Brevet FR2598668A1 — publié le 19871120

ENGIN MULTITACHES AUTOMOTEUR La présente invention concerne le domaine des engins d'assistance à la réalisation de travaux, par exemple de travaux publics ou de travaux de manutention en atelier, et plus particulièrement le domaine des engins comprenant un bras articulé porte-outils. Dans le domaine des travaux publics, on utilise couramment de gros engins de chantier porteurs d'une cabine à partir de laquelle un opérateur actionne l'engin. Dans des cas où l'espace disponible est plus restreint, ou bien où la tâche à accomplir ne nécessite pas le déplacement ou la mise en oeuvre d'un engin lourd, on a utilisé de petits engins télécommandés porteurs d'outils permettant d'assister un travailleur, par exemple pour des actions de levage, de chargement, de défoncement, etc... De tels engins, quand ils fonctionnent en chargement, peuvent attraper un objet dans une mâchoire ou autre moyen de préhension ou de portage actionné par le bras articulé pour déplacer l'objet vers un autre emplacement. Par exemple, après une opération de défoncement, L'engin télécommandé pourra saisir des déblais pour les porter vers un camion. Ainsi, seules des petites quantités peuvent être transportées d'un point à un autre et ensuite chargées. En outre, dans ces engins télécommandés classiques, quand on souhaite changer la tâche accomplie par l'engin, il faut remplacer l'outil porté par le bras articulé par un autre. Cette opération est généralement relativement complexe. De même, dans le domaine de la manutention, on utilise le plus souvent des chariots porte-palettes, susceptibles de soulever et déplacer une charge empilée sur une palette de dimensions normalisées. L'engin transporte nécessairement l'intégralité de la charge disposée sur la palette, sans possibilité de modifier cette charge soit par un ajout soit par un retrait d'une partie de la charge ; une modification nécessite une opération manuelle, ou l'intervention d'un autre engin tel qu'une grue ou un portique. La présente invention a notamment pour objet de prévoir un engin multitâches automoteur ayant une fonction de transport de charges. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel engin multitâches automoteur dans lequel le temps de changement d'outil soit bref. En outre, selon l'invention, le changement d'outil est au moins en grande partie mécanisé, de sorte qu'il est possible de changer rapidement des outils lourds, qu'un homme seul ne peut pas porter. Selon un autre objet de la présente invention, le changement d'outil s'effectue de façon quasi automatique, par manipulation du bras seul au moyen de ses commandes habituelles d'actionnement, le mouvement du bras provoquant par lui-même le verrouillage ou le déverrouillage de l'outil en bout du bras. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un engin multitâches automoteur comprenant un châssis, des moyens de roulement, un bras articulé pouvant recevoir, porter et actionner un outil tel qu'un outil de préhension, de chargement, de levage, de portage, de perçage, de taille, de coupe, de creusage, de frappe, de défoncement, etc... Le bras est monté sur une tourelle rotative suivant un axe vertical, la tourelle étant disposée de façon centrale à l'avant du châssis. Le châssis comprend une zone supérieure libre formant réceptacle pour recevoir et supporter une charge. La tourelle peut tourner autour de son axe pour orienter le bras selon une amplitude angulaire telle que le bras peut atteindre d'une part l'ensemble de la zone située devant l'engin et d'autre part la zone supérieure libre du châssis. Selon un aspect de l'invention, L'engin multitâches comprend en outre une seconde zone supérieure accessible par le bras et comportant un ratelier pour recevoir et maintenir divers outils de réserve, de sorte que le bras peut venir y reposer l'outil en cours d'utilisation et se relier à un autre outil prélevé dans ce râtelier. Selon un mode de réalisation, le râtelier comprend au moins un étrier pour recevoir un outil, l'outil étant engagé dans l'étrier selon un mouvement transversal, c'est à dire un mouvement dans le plan perpendiculaire à un axe longitudinal de l'outil ; une fois engagé, l'outil repose dans l'étrier qui assure alors son maintien longitudinal. La liaison entre le bras et l'outil est assurée par des