Brevet FR2594899A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne un moyen d'asservissement et de contrôle pour actionneurs ou transmetteurs de puissance tels que vérins hydrauliques, linéaires ou rotatifs - vérins pneumatiques - moteurs électriques pas à pas etc Actuellement, les différents transmetteurs de puissance sont alimentés soit par un fluide sous pression fourni par une pompe, soit par un courant électrique produit par un générateur. Entre ces différents transmetteurs de puissance et les pompes ou générateurs électriques qui les alimentent, sont placés des organes appelés distributeurs, électrovannes, interrupteurs, etc ... munis d'une manette ou levier sur lesquels un opérateur et agir pour commander le sens de marche et l'arrêt desdits transmetteurs de puissance. On connait par exemple les actionneurs hydrauliques employés par les engins de levage, de manutention, grue, pelle mécanique, etc ... Leurs mouvements: avance-recul, droitegauche, montée-descente arrêt, peuvent être reliés à une ou plusieurs manettes actionnées par un opérateur. L'inconvénient majeur de ce système de commande, c'est que l'opérateur doit posséder un entrainement suffisant pour maîtriser les différents mouvements de l'engin, mais ne pourra pas pour autant contrôler la vitesse et la position de l'outil à manoeuvrer si celui-ci ntest pas constamment sous son regard. Aucune information sensitive ne lui sera fournie à travers la ou les manettes de commande. La présente invention permet d'obvier aux inconvénients susmentionnés en ce qu'elle permet de réunir la commande de tous les mouvements en une seule manette. Mais, cette manette pourra décrire dans l'espace tous les mouvements voulus par l'opérateur, et d'une seule main; ces mouvements seront automatiquement reproduits, amplifiés ou non en vitesse et en puissance, par l'outil ou l'organe travaillant en bout de flèche. De plus, l'arrêt de la manette à n'importe quel point dans l'espace provequera l'arrêt automatique de tous les mouvements de ]'outil. De ce fait, la position de l'outil Correspondra exactement à la position de la manette. Le système, objet de l'invention, comporte une manette qui actionne un vérin manipulateur, lequel est relié à un vérin distributeur, à un vérin pilote et un vérin accélérateur, formant un ensemble d'asservissement. Les circuits reliant le vérin manipulateur au vérin distributeur au vérin pilote et accélérateur sont remplis de fluidehydraulique sans pression, mais de telle façon qu'il ne puisse subsister de poches d'air, car l'élasticité de ces dernières perturberait le temps de réponse des différents pistons. Ce montage est caractérisé en ce que les volumes des circuits sont constants, permettant un calage de part et d'autre des pistons par le fluide non élastique. Les vérins d'asservissement sont tous à double effet. Le montage particulier des vérins cités, permet l'asserisse- ment et le contrôle d'un actionneur hydraulique, ou pneumatique ou moteur électrique. Une condition du bon fonctionnement de l'ensemble réside dans l'étanchéité des circuits entre les vérins manipulateur, distributeur et pilote, mais ceux-ci ne supportent qu'une pression minime, dans le montage particulier de l'invention, seulement au moment du déplacement du tiroir distributeur. Dans le cas de déclenchement par électrovanne, l'effort est encore plus faible, permettant d'utiliser des composants très légers. Dans le cas d'utilisation d'un actionneur hydraulique, ce dernier est sous pression et peut être à double ou simple effet. Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple non limitatif des modes de réalisation du système conforme à l'invention, et permettront de faire apparaître d'autres caractéristiques conjointement avec la description ci-après. l.a figure 1 représente de manière très schématisée, un exemple de montage de vérins pour l'asservissement et de contrôle d'un actionneur hydraulique double effet. La figure 2 représente schématiquement une variante de la figure 1 dont le vérin hydraulique rectiligne actionneur est remplacé par un vérin hydraulique rotatif placé à l'articulation de la poutre et du bras de levier. La figure 3 représente schématiquement une autre variante de la figure 1, dont le vérin hydraulique actionneur est remplacé par un actionneur électrique. I.a figure 4 représente schématiquement un ensemble mécanique