Brevet FR2468446A1 — publié le 19810508

L'invention concerne les dispositifs d'assistance de machine à conduite manuelle destinées à reduire l'effort demandé à l'utilisateur de la machine. On connait déja des dispositifs d'assistance pour usages divers, notamment des vérins hydrauliques asservis du type à commande directe, à corps mobile et à valve axiale incorporée. Ces vérins, outre leurs articulations d'extrémités, côté tige et côté corps, comportent une troisième articulation interne avec sortie latérale près de l'extrémité du corps et permettant d'actionner la valve axiale dans un sens tel que, si l'articulation côté tige constitue le point fixe d'appui, l'articulation côté corps se déplace dans le même sens et de la même course que l'articulation interne de commande, par suite de l'asservissement direct qui en résulte, mais avec un effort très amplifié par le dispositif hydraulique. En outre, en cas de panne hydraulique l'effort et la course de commande appliqués sur l'articulation de commande se répercutent directement sur l'articulation côté corps entrainant l'organe à commander, mais naturellement sans assistance.Par contre, en cas d'alimentation hydraulique normale la course demandée à l'organe manuel de commande est la même que pour une commande sans assistance, mais l'effort requis est beaucoup plus faible. Ces dispositifs permettent avec un effort manuel modéré d'exercer des efforts considérables sans fatigue ils sont appliqués notamment pour des directions asservies de gros engins ou encore pour divers organes de travail ou de manoeuvre de machine-outil ou d'engin de travaux publics. Ils présentent par contre l'inconvénient que l'effort de réaction subi par l'organe de commande est ressenti par l'utilisateur est extrêe- ment faible et non réglable. Or, dans beaucoup de travaux il est nécessaire que l'opérateur ressente avec exactitude l'effort exercé par l'organe commandé. C'est le cas en particulier pour les travaux de meulage se pratiquant directement sur des pièces brutes dans un but d'ébarbage. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un dispositif d'assistance qui soit tout à la fois sensitif et dont le degré de sensibilité puisse être choisi à volonté et éventuellement réglé. L'invention consiste à utiliser un vérin asservi à commande directe du type précédent, avec ses trois points d'articulation, mais à le monter à l'envers, c'est-à-dire avec son articulation côté tige agissant sur l'organe commandé tandis que son articulation côté corps sert de point d'appui, ce point d'appui n'étant pas rigoureusement fixe mais articulé en un point d'un premier levier proche de son axe d'articulation d'extrémité tandis que l'autre extrémité de ce premier levier est réunie par une biellette à une extrémité d'un second levier qui est articulé sensiblement en son milieu en un point solidaire dudit corps et dont l'autre extrémité porte l'articulation de commande dudit vérin, ladite biellette recevant en outre, par une transmissiqn mécanique appropriée, la force et le déplacement relatif de l'organe manuel de commande de la machine par rapport à l'organe commandé, ou des valeurs proportionnelles. Ladite transmission mécanique est de préférence constituée par un câble sous gaine et plusieurs dispositifs d'asservissement semblables peuvent être utilisés pour plusieurs composantes d'un mouvement d'un organe commandé, les diverses transmissions mécaniques étant alors sensibles aux diverses composantes correspondantes de l'organe manuel de commande. La sensibilité de la réaction sur l'organe manuel de commande est directement fonction du rapport des bras de levier dudit premier levier et peut être choisie à volonté, en étant de préférence réglable par simple déplacement du point d'articulation correspondant de la biellette sur le premier levier. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig. l est une vue en élévation de la partie asservie d'une machine à meuler; la fig. 2 est une vue à plus grande échelle du fragment Il de la fig. 1. Les deux vérins l et 2 représentés sur la fig. l sont d'un type identique, excepté que le vérin l est plus long que le vérin 2 et que sa tige 3 est munie d'une prolongation 4 pour éloigner son articulation 5 côté tige, ce qui n'en change pas le principe. Il suffit donc d'examiner le fonctionnement d'un seul de ces dispositifs. Le vérin 1, par exemple, est un vérin hydraulique d'asservissement du type connu à commande directe à corps mobile et valve axiale incorporée. On voit en 6 les tuyaux d'arrivée d'huile sous pression et de retour au bac qui sont raccordés sur le corps du vérin et reliés au groupe hydraulique 7 partiellement visible à la partie supérieure de la figure. Ce vérin comporte, outre son articulation 5 côté tige déjà mentionnée une autre articulation d'extrémité côté corps référencé A sur les figures et également une articulation interne de commande référencée C. Dans l'utilisation normale de ce vérin d'asservissement, c'est l'articulation 5 côté tige qui sert de point d'appui fixe et l'articulation A côté corps qui sert à actionner le mécanisme asservi en fonction des déplacements de la commande qui sont communiqués au point C. Cela signifie que si l'on déplace le point C d'une certaine quantité dans une certaine direction par rapport au point 5, le point A se déplace de la même quantité dans la