Brevet FR2515090A1 — publié le 19830429

-5 i 5090 La présente invention concerne les manipulateurs utilisés pour la manipulation à distance d'objets en milieu hostile, tel qu'une chambre radioactive. De tels manipulateurs peuvent comporter un bras asservi et une commande principale destinée à transformer les demandes d'un opérateur en signaux électriques de régla- ge du bras asservi L'un au moins des mouvements du bras asservi peut etre commandé par un dispositif moteur à fluide, par exemple un organe hydraulique de manoeuvre, et un problème que posent couramment ces manipulateurs est que le moteur à fluide peut exercer une force bien supérieure à celle qui est nécessaire dans de nombreuses ap- plications, par exemple lorsque des objets relativement déli- cats doivent être manipulés par l'appareil. L'invention concerne donc un manipulateur qui com- porte un bras asservi dont un déplacement au moins peut être commandé par un dispositif moteur à fluide, et un dispositif de commande de ce moteur à fluide, le ma- nipulateur comportant en outre un dispositif de contrôle de la pression du fluide de ce moteur et un dispositif destiné à appliquer au dispositif de commande, une force proportionnelle à cette pression. Le déplacement considéré peut être celui d'un dispositif à mâchoires du bras asservi, et le dispositif de commande peut comprendre une poignée manuelle destinée à com- mander les mâchoires, la force imposée étant appliquée à la poignée. Le dispositif de commande peut comprendre un moteur à fluide destiné à être commandé par la poi- gnée, la force étant imposée par la mise sous pression du fluide du moteur afin qu'elle soit antagoniste à la force de manoeuvre de la poignée Un dispositif de contrôle de la force appliquée par la poignée peut aussi donner un signal qui peut être comparé à un signal du dispositif de contrôle de pression afin qu'ils forment ensemble un signal d'erreur représentant la différence entre les deux signaux, un distributeur d'asservissement, relié au moteur à 252 5090 fluide du dispositif de commande, étant commandé par le signal d'erreur. Des transducteurs de position peuvent être montés sur le dispositif à mâchoires et sur la poignée afin qu'ils contrôlent le fonctionnement du dispositif à machoires et de la poignée et règlent le fonctionnement du dispositif à mâchoires d'après la différence entre les signaux donnés par les transducteurs de position. Le moteur à fluide du bras asservi ou du dispositif de commande peut être un moteur hydraulique ou pneumatique, bien qu'un moteur hydrau- lique soit préférable. Dans une application, le manipulateur selon l'invention peut comporter un bras asservi, un bras prin- cipal comportant le dispositif de commande, et un tube de passage destiné à relier les deux bras, bien que, le cas échéant, un manipulateur selon l'invention puisse être rac- cordé de manière démontable à au moins un emplacement en milieu hostile, cet emplacement ou chaque emplacement pou- vant être raccordé à un dispositif de commande placé à l'extérieur du local dans lequel règne le milieu hostile. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un mani-_ pulateur monté dans une partie de mur, représentée en coupe, autour d'une chambre radioactive; et la figure 2 est un schéma en partie sous forme de diagramme synoptique d'une installation de commande du fonc- tionnement d'un mécanisme à mâchoires du manipulateur de la figure 1. La figure 1 représente un manipulateur 10 qui comprend un bras asservi 12, un bras principal 14 et un tube 16 de passage monté de manière étanche dans une partie d'un mur 18 entourant une chambre radioactive 22 Les mouvements du bras principal 14 sont transmis par le tube 16 de passage de manière qu'ils commandent les mouvements du bras asservi 12. 15 090 Un mécanisme 26 à mâchoires dépassant d'un renvoi d'angle 28 formé à l'extrémité libre du bras asservi 12 est commandé par un mécanisme 30 à poignée monté à l'extrémité libre du bras principal 14. Comme l'indique schématiquement la figure 2, dans une installation 32, le mécanisme 26 à mâchoires de la figure 1 est commandé par un organe hydraulique 34 de manoeu- vre raccordé à un distributeur d'asservissement 36 par des canalisations hydrauliques 38, 39, le distributeur 36 étant relié à une pompe hydraulique 42 par un distributeur 44 de réglage de pression et à un puisard 46 Un transducteur 48 de position contrôle le déplacement linéaire d'un arbre 50 raccordant l'organe 34 de manoeuvre au mécanisme 26 à mâ- choires, et il transmet un signal de sortie correspondant à ce mouvement à un amplificateur différentiel 52 relié au dis- tributeur 36 d'asservissement et au distributeur 44 de régla- ge de pression Un transducteur 