La présente invention concerne un appareil au¬ tonome capable de se déplacer le long d'une surface non horizontale,ρar exemple le long d'une surface verticale ou en plafond . une application de tels appareils concerne la peinture ou le décapage de coques de navires.

Le document US-A~3.409.854 décrit un appa¬ reil destiné à cet usage,et gui comprend un premier équipage équipé de trois électro-aimants/un second équipage équipé d'un électro-aimant unique,et des moyens de liaison comportant une pièce intermédiaire qui peut coulisser par rapport au premier équipage et qui peut tourner par rapport au second équipage. Cette pièce intermédiaire porte des outils de trai¬ tement de la surface. On conçoit qu'en activant sépa¬ rément et successivement les électro-aimants du premier équipage et celui du second équipage tout en faisant coulisser ou tourner la pièce intermëdiai- re,on peut déplacer à volonté l'appareil le long d'une surface plane. Un tel appareil ne peut opérer que sur des surfaces à très faible courbure/en effet seuls les jeux entre les différentes pièces de l'ap¬ pareil permettent d'obtenir un contact correct des électro-aimants avec la surface support si celle-ci n'est pas tout à fait plane,et si ces jeux sont trop importants il peuvent lors d'un déplacement amener un des électro-aimants à une distance de la surface support telle qu'il n'y ait pas d'adhérence et que l'appareil ne soit pas soutenu de façon correcte. Ce risque est augmenté par le fait que le second équipa¬ ge est équipé d'un seul électro-aimant,ce qui assure une stabilité réduite,si l'on veut éviter un poids trop élevé.

Le fait que les outils soient solidaires de la pièce intermédiaire a pour inconvénient que les outils ne peuvent être déplacés pour traiter la surface qu'en même temps qu'un des équipages. Ils ne peuvent faire qu'un mouvement de translation, ou à la rigueur de rotation,ce qui cause des pertes de temps si les forces mises en jeu sont peu importan¬ tes,et on ne peut utiliser la force de maintien des deux équipages en même temps,ce qui est une limi- tation en cas de forces importantes

Le brevet FR-A-2.221.243 décrit un appareil comportant deux équipages qui peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre par translation relative dans deux directions,sans rotation. Chaque équipage est équipé de deux électro-aimants. es équipages peuvent être articulés ou incurvés à l'avance pour s'adapter à la courbure d'une surface. Cet appa¬ reil présente les mêmes inconvénients que le précé¬ dent en ce qui concerne la stabilité lors des mou- vements,d'autre part il est mal adapté au déplacement sur des surfaces à courbure variable,telles qu'une coque de navire car la présence d'articulation nuit à la rigidité et alourdit l'ensemble,et il est gê¬ nant de devoir changer d'équipage à chaque changement de courbure de la surface

En outre les équipages ne peuvent pas changer d'orientation,puisqu'aucune rotation n'est possible sur un outil de traitement porté par l'un ou l'autre équipage _/ conserve donc lui aussi la même orientation, . ou bien, s'il peut osciller autour d'une position moyenne,ses orientations possibles sont limitées par l'angle de ses oscillations.

^• Dans FR-A-1.205.668 est décrit un engin de transport destiné à des déplacements sur sol hori- zontal et dont la structure est à peu près la même que -celle de FR-A-2.221.243,excepté le fait que

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chaque équipage porte quatre pieds extensibles. Cet engin peut donc se déplacer sur un sol irrégulier mais il est dépourvu de moyens pour s'aggriper sur une surface à forte pente,et également il ne porte pas d'outil.

Ainsi il n'existe pas, à la connaissance de l'inventeur/d'appareil qui permette de se déplacer facilement et de façon autonome le long d'une surface courbe à forte pente pour 1'inspecter et/ou la trai- ter.

Le but de 1'invention est de fournir un tel apρareil,qui soit de construction très simple et d'une grande sécurité.

Un autre but de l'invention est de fournir un tel appareil qui puisse être utilisé à la fois de façon rapidepour balayer rapidemert*-des surfaces iπçortantes en mettant en jeu des forces faibles, et de façon très sure pour traiter des surfaces en mettant en jeu des forces importantes. Un autre but encore de l'invention est de fournir un tel appareil qui soit facilement utilisa¬ ble en tant que robot autonome.

