WO2022229383A1 - Robot comprenant un dispositif de mise en sécurité - Google Patents

Robot comprenant un dispositif de mise en sécurité Download PDF

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WO2022229383A1
WO2022229383A1 PCT/EP2022/061466 EP2022061466W WO2022229383A1 WO 2022229383 A1 WO2022229383 A1 WO 2022229383A1 EP 2022061466 W EP2022061466 W EP 2022061466W WO 2022229383 A1 WO2022229383 A1 WO 2022229383A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
detection
obstacle
detection surface
displacement
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/061466
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric VALLECALLE
Bruno Mathieu
Franck JUNG
Original Assignee
Naïo-Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naïo-Technologies filed Critical Naïo-Technologies
Priority to EP22727758.9A priority Critical patent/EP4329466A1/fr
Publication of WO2022229383A1 publication Critical patent/WO2022229383A1/fr

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D34/00—Mowers; Mowing apparatus of harvesters
    • A01D34/006—Control or measuring arrangements
    • A01D34/008—Control or measuring arrangements for automated or remotely controlled operation

Definitions

  • Robot comprising a safety device
  • the present invention belongs to the field of vehicles, and in particular of robotic vehicles. It relates more particularly to a robot comprising a safety device, as well as a method for making the robot safe.
  • the invention is aimed, for example, at robots having automated or autonomous functions, which are dedicated to agriculture, in particular to cultivation in low or medium rows, such as salads or wheat.
  • row crop agricultural robots are equipped with one or more processing tools for processing the crops. They also include means of movement and a location system, allowing them to move independently on either side of a path of advancement.
  • the first solution relates to bumpers arranged upstream of the means of displacement with respect to the direction of advance of the agricultural robot. These, when at least one of them comes into contact with an obstacle, send a signal to a control unit of the agricultural robot which causes said agricultural robot to stop. The bumpers thus make it possible to protect the means of movement and the obstacles situated at the level thereof.
  • the second solution very often coupled with the first solution, consists of a set of lasers and detectors.
  • This set of lasers and detectors makes it possible to check that there is no obstacle at the progress path level when the agricultural robot passes, part of which would be located strictly above the crops. Indeed, the set of lasers and detectors does not make it possible to distinguish between the crops and the obstacles which are located in the advancement path and whose thickness would be less than or equal to the height of the crops. This can be particularly problematic when the obstacle is a human lying on the ground, in the middle of a crop field.
  • removing an obstacle can be a complex operation if it is located under the agricultural robot.
  • the present invention aims to overcome all or part of the drawbacks of the prior art set out above by proposing an improved detection device, allowing more precise detection, in particular of an obstacle whose height is equal to or less than at a characteristic height, in order to place an autonomous robot in a safe position.
  • the subject of the present invention is a robot, comprising:
  • Such a robot can for example be an agricultural robot, provided with a plurality of wheels and/or caterpillars allowing it to move forward on uneven ground.
  • the invention can also be applied to other types of robot, such as autonomous handling robots for example.
  • displacement plane is meant a mean plane on which the robot moves. When the ground has no inclination, the plane of movement is horizontal.
  • the robot generally evolves along a path, known as a path of advancement, which most of the time follows the crop lines formed on the ground.
  • the robot comprises a safety device comprising:
  • the detection surface configured to move between a first so-called detection position and a second so-called safety position, the detection surface extending in the first so-called detection position up to 'at a predetermined distance from the plane of movement, which is in particular less than a characteristic dimension of an obstacle,
  • the safety device advantageously makes it possible to protect the robot from obstacles lying on its path of advancement, by causing it to stop when an obstacle is detected by means of a mechanical device whose trigger threshold is advantageously configured to trigger the robot to stop when a major obstacle is encountered.
  • the displacement device actively drives the detection surface into the safety position, in order to move it away from the obstacle and avoid any deterioration.
  • the invention may also comprise one or more of the following characteristics, taken separately or with each of their technically effective combinations.
  • the safety device comprises a return device making it possible to bring the detection surface back to the detection position as long as the displacement of the detection surface remains below the detection threshold of an obstacle.
  • This embodiment advantageously makes it possible to reinforce the autonomy of the safety device and therefore of the robot, by not causing it to stop when the movement of the detection surface remains limited. It makes it possible to discriminate between obstacles. Indeed, obstacles that do not cause the detection surface to move beyond the obstacle detection threshold will not cause the robot to stop. They are thus considered as false positives, i.e. obstacles for which the operator does not want the robot to stop. On the contrary, those that cause the detection surface to move beyond the detection threshold will cause the robot to stop.
  • the safety device comprises several vanes spaced regularly along the detection surface.
  • This embodiment has the advantage of covering the width of the path of advancement, and therefore of protecting all the obstacles in the path of advancement, whether they are centered or not. This embodiment also makes it possible to protect the robot over its width. This preferred configuration provides more comprehensive protection coverage.
  • the different pallets move integrally relative to each other. However, individualized travel may be considered.
  • the stopping of the robot is ordered by the control means.
  • the detection surface positioned in the safety position is substantially parallel to the plane of movement.
  • This embodiment advantageously makes it possible to protect the robot and the obstacle by limiting the size of the robot. Also, it makes it easier to clear the obstacle before restarting the robot.
  • each pallet has a generally slender shape with two parallel arms directed towards the plane of movement when the detection surface is in the detection position.
  • This configuration has an advantage: it makes it possible to limit obstacles, such as plants located on the path of advancement, from driving the detection surface into a safety position, without this being desired.
  • This configuration allows the plants to exert a limited force on the detection surface and do not cause the robot to stop.
  • the detection surface is in translation then in rotation towards the safety position.
  • This first version advantageously makes it possible to stop the robot for obstacles of small characteristic dimension.
  • the detection surface is rotating around an axis substantially parallel to the plane of movement.
  • This version makes it possible to limit the size of the safety device.
  • this version is robust and reliable.
  • a cam drives the detection surface in rotation towards the safety position.
  • This embodiment makes it possible to control and modulate the variation of the torque generated on the axis of the pallets by an obstacle - and therefore the variation of the force applied at the end of the pallet - according to their angle of rotation.
  • this embodiment also offers the possibility of controlling the travel of the detection surface, and therefore, among other things, of limiting its speed when passing from the detection position to the safety position. Thus, it reinforces the durability of the safety device.
  • the robot comprises means for adjusting the threshold for detecting an obstacle.
  • This advantageously makes it possible to control the discrimination of the obstacles as a function of the displacement of the pallet which they cause. Said displacement of the pallet is conditioned by the mass of the obstacle encountered. Consequently, the safety device advantageously makes it possible to discriminate the obstacles according to their masses. For an obstacle of so-called low mass not causing the displacement of the detection surface beyond the detection threshold of an obstacle, the safety device generates a displacement of the obstacle in the direction of advance of the robot. Also, this configuration makes it possible to increase the adaptability of the safety device. Also, this obstacle detection threshold adjustment means allows the safety device to adapt to a change in dimensions of the pallet.
  • the robot is intended to be used in an agricultural environment and comprising crop treatment tools, in which the detection surface is located upstream of the crop treatment tools with respect to the direction of advancement.
  • This embodiment of the device for securing the robot makes it possible to protect the processing tools from obstacles which are located upstream of the processing tools, and these same obstacles from the processing tools.
  • the present invention also relates to a method for securing the robot.
  • This safety method includes, when an obstacle causes the detection surface to move, the following steps:
  • the invention may comprise the following characteristics, implemented separately or with each of their technically effective combinations.
  • the method is preceded of a step.
  • the step consists of the detection surface leaving its detection position and returning to its detection position when the obstacle does not exert more force on it.
  • This mode of implementation advantageously makes it possible to reinforce the autonomy of the safety device and therefore of the robot, by causing it to stop only when the displacement of the detection surface is greater than the detection threshold of an obstacle.
  • said method is followed by a reset step when the means of displacement have caused the robot to stop, during which:
  • This mode of implementation makes it possible to restart the robot after it has stopped.
  • Figure 1 is a schematic profile view of a robot equipped with a safety device according to a first embodiment
  • FIG 2 is an enlarged view of the safety device in the detection position, illustrated in Figure 1;
  • FIG 3 is a side view of the safety device in the safety position, shown in Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic view of another embodiment of a safety device
  • Figure 5 illustrates the different steps of an implementation mode of the safety method.
  • the present invention relates firstly to a robot configured to move on land.
  • This terrain can for example be uneven, interior or exterior.
