Brevet FR2060163A1 — publié le 19710618

L'invention est relative à la commande de systèmes articulées et plus particulièrement aux dispositifs de commande comportant un engin moteur pour chacun des éléments du système. Pour fixer les idées, on citera, entre autres exemples, les engins des travaux publics comportant deux bras articulés et un outil de travail, par exemple une- pelle. Il est connu de commander les trois éléments chacun par un engin moteur, le plus souvent par un vérin hydraulique. Pour l'ex- posé général de l'invention, on conservera ce mode de commande dont la figure 1 rappelle un dispositif classique, Sur cette figure, on a désigné par T la tourelle qui peut être rotative autour d'un axe vertical, les bras articulés B1 et B2 de la pelle P, les points d'articulation étant désignés par À1, A2 A3 Les vérins hydrauliques sont désignés par V1, V2 V3. La pelle P est montée en bout de B2 par l'intermédiaire d'un support auxiliaire S, lui-m4me monté sur F par un parallélogramme articulé. Chacun de ces vérins est commandé par un distributeur, luimême commandé par une commande manuelle. À ces trois commandes manuelles, peut s'ajouter une quatrième commande manuelle, pour commander le vérin V4 qui, à son tour, commande la rotation de la tou relie. Un tel dispositif de commande ne laisse pas d'avoir des inconvénients multiples. Non seulement il exige une grande habileté de l'opérateur, mais encore il lui impose une grande dépense de force physique, non seulement dte à l'amplitude des mouvements, mais-en- core dde au fait que les distributeurs reçoivent la haute pression et que les actions s'exercent à l'encontre des ressorts des tiroirs des aistributeurs, rèssorts dont la présence est nécessaire en raison de l'obligation absolue de ramener les tiroirs au point neutre lorsque ltopérateur abandonne le levier de commande. En outre, tous les distributeurs doivent être-ramnnés au poste de commande, ce qui pose des questions d'encombrement et augmente les temps de réponse. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention fait appel à deux idées inventives, applicables de préférence conjointement et dont la première conditionne pratiquement la seconde. La première consiste à remplacer les commandes manuelles directes des distributeurs de chacun des vérins et du vérin de commande V4 de la rotation de la tourelle, par la combinaison d'une commande à distance et d'une servo-commande, servo-commande que l'on peut asservir en vitesse et/ ou en position. On remarquera que ce premier perfectionnement élimine à lui seul tous les inconvénients précités, sauf un seul, savoir la nécessité de disposer d'un opérateur très expérimenté. La seconde idée inventive, consiste à remplacer les multiples commandes manuelles des distributeurs des vérins V1 à V4 par une commande manuelle unique à action plurale, assez analogue au manche à balai, bien- connu de l'industrie aéronautique, avec cette différence toutefois que l'inventeur s'est posé un problème sup plémentaire, qui est de permettre à l'opérateur de faire avec la poignée de sa commande manuelle des mouvements semblables à ceux -qu--'il ferait s'il manoeuvrait lui-même l'organe terminal, c'està-dire la pelle dans l'exemple choisi - ces mouvements semblables ayant des amplitudes considérablement réduites et exigeant des efforts considérablement réduits. La solution de ce problème est fondée sur la première remarque que l'on-peut réaliser dans la cabine de commande ou à son voisinage immédiat, et à l'aide des distributeurs des servo-commandes, un systèmes homothétique par rapport au système des quatre vérins V1, V2, V3, V4, qui met à portée de main de l-'opérateur les organes d'actionnement et lui permet de reproduire, avec des efforts et des amplitudes considérablement réduits les déplacements qu'il veut imposer à l'organe terminal. Une seconde remarque est que l'on peut remplacer le système homothétique par un système semblable, à la condition toutefois que les actions mécaniques restent les m8mes. De ce fait, il sera possible de grouper les organes d'actionnement et de transmission de mouvements, de manière à ce que leur actionnement puisse avoir lieu par une commande manuelle unique à actions plurales. On donnera ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'idée inventive sans que la demanderesse entende limiter l'idée inventive aux particularités ou par les particularités spécifiques choisies pour l'illustration. Dans~les dessins joints, la figure 1 rappelle à titre d'exem ple un dispositif connu d'un engin constituant une pelle commandée par un système articulé, lui-même commandé par un dispositif de commande hydraulique. La figure 2 représente très schématiquement la cabine de l'ap pareil de l'engin de figure 1 auquel il a été fait application de la présente invention. La figure 3 représente schématiquement la combinaison servocommande et commande à distance, avec asservissement-vitesse. La figure 4 représente une disposition analogue, mais avec asserv,issement-position. Sur la figure 1 on a désigné par T la tourelle.montée sur un chassis pour tourner autour d'un axe vertical, cette rotation étant commandée par le vérin hydraulique ou tout autre