La présente invention fournit donc un appa¬ reil autonome capable de se déplacer le long d'une surface non horizontale et comportant un premier et un second équipage relié au premier par des moyens permettant d'obtenir leur déplacement relatif par translation et par rotation dans un plan parallèle à la surface,et des premier et second moyens de maintien portés respectivement par le premier et le second équipage et capables de fixer l'appareil sur la surface de façon amovible qui présente pour particularité gue les moyens de maintien sont portés par au moins l'un des équipages et sont reliés à cet équipage par

1'intermédiaire de moyens capables de déplacer ledit équipage par rapport auxdits moyens de main¬ tien dans une direction perpendiculaire à la surfa¬ ce. Selon des modalités intéressantes, l'appa¬ reil selon l'invention, et dans lequel lesdits moyens de maintien du premier équipage sont formés de plusieurs dispositifs d'adhérence formant un polygone et disposés extérieurement au centre des moyens de maintien du second équipage,ledit appa¬ reil comportant en outre un outil de traitement ou d'inspection , a pour particularité que ledit outil est monté de façon à pouvoir exécuter un mouvement pivotant par rapport audit premier équi- page.

Selon un mode d'exécution, ledit outil.de traitement ou d'inspection est relié à l'un des deux équipages par un bras articulé et de préfé¬ rence ledit bras articulé est un bras robotique à plusieurs articulations pourvu chacun de moyens de commande.

Avantageusement,les moyens de soutien du second équipage sont formés de plusieurs dispositifs d'adhérence formant un polygone dont le centre peut se déplacer à 1'intérieur du polygone formé par les dispositifs d'adhérence porté par le premier équipa¬ ge _/ les dimensions de ces deux polygones étant calcu¬ lées pour permettre le déplacement de l'outil pen¬ dant le fonctionnement de l'outil sans risque pour la stabilité de l'appareil.

Selon un autre mode d'exécution ledit outil de traitement ou d'inspection est relié rigidement au second équipage,et les moyens permettant d'obtenir le déplacement relatif par rotation des deux équipa-

ges sont calculés pour permettre d'obtenir également ledit mouvement pivotant de l'outil.

Dans l'un ou l'autre mode d'exécution,on prévoit de préférence que les moyens capables de déplacer un équipage dans une direction perpendicu¬ laire à la ^* surface par rapport aux oysns de main¬ tien reliés à cet équipage sont portés par le premier - équipage.

Dans une réalisation où l'appareil comporte un ordinateur de commande _/ l'appareil est équipé de capteurs sensibles aux translations et rotations relatives des deux équipages et l'ordinateur est équipé d'une mémoire capable d'enregistrer ces trans¬ lations et rotations _/ ainsi que les périodes d'action- nement des différents moyens de maintien, l'ordina¬ teur étant également équipé de moyens pour déduire de ces données des indications sur le mouvement résultant de l'appareil et sur sa position actuelle.

L'invention va maintenant être exposée plus en détail à 1'aide d*exemples pratiques donnés à titre non limitatif et illustrés par les dessins parmi lesquels :

Fig.1 représente un robot vu de dessus avec quatre vérins sur la structure principale , et deux modules de travail;

Fig.2 représente le même robot vu en éléva¬ tion;

Figs.3 et 4 représentent une succession de six positions nécessaires pour effectuer un pas; Fig.5 représente l'organisation électronique de commande du robot;

Fig.6 représente le schéma de câblage pneuma¬ tique du robot;

' Fig.7 montre un autre robot vu de dessus ; Fig.8 représente un dispositif de- translation et de rotation de l'équipage mobile.

Fig. 9 représente une ventouse en coupe ; Fig. 10 représente un outil vu de côté. Selon les figures 1 à 6, quatre vérins 1 sont munis, enbout de tige, d'une ventouse pneumatique 2 par l'intermédiaire d'une rotule 3.11 est bien entendu qu'on peut prévoir aussi des ventouses magnétiques (ou électro-aimants) ou des ventouses mixtes combinant l'effet d'une ventouse pneumatique et d'une ventouse magnétique. Les vérins sont rendus solidaires par l'intermé¬ diaire d'une structure principale comportant deux pou¬ tres longitudinales 4 et deux poutres transversales 5 et constituant le premier équipage.