  • the invention is described in a particular context of one of its preferred fields of application, in which the robot moves in an agricultural field.
  • This agricultural field in a non-limiting manner, is a field of crops in low rows such as lettuces. It can also be a field of medium row crops such as wheat.
  • FIG. 1 schematically represents a non-limiting example of robot 100.
  • Said robot 100 comprises, in a conventional manner, displacement means 20.
  • Said displacement means conventionally allow robot 100 to advance in a direction of advancement.
  • the means of displacement 20, in the context of standard use, are in contact with the ground. They are then positioned on a plane called a displacement plane 60.
  • the robot conventionally comprises a control unit 30.
  • Said control unit is, for example, a computer. It is configured, among other things, to allow the robot 100 to operate autonomously.
  • the robot 100 will be associated with an XYZ reference frame, called a robot reference frame.
  • This robot reference has three orthonormal axes C, U, Z.
  • This robot frame of reference is defined with respect to a relative position of the robot 100 under standard conditions of use, in particular when its means of movement 20 are in contact with the ground.
  • Said robot repository includes:
  • transverse axis perpendicular to the longitudinal axis, and oriented in a horizontal direction when its displacement means 20 are in contact with the ground
  • a Z axis perpendicular to the longitudinal axis and to the transverse axis, and oriented in a vertical direction.
  • the displacement means 20 are conventionally formed by four drive wheels, two front wheels 21, 22 and two rear wheels.
  • the wheel center distance is adjustable from 150 to 200 cm in order to adapt to several different crops, or the same crop on rows of different sizes, or the same crop with a number of different rows.
  • the width of the robot 100 is sized so that the displacement means 20 move on either side of one or more crop or plantation rows.
  • the robot 100 comprises processing tools 50.
  • These processing tools 50 can be agricultural tools, for example. They are preferably positioned in a corridor formed between the front and rear wheels, so as to process the crops which are spanned by the robot 100. This configuration advantageously makes it possible to limit the size of the robot 100.
  • the processing tools 50 can also be positioned ahead of the front wheels.
  • the processing tools can include, for example, processing instruments known to those skilled in the art, such as weeder harrows. It should be emphasized that treatment tools, such as tine harrows, are likely to damage an obstacle (not shown in Figure 1) when they come into contact with it.
  • the obstacle could damage the processing tools 50 if it comes into contact with them.
  • the invention aims to avoid these configurations.
  • the robot 100 comprises a safety device 10.
  • the safety device 10 improves obstacle detection and makes the robot 100 more autonomous.
  • the safety device 10 comprises at least one pallet 11 forming a detection surface 16 which is in a position called detection position 17, substantially perpendicular to the XY plane.
  • the detection position 16 is substantially vertical when the robot moves forward on a horizontal plane.
  • the detection surface 16 is then oriented substantially along the Z axis. It advantageously extends up to a predetermined distance from the plane of movement, called the detection distance.
  • This distance is determined by estimating the minimum height of the obstacle that can damage the robot 100.
  • This distance is advantageously less than a characteristic dimension of an obstacle to be detected.
  • This characteristic dimension can be its dimension along the Z axis, i.e. the height of the obstacle relative to the ground.
  • the pallet 11 extends up to about ten centimeters from the plane of movement along the Z axis.
  • the obstacle When an obstacle is present on the advancement path of the robot 100, the obstacle, the height of which is greater than the detection distance, advantageously enters into contact with the detection surface 16 which is preferably located upstream of the robot 100 in order to allow the robot 100 to stop in time.
  • the obstacle can be of any type, such as an animal or a human being lying on the ground, or environmental elements such as stones or branches.
  • the obstacle causes the detection surface 16 to move relative to the detection position 17.
  • the pallet 11 is preferably positioned at a predetermined distance D along the axis X upstream of the processing tools 50 with respect to the direction of advance. This distance will be explained later in the description.
  • the safety device 10 aims to cause the robot 100 to stop when the pallet 11 detects the obstacle, without the latter encountering the processing tools 50.
  • the pallet 11 has a generally slender shape with two parallel arms 111 and 112, called arms, directed towards the plane of movement 60 when the detection surface 16 is in the first position, called detection 17, substantially perpendicular to the direction of progress of the robot 100.
  • the two arms 111 and 112 can be of the same dimensions. They can be located in the same XZ plane.
  • the arms 111 and 112 each have the shape of a bar of rectangular section. Further, arms 111 and 112 may be four centimeters wide, and two centimeters apart. The arms have a length between twenty and fifty centimeters. This shape makes it possible to limit the contact surface with an obstacle while keeping a sufficiently wide detection space.
  • this shape allows obstacles with a small width, less than two centimeters, not to exert force on the arms and not to cause a movement of the detection surface 16 greater than the detection threshold.
  • the obstacles not being considered significant such as plants, do not cause the robot 100 to stop. to come into contact with the ground, at the level of a clod of earth for example, which is not considered as a significant obstacle for stopping the robot.
  • This particular shape of arm substantially corresponding to a comb, allows the earth to be evacuated through the spacing between the two arms 111 and 112, and limits the movement of the detection surface 16. This configuration is advantageous insofar as it makes it possible to avoid stopping the robot 100 without significant reason.
  • the arms 111 and 112 have a thickness of two centimeters on average. This advantageously makes it possible to guarantee the rigidity of the arm without making the safety device 10 heavier.
  • the pallet 11 is made of a metallic material. This advantageously makes it possible to reinforce the rigidity of the safety device 10, and consequently the service life of the pallet 11 . It can also be made of a plastic material.
  • FIG. 2 is a side view of the safety device 10 according to the invention.
  • the safety device 10 also comprises a means 13 for triggering a stoppage of the robot connected to the control unit 30.
  • the connection between the triggering means 13 and the control unit 30 is wired, in order to guarantee the speed and reliability of the safety device 10.
  • the robot stops when the movement of the detection surface 16 is greater than a threshold, called the detection of an obstacle.
  • the obstacle detection threshold aims to make a distinction between the different obstacles detected, such as the obstacle 40 illustrated in FIG. detection 16 below this obstacle detection threshold do not trigger the robot 100 to stop. These obstacles pass below the detection surface 16, because they are too low in height, or are naturally deviated from the robot's path 100. On the contrary, the obstacles which cause a displacement of the detection surface 16 greater than the detection threshold of an obstacle, because they are generally heavier and/or larger in size, will trigger the robot to stop. 100.
  • the trigger means 13 is composed of a switch. More specifically, it is a microswitch, defined as a very fast acting, very precise and very reliable electrical switch.
  • the safety device 10 activates this microswitch.
  • the microswitch is linked to the control means 30. When it is switched on, it sends an order to stop the robot 100 to the control means 30.
  • the means 13 for triggering the stopping of the robot 100 can be a displacement sensor.
  • This sensor is connected to the pallet 11 and is triggered from the detection threshold of an obstacle.
  • the safety device 10 also comprises a device 12 for moving the detection surface 16.
  • This moving device 12 drives the detection surface 16 towards a second so-called safety position 18 when the detection threshold of an obstacle is overcome.
  • the displacement device 12 will be described later.
  • the device 12 for moving the detection surface 16 enables the safety device 10 to engage the microswitch when the detection surface 16 passes into the safety position 18.
  • Figure 3 corresponds to the same view as Figure 2 but with the detection surface 16 in the safety position 18 which is here substantially parallel to the plane of movement 60.
  • the safety position 18 may correspond to an opening 180 greater than forty centimeters with respect to the detection position 17 along any axis. This advantageously allows an operator to remove the obstacle 40 and secure the treatment tools 50. Also, this makes it possible to preserve the securing device 10 because it is no longer in contact with the obstacle 40. This embodiment also facilitates the removal of the obstacle 40 without requiring the movement of the robot 100 once the obstacle 40 has been detected.
  • the detection surface 16 is rotatable around an axis substantially parallel to the plane of movement 60, and perpendicular to the direction of advancement of the robot 100. In the present example, in a manner not limiting, it is the Y axis. In this embodiment of the safety device 10, the detection surface 16 generally forms an angle of less than 30° with respect to a plane perpendicular to the direction of advancement when it is in the detection position 17. When the displacement of the detection surface 16 is greater than the detection threshold of an obstacle, the displacement device 12 moves the detection surface 16 towards its safety position 18.
  • the displacement device 12 can advantageously comprise a cam 121. Said cam is fixed to the detection surface 16.
  • the displacement device 12 can also comprise a roller 122 which moves on this cam 121.