même direction par rapport à ce point 5, mais avec un effort amplifié par le vérin hydraulique. En d'autres termes, pour fournir un effort déterminé sur la pièce commandée il suffit d'exercer un effort beaucoup plus faible sur l'articulation de commande, ce qui entraîne les inconvénients exposés plus haut.On voit en particulier que, lorsque le point C se rapproche du point A, le vérin s'allonge, et inversement. Si l'on utilise ce vérin à l'envers, c'est-à-dire en immobilisant son articulation A et en faisant agir son articulation 5 sur la pièce à commander, il est clair qu'un déplacement infime de l'articulation C produit l'ouverture de la valve sans qu'il y ait de rétroaction, c' est-à-dire que le vérin s'étend ou se rétracte indéfiniment jusqu'à sa fin de course correspondante. C'est pour cette raison que ce mode d'utilisation n'est jamais envisagé. En outre, il est bon de remarquer que si le point C est déplacé dans un sens déterminé par rapport au point A, l'articulation 5 se déplace en sens inver se par rapport à ce point A. En effet comme on l'a vu plus haut si l'on rapproche par exemple C de A cela produit l'extension du vérin. Aussi, conformément à l'invention, on adjoint à,ce vérin un mécanisme représenté à plus grande échelle sur la fig. 2 et qui comporte un premier levier 8 articulé en un point fixe O et comportant une première -articulation A très proche du point O et sur laquelle est articulée 1'articulation de même référence du vérin 1. Ce premier levier 8 comporte d'autre part une deuxième articulation B au voisinage de son autre extrémité et situé du même côté de O que A.A ce point B s'articule une biellette 9 dont l'autre extrémité s'articule en un point E situé à l'extrémité d'un deuxième levier 10, lequel s'articule sensiblement en son milieu à l'aide d'une lame élastique D reliée à une partie 11 solidaire du corps 1 du vérin tandis que l'autre extrémité de ce deuxième levier 10 comporte l'articulation C de commande du vérin 1. L'interêt de la lame élastique est de transmettre sans jeu les efforts parallèles à l'axe du vérin tout en tolérant les légers déplacements transversaux occasionnés par l'inclinaison variable du levier 10. En outre, la biellettes 9 reçoit, de préférence par-son extrémité E, les déplacements relatifs de l'organe de commande par rapport à l'organe commande, déplacements transmis par une transmission appropriée. Dans l'exemple représenté sur les figures, l'organe commande est une meule 12 entra#née par un moteur 13 et montée sur un berceau 14 articulé en 15 à l'extrémité inférieure d'un bras oscillant 16 dont l'extrémité supérieure 17 s'articule dans un support 18 supposé fixe. L'articulation 5 est solidaire de ce berceau oscillant 14 de sorte que l'action du vérin 1 commande les mouvements de montée et d'abaissement de la meule 12. D'autre part, l'organe de commande est constitué par un brancard 19 destiné à être actionné à la main et susceptible d'osciller autour d'un point 20 constituant l'articulation supérieure d'une jumelle 21 articulée elle-même en 22 sur le berceau oscillant 14.Le br#ancard 19 se prolonge par un levier 23 dont l'extrémité opposée subit en les inversant les mouvements, notamment#verticaux, de l'extrémité du brancard 19. La transmission mécanique susmentionnée est de préférence constituée par un câble 24 monté dans une gaine 25, l'ex trémité inférieure 26 de la gaine 25 étant solidaire de l'extrémité du levier 23, tandis que l'extrémité 27 correspondante du câble est fixée sur le berceau 14. L'extrémité supérieure 28 de la gaine 25 est fixée sur le support 11 mentionné précédemment tandis que l'extrémité supérieure correspondante du câble 24 est articulée au point E. De cette manière si l'utilisateur pousse par exemple vers le bas le brancard 19 en vue d'appliquer la meule 12 sur la surface à meuler, il est clair que cela produit une traction sur le câble 24 ( par rapport à sa gaine) et par conséquent une traction vers le bas sur le point E. Grâce à l'inversion produite par le levier 10 articulé en D, il en résulte un mouvement d'élévation de l'articulation de commande C et par conséquent un mouvement d'abaissement de la tige 3 du vérin, c'est-à-dire effectivement le mouvement d'abaissement de la meule recherché. Ce dernier mouvement produit un rattrapage c'est-à-dire le rapprochement des extrémités 26 et 27 qui ramène l'articulation de commande C dans sa position neutre. On obtient donc mécaniquement, grâce à la commande différentielle mécanique, l'effet de rétroaction obtenu précé- demment par voie hydraulique avec la disposition inverse du vérin. D'autre part, l'effort de réaction vertical ascendant exercé par le travail sur la meule 12 se transforme dans le rapport des bras du levier 15-12 à 15-5 en un effort vertical ascendant exercé sur le vérin 1, lequel effort se transmet directement à l'articulation A du premier levier 8 et parvient donc très démultiplié, mais toujours sous la forme d'un effort ascendant, à l'articulation B et, de là, au câble 24. La traction du cible qui en résulte produit un effort vertical ascendant sur le brancard 19 et renseigne donc l'opérateur sur l'effort de travail exercé. Il est clair que cet effort ressenti est directement proportionnel au rapport des bras du levier OA/OB, lequel peut facilement être choisi à la valeur voulue.En outre, il suffit d'une manière