54 de pression différentielle contrôle la pression dans les canalisations 38, 39 et il transmet un signal de sortie qui dépend de la différence de pression à un amplificateur différentiel 56. Le mécanisme 30 à poignée commande un organe hydraulique 60 de manoeuvre par l'intermédiaire d'une cellule dynamométrique 62 et d'un caisson élastique 64 Ce dernier comporte une enceinte 66 raccordée à un arbre-68 de l'organe 60 de manoeuvre, et un arbre 70 dépassant du mécanisme 30 à poignée et pénétrant dans l'enceinte 66 afin qu'un ressort 72 de compression soit retenu sous une plaque circulaire 74 montée à l'extrémité de l'arbre 70 Un transducteur 76 de position identique au transducteur 40 contrôle le mouvement linéaire de l'arbre 70 et transmet un signal de sortie qui dépend de ce mouvement à l'amplificateur différentiel 52 La cellule dynamométrique 62 transmet un signal de sortie qui dépend de la force exercée par le mécanisme 30 à poignée, par l'intermédiaire d'un circuit multiplicateur 78, à l'amplifi- cateur différentiel 56 qui transmet lui-même un signal d'er- reur qui commande un distributeur 80 d'asservissement relié par des canalisations hydrauliques 82, 83 aux deux extrémités 4; 5090 de l'organe 60 de manoeuvre et relié aussi à une pompe hydraulique 86 et à un puisard 88. Lors du fonctionnement, la manoeuvre du mécanisme à poignée provoque un déplacement de l'arbre 70, si bien qu'un signal de sortie est transmis par le transducteur 76 à l'amplificateur différentiel 52, et un signal correspon- dant d'erreur provenant de l'amplificateur 52 parvient au distributeur 36, si bien que l'organe 34 de manoeuvre est déplacé d'une manière qui provoque un équilibre des signaux de sortie des transducteurs 48, 76, parvenant à l'amplifi- cateur 52 Le déplacement de l'organe 34 de manoeuvre provo- que un déplacement correspondant du mécanisme 26 à mâchoires et la différence de pression entre les canalisations 38 et 39 est négligeable tant qu'aucun objet n'est serré Cependant, lorsqu'un objet a été saisi par le mécanisme 26, cette dif- férence de pression augmente et le débit de fluide dans les canalisations 38 et 39 s'annule en fait La pression du flui- de renvoyé vers le distributeur 36 diminue à une valeur nulle si bien qu'un signal de sortie du transducteur 54 de pression différentielle, transmis à l'amplificateur 56, dé- pend de la force appliquée sur le mécanisme 26 à mâchoires par l'organe 34 de manoeuvre Un déséquilibre entre les signaux de sortie parvenant à l'amplificateur différentiel 56 provoque la transmission d'un signal correspondant au distributeur 80 qui transmet le courant de fluide de la pompe 86 à l'organe 60 de manoeuvre et applique une force au mé- canisme 30 à poignée dans un sens qui s'oppose à la manoeuvre de ce mécanisme 30, et ainsi qui permet l'équilibrage entre les signaux de la pression différentielle et de la force. L'utilisation du circuit multiplicateur 78 qui augmente ou réduit le signal de sortie de la cellule dynamométrique 62 permet l'égalisation de la force appliquée au mécanisme 30 à poignée à toute fonction de la force appliquée au mécanis- me 26-à mâchoires, par exemple à une fraction de la force dans le cas des charges importantes ou à un multiple de la force dans le cas d'objets fragiles. Lorsque le mécanisme 30 à poignée est relàché 5090 par l'opérateur, la force de rappel exercée par le ressort 72 de compression dans le caisson 64 déplace l'arbre 70 afin que le mécanisme 30 à poignée revienne vers sa posi- tion d'ouverture totale et provoque ainsi la création par le transducteur 76 d'un signal de sortie parvenant à l'an- plificateur différentiel 52 Un signal correspondant d'er- T,,tjr provenant de l'amplificateur 52 et destiné au distri- buteur 36 provoque la transmission par celui-ci du fluide des canalisations 38, 39 dans un sens qui provoque l'équi- librage des signaux de sortie reçus par l'amplificateur 52 en provenance des transducteurs 48, 76, si bien que le mécanisme 26 à mâchoires S 'ouvre. Le distributeur 44 de réglage de la pression qui contrôle la valeur de la force exercée par l'organe 34 de manoeuvre est commandé par le signal d'erreur provenant de l'amplificateur différentiel 52 Ainsi, lorsqu'un objet a été saisi par le mécanisme 26 à mâchoires la force réelle exercée par l'organe 34 de manoeuvre est proportionnelle au déplacement du mécanisme 30 à poignée. D'autres mouvements du bras principal 14 peuvent être transmis au bras asservi 12 par le tube 16 de passage, d'une manière connue, comme décrit par exemple dans le bre- vet britannique NO 1 108 873 Cependant, le cas échéant, tous ces mouvements peuvent être commandés d'une manière analogue à celle qui est décrite précédemment pour la com- mande du mouvement du mécanisme 26 à a O choires afin que l'opérateur qui se trouve du coté du bras principal 14 subisse dans une certaine mesure la force exercée par le bras asservi 12. L'invention convient à des applications dans lesquelles le tube 16 de passage est supprimé, un bras as- servi étant simplement fixé de manière démontable à un em- placement qui subit des conditions hostiles, cet emplacement pouvant communiquer avec un poste de commande dans lequel peut se trouver un opérateur, en dehors du milieu hostile. Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à l'utilisation d'un circuit hydraulique, pour la commande d'un 6 E 12515090 mécanisme à mâchoires d'un manipulateur il faut noter qu'un circuit pneumatique peut être utilisé le cas échéant. > 5 09 O REVENDICATIONS 1 Manipulateur ( 10) du type qui comprend un bras asservi ( 12) dont un mouvement au moins peut être assuré par un moteur à fluide ( 34), et un dispositif de com- mande de ce moteur à fluide ( 34), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 54) de contrôle de la pres- sion du fluide du moteur ( 34) et un dispositif ( 32) destiné à appliquer, au dispositif de commande ( 14), une force proportionnelle à cette pression. 2 Manipulateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit déplacement est celui d'un dispositif à mâchoires ( 26) du bras asservi ( 12). 3 Manipulateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le dispositif de commande ( 14) comporte un dispositif ( 30) à poignée commandée manuellement et destiné à manoeuvrer le dispositif ( 26) à mâchoires, la force impo- sée étant appliquée au dispositif à poignée ( 30). 4 Manipulateur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le dispositif de commande ( 14) comporte un moteur à fluide ( 60) destiné à être commandé par le dispositif à poignée ( 30), la force étant imposée par mise de l'alimentation en fluide ( 60) sous pression en di- rection s'opposant à la manoeuvre du dispositif à poignée ( 30). Manipulateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ( 62) de contrôle de la force appliquée par le dispositif à poignée ( 30) afin qu'il transmette un signal destiné à être comparé à un signal du dispositif de contrôle de pression ( 54) afin qu'il forme un signal d'erreur représentant la différence entre les deux signaux précités, et un distributeur d'asser- vissement ( 80) relié au moteur à fluide ( 60) du dis- positif de commande ( 14) et commandé par le signal d'erreur. 6 Manipulateur selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comprend un dispositif ( 78) destiné à mul- tiplier la force qui doit être imposée, par multiplication du signal du dispositif de contrôle ( 62) de la force du dispositif à poignée par un facteur supérieur, égal ou infé- 8 25: 5090 rieur à un. 7 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des trans- ducteurs de position ( 48, 76) placés au niveau du disposi- tif à mâchoires ( 26) et du dispositif à poignée ( 30), afin qu'ils contrôlent le fonctionnement du dispositif à mâchoi- res ( 26) et du dispositif à poignée ( 30), et qu'ils com- mandent le fonctionnement du dispositif à mâchoires ( 26) d'après la différence entre les signaux provenant des trans- ducteurs de position ( 48, 76). 8 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un disposi- tif élastique ( 72) monté entre le dispositif à poignée ( 30). et le moteur à fluide ( 60) de celui-ci, le dispositif élastique ( 72) étant rappelé afin qu'il s'oppose à la force imposée au dispositif à poignée ( 30). 9 Manipulateur selon l'une quelcornque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le moteur à fluide ( 34) du bras asservi ( 12) est un moteur hydrau- lique. Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 9, caractérisé en ce que le moteur à fluide ( 60) du dispositif de commande ( 14) est un moteur hydraulique. 11 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8,et 10, caractérisé en ce que le moteur à fluide ( 34) du bras asservi ( 12) est un moteur pneumatique. 12 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 9 et 11, caractérisé en ce que le moteur a fluide ( 60) du dispositif de commande ( 14) est un moteur pneumatique. 13 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il est raccordé de façon démontable à au moins un emplacement d'un local ( 22) ayant un milieu hostile, cet emplacement ou chaque emplace- ment -étant destiné à être raccordé à un dispositif de com- mande placé en dehors de ce local. 14 Manipulateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un bras principal ( 14) comprenant le dispositif de commande, et un tube ( 16) de passage destiné à relier le bras asservi ( 12) au bras principal ( 14).