  • the roller 122 is linked to a spring 123 via a plunger 124.
  • the spring 123 exerts a resistance at the level of the rotation of the cam 121 .
  • the profile of the cam 121 has a shape presenting a concave part 125, which, thanks to the roller 122 and the spring 123, allows the detection surface 16 to return to the detection position 17, when the force exerted on the detection surface 16 is lower than the detection threshold. More precisely, when the obstacle 40 comes into contact with the detection surface 16, the detection surface 16 starts moving.
  • the roller 122 evolves in the concave part 125 of the cam 121 . As long as the detection threshold is not exceeded, the roller 122 remains in the concave part 125 of the cam 121. When the movement of the detection surface 16 reaches the detection threshold of an obstacle, the roller 122 reaches the end 126 of the concave part 125 of the cam 121, and leaves the concave part 125 of the cam 121. The cam 121 is then no longer retained by the roller 122, which causes a rotation of the detection surface 16 until 'to the safety position 18, thanks to a spring 130.
  • the detection surface 16 can be returned to the detection position 17 by an operator, who will exert a force substantially along the Z axis towards the plane of movement, until that the roller 122 returns to the concave part 125 of the cam 121 .
  • the trigger means 13 are thus disengaged.
  • the cam 121 advantageously has, along the end 126, a second slightly convex part then again concave. This shape advantageously allows the travel of the detection surface 16 towards the safety position 18 to cause a slowing down of the detection surface 16. This has the advantage of improving the durability of the device by avoiding sudden movements, which may submit the parts of the safety device 10 to high mechanical stresses.
  • the spring 123 makes it possible to exert a force along the X axis which retains the rotation of the cam 121 around the Y axis.
  • the cam 121 is located in a plane parallel to the plane XZ.
  • the safety device 10 comprises means 15 for adjusting the return force of the spring 123 in order to modify the detection threshold of an obstacle. Such an adjustment makes it possible to choose the obstacles discriminated by the safety device 10. The greater the restoring force, the more the light moving obstacles are likely to be pushed back by the pallet 11 . However, if the restoring force is too great, the risk of not detecting an obstacle such as an animal or a human lying on the ground can be significant. It is therefore important to adjust the return force as well as possible.
  • the means 15 for adjusting the return force of the spring 123 also makes it possible to adapt the device 10 for securing the robot 100 to a change in the dimensions of the pallet 11 .
  • the assembly formed by the concave part 125 of the cam 121, the spring 123 and the roller 122 can be considered as a return device 14.
  • the return device 14 makes it possible to return the detection surface 16 to the detection position 17 that the displacement of the detection surface remains below the detection threshold of an obstacle.
  • the detection surface 16 is in translation then in rotation towards the safety position 18.
  • the translation takes place along the axis X.
  • the displacement device 12 drives the detection surface 16 in rotation around the Y axis.
  • the displacement device 12 is, according to the example illustrated in FIG. 4, composed of a spring at the level of a cleat 131 secured to the arms 111 and 112. This spring makes it possible to drive the arms 111 and 112 in rotation around the axis Y.
  • the cleat 131 is positioned at the level of the upper end of the arm 111 and 112. It can move in a first slide 141 oriented along the X axis.
  • Both arms may have a second tab 132 positioned at their lower end.
  • Said cleat 132 can evolve in a slide 142, of a defined length oriented along the axis X. This second cleat 132, when it is located in the slide 142, prevents the rotation of the arms 111 and 112 around the axis Y and limits the movement of the detection surface 16 to a translation along the X axis. After a translation to the detection threshold corresponding to the length of the slide 142, the catch 132 is no longer retained by the slide 142 Consequently, the displacement device 12 drives the detection surface 16 in rotation around Y.
  • the detection surface 16 is in the safety position 18. In this example, but in a nonlimiting manner, the surface 18 is substantially parallel to the travel plan. It can be repositioned in the detection position by an operator.
  • a spring 135 can be positioned on the slide 141 in order to form a return device making it possible to reposition the detection surface 16 autonomously in the detection position 17 as long as the detection threshold is not reached.
  • the pallet 11 can be positioned upstream of the processing tools 50 at a minimum distance D corresponding to the maximum value between the length of an arm and the sum of 3 distances Dstop, Dprocess, Ddetection! - Dstop corresponds to the stopping distance required for a robot 100 launched at maximum speed when a stop instruction has been generated by the control unit 30;
  • - Dprocessing corresponds to the distance traveled by the robot 100 at maximum speed while the control unit 30 is processing the data sent by the trigger means 12;
  • - Ddetection corresponds to the distance that the robot 100 travels at maximum speed from the moment the obstacle begins to set the detection surface 16 in motion, until the triggering means 12 generate a stop order.
  • the safety device 10 can comprise several pallets 11 spaced regularly along the detection surface 16. They are each associated with a displacement device 12. They can also each be associated with a triggering means 13. This mode of realization has the advantage of covering all 50 processing tools.
  • the trigger means 13 are connected in series to the control unit 30.
  • a single triggering means 13 is sufficient to trigger the stopping of the robot 100 when a significant obstacle is detected;
  • a trigger means 13 is associated with at least one pallet 11, each pallet 11 being associated with a trigger means 13.
  • step 101 An example of a method for securing the robot 100, illustrated in FIG. 5, is now described. Said method of securing is preferably carried out for the robot 100 previously described, in at least one of its embodiments, whatever the embodiment of the securing device 10.
  • the robot 100 is preferably in operation and evolves according to a programmed trajectory (step 101).
  • the purpose of the method for making the robot 100 safe is to allow the robot 100 to evolve in safety in its environment, without requiring human supervision.
  • the method for securing the robot 100 advantageously causes the robot 100 to stop when the securing device 10 comes into contact with the obstacle 40 which could damage it or be damaged by the robot 100.
  • the safety device 100 detects an obstacle 40
  • the obstacle 40 causes the displacement of the detection surface 16 during step 102.
  • the method can be continued by a step 104 of automatically returning the detection surface 16 to the detection position 17, for example thanks to the return device 14 whose force exerted is greater than the force exerted by the obstacle 40 on the detection surface 16.
  • the obstacle detection threshold is not reached, this means that the robot 100 does not encounter any significant obstacle liable to damage the robot 100 or to be damaged by said robot.
  • it is possible, for the robot 100 to evolve in autonomy, without risk and without human supervision.
  • step 105 If the detection threshold of an obstacle is exceeded (step 105), the detection surface 16 leaves its detection position 17.
  • the displacement device 12 then drives the detection surface 16 to its safety position 18 during step 106.
  • This step 106 makes it possible to put the robot 100 and the obstacle in safety.
  • the detection surface 16 actuates a trigger means 13 for stopping the robot 100.
  • the means 13 for triggering a stoppage of the robot 100 sends a stop instruction to the control unit 30.
  • the stop instruction is transmitted by wire. This configuration is reliable and fast.
  • the instructions transmitted can be stored within a storage space of the control means 30, with a view to being processed subsequently. These instructions may constitute a database from which operating statistics of the robot 100 may be extracted.
  • This information is received by the control unit 30, which sends a stop command to the movement means 20.
  • the stop instruction can be transmitted to the robot motor 100 which cuts off, and thus causes the robot during step 108. This transmission can also be carried out via any type of link, wired or not. A message can be sent to the operator.
  • step 109 an additional step 109 can be implemented.
  • the obstacle 40 is removed by an operator. This operation is facilitated when the safety position 18 leaves an opening of at least 40 centimeters.
  • the detection surface 16 is returned to the detection position 17 during step 110. This return to the detection position 17 is generally carried out manually by an operator. Also, the trigger means 13 is reset. Finally, the robot is restarted via an operator operation during step 200.
  • the obstacle detection device 10 can be integrated into a site robot.
  • the method for making the robot 100 safe can, among other things, be implemented on a construction site.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Robot (100) comprenant: - des moyens de déplacement (20) selon une direction d'avancement sur un plan de déplacement, - une unité de commande (30), - un dispositif de mise en sécurité (10) comprenant :  au moins une palette (11) formant une surface dite de détection (16), ladite surface de détection configurée pour se déplacer entre au moins deux positions, s'étendant dans une première position dite de détection jusqu'à une distance prédéterminée du plan de déplacement, qui est inférieure à une dimension caractéristique d'un obstacle,  un moyen de déclenchement (13) d'un arrêt du robot (100) relié à l'unité de commande (30) lorsque le déplacement de la surface de détection (16) est supérieur à un seuil de détection d'un obstacle,  un dispositif de déplacement (12) de la surface de détection (16) vers une deuxième position dite de sécurité lorsque le seuil de détection d'un obstacle est dépassé.