articulé, équipé à chaque articulation d'un vérin hydraulique actionneur susceptible d'être pourvu d'un système d'asservissement et de contrôle, objet de l'invention. Ainsi, chaque vérin manipulateur de la figure 5 est un élément d' asservissement de chaque vérin actionneur de la figure 4. our la simplicité du dessin, les vérins distributeurs - vérins pilotes - accélérateurs ne sont pas représentés. La figure 5 représente de manière très schématisée un support articulé, actionné à la main, comportant un vérin manipulateur à chaque articulation ; chaque vérin manipulateur se rapporte à un asservissement différent. Pour la bonne compréhension du texte qui va suivre, précisons qu'on entend par "côté piston" l'extrémité du vérin où sort le piston, et on entend par "côté tube", l'extrémité opposée. Selon l'exemple représenté en figure 1, un vérin hydraulique actionneur ~ à double effet est monté articulé côté tube par un axe 10 sur une poutre 11 d'une part, et côté piston 12 par un axe li sur un bras 14, d'autre part. La poutre 11 et le bras 14 forment un compas articulé en leur extrémité 15 par un axe 16. Le vérin hydraulique actionneur 7 à double effet est alimenté en fluide sous pression par un distributeur 79 à dotble effet, avec les circuits 8 et 9, lequel fluide sous pression est fourni par une pompe 26 à débit variable. cette même figure 1, un vérin pilote 5 est articulé côté tube par un axe 17 sur la poutre 11 d'une part, et côté piston 18 par un axe 19 sur le bras 14, d'autre part, lequel vérin pilote 5 est positionné sensiblement parallèlement au vérin hydraulique actionneur 7. Un vérin distributeur 4 est rendu solidaire avec tout moyen approprié au distributeur 22 et le piston 21 dudit vérin 4 est raccordé au tiroir du distributeur 22. Un vérin manipulateur 2 est articulé côté tube par un axe 27 sur un support 28 d'une part, et côté piston 20 par un axe 1 positionné sur une manette 29 d'autre part. Un vérin accélérateur 25 est solidaire par tout moyen approprié du boîtier accélérateur 24 relié à la pompe 26 à débit variable. Tous les vérins d'asservissement et de contrô-le: vérin pilote 5 - vérin distributeur 4 - vérin manipulateur 2 vérin accélérateur 25, sont reliés côté tube par une canalisation , et côté piston par une canalisation 6. Le système (selon la figure 1) fonctionne de la manière suivante: Supposons que le tiroir du distributeur 22 est au point neutre, c'est-à-dire ni tiré, ni poussé ; la pompe 26 est en marche et débite normalement, le fluide circule librement par le distributeur 22 et revient au réservoir ; le bras 14 est immobile et la main de l'opérateur posée sur la manette 29 est aussi immobile. Si l'opérateur pousse la manette 29 qui agit directement sur le piston 20 du vérin manipulateur 2, le piston 18 du vérin pilote 5 ne bouge pas, étant calé entre le bras 14 et la poutre 11, seul le piston 21 du vérin distributeur 4 se déplace et pousse le tiroir du distributeur 22, et à.ce moment, le vérin hydraulique actionneur 7 est alimenté en fluide sous pression par le circuit 8 permettant à son piston 12 de pousser le bras 14 ; au même instant, le piston 18 se trouve entraîné par le bras 14 et un échange constant de fluide s'établit entre le vérin pilote 5 et le vérin manipulateur 2, à condition qu'on pousse le piston 20 d'une façon continus. Si on arrête la manette 29 à un point quelconque, le piston 20 s'arrêtera et l'échange de fluide entre le vérin pilote 5 et le vérin manipulateur 2 ne se fera plus, à ce moment le vérin pilote 5 cherchera l'échange de fluide avec le vérin distributeur 4, ce qui aura pour effet de tirer sur le piston 21 qui raménera le tiroir du distributeur 22 à son point neutre. Le bras 14 s'arrêtera en même temps que la main de l'opérateur, par conséquent, ltopérateur pourra contrôler et apprècier constamment la position de l'extrémité 23 du bras 14, suivant la position de sa main. Pou obtenir un mouvement inverse du bras 14 de levier, il suffira de tirer vers soi sur la manette 29. On peut diminuer la vitesse d'un mouvement du bras 9 de levier., simplement en diminuant la vitesse de déplacement de la manette 29 ; le distributeur 22 ne s'ouvrira que partiellement, diminuant ainsi le débit du fluide dans le circuit 8 vers le vérin actionneur 7. Pour augmenter la vitesse, il faudra au contraire déplacer plus vite la manette 29 ; le distributeur 22 sera grand ouvert, mais pour avoir plus de débit dans le circuit 8 vers le vérin actionneur 7, il faudra nécessairement plus de débit à la pompe 26. C'est à ce moment là que le piston 30 du vérin accélérateur 25 sera poussé vers le boîtier accélérateur 24, qui provoquera l'augmentation du débit à la pompe 26. La figure 4 représente une variante de conception par rapport à la figure 1, en ce que le vérin hydraulique actionneur 7 est remplacé par un vérin hydraulique rotatif 3I, lequel est placé à l'extrémité 15 de rotation du bras 14 et de la poutre 11 pour ouvrir et fermer le compas formé par ladite poutre ll et ledit bras 14. Le vérin hydraulique rotatif 31 est alimenté de façon adéquate par les circuits 8 et 9 provenant du distributeur 22. Le processus d'asservissement sera le même que celui décrit précédemment, ainsi que le montage des vérins d'asservissement. La figure 5 représente une autre variante de concep tison, en ce que le vérin actionneur rotatif 31est remplacé par un actionneur électrique 32 pas à pas à l'extrémité 15 de rotation, pour ouvrir ou fermer le compas formé par la poutre 11 et le bras 14. Aussi, les circuits 8 et 9 de fluide sont remplacés par des fils électriques 33 et 34, alors que le distributeur 22 est également remplacé par un interrupteur 35 inverseur électrique ; cependant le système hydraulique d'as servissement et de contrôle reste identique au système précé dent objet de l'invention. Considérons maintenant (figure 4) un bras, par exemple celui d'une pelle mécanique qui pivote aux axes 36, 37, 38, 39, 40, 41 (figure 5), lesquels axes sont respectivement animés dans l'ordre précité par des vérins actionneurs 42, 43, 44, 45, 46, 47, et chaque vérin actionneur peut être asservi par un ensemble (non représenté) comportant un vérin- manipulateur 2, un vérin pilote 5, un vérin distributeur 4, et dans certains 5cas, un vérin accélérateur 25, selon l'exemple décrit par la figure 1. Dans cette dernière hypothèse, tous les vérins manipula teurs 48, 49, 50, 51, 52, 53, (figure 2) sont positionnés sur un même support articulé 54 de dimension réduite et comportant Onaturellement le même nombre d'axes, srientables de la même façon que le bras à commander. Le support articulé se termine par une manette 29. En déplaçant cet-te manette 29 tous azimuts suivant la volonté de l'opérateur, l'outil se déplacera en bout de flèche en décrivant les mêmes figures amplifiées ou non et à la vitesse désirée. Les applications de ce système sont multiples, notamment sur des engins agricoles, travaux publics, manutention, rabotique, etc REVENDICATIONS 1) Système d'asservissement et de contrôle pour vérins hydrauliques actionneurs, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin manipulateur (2), un vérin distributeur (4), un vérin pilote (5) et éventuellement un vérin accélérateur (25), tous reliés entre eux côté tube par un circuit (3) et côté piston par un circuit (6), lesquels circuits (3) et (6) sont remplis de fluide sans pression et le vérin distributeur (4) agit sur le tiroir du distributeur (22) qui commande un vérin hydraulique actionneur (7) par les circuits (8) et (9) sous pression. 2) Système d'asservissement et de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin accélérateur (75) est solidaire d'un boîtier accélérateur (24) relié à une pompe (26) à débit variable. ) Système d'asservissement et de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin manipulateur (2), le vérin distributeur (4) et le vérin pilote (5) peuvent agir sur un moyen actionneur rotatif hydraulique ou pneumatique, et électrique. 4) Système d'asservissement et de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin pilote (5) et le vérin hydraulique actionneur (7) peuvent être montés, sensiblement parallèles par une de leurs extrémités sur le bras (14) et par leur autre extrémité sur une poutre (11). 5) Système d'asservissement et de contrôle selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs vérins actionneurs montés sur un bras articulé à plusieurs axes peuvent être asservis et contrôlés par plusieurs groupes de vérins d'asservissement dépendant d'une seule manette se déplaçant dans l'espace tous azimuts. 6 ) Système d'asservissement et de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un actionneur électrique (.n^) le vérin distributeur (4) agit sur un interrup tcur (35 inverselm- électrique.