moyens d'engagement mâle-femelle à embottement longitudinal. De la sorte, le bras peut se solidariser à un outil du râtelier par engagement selon un mouvement longitudinal, puis le bras peut dégager l'outil de l'étrier par un mouvement transversal ; l'opération inverse permet de reposer un outil dans le râtelier par un mouvement transversal, puis de séparer le bras de l'outil par un mouvement longitudinal. Un dispositif de verrouillage est prévu pour assurer le déverrouillage et le verrouillage automatiques entre le bras et l'outil par les seuls mouvements relatifs longitudinaux du bras par rapport au râtelier. Selon un mode de réalisation particulier, la zone antérieure du châssis de l'engin comprend des moyens pour recevoir et actionner un outil auxiliaire, permettant un travail en collaboration avec l'outil monté en bout du bras articulé. Par exemple on peut prévoir que l'outil auxiliaire est une fourche semblable à celle habituellement utilisée sur les chariots élévateurs, présentant une possibilité de coulissement vertical ; le bras permet alors d'enlever ou d'ajouter un élément sur une palette, la fourche permettant de soulever et déplacer la palette et la charge qu'elle supporte. On peut ainsi manipuler avec le bras articulé des charges lourdes disposées sur des palettes, charges qui ne pourraient pas être manipulées par un utilisateur seul. De préférence, la mobilité du bras articulé est telle qu'il peut maintenir une charge sur la zone supérieure libre du châssis pendant le roulement de l'engin. La manipulation et le transport de charges de formes très irrégulières sont ainsi considérablement facilités, sans nécessiter un emballage de formes appropriées. Une telle mobilité de bras peut être réalisée en prévoyant un bras comportant au moins trois segments articulés, à savoir une flèche montée sur une tourelle et orientable entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale, un second segment orientable en bout de flèche selon un débattement de 120 degrés environ à partir de son prolongement, et un troisième segment orientable en bout du second segment selon un débattement de 90 degrés environ de part et d'autre de son prolongement. Du fait que l'engin porte ses propres outils, cela simplifie et accélère notablement le changement d'outils, et confère à l'engin un caractère multitâches réellement opérationnel. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détails dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes, permi lesquelles - la figure 1 représente une vue de côté schématique d'un engin selon la présente invention - la figure 2 représente une vue de dessus de l'engin de la figure 1, avec un bras en position déployée - la figure 3 représente une vue de face de l'engin, avec le bras en position latérale - la figure 4 illustre le schéma de motorisation - la figure 5 représente en vue de côté un outil disposé sur son râtelier - la figure 6 représente en vue de face les étriers du râtelier ;; - la figure 7 représente en vue de dessus et en coupe longitudinale le dispositif d'accouplement entre le bras et un outil ; et - la figure 8 représente une vue schématique en coupe transversale selon le plan A-A de la figure 7. Comme le représentent les figures 1 à 3, un engin selon la présente invention comprend un châssis 1 porté par des roues telles que la roue 2. Sur les figures, on a représenté deux paires de roues, a savoir deux roues antérieures directrices 2 et 3, et deux roues postérieures 4 et 5 motrices. I1 est clair qu'un autre nombre de roues pourrait être adapté, ou encore que l'engin pourrait être muni de chenilles. La partie avant du châssis de l'engin porte, de façon centrale, une tourelle 6 pivotant autour d'un axe vertical I-I. Cette tourelle est disposée à l'avant de façon centrale par rapport à l'engin, et porte un bras articulé 7. Le bras articulé 7 comprend trois segments articulés, à savoir une flèche 8, un second segment 9 et un troisième segment 10. La flèche 8 est articulée, selon une première extrémité, sur la tourelle 6. et est orientable entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale. Le second segment 9 est articulé en bout de flèche 8, et est orientable, par rapport au prolongement de la flèche 8, selon un débattement angulaire de 120 degrés environ dans un plan vertical à partir du prolongement de