Description

Description
Titre de l'invention : Robot comprenant un dispositif de mise en sécurité
Domaine technique de l’invention
La présente invention appartient au domaine des véhicules, et notamment des véhicules robotisés. Elle concerne plus particulièrement un robot comprenant un dispositif de mise en sécurité, ainsi qu’un procédé de mise en sécurité du robot. L’invention vise par exemple des robots disposant de fonctions automatisées ou autonomes, qui sont dédiés à l’agriculture, notamment à la culture en rangées basses ou moyennes, telles que les salades ou le blé.
Technique antérieure
L’entretien de cultures agricoles nécessite de réaliser des opérations variées au long de l’année, comme le désherbage, la coupe ou encore le binage. Ces opérations, auparavant effectuées manuellement, étaient particulièrement longues, fastidieuses et nécessitaient une main d’œuvre conséquente. Cette main d’œuvre était alors amenée à faire des gestes répétitifs dans des positions peu confortables, pouvant être sources de troubles musculo squelettiques.
Pour résoudre ces problèmes, des robots agricoles ont été développés. Ils remplacent peu à peu la main d’œuvre humaine pour l’entretien des cultures. Pour cela, les robots agricoles des cultures en rangées sont munis d’un ou de plusieurs outils de traitement permettant de traiter les cultures. Ils comprennent également des moyens de déplacement et un système de localisation, leur permettant d’évoluer de manière autonome de part et d’autre d’un chemin d’avancement.
De nouvelles problématiques de sécurité apparaissent alors avec l’essor de ces technologies. En effet, si un obstacle entre en contact avec le robot agricole, cela peut poser deux problèmes : la première est que l’obstacle peut abîmer le robot agricole, si par exemple l’obstacle rentre brutalement en contact avec un outil de traitement, cela pourrait compromettre son fonctionnement. La deuxième est que l’obstacle peut être abimé par le robot agricole, ce qui peut être problématique si celui-ci est un animal ou un être humain. Il faut alors être en mesure de détecter si un obstacle ne se situe pas devant le robot agricole afin de provoquer l’arrêt du robot agricole le cas échéant. Différentes solutions permettent de détecter certains obstacles et d’arrêter le robot agricole si besoin. La première solution concerne des pare-chocs disposés en amont des moyens de déplacement par rapport à la direction d’avancement du robot agricole. Ceux-ci, lorsqu’au moins l’un d’entre eux entre en contact avec un obstacle, envoient un signal à une unité de commande du robot agricole qui provoque l’arrêt dudit robot agricole. Les pare-chocs permettent ainsi de protéger les moyens de déplacement et les obstacles situés au niveau de ceux-ci.
La deuxième solution, très souvent couplée à la première solution, est constituée d’un ensemble de lasers et détecteurs. Cet ensemble de lasers et détecteurs permet de vérifier qu’il n’y ait pas d’obstacle au niveau chemin d’avancement lors du passage du robot agricole dont une partie serait située strictement au-dessus des cultures. En effet, l’ensemble de lasers et détecteurs ne permet pas de faire la distinction entre les cultures et les obstacles qui sont localisés dans le chemin d’avancement et dont l’épaisseur serait plus faible ou égale à la hauteur des cultures. Ceci peut être particulièrement problématique lorsque l’obstacle est un humain couché sur le sol, au milieu d’un champ de culture.
Actuellement, un opérateur est nécessaire pour vérifier que le champ de culture dans lequel évolue le robot agricole ne contient pas d’obstacle dont l’épaisseur serait égale ou inférieure à la hauteur des cultures situé dans le chemin d’avancement. Lorsqu’il remarque un tel obstacle, il provoque l’arrêt du robot agricole. Il retire ensuite manuellement l’obstacle, puis fait redémarrer le robot agricole.
De plus, retirer un obstacle peut être une opération complexe si celui-ci est situé sous le robot agricole.
Ces observations ne se limitent pas au domaine agricole. Elles sont valables dans d’autres environnements, comme ceux des chantiers par exemple, ou de la manutention en général. Il est également complexe pour un robot d’évoluer dans cet environnement en autonomie car il peut y avoir des obstacles sur le chemin d’avancement du robot, qui peuvent également être dissimulés.
Présentation de l'invention
La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur exposés supra en proposant un dispositif de détection améliorée, permettant une détection plus précise, notamment d’un obstacle dont la hauteur est égale ou inférieure à une hauteur caractéristique, afin de mettre un robot autonome en position de sécurité.
A cet effet, la présente invention a pour objet un robot, comprenant :
- des moyens de déplacement du robot selon une direction d’avancement sur un plan de déplacement,
- une unité de commande.
Un tel robot peut être par exemple un robot agricole, muni d’une pluralité de roues et/ou de chenilles lui permettant d’avancer sur un terrain accidenté. L’invention peut également s’appliquer à d’autre types de robot, comme des robots autonomes de manutention par exemple.
On entend par plan de déplacement un plan moyen sur lequel se déplace le robot. Lorsque le sol n’a pas d’inclinaison, le plan de déplacement est horizontal.
Il convient également de souligner que le robot évolue généralement le long d’un chemin, dit chemin d’avancement, qui suit la plupart du temps les lignes de culture formées sur le terrain.
Selon l’invention, le robot comprend un dispositif de mise en sécurité comprenant :
- au moins une palette formant une surface dite de détection, ladite surface de détection configurée pour se déplacer entre une première position dite de détection et une deuxième position dite de sécurité , la surface de détection s’étendant dans la première position dite de détection jusqu’à une distance prédéterminée du plan de déplacement, qui est notamment inférieure à une dimension caractéristique d’un obstacle,
- un moyen de déclenchement d’un arrêt du robot relié à l’unité de commande lorsque le déplacement de la surface de détection est supérieur à un seuil prédéterminé dit de détection d’un obstacle,
- un dispositif de déplacement entraînant la surface de détection vers la deuxième position dite de sécurité lorsque le seuil de détection d’un obstacle est dépassé.
Le dispositif de mise en sécurité permet avantageusement de protéger le robot des obstacles se situant sur son chemin d’avancement, en provoquant son arrêt lors de la détection d’un obstacle par l’intermédiaire d’un dispositif mécanique dont le seuil de déclenchement est avantageusement configuré pour déclencher l’arrêt du robot lorsqu’un obstacle important est rencontré. Ainsi, il n’est plus nécessaire d’avoir une supervision externe vérifiant l’absence d’obstacle sur le chemin d’avancement du robot. En particulier, le dispositif de déplacement entraîne activement la surface de détection en position de sécurité, afin de l’écarter de l’obstacle et éviter toute détérioration.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou avec chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif de mise en sécurité comprend un dispositif de rappel permettant de ramener la surface de détection en position de détection tant que lorsque le déplacement de la surface de détection reste inférieur au seuil de détection d’un obstacle.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de renforcer l’autonomie du dispositif de mise en sécurité et donc du robot, en ne provoquant pas son arrêt lorsque le déplacement de la surface de détection reste limité. Il permet de faire une discrimination entre les obstacles. En effet, les obstacles qui n’entraineront pas un déplacement de la surface de détection au-delà du seuil de détection d’un obstacle, ne provoqueront pas l’arrêt du robot. Ils sont ainsi considérés comme des faux-positifs, c’est-à-dire des obstacles pour lesquels l’opérateur ne souhaite pas que le robot s’arrête. Au contraire, ceux qui entraîneront un déplacement de la surface de détection au-delà du seuil de détection provoqueront l’arrêt du robot.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de mise en sécurité comprend plusieurs palettes espacées régulièrement le long de la surface de détection.
Ce mode de réalisation présente l’avantage de couvrir la largeur du chemin d’avancement, et donc de protéger l’ensemble des obstacles dans le chemin d’avancement, qu’ils soient centrés ou non. Ce mode de réalisation permet également de protéger le robot sur sa largeur. Cette configuration préférée offre une couverture de protection plus complète.
Il convient de souligner que préférentiellement, les différentes palettes se déplacent de manière solidaire les unes par rapport aux autres. Toutefois, il peut être envisagé des déplacements individualisés. Dans tous les cas, dès lors qu’une des surfaces de détection a un déplacement au-delà du seuil, l’arrêt du robot est ordonné par les moyens de commande. Dans un mode de réalisation préféré, la surface de détection positionnée dans la position de sécurité est sensiblement parallèle au plan de déplacement.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de protéger le robot et l’obstacle en limitant l’encombrement du robot. Aussi, il permet de faciliter le dégagement de l’obstacle avant la remise en marche du robot.