Cette structure de travail est nécessaire pour obtenir une stabilité suffisante du robot lors de tra- ^" vaux mettant eh oeuvre des efforts robot/paroi .Impartants.

Le Second équipage 8 est constitué de quatre poutres formant un palonnier rectangulaire 48 relié aux poutres 4 par ^" un dispositif coulissant 6 doté d'un système motorisé de translation par crémaillère, ce système pouvant également comporter des vérins, des chaînes, etc. Entre le dispositif coulissant 6 et le palonnier est intercalé un actionneur 7 qui assure la rotation du palonnier autour d'un axe perpendiculaire à son plan.

Le palonnier porte, par l'intermédiaire de rotules 3 des ventouses du même type magnétique que celles décrites plus haut. Ces ventouses forment un rectangle dont le centre est astreint a se dépla- cer à l'intérieur du rectangle, plus grand formé par les ventouses liées au premier équipage. Dans l'exemple décrit, qui correspond au mode de réalisa¬ tion préféré, ce sont les ventouses du rectangle extérieur qui sont liées aux vérins, mais il est

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évidemment possible de placer les vérins sur les ventouses intérieures/cependant cette disposition demande une plus grande précision dans l'actionne- ment des vérins. Si la surface est de forme très 5 irréguliêre,il est même possible de prévoir des vérins pour toutes les ventouses.

Sur les poutres 5,il est prévu un dispositif de fixation pour les bras de travail 9. Ces bras/ du type à articulation robotique avec poignet à 10 changement automatique d'outils _/ permettent au robot d'effectuer ses missions. Un râtelier porte-outils est prévu dans le coffret du bras de travail 9.

Les vérins sont actionnés pneumatiquement, la structure de travail formée par les poutres 4 15 et 5 permet, .dans une autre variante/de fixer des vérins à _. vis.

Pour avancer dans une direction,le robot peut effectuer successivement les opérations suivantes (voir figures 3 et 4). 20 A- Position de départ, ventouses de vérins

1 en prise, vérins 1 en position basse, ventouses du second équipage en contact avec la paroi,

B-Actionnement des vérins 1,arrêt de la 25 dépression dans les ventouses du second équipage mobile. Les vérins 1 viennent en position d'extension. C-Translation du second équipage -. d'un côté à l'autre du robot. C'est la 30 longueur de cette translation qui détermi¬ ne le pas du robot.

D-Les vérins 1 sont amenés vers une position rétractée de manière à amener les ventouses du second équipage en contact avec la paroi.

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et mise de ces ventouses en dépression. (Dans le cas de ventouses magnétiques,cela correspond à 1'aimantation maximum) . E-Arrêt de la dépression dans les ventouses des vérins 1. Vérins 1 en position (position haute) ,1e robot reste en appui uniquement sur les ventouses du second équipage mobile. F-Translation de la structure principale, ar rapport au second équipage, d'un côté à l'au- tre .Après cette action/-on se retrouve dans la position initiale (A) e le processus peut recommencer.

Il est à noter que la position de travail en maximum de stabilité est la position où les quatre ventouses extérieures sont en prise . Pour des tra¬ vaux légers comme la peinture,on peut travailler en quasi-continu. Pour ce faire,la translation (F) _ sera exécutée à vitesse lente,alors que les autres mouvements seront ^'" exécutés à vitesse rapide. Cette façon de procéder permet d'utiliser le degré de liber¬ té translation du robot comme degré de liberté de l'outil,donc de diminuer la complexité et le coût du bras robotique 9 _/ mais elle ne convient pas pour le grattage,par exemple,qui demande des efforts importants au niveau de l'outil. Dans ce cas,il est préférable d'opérer à l'arrêt. On peut même mettre en prise toutes les ventouses des deux équipages.

Pour orienter sa progression dans une direc¬ tion,1e robot peut effectuer successivement les opé- rations suivantes:

1)vérins 1 en positrtaivonai.l'extension,ventouses du premier équipage/en prise,ventouses du second équipage non activées

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2)translation du second équipage en position ^' centrale-(au milieu des poutres avant et arrière)-de manière à faire coïncider l'axe transversal du robot avec 1'axe de rotation du changement de cap,

3)amener des vérins en position rétractée .1 de manière à amener les ventouses du second équipage en prise avec la paroi, 4)rotation de l'actionneur 7 pour rotation au nouveau cap de la structure du robot,

5)amener des vérins 1 en position d'extension,

-de manière à"mettre leurs ventouses en prise avec la paroi.

La figure 5 illustre les dispositions constructives des éléments de commande de l'appa¬ reil fonctionnant en robot.

Le capteur de déplacement longitudinal qui est un codeur 10 est relié à l'interface d'entrée 12. Différents types de codeurs peuvent convenir: codeur incrémental avec initialisateur.,codeur absolu, capteur potentio étrique

Chaque ventouse,à sa partie centrale,est munie d'un capteur de proximité. Ce capteur peut être un détecteur tout ou- rien de proximité,une son- de à ultrasons,un relai à manque de pression....

C'est ce dispositif qui asservit le positionne¬ ment des vérins.

Ces capteurs 1 sont connectés avec l'interface d'entrée 12. Dans le cas où un bras robotique est ins¬ tallé sur le robot,les capteurs de ces derniers 13 sont connectés sur l'interface d'entrée 12. En variante,un capteur de vitesse des moteurs des actionneurs ainsi que les capteurs de pression 16 du réservoir d'air et capteur de dépression 15

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des ventouses sont connectées à l'interface 12.

L'interface d'entrée est reliée à un micro¬ processeur 17 _/ lui-même doté d'une mémoire de lecture écriture 18,et d'une mémoire programme 19.Les dis- tributeurs pneumatiques pour moteur 20,distributeur d'embrayage 21 ,distributeur pour mise en dépression des ventouses par venturi 22 _/ distributeur de comman¬ de des vérins avant arrière 23 sont reliés à l'inter¬ face de sortie 24,de même que les actionneurs d'un éventuel bras robotique pour outils 25.

Dans le cas où le robot opère sur de très grandes surfaces, il est nécessaire d'adjoindre un système de positionnement 26 relié au microproces¬ seur par l'intermédiaire de portes d'entrée et sor- ,-tie.

En effet/sur une paroi verticale ou inclinée/ ou en plafond _/ le robot peut se positionner sans aide de système de positionnement complémentaire _/ unique¬ ment par la méthode dite "estime". Cette dernière consiste à faire la somme des vecteurs déplacement correspondant à chaque pas du robot, et d'en calculer la résultante. Cette somme est obtenue par l'intermé¬ diaire des codeurs déplacement longitudinal et rota¬ tion. Cependant/on remarquera que chaque déplacement ou rotation est entaché d'une erreur due à différentes causes: a) erreurs instrumentales b)glissement des ventouses et déformation sur la paroi c)jeux mécaniques d) ositionnements des rotules 3 des ventouses 2.

Il convient de noter que les vérins peuvent être immobilisés indépendamment l'un de l'autre en

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en un point quelconque de leur course, de façon â permettre l'adaptation de l'appareil â toute surface gauche, ce qui peut être aussi un facteur d'impréci¬ sion. Pour des surfaces relativement peu étendues, on peut programmer le robot à l'aide d'une mémoire pro¬ grammable à effacement,par un mode classique d'appren¬ tissage : syntaxeur, point-à-point, numérique. Pour des surfaces dépassant 100 mètres carrés environ dans la pratique industrielle de traitement ^" de coques de navires, il devient nécessaire de faire appel à un système de positionnement, par exemple par recon¬ naissance de cible. Avantageusement, la cible est constituée par des bandes adhésives portant des rê- seaux du genre "code barres", orientés suivant deux directions perpendiculaires. Le robot porte, avanta¬ geusement sur son bras, un lecteur de type classique, insensible à la lumière extérieure, et dont les infor¬ mations sont transmises au microprocesseur. De telles cibles sont disposées à intervalles réguliers définis en fonction de la précisiσi _ ro o , et celui-ci se réinitialise sur chaque cible.

On peut également utiliser des systèmes de posi¬ tionnement par ultrasons, par radiofréquence, par câble.tendu (coordonnées polaires) - tous ces systèmes, étant connus, on ne les décrira pas plus avan .

Dans le cas où le robot est utilisé en téléactivi¬ té, le système de positionnement 26, figure 5 est remplacé par le dispositif de télécommunication. La figure 6, représente les liaisons fonctionnelles entre les différents composants pneumatiques dans le cas où on utilise l'air comprimé pour l'actionnement du robot. Il est bien précisé que d'autres modèles de l'invention peuvent être réalisés avec actionneurs électriques, hydrauliques ou autres.

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Un compresseur 27 alimente un réservoir 28. L'air comprimé est dirigé par une canalisation souple jusqu'à un réservoir tampon 29 sur le robot. Ce réservoir peut être constitué par le châssis métal- lique creux du robot. Le capteur de pression 16 est branché sur le réservoir 29. Les distributeurs 22,23, 20,21,25 alimentent les différents éléments 1,2,6,7.

La carte de l'unité centrale à microprocesseur est connectée sur les bobines de commande des distri- buteurs. La télécommande ou ordres d'urgence sont établis sur le boîtier 31, et transmis par câble jus¬ qu'au robot, ainsi que l'énergie électrique depuis le boîtier 32.

Une variante consiste à rendre le robot autonome par l'installation d'un générateur électrique et air comprimé sur la structure de travail.Dans ce cas, la télécommande s'effectue à distance par ondes radio, ultra-sons ou rayon optique.

Une autre. ariante de l'invention est représentée figures 7 et 8.

Un premier équipage est constitué par une poutre métallique 33 reliée à une extrémité à un vérin por¬ tant deux ventouses, et â l'autre extrémité à deux poutres 34 munies chacune d'un vérin à ventouse 1. Cette disposition constructîve est particulièrement avantageuse dans le cas où l'on se limite à un outil robot. Le second équipage 35, possède deux ventouses rapprochées d'un côté, et deux ventouses écartées du côté opposé, il est mobile le long de la poutre 33. il est à noter que l'on peut remplacer une ventouse par plusieurs plus petites couplées entre elles.La figure S est une coupe schématique perpendiculaire à l'axe de la poutre 33 de la figure 7.Un moteur pneumatique d'entraî _¬ nement 36 peut entraîner à volonté l'un ou l'autre de deux pignons 37,38,1e pignon non entraîné étant immobili. se par une garniture de freinage 39. ^{' "} -

Le pignon 37 entraîne un engrenage 40 par l'in¬ termédiaire d'un axe 41, maintenu sur des paliers et grâce à une crémaillère 42 solidaire de la poutre 33, il assure le mouvement de translation de l'équi- page mobile. Un dispositif de galets 43 assure le maintien tout en permettant la translation de l'équi¬ page mobile sur la poutre 33. Les galets 43 sont fixés sur le châssis par un axe 45 muni de blocs élastiques 46 pour compenser l'usure des galets. L'autre pignon 38, par l'intermédiaire d'un axe 47, entraîne en rota-- tion le palonnier 48 qui porte les ventouses 2. Un cardan ou rotule 3, fixé entre la ventouse 2 et le palonnier 48, permet une adaptation sur les parois courbées. Un capteur de déplacement 49, composé par une sonde à effet HALL, envoie une impulsion à chaque pasage de dent de la crémaillère 42.

Un codeur de position absolue 50 fournit la posi¬ tion angulaire de la rotation du palonnier 48 par rapport au châssis 44. Une sonde à ultra-sons 51 per¬ met l'appréciation de la distance ventouses/paroi.

Une autre variante, très intéressante de l'inven¬ tion, rendue possible uniquement par la rotation du second équipage, est la suivante : L'outil 60 est porté sur le second équipage â l'aide d'un bras 61 rigide ou articulé comme repré¬ senté en tirets sur la figure 2. Ce bras passe au- dessus du premier équipage. Lorsque celui-ci est fixe, les dispositifs 6,7 de déplacement du second équipage servent à donner à l'outil des déplacements de trans¬ lation et de rotation le long de la surface. Lorsque les ventouses 2 du second équipage sont immobilisées, par actionnement des vérins 1, les mêmes dispositifs 6,7 servent au déplacement du premier équipage. Suivant une modalité avantageuse, le bras 61 porte

en plus une ventouse supplémentaire 62, qui peut venir en action à la place de l'outil, par exemple grâce à une tête montée à rotation. Cette ventouse supplé¬ mentaire 62 complète l'effet des ventouses 2 portées par le second équipage et elle facilite les déplace¬ ments grâce à son bras de levier important.