la flèche. Le troisième segment 10 est articulé en bout du second segment 9, et est orientable de part et d'autre du prolongement du second segment 9 selon un débattement angulaire de 90 degrés environ dans un plan sensiblement vertical. Le fait de disposer la tourelle 6 à l'avant de façon centrale par rapport au châssis de l'engin permet de réaliser diverses opérations à l'avant et sur les côtés de engin, par exemple un perçageS un défoncement, une compression, une coupe, une préhension. Le bras articulé 7 a des dimensions propres à permettre de saisir à l'avant ou sur le côté de Engin des charges pour les déplacer. Le châssis 1 comprend en outre une zone supérieure libre 11 formant réceptacle pour recevoir et supporter une charge, non représentée sur les figures. La tourelle 6 peut tourner autour de son axe I-I pour orienter le bras selon une amplitude telle que le bras peut atteindre d'une part l'ensemble de la zone située devant l'engin, et d'autre part la zone supérieure libre 11 du chassies. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, la partie supérieure du chassies 1 comprend, en partie intermédiaire gauche, une zone 12 réservée formant poste de conduite, comportant les moyens de commande pour le bras, les roues directrices, et les organes moteurs. Dans d'autres modes de réalisation, on pourra préférer réaliser un engin sans poste de conduite porté, mais comportant des moyens de télécommande pour être commandé à distance par un utilisateur. Une telle réalisation peut être préférée par exemple pour un travail sur chantier, et/ou quand l'engin doit pénétrer dans une zone dangereuse. En outre, L'engin selon la présente invention comprend une seconde zone 13 supérieure, accessible par le bras, et comportant un ratelier 14 pour recevoir et maintenir divers outils 15 de réserve. Les outils 15 de réserve sont adaptables au bras, et peuvent être par exemple une scie, un outil de préhension tel qu'une pince, un outil de perçage, etc... Ce râtelier est agencé pour que le bras puisse venir y reposer l'outil en cours d'utilisation et se fixer à un autre outil pour la tache suivante à accomplir. Dans un mode de réalisation pratique, la tourelle peut avoir une capacité de rotation inférieure à 360 degrés, par exemple de l'ordre de 300 degrés, pour permettre de travailler seulement sur l'avant et les côtés de l'engin, et sur l'arrière pour atteindre la zone supérieure libre 11 et le râtelier 14, en évitant le poste de conduite 12. Ceci simplifie beaucoup les transmissions de puissance entre les moyens moteurs et le bras ou les outils portés par le bras. Les divers organes de l'engin sont actionnés par une chaine cinématique schématiquement représentée sur la figure 4. Dans le mode de réalisation représenté, qui convient particulièrement pour des applica tions de manutention en atelier, cette channe comprend une batterie de traction 16 que l'on recharge à l'arrêt, deux motoréducteurs 17 et 18 avec variateur de vitesse pour l'entratneaent des roues motrices 2 et 3, un groupe hydraulique comportant une motopompe 19 et un dispositif de distribution 20 relié par des conduites à des vérins d'actionnement des organes tels que le bras et la tourelle.Un pupitre de commande est prévu dans le poste de conduite 12, et comprend des manipulateurs 21 actionnant les moyens de distribution 20. Dans les modes de réalisation dans lesquels l'engin est télécommandé, on utilise des moyens hydrauliques ou électriques permettant, par télécommande, par fil ou ondes radio ou infrarouges, de commander le bras, la tourelle et les roues. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la face antérieure 22 du châssis 1 est équipée d'un système de fourche 23 horizontale à coulissement vertical, telles que des fourches couramment utilisées dans les chariots élévateurs de manutention. A l'aide de cette fourche 23, l'engin peut lever, transporter, poster des caisses ou palettes contenant les éléments à manipuler par le bras 7. La combinaison du dispositif de transport de palettes 23 et du bras manipulateur 7 est une caractéristique importante de l'invention, car elle rend l'engin autonome dans son approvisionnement en éléments à manipuler. Dans d'autres modes de réalisation, la zone antérieure 22 reçoit des outils auxilaires différents, qui viennent compléter l'action des outils portés par le bras 7.