Dans une configuration avantageuse, chaque palette a une forme globalement longiligne avec deux bras parallèles dirigés vers le plan de déplacement lorsque la surface de détection est dans la position de détection.
Cette configuration présente un avantage : elle permet de limiter que des obstacles, tels que des végétaux se situant sur le chemin d’avancement entraînent la surface de détection en position de sécurité, sans que cela soit souhaité. Cette configuration permet que les végétaux exercent une force limitée sur la surface de détection et ne provoquent pas l’arrêt du robot.
Dans une première version d’un mode de réalisation, la surface de détection est en translation puis en rotation vers la position de sécurité.
Cette première version permet avantageusement de faire arrêter le robot pour des obstacles de faible dimension caractéristique.
Dans une deuxième version d’un mode de réalisation, la surface de détection est en rotation autour d’un axe sensiblement parallèle au plan de déplacement.
Cette version permet de limiter l’encombrement du dispositif de mise en sécurité. De plus, cette version est robuste et fiable.
Dans un mode de réalisation préféré de cette deuxième version, une came entraîne la surface de détection en rotation vers la position de sécurité.
Ce mode de réalisation permet de maîtriser et moduler la variation du couple engendré sur l’axe des palettes par un obstacle - et donc la variation de la force appliquée en bout de palette - en fonction de leur angle de rotation.
En outre, ce mode de réalisation offre également la possibilité de contrôler la course de la surface de détection, et donc, entre autres, de limiter sa vitesse lors du passage de la position de détection à la position de sécurité. Ainsi, il renforce la durabilité du dispositif de mise en sécurité.
Dans une configuration particulière, le robot comprend un moyen de réglage du seuil de détection d’un obstacle. Cela permet avantageusement de contrôler la discrimination des obstacles en fonction du déplacement de la palette qu’ils entraînent. Ledit déplacement de la palette est conditionné par la masse de l’obstacle rencontré. Dès lors, le dispositif de mise en sécurité permet avantageusement de discriminer les obstacles en fonction de leurs masses. Pour un obstacle de masse dite faible n’entrainant pas le déplacement de la surface de détection au-delà du seuil de détection d’un obstacle, le dispositif de mise en sécurité engendre un déplacement de l’obstacle dans la direction d’avancement du robot. Aussi, cette configuration permet d’augmenter l’adaptabilité du dispositif de mise en sécurité. Aussi, ce moyen de réglage du seuil de détection d’un obstacle permet au dispositif de mise en sécurité de s'adapter à un changement de dimensions de la palette.
Dans un mode de réalisation préféré, le robot est destiné à être utilisé dans un milieu agricole et comprenant des outils de traitement d’une culture, dans lequel la surface de détection est située en amont des outils de traitement d’une culture par rapport à la direction d’avancement.
Ce mode de réalisation du dispositif de mise en sécurité du robot permet de protéger les outils de traitement des obstacles qui sont situés en amont des outils de traitement, et ces mêmes obstacles des outils de traitement.
La présente invention est également relative à un procédé de mise en sécurité du robot. Ce procédé de mise en sécurité comporte, lorsqu’un obstacle provoque le déplacement de la surface détection les étapes suivantes :
- Lorsque le seuil de détection d’un obstacle est dépassé :
■ Mise en position de sécurité de la surface de détection,
■ Mise à l’arrêt du robot.
Ce procédé de mise en sécurité du robot permet avantageusement de protéger ledit robot des obstacles se situant sur son chemin d’avancement, en provoquant son arrêt lors de la détection d’un obstacle. Ainsi, il n’est plus nécessaire d’avoir une supervision externe vérifiant qu’il n’y ait pas d’obstacle sur le chemin d’avancement du robot. Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l’invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou avec chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé de mise en sécurité pour le robot comprenant un dispositif de rappel, le procédé est précédé d’une étape. Lorsqu’un obstacle provoque le déplacement de la surface détection inférieur au seuil de détection d’un obstacle, l’étape consiste en ce que la surface de détection quitte sa position de détection et retourne dans sa position de détection lorsque l’obstacle n’exerce plus de force sur elle.
Ce mode de mise en oeuvre permet avantageusement de renforcer l’autonomie du dispositif de mise en sécurité et donc du robot, en ne provoquant son arrêt seulement lorsque le déplacement de la surface de détection est supérieur au seuil de détection d’un obstacle.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé de mise en sécurité pour le robot, ledit procédé est suivi par une étape de réinitialisation lorsque les moyens de déplacement ont provoqué l’arrêt du robot, durant laquelle :
■ l’obstacle est retiré par un opérateur,
■ la surface de détection est remise en position de détection,
■ le robot est remis en marche.
Ce mode de mise en oeuvre permet de redémarrer le robot après son arrêt.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique de profil d’un robot équipé d’un dispositif de mise en sécurité selon un premier mode de réalisation ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue agrandie du dispositif de mise en sécurité en position de détection, illustré en figure 1 ;
[Fig 3] la figure 3 est une vue de profil du dispositif de mise en sécurité en position de sécurité, illustré en figure 2 ;
[Fig 4] la figure 4 est une vue schématique d’un autre mode de réalisation d’un dispositif de mise en sécurité ;
[Fig 5] la figure 5 illustre les différentes étapes d’un mode de mise en oeuvre du procédé de mise en sécurité.
Sur les figures, les différents éléments sont représentés de manière schématique et ne sont pas nécessairement à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques ou équivalents portent la même référence numérique.
Description des modes de réalisation La présente invention concerne en premier lieu un robot configuré pour se déplacer sur un terrain. Ce terrain peut par exemple être accidenté, intérieur ou extérieur. L’invention est décrite dans un contexte particulier d’un de ses domaines d’application préférés, dans lequel le robot évolue dans un champ agricole. Ce champ agricole, de manière non limitative, est un champ de cultures en rangées basses comme les salades. Il peut également s’agir d’un champ de cultures en rangées moyennes comme le blé. Rien n’exclut cependant d’utiliser le robot dans d’autres cadres d’application, qu’ils soient agricoles ou non.
La figure 1 représente schématiquement un exemple non limitatif de robot 100. Ledit robot 100 comprend, de manière classique, des moyens de déplacement 20. Lesdits moyens de déplacement permettent classiquement au robot 100 d’avancer selon une direction d’avancement. Les moyens de déplacement 20, dans le cadre d’une utilisation standard, sont en contact du sol. Ils sont alors positionnés sur un plan dit plan de déplacement 60. Le robot comprend classiquement une unité de commande 30. Ladite unité de commande est, par exemple, un calculateur. Elle est configurée, entre autres, pour permettre au robot 100 de fonctionner de manière autonome.
On associera au robot 100, un référentiel XYZ, dit référentiel robot. Ce référentiel robot comporte trois axes orthonormés C,U,Z. Ce référentiel robot se définit par rapport à une position relative du robot 100 dans des conditions d'utilisation standard, notamment lorsque ses moyens de déplacement 20 sont en contact du sol.
Ledit référentiel robot comporte :
- un axe X, dit axe longitudinal, parallèle à la direction d’avancement du robot
100,
- un axe Y, dit axe transversal, perpendiculaire à l’axe longitudinal, et orienté suivant une direction horizontale lorsque ses moyens de déplacement 20 sont en contact du sol,
- un axe Z, dit axe vertical, perpendiculaire à l’axe longitudinal et à l’axe transversal, et orienté suivant une direction verticale.
Dans un exemple préféré de réalisation, comme illustré sur la figure 1 , les moyens de déplacement 20 sont classiquement formés par quatre roues motrices, deux roues avant 21 , 22 et deux roues arrière. Dans cet exemple de réalisation, l’entre-axe des roues est réglable de 150 à 200 cm afin de s’adapter à plusieurs cultures différentes, ou une même culture sur des rangées de tailles différentes, ou alors une même culture avec un nombre de rangées différent. Ainsi, dans le contexte choisi, la largeur du robot 100 est dimensionnée de sorte que les moyens de déplacement 20 évoluent de part et d’autre d’une ou plusieurs rangées de culture ou de plantation.
