bords latéraux du robot. Elles sont suffisamment longues et rigides de façon à supporter la totalité du poids du plateau, même lorsque ce dernier est chargé à pleine capacité.
[0034] Le robot est conçu pour avancer et/ou tourner et/ou translater latéralement. Le changement de direction angulaire est assuré soit par pivotement des roues (deux ou quatre roues directionnelles) ou par variation de vitesse angulaire relative entre les roues de chaque côté du robot.
[0035]A cet effet, le robot est avantageusement équipé de quatre moteurs électriques, implantés dans les axes des roues. En variante, il comprend seulement deux moteurs. D'autres configurations sont aussi possibles, par exemple avec un moteur unique et deux ou quatre roues motrices. Le corps 2 permet de loger une ou plusieurs batteries et les éléments électroniques requis pour assurer la gestion et le guidage du robot.
[0036] La surélévation du plateau 4 par rapport au dessus du corps permet de former une zone 7 de vision dans un plan de vision PV sensiblement parallèle au plan de roulement PR, la zone de vision étant sensiblement libre sur une plage d'au moins 300°, et plus préférentiellement d'au moins 330° et encore plus préférentiellement de sensiblement 360° par rapport à une zone centrale du robot. La zone de vision permet d'une part de prévoir un emplacement disponible pour positionner un dispositif de repérage 6, et permet d'autre part à ce dispositif de repérage d'avoir une
zone de captation, ou champ de visibilité très large. Cette zone de captation est la plus large possible, par exemple supérieure à 300°, et plus préférentiellement d'au moins 330° et encore plus préférentiellement de sensiblement 360° Dans les exemples illustrés, le dispositif de repérage est agencé dans une portion centrale 8 de la zone de vision. Tel qu'illustré dans l'exemple de la figure 3, le plan de vision PV peut se prolonger angulairement d'au moins 15 degrés et plus préférentiellement d'au moins 30 degrés par rapport à l'axe PV de façon à former un cône de vision CV.
[0037]Toujours dans l'exemple des figures 1 à 4, le dispositif de repérage 6 comprend au moins un élément parmi les suivants : un laser, un Lidar, un sonar, un radar, une caméra, une caméra thermique, un dispositif de mesure de distance par infrarouge, un dispositif de mesure par radio (par exemple UWB : Ultra Wide Band). Les entretoises sont suffisamment minces et espacées pour ne pas entraver le fonctionnement du dispositif de repérage. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de repérage 6 est disposé dans une portion centrale de la zone de vision 7.
[0038] En variante, des solutions hybrides, avec plusieurs types de capteurs, peuvent aussi être mises en œuvre. Encore en variante, pour balayer la plage de 360°, on prévoit deux ou plusieurs capteurs disposés de façon complémentaire.
[0039] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant un capteur laser agencé centralement entre le dessus du corps du robot et le dessous du plateau de chargement.
[0040] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit un emplacement différent pour le dispositif de repérage, comme par exemple sous le plateau de chargement, ou encore à une position différente dans la zone de vision.
Numéros de référence employés sur les figures Robot
Corps du robot
Roues
Plaque de chargement ou plaque porte-charge
Entretoises de séparation
Dispositif de repérage
Zone de vision
Portion centrale de la zone de vision