connue de pratiquer dans le premier levier 8 un certain nombre de trous 29, disposés selon un arc de cercle centrés au point E pour la position moyenne des deux leviers 8 et 10, pour permettre de régler facilement ce rapport de sensibilité par simple déplacement de l'articulation B, ce qui fournit un moyen rapide et commode de réglage de la sensibilité. Enfin il est à noter qu'en cas de panne du groupe hydraulique 7, le vérin 1 est agencé de manière à permettre dans ce cas le libre déplacement de la tige 3 par rapport au corps. Par conséquent les mouvements de levage et d'abaissement de la meule 12 peuvent s'opérer librement par action directe du brancard 19 sans qu'agisse l'assistance. Ce qui précède concerne on l'a vu les mouvements de monte et baisse de la meule. Un dispositif en tout point analogue peut être utilise pour les mouvements horizontaux de celle-ci. Pour cela on a vu que le bras 16 est articulé en 17 sur le support fixe 18. D'autre part le vérin 2 comporte son articulation côté tige 30 articulée directement sur une partie 31 rigidement fixée sur le côté du bras 16 de sorte que l'extension ou la rétraction de ce vérin 2 produit le pivotement vers la gauche ou vers la droite respectivement du bras 16 autour de cette articulation 17. Par ailleurs, grâce à la jumelle 21 susmentionnée, le brancard 19 est susceptible de subir un mouvement horizontal relatif en avant ou en arrière par rapport au berceau oscillant 14.Ce mouvement différentiel est repris, là encore, par l'extrémité 32 d'un câble 33 dont la gaine 34 est fixée par son extrémité 35 sur le berceau 14, les autres extrémités respectivement de la gaine et du câble étant connectées de la même manière que pour le câble 24 précédem- ment décrit à un mécanisme situé du côté droit de la fig. 1 et en tous points identique à celui précédemment décrit. L'ensemble permet donc simultanément de réaliser des mouvements verticaux et horizontaux asservis avec sensibilité aux efforts exercés par la meule et possibilité de réglage de cette sensibilité. En outre, l'ensemble du support 18 est de préférence solidaire d'une broche verticale 36 pouvant tourillonner librement dans un palier 37 immobile pendant le travail. De la sorte, une action latérale sur le brancard 19 produit le pivotement de tout l'ensemble autour de l'axe de cette broche 36 et par suite la troisième composante du mouvement, cette dernière n'ayant pas en général besoin d'être assistée. En particulier le palier 37 peut être porté rigidement par une potence fixe, mais il peut avantageusement d'une manière connue être porte par un mécanisme à colonne comportant une colonne verticale autour de laquelle peut pivoter un bras portant à son extrémité un axe vertical, avec un parallélogramme articulé dans un plan vertical s'articulant autour de cet axe vertical et portant à son autre extrémité le palier 37, avec un tirant d'extension disposé selon une diagonale. Cela permet par le jeu des deux articulations, à savoir de la colonne et du premier axe, et en outre par le réglage d'extension du tirant, de déplacer le palier 37 dans les trois dimensions, puis de bloquer les deux articulations susmentionnées et le tirant pour immobiliser dans l'espace le palier 37 avant de commencer le travail de meulage asservi exposé plus haut. Il est bien entendu que le dispositif d'assistance selon l'invention peut utiliser n'importe quel type de vérin asservi à commande directe et qu'il peut lui-même être utilisé pour toutes sortes de machines à commande manuelle dès lors que l'utilisateur doit ressentir manuellement d'une manière sensitive et réglable l'effort exercé par l'organe commandé. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assistance sensitive et réglable pour machine à conduite manuelle, comportant un organe commandé et un organe manuel de commande, par utilisation d'un vérin asservi du type à commande directe à corps mobile et valve axiale incorporée dans lequel le déplacement par rapport au corps d'une articulation de commande prod#uit le déplacement en sens inverse de l'articulation côté tige avec un effort amplifié, caractérisé par le fait que ledit vérin est-monté dans une position inversée avec son articulation côté tige articulé sur ledit organe commandé tandis que son articulation côté corps est articulée en un point d'un premier levier proche de son extrémité fixe d'articulation, l'autre extrémité de ce premier levier étant réunie par une biellette à une extrémité d'un second levier, articulé en son milieu en un point solidaire du corps et dont l'autre extrémité constitue ladite articulation de commande du vérin, ladite biellette recevant en outre par un mécanisme de transmission approprié les mouvements différentiels se produisant entre ledit organe manuel de commande et ledit organe commandé. 2. Dispositif d'assistance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport des bras dudit premier levier est rgélable. 3. Dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit mécanisme de transmission est constitué par un câble sous gaine. 4. Dispositif d'assistance pour une machine à conduite manuelle comportant un organe de commande et un organe commandé à plusieurs composantes de déplacement, caractérisé par le fait que plusieurs desdites composantes sont asservies chacune par un dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes.