Brevet FR2514525A1 — publié le 19830415

Procédé de stabilisation d'un mobile suspendu avec au moins une liberté de mouvement par rapport à une trajectoire re- cherchée et son application à la stabilisation d'une rampe pulvérisatrice. La présente invention a pour but de stabiliser la position d'un mobile suspendu, sur un ou plusieurs appuis solides, avec au moins une liberté de mouvement par rapport à une trajectoire recherchée Par liberté de mouvement, on entend que le mobile n'est soumis relativement au mouvement consi- déré à aucune force de rappel d'intensité notable vers une position particulière La liberté de mouvement peut avoir la nature d'une translation ou d'une rotation Les libertés de mouvement peuvent être combinées par rapport à la tra- jectoire recherchée Une liberté de mouvement de rotation simple peut être la rotation libre autour d'un axe, par exemple l'inclinaison transversale d'une rampe pulvérisatrice autour d'un axe longitudinal du châssis porteur et en particulier un axe longitudinal passant par le centre de gravité de la rampe Une liberté de mouvement de rotation double peut être la combinaison de deux rotations libres autour de deux axes transversaux, par exemple la libre rotation (avec équilibrage des masses) autour d'un axe transversal normal à l'essieu et à l'axe longitudinal du châssis porteur, de l'axe longi- 14525 tudinal ci-dessus portant la rampe pulvérisatrice afin de rendre sa position indépendante des variations de cap du châssis porteur Une liberté de mouvement de rotation triple peut être la rotation libre d'une tourelle d'engin suspendue 5., à cardan sur son châssis par des axes longitudinal et trans- versal avec une possibilité de rotation sans frottement autour de l'axe vertical Une liberté de mouvement de translation peut être une liberté de translation verticale, par exemple dans le cas d'un mobile suspendu d'une façon quasi infiniment souple sur'un élément porteur, tel que, par exemple, une suspension hydropneumatique avec accumulateur de grand volume, ou une liberté de translation transversale ou longitudinale par rapport à un châssis porteur pour éviter la répercussion d'impulsions transversales ou longitudinales du châssis porteur sur le mobile porté par ledit châssis, par exemple par l'in- termédiaire de galets de roulement Ces trois libertés de mouvement de translation peuvent bien évidemment être combinées entre elles et avec les trois libertés de mouvement de rotation de toute manière voulue et en un nombre quelconque. La trajectoire recherchée est définie par rapport à une réfé- rence matérielle qui peut être quelconque, artificielle ou naturelle, par rapport à laquelle les variations de la posi- tion du mobile qui doit être stabilisé peuvent être connues en grandeur et en signe, par mesure, détection ou calcul. La référence matérielle peut être la surface du sol sur laquelle se déplacent les éléments porteurs dans le cas de la stabilisation de l'inclinaison transversale d'une rampe pulvérisatrice ou de la stabilisation en hauteur d'un mobile suspendu d'une façon quasi infiniment souple, un horizon ou un cap artificiels matérialisés par clinomètre ou gyroscope ou un repère de pointage en direction dans le cas d'une liberté de rotation double ou triple pour stabiliser une ou plusieurs des positions. On connaît déjà des procédés de stabilisation en position horizontale, en hauteur, en inclinaison ou en orientation de mobiles suspendus sur un ou plusieurs appuis solides. Ces procédés utilisent toutefois des moyens de rappel en position qui agissent en exerçant entre le mobile et le ou les points d'appui une ou des forces fonctions de la valeur de la différence instantanée entre l'écart recherché et l'écart réel existant entre le mobile suspendu et le point d'appui ou la référence matérielle Tous ces procédés de stabilisation présentent l'inconvénient que l'on prend en compte les varia- tions instantanées, même de faible amplitude et de courte durée, de-la position du mobile à stabiliser par rapport au point d'appui ou à la référence matérielle Il en résulte une certaine transmission instantanée des irrégularités accidentelles de la surface d'appui au mobile suspendu avec une amplification possible par résonance des irrégularités à composantes périodiques De même les irrégularités de la référence matérielle, par exemple les irrégularités de la surface du sol constituant cette référence, seraient, dans l'application des procédés antérieurs au but de l'invention, immédiatement transformées en efforts sur le mobile alors que sa position spatiale vraie pourrait être celle recherchée. Le procédé conforme à l'invention a pour but de stabiliser un mobile suspendu avec au moins une liberté de mouvement par rapport à une trajectoire recherchée, en fonction des écarts de position par rapport à cette trajectoire recher- chée repérée par rapport à une référence matérielle, en éli- minant l'influence des irrégularités de fréquence élevée ou de faible amplitude du ou des points d'appui. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que, pour maintenir ou ramener le mobile sur la trajectoire recher- chée, on exerce, entre le mobile et le ou les points d'appui et en fonction de la position du mobile par rapport à la trajectoire recherchée, une ou des forces dont les intensités sont indépendantes de la position du mobile par rapport aux points d'appui. Selon une autre caractéristique de l'invention, on détermine la trajectoire recherchée par rapport à une référence maté- rielle en intégrant une pluralité de mesures de la position détectée du mobile par rapport à la référence matérielle qui peut être l'appui solide. Selon une caractéristique secondaire, la ou les forces mises en oeuvre sont des forces temporaires d'intensité quasi constante dont la durée demise en application est fonction de l'actioni à exercer sur le mobile pour le maintenir ou le ramener sur la trajectoire recherchée. Suivant un mode de réalisation de l'invention on intègre une pluralité, constituant une série, de mesures de l'écart entre la position détectée et la position théorique du mobile par rapport à la référence matérielle et commande, en fonction du résultat de l'intégration, un dispositif de correction agissant entre le mobile suspendu et un point de réaction non suspendu. Les mesures constituant la série peuvent être réparties dans l'espace et/ou dans le temps Des mesures réparties dans l'espace, constituant une série, peuvent être les valeurs constatées simultanément en une série de points de mesure espacés sur le mobile et représentant les distances de ces différents points du mobile à la référence matérielle Ce mode de mise en oeuvre du procédé présente surtout un inté- rêt pour éliminer les mesures aberrantes résultant d'une déformation locale de la référence matérielle, par exemple d'une bosse ou d'un sillon sur la surface du sol constituant ladite référence. Les mesures réparties dans le temps sont celles constatées avec une périodicité préfixée entre un même point fixe sur le mobile suspendu et la référence matérielle par rapport à laquelle le mobile se déplace Les mesures réparties dans l'espace et/ou dans le temps peuvent être utilisées selon les différents modes connus de calcul de moyennes avec sup- pression des valeurs aberrantes et pondération systématique des valeurs introduites dans le calcul. La présente invention a également pour objet un dispositif comportant un élément mobile suspendu, avec au moins une liberté de mouvement, sur un élément support lui-même mobile se. déplaçant en prenant appui sur une surface support solide caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison et pour chaque liberté de&mouvement, au moins un moyen de mesure de la position instantanée, selon la direction du mouvement de ladite liberté, de l'élément mobile suspendu par rapport à un élément de référence indépendant du dispositif, une calculatrice programmée qui reçoit les valeurs mesurées, les compare aux valeurs théoriques correspondant à la trajectoire recherchée pour l'élément mobile et émet une sortie fonction du résultat de cette comparaison, un moyen monté entre l'élément mobile et l'élément support et susceptible d'exercer sur l'élément mobile un effort modifiant sa position selon la direction du mouvement de ladite liberté de mouvement et un moyen, asservi à la sortie émise par la calculatrice, mettant en action, en fonction de ladite sortie, ce moyen exerçant un effort. Selon une application pratique à une rampe pulvérisatrice, ladite rampe est montée à rotation libre autour d'un axe longitudinal porté par le châssis porteur de la rampe, ledit axe passant par le centre de gravité de la rampe, au moins un détecteur susceptible de mesurer la distance à laquelle il se trouve de la surface à pulvériser est monté sur ladite rampe en étant écarté du plan longitudinal de la rampe passant par son axe d'articulation, les mesures de ce ou ces détecteurs sont envoyées à une calculatrice programmée qui effectue la comparaison des valeurs mesurées aux valeurs théoriques correspondant au parallélisme de la rampe pulvérisatrice avec la surface à pulvériser et émet un signal de commande fonction du résultat de cette comparaison et un moyen est asservi à ladite commande pour rendre actif le moyen susceptible d'exercer un couple sur ladite rampe pour la faire tourner autour de l'axe. Les détecteurs sont de préférence des détecteurs à ultrasons et on prévoit de préférence au moins quatre détecteurs répartis symétriquement sur la rampe de part et d'autre du plan passant par l'axe de rotation. Le moyen susceptible d'exercer un couple sur la rampe est, selon un premier mode de réalisation, constitué par un vérin double effet articulé sur la rampe et sur le châssis porteur et associé à une source de fluide sous pression, le moyen asservi à la commande étant un distributeur à trois positions assurant, dans deux des positions, la mise en communication de la source de fluide sous pression avec l'une ou l'autre des chambres du vérin et, dans la troisième position, l'inter- communication entre les deux chambres. Selon un second mode de réalisation, le moyen susceptible d'exercer un couple sur la rampe est constitué par un moteur électrique à excitation séparée monté sur le châssis porteur et dont l'arbre de sortie entraine la rampe autour de son axe, le moyen asservi à la commande étant un dispositif de régulation de l'excitation par exemple, un contacteur à trois positions coupant l'excitation ou assurant l'excitation dans l'un ou l'autre sens. L'application du procédé de stabilisation de l'invention à une rampe pulvérisatrice agricole sera décrite plus en détail ci-après sous forme de deux exemples de réalisation avec référence au dessin ci-annexé dans lequel: La figure 1 est un schéma explicatif d'un dis- positif de stabilisation utilisant un vérin double effet contrôlé par un distributeur à trois posi- tions et la figure 2 est un schéma analogue mettant en oeuvre un moteur électrique à excitation séparée avec un contacteur-inverseur à trois positions. Dans les deux figures, la rampe a été schématisée par son balancier à deux bras 1 portant de la manière connue les buses de pulvérisation (non représentées) et monté à rotation libre autour d'un axe 2 passant par son centre de gravité. Cet axe 2 est un axe longitudinal porté par le châssis porteur 3 qui roule sur le sol 4 par des roues 5 Sous l'influence des inégalités du sol, des variations de pente transversale et des forces extérieures telles que, par exemple, le vent, une telle rampe qui peut atteindre une très grande longueur et qui est en général suspendue à rotation libre autour d'un axe passant au-dessus de son centre de gravité pour créer une force de rappel en position, tend à ne plus être parallèle au sol, c'est-à-dire à la surface des cultures à pulvériser et elle peut prendre un mouvement d'oscillation susceptible d'amener ses extrémités à heurter le sol et qui, dans tous les cas, perturbe la régularité de la pulvérisation L'inven- tion permet, dans l'application particulière à une telle rampe de pulvérisation, de maintenir la rampe parallèle au sol ou à la surface à pulvériser de la culture qui constitue la référence matérielle par rapport à laquelle est stabilisée la trajectoire de la rampe qui constitue un mobile à une liberté de mouvement (rotation libre autour de l'axe 2). Conformément à l'invention, on monte sur la rampe des détec teurs 6 susceptibles de mesurer la distance les séparant de la référence matérielle, c'est-à-dire de la surface à pulvériser et par exemple des groupes émetteurs-récepteurs d'ultra-sons Les résultats des mesures sont envoyés par un câble 7 à une calculatrice 8 Cette calculatrice est pro- grammée pour effectuer une moyenne pondérée de ces mesures. Selon la précision de la stabilisation que l'on désire obtenir, on choisit une loi de pondération parmi celles connues Dans la pratique, cette loi de pondération élimine au moins les valeurs aberrantes parmi les valeurs mesurées simultanément par les détecteurs répartis dans l'espace, à savoir le long de la rampe, ces valeurs résultant de la présence "d'accidents" dans la surface détectée au droit d'un détecteur ou d'un mauvais fonctionnement de ce dernier En pratique on choisit également une loi de pondération combinant une pluralité de mesures réparties dans le temps pour éliminer les valeurs aberrantes, les écarts de position faibles ou de courte durée et plus généralement les mesures qui ne correspondent pas à un état nécessitant une correction de la trajectoire La loi de pondération peut également tenir compte des dérivées mathématiques de la valeur moyenne mesurée pour déterminer 1 'importancè de l'écart entre la position réelle de la rampe et la position recherchée, le sens et la vitesse de la variation de cet écart. En fonction du résultat de ces calculs et des valeurs mises en mémoire des caractéristiques du mobile suspendu notamment de son inertie, la calculatrice programmée détermine les caractéristiques de l'effort à appliquer au mobile et notamment le sens et la durée d'application lorsqu'il s'agit d'une force d'intensité préfixée Le résultat, sous forme d'un signal de commande, est transmis par un câble 9. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'effort pour ramener la rampe 1 dans la position recherchée est exercé par un vérin à double effet 10, par exemple un vérin hydrauli- que Ce vérin hydraulique est articulé entre un point de la rampe 1 et un point du chassis porteur 3 qui sont écartés latéralement du plan longitudinal du châssis porteur passant par l'axe 2 de manière que le vérin 10 puisse exercer un couple tendant à faire tourner la rampe 1 autour de l'axe 2 Ce vérin 10 est alimenté par un accumulateur 11 mis et maintenu en pression de toute manière connue, par exemple par une pompe 12 reprenant l'huile dans la bâche 13 L'alimentation du vérin est contrôlée par un distributeur à trois positions 14 dont l'organe de commande 15 est commandé par les signaux transmis par le câble 9 La position neutre du distributeur assure, selon une caractéristique de l'invention, l'inter- communication entre les deux chambres du vérin 10 Dans cette position, (le volume de la tige du piston étant compensé d'une manière connue) le vérin n'exerce aucun effet et la liberté de mouvement de la rampe 1 autour de l'axe 2 n'est pratiquement pas affectée Par contre les signaux de commande, émis tempo- rairement et en fonction du résultat du calcul, par la calcu- latrice 8 amènent, par le dispositif de commande 15, le distri- buteur 14 dans l'une ou l'autre des positions pour lesquelles il envoie la pression de l'accumulateur 11 dans l'une ou l'autre des chambres du vérin 10 en exerçant ainsi sur la rampe 1, pendant la durée du signal, un couple tendant à ramener la rampe à la position recherchée. Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'effort pour ramener la rampe 1 dans la position recherchée est exercé par un moteur électrique 16 à excitation séparée monté sur le châssis porteur 3 et qui entraine par une courroie 17 une poulie 18 solidaire de l'axe 2 Selon les caractéristiques connues du moteur électrique à excitation séparée, il n'exerce aucun couple lorsque l'excitation est nulle et le couple exerce est dans l'un ou l'autre sens selon le sens du courant d'exci- tation dans l'inducteur L'inducteur du moteur 16 est alimenté par l'intermédiaire d'un inverseur contacteur à trois positions dont l'organe de manoeuvre 21 est commandé par les signaux émis par la calculatrice 8. Les modes de réalisation ci-dessus qui sont décrits à titre de simples exemples ne limitent pas l'invention, les moyens de détection de la position, les moyens pour exercer temporaire- ment l'effort de rappel et les moyens pour contrôler ces derniers pouvant être choisis de façon quelconque parmi ceux connus, selon l'application envisagée. Revendications 1 Un procédé de stabilisation d'un mobile suspendu avec au moins une liberté de mouvement par rapport à une trajectoire recherchée caractérisé en ce que, pour maintenir ou ramener le mobile sur la trajectoire recherchée, on exerce, entre le mobile et le ou les points d'appui et en fonction de la position du mobile par rapport à la trajectoire recherchée, une ou des forces dont les intensités sont indépendantes de la po- sition du mobile par rapport aux points d'appui. 2 Un procédé de stabilisation d'un mobile suspendu selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on détermine la trajectoire recherchée par rapport à une référence matérielle en intégrant une plu- ralité de mesures de la position détectée du mobile par rapport à la référence matérielle qui peut être l'appui solide. 