On notera par ailleurs que, dans ce qui précède on a supposé que les poutres ,5 formaient le pre¬ mieréquipage et le palonnier 48 restait dans des pans parallèles. Il est avantageux dans le cas de surfaces à courbure très forte, ou bien comportant des arêtes saillantes ou rentrantes, de prévoir que la palonnier 48 peut également pivoter autour d'un axe parallèle à son plan, et qu'il est équipé de moyens d'actionne- ment pour un tel pivotement (non représentés). Une telle disposition est intéressante notamment pour le nettoyage intérieur de cuves ou de cales.

Il ressort de ce qui a été exposé plus haut que la stabilité de l'engin dépend des efforts exercés entre le robot et la paroi au cours du traitement de celle-ci.

Pour réduire la force transmise au robot lors d'un travail de brossage ou décapage, exigeant une pression de travail importante sans que des efforts trop importantssoient transmis aux ventouses,il est préférable de disposer sur l'outil lui-même des moyens destinés â assurer cette pression de travail. Ces moyens sont avantageusement constitués par un propul¬ seur à turbines 65 (fig. 10 et créent un courant d'eau dans une direction perpendiculaire à la surface en s'écartant de celle-ci, ce qui engendre par réaction une force qui tend à appuyer l'outil 60 contre la surface. L'outil peut être une brosse tournante montée sur le même axe que la turbine, et qui tourne à la même vitesse ou à une vitesse différente grâce à un

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réducteur 66.

Un autre élément qui intervient dans la stabilité de l'engin et la précision de sa marche est la masse des dispositifs d'adhérence appelés "ventouses" dans le présent texte, en particulier quand ils sont placés au bout des vérins 1 ou des bras 61, en raison du porte- à-faux important.

On a été ainsi amené à concevoir la ventouse qui fait l'objet de la figure 9. Celle-ci comprend une plaque support 70 qui porte à sa périphérie des aimants permanents 71 du typé ferrite. Cette matière ajoute â ses propriétés magnétiques de bonnes qualités anti¬ dérapantes. Au centre, une membrane souple 72 est fixée, sur une paroi annulaire 73 elle-même fixée de façon étanche sur la plaque support 70. La membrane délimite - ainsi une chambre fermée 74, reliée par un conduit 75 à une source d'alimentation au fluide de travail, lequel est de préférence un liquide non lubrifiant comme un mélange-eau-glycol. Sur la ^* zone centrale de ^* la face intérieure de la membrane 72 est collée une plaque 76 de matière mousse qui a double rôle : d'une part, elle donne de la rigidité à la partie cen¬ trale de la membrane et maintient sa forme plane, d'autre part, elle constitue un amortisseur de pression qui laisse le temps d'intervenir en cas de petite fuite accidentelle. Sur la moitié droite de la figure 7, la chambre 74 est une dépression, et la membrane 72 forme une ventouse, dont l'effet s'ajoute à celui des aimants 71 pour maintenir l'ensemble en contact avec la paroi. Sur la moitié gauche de la figure, la chambre 74 est en surpression, les aimants 71 sont écartés de la paroi et l'ensemble n'a plus d'adhérence.

La présente invention s'applique aux travaux de peinture, de nettoyage et préparation des parois verti- cales et horizontales, comme les coques de navires,

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les carlingues d'avions, les plafonds d'immeubles sans échafaudages, pour la peinture par feutre ou aérosol à des fins d'indication ou de décoration sur des vitrines, par exemple, pour le nettoyage des vitres et façades des immeubles, pour la vérifi¬ cation des citernes sur bateaux, dans ce cas, l'outil est remplacé par une caméra, pour les vérifications ou les remises en état, sous l'eau, des plates-formes marines, pour l'intervention sur charpentes métalli- ques de bâtiments, montage de charpentes ou pose de couvertures par le grutier à distance.