moteur hydraulique qui sera désigné dans la suite sous la référence V4. Le système articulé comporte le bras B1, articulé en À1 sur la tourelle, le bras B2 articulé en À2 sur le bras B1, la bielle 1, articulée en 2 sur le bras B2 qui par les articulations 3 et 4 forme avec le bras B2 un parallélogramme articulé. Sur les articulations 3 dt 4 est articulée une pièce auxiliaire désignee par S sur laquelle est articulée en A3 la pelle désignée par P. Le corps du vérin V1 est articulé en 5 sur la tourelle tandis que sa tige est articulée en 6 sur le bras B1. Le vérin V2 est articulé en 6 sur le bras B1 et sa tige est articulée-en 3 sur le bras B2. Le corps du vérin V3 est articulé en 7 sur la pièce S tandis que sa tige est articulée en 8 sur la pelle. Le vérin V4 n'est pas représenté. Comme l'on voit directement sur la figure, les vérins V1, V2 et V3 commandent. respectivement la rotation du bras B1 autour de À , la rotation du bras B2 autour de A2 et la rotation de la pelle autour de A3, ces articulations A1, A2 et A3 ayant leurs axes ho rizontaux. Les vérins V1, V2, V3 et V4 sont commandés par des dis tributeurs D1, Da, D3 et D4 qui ne sont pas visibles sur les fi- gures ; on supposera qu'il s'agit de distributeurs classiques comportant un tiroir mobile à translation, chacun de ces tiroirs étant attaqué par la servo-commande à distance représentée en figure 3 ou en figure 4, selon ce qui sera précisé ultéríeurem nt lors de la description de ces figures. Grâce à la présente invention l'emplacement des dstributeurs D1 à D4 peut être quelconque : ils n'ont plus besoin d'entre ras- semblés dans la cabine de l'opérateur dans une position qui permette leur commande manuelle par ce dernier. La figure 2 représente schématiquement la cabine de l'opéra- teur. Dans cette figure, on a indiqué très schématiquement par 21, 22 et 23 les dispositifs extensibles qui commandent respectivement à distance les tiroirs des distributeurs D1, D2 et 1)3 des vérins V1, V2 et V3. Ces dispositifs seront repris en détail à l'occasion de la description des figures 3 ou 4, On notera simplement à propos de figure 2 que le dispositif 21 est articulé d'une part en un point fixe 31 et d'autre part en 41 z un bras 51, lui-même articulé en un point fixe par l'articulation al. Le dispositif 22 est articulé en 32 sur le bras 51 et en 42 sur un bras 52. Le bras 51 porte une masse d'équilibrage 61 et est articulé en a2 avec le bras 52. Le dispositif de commande 23 est articulé en 33 sur un bras 53, lui-même articulé en a3 sur le bras 52 et ce dispositif 23 est articulé également en 43 sur le bras 52. Le bras 52 porte à son extrémité opposée à a3 une masse d'équilibrage 62 tandis que le bras 53 porte à son extrtmité opposée à l'articulation 33 une poignée de commande 63 que l'opérateur tient à une ou deux mains. On voit que l'on a ainsi constitué un dispositif unique de commande qui peut exercer une pluralité d'action puisqu'il peut agir sur les dispositifs de commande 21, 22 et 23 comme il sera expliqué ci-après. Sur cette figure 2, la position neutre est représentée en traits pleins tandis que l'on a représenté en traits mixtes une seconde position quelconque de la commande plurale. On voit en effet sue quand l'opérateur pousse la tige 53 en direction horizontale, il agit sur le dispositif 21 tandis que stîl pousse sa poignée en direction verticale, il agit sur le dispositif 22. Enfin, s'il fait tourner sa poignée autour de l'articulation a3, il agit sur le dispositif 23. Ces manoeuvres se font sans difficulté grâce aux masses d'équilibrage 61 et 62 et éventuellement à une troisième masse d'équilibrage, non représentée, pour le bras 53. Considérant maintenant la figure 3, on a repris sur cette figure l'un des trois dispositiSs 21, 22, 23, par exemple le dispositif 21, représenté à la partie supérieure de la figure 3, laquelle représente l'ensemble de la servo-commande à distances comportant un vérin émetteur 24 qui, avec le distributeur 25, constitue la servo-commande 21 proprement dite, articulée, comme il a été dit, en 41 sur le bras 51 et en 31 en un point fixe, le vérin émetteur contrôlant à distance par tuyauterie 26 le vérin récepteur désigné par 27, lequel commande le distributeur Dî duvé- rin principal V1, non représentés sur la figure. A cet effet, le vérin récepteur est articulé en 28 afec le tiroir du distributeur D1 alors quTil est articulé en 29 à un point fixe. Passant maintenant à la description de la servo-commande à distance, on voit que celle-ci se compose d'un vérin émetteur 24 comportant un piston 70 et une tige de piston 71, laquelle contient le distributeur 25 dont le tiroir comporte un épaulement entre les sections S1 et On peut choisir les sections des cylindres 24 et 27, celles des tiges 71 et 75, ainsi que les sections S1 et S2 de manière à réaliser une proportionnalité convenable entre les efforts F sur le distributeur principal et les efforts f sur le tiroir de la servo-commande. De-cette manière, si on abandonne le tiroir 25 il prend une position qui est définie par la force F et qui tend à annuler celle-ci. Lorsque F est annulé, le tiroir 25 se met en position neutre. Le piston 70 contient le clapet unidirectionel 72 