Dans le mode de réalisation illustré figure 1 , le robot 100 comprend des outils de traitement 50. Ces outils de traitement 50 peuvent être par exemple des outils agricoles. Ils sont préférentiellement positionnés dans un couloir formé entre les roues avant et arrière, de telle sorte à traiter les cultures qui sont enjambées par le robot 100. Cette configuration permet avantageusement de limiter l’encombrement du robot 100. Les outils de traitement 50 peuvent également être positionnés en amont des roues avant. Les outils de traitement peuvent comprendre par exemple des instruments de traitement connus de l’homme du métier, comme des herses étrilles. Il convient de souligner que les outils de traitement, tels que des herses étrilles, sont susceptibles de détériorer un obstacle (non représenté sur la figure 1 ) lorsqu’ils entrent en contact avec lui.
Aussi, l’obstacle pourrait détériorer les outils de traitement 50 s’il rentre en contact avec eux. L’invention vise à éviter ces configurations.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 1 , le robot 100 comprend un dispositif de mise en sécurité 10. Le dispositif de mise en sécurité 10 permet d’améliorer la détection d’obstacle et rendre le robot 100 plus autonome.
A cet effet, le dispositif de mise en sécurité 10 comprend au moins une palette 11 formant une surface de détection 16 qui se trouve dans une position dite position de détection 17, sensiblement perpendiculaire au plan XY. En d’autres termes, la position de détection 16 est sensiblement verticale lorsque le robot avance sur un plan horizontal. La surface de détection 16 est alors orientée sensiblement selon l’axe Z. Elle s’étend avantageusement jusqu’à une distance prédéterminée du plan de déplacement, dite distance de détection.
Cette distance est déterminée en estimant la hauteur minimale de l’obstacle qui peut endommager le robot 100. Cette distance est avantageusement inférieure à une dimension caractéristique d’un obstacle à détecter. Cette dimension caractéristique peut être sa dimension selon l’axe Z, c’est-à-dire la hauteur de l’obstacle par rapport au sol. Dans le présent exemple d’application, la palette 11 s’étend jusqu’à une dizaine de centimètres du plan de déplacement selon l’axe Z.
Lorsqu’un obstacle est présent sur le chemin d’avancement du robot 100, l’obstacle, dont la hauteur est supérieure à la distance de détection, entre avantageusement en contact avec la surface de détection 16 qui se trouve préférentiellement en amont du robot 100 afin de permettre au robot 100 de s’arrêter à temps.
L’obstacle peut être de tout type, comme par exemple un animal ou un être humain couché sur le sol, ou bien des éléments de l’environnement tels que des pierres ou des branches.
L’obstacle provoque le déplacement de la surface de détection 16 par rapport à la position de détection 17.
La palette 11 est préférentiellement positionnée à une distance D prédéterminée selon l’axe X en amont des outils de traitement 50 par rapport à la direction d’avancement. Cette distance sera explicitée plus tard dans la description. Le dispositif de mise en sécurité 10 vise à provoquer l’arrêt du robot 100 lorsque la palette 11 détecte l’obstacle, sans que ce dernier ne rencontre les outils de traitement 50.
La palette 11 a une forme globalement longiligne avec deux bras parallèles 111 et 112, dits bras, dirigés vers le plan de déplacement 60 lorsque la surface de détection 16 est dans la première position, dite de détection 17, sensiblement perpendiculairement à la direction d’avancement du robot 100. Les deux bras 111 et 112 peuvent être de mêmes dimensions. Ils peuvent être situés dans un même plan XZ. De manière non limitative, les bras 111 et 112 ont chacun une forme de barre de section rectangulaire. En outre, les bras 111 et 112 peuvent avoir une largeur de quatre centimètres, et être espacés de deux centimètres. Les bras ont une longueur comprise entre vingt et cinquante centimètres. Cette forme permet de limiter la surface de contact avec un obstacle tout en gardant un espace de détection suffisamment large. Plus précisément, cette forme permet à ce que les obstacles d’une largeur faible, inférieure à deux centimètres, n’exercent pas de force sur les bras et ne provoquent pas un mouvement de la surface de détection 16 supérieure au seuil de détection. Ainsi, les obstacles n’étant pas considérés comme significatifs tels que des végétaux, ne provoquent pas l’arrêt du robot 100. Il convient également de souligner que lorsque le robot 100 se déplace sur un terrain accidenté, les bras 111 , 112 sont susceptibles de rentrer en contact avec le sol, au niveau d’une motte de terre par exemple, qui n’est pas considérée comme un obstacle significatif pour l’arrêt du robot. Cette forme particulière de bras, correspondant sensiblement à un peigne, permet à la terre d’être évacuée par l’espacement entre les deux bras 111 et 112, et limite le déplacement de la surface de détection 16. Cette configuration est avantageuse dans la mesure où elle permet d’éviter l’arrêt du robot 100 sans raison significative.
Les bras 111 et 112 présentent une épaisseur de deux centimètres en moyenne. Cela permet avantageusement de garantir la rigidité du bras sans alourdir le dispositif de mise en sécurité 10. Dans le mode de réalisation présenté, la palette 11 est réalisée dans un matériau métallique. Cela permet avantageusement de renforcer la rigidité du dispositif de mise en sécurité 10, et par conséquent la durée de vie de la palette 11 . Elle peut également être réalisées dans un matériau plastique.
La figure 2 est une vue de côté du dispositif de mise en sécurité 10 selon l’invention. Le dispositif de mise en sécurité 10 comprend également un moyen de déclenchement 13 d’un arrêt du robot relié à l’unité de commande 30. De manière non limitative, la liaison entre le moyen de déclenchement 13 et l’unité de commande 30 est filaire, afin de garantir la rapidité et la fiabilité du dispositif de mise en sécurité 10. L’arrêt du robot est déclenché lorsque le déplacement de la surface de détection 16 est supérieur à un seuil, dit de détection d’un obstacle. Le seuil de détection d’un obstacle vise à faire une distinction entre les différents obstacles détectés, comme l’obstacle 40 illustré en figure 2. Il convient de souligner que les obstacles, généralement légers et mobiles, qui entraînent un déplacement de la surface de détection 16 inférieur à ce seuil de détection d’un obstacle ne déclenchent pas l’arrêt du robot 100. Ces obstacles passent dessous la surface de détection 16, car ayant une hauteur trop faible, ou sont naturellement déviés du chemin d’avancement du robot 100. Au contraire, les obstacles qui entraînent un déplacement de la surface de détection 16 supérieur au seuil de détection d’un obstacle, parce qu’ils sont généralement plus lourd et/ou de taille plus importante, vont déclencher l’arrêt du robot 100.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le moyen de déclenchement 13 est composé d’un interrupteur. Plus précisément, il s’agit d’un microrupteur, défini comme étant un interrupteur électrique à action très rapide, très précis et très fiable.
Lorsque la surface de détection 16 passe le seuil de détection d’un obstacle, le dispositif de mise en sécurité 10 enclenche ce microrupteur. Le microrupteur est lié aux moyens de commande 30. Lorsqu’il est enclenché, il envoie un ordre d’arrêt du robot 100 aux moyens de commande 30.
Alternativement, le moyen de déclenchement 13 de l’arrêt du robot 100, dans un mode de réalisation non représenté, peut être un capteur de déplacement. Ce capteur est relié à la palette 11 et se déclenche à partir du seuil de détection d’un obstacle. Par ailleurs, le dispositif de mise en sécurité 10 comprend également un dispositif de déplacement 12 de la surface de détection 16. Ce dispositif de déplacement 12 entraîne la surface de détection 16 vers une deuxième position 18 dite de sécurité lorsque le seuil de détection d’un obstacle est dépassé. Le dispositif de déplacement 12 sera décrit ultérieurement. Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, le dispositif de déplacement 12 de la surface de détection 16 permet au dispositif de mise en sécurité 10 d’enclencher le microrupteur lors du passage de la surface de détection 16 en position de sécurité 18.
La figure 3 correspond à la même vue que la figure 2 mais avec la surface de détection 16 dans la position de sécurité 18 qui est ici sensiblement parallèle au plan de déplacement 60.
La position de sécurité 18 peut correspondre à une ouverture 180 supérieure à quarante centimètres par rapport à la position de détection 17 selon un axe quelconque. Cela permet avantageusement à un opérateur de retirer l’obstacle 40 et de mettre en sécurité les outils de traitement 50. Aussi, cela permet de préserver le dispositif de mise en sécurité 10 car il n’est plus au contact de l’obstacle 40. Ce mode de réalisation facilite également le retrait de l’obstacle 40 sans nécessiter le déplacement du robot 100 une fois l’obstacle 40 détecté.