3 Un procédé de stabilisation d'un mobile suspendu selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la ou les forces mises en oeuvre sont des forces temporaires d'intensité quasi constante dont la durée de mise en application est fonction de l'action à exercer sur le mobile pour le maintenir ou le ramener sur la trajec- toire recherchée - 4 Un procédé de stabilisation d'un mobile suspendu selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on intègre une pluralité, constituant une série, de mesures de l'écart entre la position détectée et la position théorique du mobile par rapport à la référence matérielle et commande, en fonction du résultat de l'intégra- tion, un dispositif de correction agissant entre le mobile suspendu et un point de réaction non suspendu. 5 Un procédé de stabilisation d'un mobile suspendu selon la revendication 4 caractérisé en ce que les mesures constituant la série sont réparties dans l'espace et/ou dans le temps. 6 Un dispositif mettant en oeuvre le procédé de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant un élément mobile suspendu ( 1), avec au moins une liberté de mouvement, sur un élément support ( 3) lui-même mobile se déplaçant en prenant appui sur une surface support solide ( 4) caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison et pour chaque liberté de mouvement au moins un moyen ( 6) de mesure de la position instantanée, selon la direction du-mouvement de ladite liberté, de l'élément mobile suspendu ( 1) par rapport à un élément de référence ( 4) indépendant du dispositif, une cal- culatrice programmée ( 8) qui reçoit les valeurs mesurées, les compare aux valeurs théoriques correspondant à la trajec- toire recherchée pour l'élément mobile et émet une sortie ( 9) fonction du résultat de cette comparaison, un moyen ( 10- 16 à 18) monté entre l'élément mobile ( 1) et l'élément support ( 3) et susceptible d'exercer sur l'élément mobile un effort modifiant sa position selon la direction du mouvement de ladite liberté de mouvement et un moyen ( 14-20), asservi à la sortie émise par la calculatrice ( 8) mettant en action, en fonction de ladite sortie, ce moyen ( 39) exerçant un effort. 7 Un dispositif selon la revendication 6 appliqué à une rampe pulvérisatrice montée à rotation libre autour d'un axe porté par le châssis porteur de la rampe caractérisé en ce que ledit axe ( 2) passe par le centre de gravité de la rampe, au moins un détecteur ( 6) susceptible de mesurer la distance à laquelle il se trouve de la surface à pulvériser est monté sur ladite rampe ( 1) en étant écarté du plan longitudinal de la rampe passant par son axe ( 2) d'articulation, les mesures de ce ou ces détecteurs sont AI envoyées à une calculatrice programmée ( 8) qui effectue la comparaison des valeurs mesurées aux valeurs théoriques corres- pondant au parallélisme de la rampe pulvérisatrice avec la surface à pulvériser et émet un signal de commande ( 9) fonction du résultat de cette comparaison et un moyen ( 15-21) est asservi à ladite commande pour rendre actif le moyen ( 10, 16 à 18) susceptible d'exercer un couple sur ladite rampe ( 1) pour la faire tourner autour de l'axe ( 2). 8 Un dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les détecteurs ( 6) sont des détecteurs à ultra-sons répartis symétriquement sur la rampe ( 1) de part et d'autre du plan passant par l'axe de rotation ( 2). 9 Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que le moyen susceptible d'exercer un couple sur la rampe est constitué par un vérin double effet ( 10) articulé sur la rampe ( 1) et sur le châssis porteur ( 3) et associé à une source de fluide sous pression ( 11), le moyen asservi à la commande ( 9) étant un distributeur ( 14) à trois positions assurant, dans deux des positions, la mise en commu- nication de la source de fluide sous pression ( 11) avec l'une ou l'autre des chambres du vérin ( 10) et, dans la troisième position, l'intercommunication entre les deux chambres. Un dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que le moyen susceptible d'exercer un couple sur la rampe est constitué par un moteur électrique ( 16) à excitation séparée monté sur le châssis porteur et dont l'arbre de sortie entraine la rampe autour de son axe, le moyen asservi à la commande étant un dispositif de régulation ( 20) de l'exci- tation de ce moteur.