destiné à compenser les fuites d'huile ou les écarts de volume dûs aux variations de température. En supposant le piston 70 en état d'équilibre, si l'on agit sur le distributeur 25 pour admettre la pression, on déplace le piston de la gauche vers la droite sur la figure, en sorte que par la tuyauterie 26 une certaine quantité de liquide est envoyée, par la tuyauterie 26 vers le vérin récepteur 27, déplaçant ainsi de la gauche vers la droite sur la figure le piston 73 du vérin 27 et, par conséquent, agissant par l'intermédiaire de l'articulation 28 sur le distributeur D1. Le distributeur 25 est monté en général sur un circuit basse pression, on a indiqué par P l'arrivée de la pression et par R le retour à la bâche. Réciproquement, si le vérin 24 est mis à la bâche par le distributeur 25, le piston 70 revient vers la gauche de la figure sous l'effet de la pression qui, pénétrant dans le vérin- 27 par l'ouverture 74, agit sur le piston 73 et, par voie de conséquence, sur le piston 70. Le vérin émetteur comporte des ressorts non représentés qui tendent à le remettre dans la position neutre. On a ainsi réalisé un asservissement-vitesse, le piston 73 et donc le distributeur D1 se déplaçant avec une-vitesse proportionelle à la vitesse de déplacement du distributeur 25 et la vitesse de déplacement du vérin principal étant fonction de I'ouverture du distributeur Di Si l'on désire ajouter un asservissement de position au dispositif de la figure 3, cette figure doit être modifiée comme indiquc dans la figure 4. On a conservé- les mêmes notations pour les appareils qui restent les mêmes.Sur cette figure toutefois, on a représenté le vérin principal 21 ainsi que son distributeur D1 ; on adjoint au vérin principal 21 un vérin auxiliaire 80 qui est l'homo- thétique du vérin 21, homothétie qui a été indiquée schématiquement sur la figure 4. Le vérin 80, qui est lié mécaniquement comme indiqué schématiquement au vérin 21, sert donc à dénoter les positions de ce dernier. La liaison hydraulique par la conduite 26 entre le vérin émetteur 24 et le vérin récepteur 27 est un peu différente : les mouvements du piston 70 agissent en sens inverse sur le piston 73, en sorte que la pression quand elle est admise dans le vérin 24 est admise simultanément danx le vérin 27 avec cette remarque que bien que la pression- soit admise de la gauchedu piston 70, le mouvement de ce piston vers la droite ne peut se faire que si le vérin 80 l'autorise en raison de l'incompressibilité du liquide transmetteur, en sorte que si l'on suppose le piston 81 immobile, l'admission de la pression n'agit d'abord que par le piston 73 sur le distributeur D1. Ce n'est donc que par le déplacement du piston du vérin principal 21 et, par voie de conséquence, du piston 81, que le déplacement du piston 70 est autorisé dans une limite qui est précisément fonction des positions du vérin principal 21, il y a donc une correspondance univoque entre les positions du piston 70 et du vérin principal 21. Les choses se passent de la même manière si, au lieu d'envoyer les pressions dans le distributeur 25, on met ce distributeur à la bâche. Le piston 70 ne peut revenir vers la gauche que si il y est autorisé par le vérin 80. L'invention a été expliquée en se servant d'une servo-commande hydraulique, mais comme on le sait parfaitement dans la pratique, on peut transposer cette solution immédiatement en une com mandepneuiatique ou une commande éléctrique ou éléctro-hydraulique ou hydro-éléctrique, ce mode de transposition étant bien connu des hommes de l'art. Par exemple, dans la transformation en servo-commande éléctrique, les distributeurs deviennent des régulateurs et les vérins deviennent des moteurs éléctriques, par exemple des moteurs magnétoéléctriques. On-peut entendre le terme éléctrique comme s'appliquant tant aux commandes éléctro-mécaniques qu'aux commandes éléctroniques. On peut facilement étendre l'exemple à la commande de la rotation de la tourelle en montant les articulations 91 et 31 sur un axe de rotation vertical dont la rotation commandera le distributeur de la servo-commande à distance qui contrôle la rotation de la tourelle. REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux dispositifs de commande de systèmes articulés coihposast un engin moteur pour chacun des éléments du système et éventuellement un engin moteur commandant la rotation du système autour d'un axe, caractérisé en ce que les engins moteurs sont commandés au moyen de la combinaison d'une commande à distance et d'une servo-commande, servo-commande que l'on peut asservir en vitesse et/ ou en position. 2. PerfectionnemcJnt selon 1 caractérisé en ce que les divers organes-de commande manuelle desdits engins sont groupés et combinés en; une commande manuelle unique à action plurale. 3. PerBectionnement selon ?, caractérisé en ce que l'on réalise dans la cabine de commande ou à son voisinage immédiat, au moyen des organes de contrôle desdits servo-commandes, un système homothétique au système des engins internes. 4. Perfectionnement selon 3, caractérisé en ce que ledit système homothétique est remplacé-par un système géométriquement semblable, dont tes actions mécaniques -sont conservées.