Comme illustré en figure 2 et 3, la surface de détection 16 est mobile en rotation autour d’un axe sensiblement parallèle au plan de déplacement 60, et perpendiculaire à la direction d’avancement du robot 100. Dans le présent exemple, de manière non limitative, il s’agit de l’axe Y. Dans ce mode de réalisation du dispositif de mise en sécurité 10, la surface de détection 16 forme globalement un angle inférieur à 30° par rapport à un plan perpendiculaire à la direction d’avancement lorsqu’elle est en position de détection 17. Lorsque le déplacement de la surface de détection 16 est supérieur au seuil de détection d’un obstacle, le dispositif de déplacement 12 déplace la surface de détection 16 vers sa position de sécurité 18.
Le dispositif de déplacement 12 peut avantageusement comporter une came 121. Ladite came est fixée à la surface de détection 16. Le dispositif de déplacement 12 peut également comporter un galet 122 qui évolue sur cette came 121. Le galet 122 est lié à un ressort 123 via un poussoir 124. Le ressort 123 exerce une résistance au niveau de la rotation de la came 121 . Le profil de la came 121 a une forme présentant une partie concave 125, qui permet grâce au galet 122 et au ressort 123 de faire revenir la surface de détection 16 dans la position de détection 17, lorsque la force exercée sur la surface de détection 16 est inférieure au seuil de détection. Plus précisément, lorsque l’obstacle 40 entre en contact avec la surface de détection 16, la surface de détection 16 rentre en mouvement. Le galet 122 évolue dans la partie concave 125 de la came 121 . Tant que le seuil de détection n’est pas dépassé, le galet 122 reste dans la partie concave 125 de la came 121. Lorsque le mouvement de la surface de détection 16 atteint le seuil de détection d’un obstacle, le galet 122 atteint l’extrémité 126 de la partie concave 125 de la came 121 , et quitte la partie concave 125 de la came 121. La came 121 n’est alors plus retenue par le galet 122, ce qui entraîne une rotation de la surface de détection 16 jusqu’à la position de sécurité 18, grâce à un ressort 130. La surface de détection 16 peut être remise en position de détection 17 par un opérateur, qui exercera une force sensiblement selon l’axe Z vers le plan de déplacement, jusqu’à que le galet 122 revienne dans la partie concave 125 de la came 121 . Lorsque l’opérateur repositionne la surface de détection 16 en position de détection, les moyens de déclenchement 13 sont ainsi désenclenchés.
La came 121 présente avantageusement, suivant l’extrémité 126, une deuxième partie légèrement convexe puis à nouveau concave. Cette forme permet avantageusement que la course de la surface de détection 16 vers la position de sécurité 18 provoque un ralentissement de la surface de détection 16. Cela présente l’avantage d’améliorer la durabilité du dispositif en évitant de réaliser des mouvements brusques, pouvant soumettre les pièces du dispositif de mise en sécurité 10 à des efforts mécaniques élevés.
Le ressort 123 permet d’exercer une force selon l’axe X qui retient la rotation de la came 121 autour de l’axe Y. La came 121 est située dans un plan parallèle au plan XZ. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de mise en sécurité 10 comprend un moyen de réglage 15 de la force de rappel du ressort 123 afin de modifier le seuil de détection d’un obstacle. Un tel réglage permet de choisir les obstacles discriminés par le dispositif de mise en sécurité 10. Plus la force de rappel est importante, plus les obstacles mobiles légers sont susceptibles d’être repoussés par la palette 11 . Toutefois, si la force de rappel est trop importante, le risque de ne pas détecter un obstacle tel qu’un animal ou un humain couché sur le sol peut s’avérer significatif. Il est par conséquent important d’ajuster au mieux la force de rappel. Par ailleurs, le moyen de réglage 15 de la force du rappel du ressort 123 permet également d’adapter le dispositif de mise en sécurité 10 du robot 100 à un changement de dimensions de la palette 11 . L’ensemble formé par la partie concave 125 de la came 121 , le ressort 123 et le galet 122 peuvent être considérés comme un dispositif de rappel 14. Le dispositif de rappel 14 permet de ramener la surface de détection 16 en position de détection 17 tant que le déplacement de la surface de détection reste inférieur au seuil de détection d’un obstacle.
Dans une variante de réalisation du présent exemple, illustrée en figure 4, la surface de détection 16 est en translation puis en rotation vers la position de sécurité 18. La translation s’effectue selon l’axe X. Lorsque le déplacement de la surface de détection 16 dépasse le seuil de détection d’un obstacle, le dispositif de déplacement 12 entraîne la surface de détection 16 en rotation autour de l’axe Y. Le dispositif de déplacement 12 est, selon l’exemple illustré en figure 4, composé d’un ressort au niveau d’un taquet 131 solidaire des bras 111 et 112. Ce ressort permet d’entraîner les bras 111 et 112 en rotation autour de l’axe Y. Le taquet 131 est positionné au niveau de l’extrémité haute des bras 111 et 112. Il peut évoluer dans une première coulisse 141 orientée selon l’axe X.
Les deux bras peuvent avoir un deuxième taquet 132 positionné au niveau de leur extrémité basse. Ledit taquet 132 peut évoluer dans une coulisse 142, d’une longueur définie orientée selon l’axe X. Ce deuxième taquet 132, lorsqu’il est situé dans la coulisse 142, empêche la rotation des bras 111 et 112 autour de l’axe Y et limite le mouvement de la surface de détection 16 à une translation selon l’axe X. Après une translation jusqu’au seuil de détection correspondant à la longueur de la coulisse 142, le taquet 132 n’est plus retenu par la coulisse 142. Dès lors, le dispositif de déplacement 12 entraîne la surface de détection 16 en rotation autour de Y. La surface de détection 16 est en position de sécurité 18. Dans cet exemple, mais de manière non limitative, la surface 18 est sensiblement parallèle au plan de déplacement. Elle peut être repositionnée en position de détection par un opérateur.
De plus, un ressort 135 peut être positionné sur la coulisse 141 afin de former un dispositif de rappel permettant de repositionner de manière autonome la surface de détection 16 en position de détection 17 tant que le seuil de détection n’est pas atteint. De préférence, pour l’ensemble des modes de réalisation précédemment décrits, la palette 11 peut être positionnée en amont des outils de traitement 50 à une distance minimale D correspondant à la valeur maximale entre la longueur d’un bras et la Somme de 3 distances Darrêt, Dtraitement, Ddétection ! - Darrêt correspond à la distance d’arrêt nécessaire pour un robot 1 00 lancé à la vitesse maximale dès lors qu’une instruction d’arrêt a été générée par l’unité de commande 30 ;
- Dtraitement correspond à la distance que parcourt le robot 100 en vitesse maximale pendant que l’unité de commande 30 traite les données envoyées par les moyens de déclenchement 12 ;
- Ddétection correspond à la distance que parcourt le robot 100 en vitesse maximale depuis le moment où l’obstacle commence à mettre la surface de détection 16 en mouvement, jusqu’à ce que les moyens de déclenchement 12 génèrent un ordre d’arrêt.
Le dispositif de mise en sécurité 10 peut comprendre plusieurs palettes 11 espacées régulièrement le long de la surface de détection 16. Elles sont chacune associées à un dispositif de déplacement 12. Elles peuvent également chacune être associées à un moyen de déclenchement 13. Ce mode de réalisation a l’avantage de couvrir l’ensemble des outils de traitement 50.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de déclenchement 13 sont reliés en série à l’unité de commande 30.
Il convient de souligner que lorsque la surface de détection 16 comprend une pluralité de palettes 11 , il peut y avoir deux modes de mise en oeuvre :
- soit l’ensemble des palettes 11 de la surface de détection 16 bougent de manière solidaire les unes avec les autres. Auquel cas, un seul moyen de déclenchement 13 est suffisant pour déclencher l’arrêt du robot 100 lorsqu’un obstacle significatif est détecté ;
- soit l’arrêt du robot 100 est déclenché lorsqu’au moins une palette 11 détecte un obstacle significatif. Auquel cas, un moyen de déclenchement 13 est associé à au moins une palette 11 , chaque palette 11 étant associé à un moyen de déclenchement 13.
Un exemple de procédé de mise en sécurité du robot 100, illustré en Figure 5, est à présent décrit. Ledit procédé de mise en sécurité est préférentiellement réalisé pour le robot 100 préalablement décrit, dans au moins l’un de ses modes de réalisation, quel que soit le mode de réalisation du dispositif de mise en sécurité 10. Dans notre exemple d’application non limitatif, le robot 100 est préférentiellement en fonctionnement et évolue selon une trajectoire programmée (étape 101). Le procédé de mise en sécurité du robot 100 a pour but de permettre au robot 100 d’évoluer en sécurité dans son environnement, sans nécessiter de supervision humaine. Pour cela, le procédé de mise en sécurité du robot 100 provoque avantageusement l’arrêt du robot 100 lorsque le dispositif de mise en sécurité 10 entre en contact avec l’obstacle 40 qui pourrait le détériorer ou être détérioré par le robot 100.
Lorsque le dispositif de mise en sécurité 100 détecte un obstacle 40, l’obstacle 40 provoque le déplacement de la surface de détection 16 lors de l’étape 102. Si le seuil de détection d’un obstacle n’est pas dépassé (étape 103), le procédé peut être poursuivi par une étape 104 de remise automatiquement en position de détection 17 de la surface de détection 16, par exemple grâce au dispositif de rappel 14 dont la force exercée est supérieure à la force exercée par l’obstacle 40 sur la surface de détection 16. Tant que le seuil de détection d’un obstacle n’est pas atteint, cela signifie que le robot 100 ne rencontre pas d’obstacle significatif susceptible de détériorer le robot 100 ou d’être détérioré par ledit robot. Ainsi, il est possible, pour le robot 100, d’évoluer en autonomie, sans risque et sans supervision humaine.
Si le seuil de détection d’un obstacle est dépassé (étape 105), la surface de détection 16 quitte sa position de détection 17. Le dispositif de déplacement 12 entraîne alors la surface de détection 16 jusqu’à sa position de sécurité 18 lors de l’étape 106. Cette étape 106 permet de mettre le robot 100 et l’obstacle en sécurité. Lors de son déplacement, la surface de détection 16 actionne un moyen de déclenchement 13 de l’arrêt du robot 100.
Plus précisément, au cours de l’étape 107 de ce procédé de mise en sécurité du robot 100, le moyen de déclenchement 13 d’un arrêt du robot 100 envoie une instruction d’arrêt à l’unité de commande 30. Dans un mode d’application préféré, l’instruction d’arrêt est transmise de manière filaire. Cette configuration est fiable et rapide. Les instructions transmises peuvent être stockées au sein d’un espace de stockage des moyens de commande 30, en vue d’être traitées dans un second temps. Ces instructions pourront constituer une base de données de laquelle des statistiques de fonctionnement du robot 100 pourront être extraites.
Cette information est reçue par l’unité de commande 30, qui envoie un ordre d’arrêt aux moyens de déplacement 20. L’instruction d’arrêt peut être transmise au moteur du robot 100 qui se coupe, et provoque ainsi l’arrêt du robot lors de l’étape 108. Cette transmission peut être également effectuée via tout type de liaison, filaire ou non. Un message peut être envoyé à l’opérateur.
A la suite de l’étape 108, une étape supplémentaire 109 peut être mise en oeuvre. Lors de cette étape 109, l’obstacle 40 est retiré par un opérateur. Cette opération est facilitée lorsque la position de sécurité 18 laisse une ouverture d’au moins 40 centimètres. Puis, la surface de détection 16 est remise en position de détection 17 lors de l’étape 110. Cette remise en position de détection 17 est généralement réalisée de manière manuelle par un opérateur. Aussi, le moyen de déclenchement 13 est réinitialisé. Enfin, le robot est remis en marche via une opération de l’opérateur lors de l’étape 200.
Il ressort clairement de la présente description que certains composants du robot 100, du procédé de mise en sécurité du robot 100 peuvent être modifiés et que certains ajustements peuvent être apportés, sans pour autant sortir du cadre de l’invention défini par les revendications.
Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées.
A titre d’exemple, le dispositif 10 de détection d’obstacle peut être intégré à un robot de chantier. De même, le procédé de mise en sécurité du robot 100 peut, entre autres, être mis en oeuvre dans un chantier.

Claims

Revendications
Revendication 1 . Robot (100) comprenant :
- des moyens de déplacement (20) du robot (100) selon une direction d’avancement sur un plan de déplacement,
- une unité de commande (30), caractérisé en ce que le robot comprend un dispositif de mise en sécurité (10) comprenant : au moins une palette (11 ) formant une surface dite de détection (16), ladite surface de détection étant configurée pour se déplacer entre une première position dite de détection (17) et une deuxième position dite de sécurité (18), la surface de détection s’étendant dans la première position de détection (17) jusqu’à une distance prédéterminée du plan de déplacement,
- un moyen de déclenchement (13) d’un arrêt du robot (100) relié à l’unité de commande (30) lorsque le déplacement de la surface de détection (16) est supérieur à un seuil prédéterminé dit de détection d’un obstacle,
- un dispositif de déplacement (12) entraînant la surface de détection (16) vers la deuxième position dite de sécurité (18) lorsque le seuil de détection d’un obstacle est dépassé.
Revendication 2. Robot (100) selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de mise en sécurité (10) comprend un dispositif de rappel (14) permettant de ramener la surface de détection (16) en position de détection (17) tant que lorsque le déplacement de la surface de détection reste inférieur au seuil de détection d’un obstacle.
Revendication s. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif de mise en sécurité (10) comprend plusieurs palettes (11 ) espacées régulièrement le long de la surface de détection (16). Revendication 4. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la surface de détection (16) positionnée dans la position de sécurité (18) est sensiblement parallèle au plan de déplacement.
Revendication s. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque palette (11 ) a une forme globalement longiligne avec deux bras (111, 112) parallèles dirigés vers le plan de déplacement lorsque la surface de détection (16) est dans la position de détection (17).
Revendication s. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface de détection (16) est en rotation autour d’un axe sensiblement parallèle au plan de déplacement.
Revendication 7. Robot (100) selon l’une quelconques des revendications 1 à 5 dans lequel la surface de détection (16) est en translation puis en rotation vers la position de sécurité (18).
Revendication 8. Robot (100) selon la revendication 6 dans lequel une came (121) entraîne la surface de détection (16) en rotation vers la position de sécurité (18). Revendication 9. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un moyen de réglage (15) du seuil de détection d’un obstacle.
Revendication 10. Robot (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, destiné à être utilisé dans un milieu agricole et comprenant des outils de traitement (50) d’une culture, dans lequel la surface de détection (16) est située en amont des outils de traitement (50) d’une culture par rapport à la direction d’avancement.
Revendication 11. Procédé de mise en sécurité d’un robot (100) conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, lorsqu’un obstacle provoque le déplacement de la surface détection comportant les étapes suivantes :
- Lorsque le seuil de détection d’un obstacle est dépassé :
■ La surface de détection (16) quitte sa position de détection (17), et atteint sa position de mise en sécurité,
■ Le moyen de déclenchement (13) d’un arrêt du robot (100) envoie une information d’arrêt à l’unité de commande (30),
■ l’unité de commande (30) envoie un ordre d’arrêt aux moyens de déplacement,
■ les moyens de déplacement (20) provoquent l’arrêt du robot (100). Revendication 12. Procédé de mise en sécurité d’un robot (100) conforme à la revendication 2, lorsqu’un obstacle provoque le déplacement de la surface détection comportant les étapes suivantes :
- Lorsque le seuil de détection d’un obstacle n’est pas atteint : ■ La surface de détection (16) quitte sa position de détection (17) et retourne dans sa position de détection (17) lorsque l’obstacle n’exerce plus de force sur elle.
- Lorsque le seuil de détection d’un obstacle est atteint :
■ La surface de détection (16) quitte sa position de détection (17), et atteint sa position de mise en sécurité,
■ Le moyen de déclenchement (12) d’un arrêt du robot (100) envoie une information d’arrêt à l’unité de commande (30),
■ L’unité de commande (30) envoie un ordre d’arrêt aux moyens de déplacement (20),
■ Les moyens de déplacement provoquent l’arrêt du robot (100). Revendication 13. Procédé de mise en sécurité d’un robot (100) d’après l’une quelconque des revendications 11 et 12 dans lequel le procédé est suivi par une étape de réinitialisation lorsque les moyens de déplacement (20) ont provoqué l’arrêt du robot (100), durant laquelle :
■ L’obstacle est retiré par un opérateur,
■ La surface de détection (16) est remise en position de détection (17),
■ Le robot (100) est remis en marche.
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