-On peut par exemple adapter une pince, une scie, une lame, un outil de débroussaillage, un rouleau vibrant, etc... Les figures 6 à 8 illustrent un mode de réalisation du dispositif d'accouplement entre les outils 5 et le bras 7. Dans le mode de réalisation représenté, le râtelier 14 est une paroi sensiblement verticale, disposée transversalement sur la surface supérieure du châssis 1, et comportant des encoches verticales telles que l'encoche 24 représentée sur la figure 6. Ainsi, l'encoche 24 définit un étrier pour le maintien d'un outil. En position d'attente, représentée en traits forts sur la figure 6, l'outil 5 repose sur le râtelier 14, engagé dans un étrier 24. En position de travail, représentée en traits mixtes, l'outil 5 est accroché en bout du bras 7. Comme le représente la figure 7 en coupe longitudinale, le bras 7 comprend, en bout de son troisième segment 10, une broche longitudinale 25 munie d'une gorge annulaire 26 au voisinage de son extrémité 27. L'outil 5 comprend un manche tubulaire longitudinal 28, à alésage longitudinal 29 conformé pour recevoir avec un faible jeu la broche 25 longitudinale du bras 7. Une douille 30 est montée à coulissement longitudinal sur le manche tubulaire 28, et comprend deux gorges intérieures annulaires 31 et 32 séparées par une portion pleine 33. La paroi latérale du manche 28 comprend au moins un alésage radial 34 dans lequel coulisse un doigt de verrouillage 35. Les deux extrémités 36 et 37 du doigt 35 sont susceptibles de faire saillie alternativement dans l'alésage longitudinal 29 du manche et hors de la surface extérieure du manche 28, la longueur du doigt 35 étant légèrement supérieure à l'épaisseur de la paroi du manche 28. La douille 30 comprend une surface extérieure 38 conformée pour s'engager transversalement dans l'étrier 24 du râtelier 14 et y être solidarisée longitudinalement.Pour cela, on prévoit, sur la surface extérieure 38 de la douille 30, une gorge annulaire 39 présentant un diamètre intérieur réduit par rapport à la surface extérieure 38 de la douille, le diamètre intérieur étant légèrement inférieur à la largeur de l'encoche formant l'étrier 24. La largeur de la gorge 39 est légèrement supérieure à l'épaisseur de la paroi formant le râtelier 14. La douille 30 est sollicitée longitudinalement par des moyens de rappel élastiques telles que des ressorts 40 et 41 montés sur le manche 28, et tendant à la ramener de part et d'autre en une position centrale de verrouillage, représentée sur la figure 7, dans laquelle sa portion pleine 33 est en regard de l'alésage radial 34. La gorge annulaire 26 de la broche 25, et l'extrémité 27 de cette même broche comportent des faces obliques destinées à coopérer avec des faces obliques correspondantes de la première extrémité 36 du doigt de verrouillage. De même, les gorges annulaires intérieures 31 et 32 de la douille 30 comportent des bords obliques pour coopérer avec le rebord tronconique de l'extrémité 37 du doigt 35 de verrouillage. Le fonctionnement du dispositif d'accouplement est le suivant Lorsque l'outil est porté par le bras, en fonctionnFiment normal, les ressorts 40 et 41 maintiennen la douille 30 an position verrouillage. La douille 30 est en appui sur le doigt de errc:!illogr 35 et maintien son extrémité 36 en engagement dans la gorge 2 de la broche 25 du bras. En fin de cycle de travail, pour enlever l'outil, le bras rapproche l'outil 5 du râtelier 14, et engage la douille 30 selon sa gorge extérieure 39 dans l'étrier 24 selon un mouvement transversal de haut en bas. Par entratnement en translation axiale de la broche 25 du bras par rapport à l'étrier 14, la douille étant retenue par l'étrier, on provoque un déplacement relatif de l'outil 5 et de son manche 28 par rapport à la douille 30. Ainsi, par une traction exercée sur le bras dans le sens de la flèche 42, on déplace l'ensemble de l'outil 5 et du bras jusqu'à amener l'alésage axial 34 et le doigt de verrouillage 35 en face de la gorge 31 de la douille 30. En poursuivant la traction, la broche 25 tend à écarter le doigt 35 qui pénètre dans la gorge 31 de la douille 30 et qui libère le bras, l'outil 5 restant en poste sur le râteler, maintenu par la douille 30. Pour adapter sur le bras 7 un outil étant initialement en poste sur le ratelier 14, on introduit la broche 25 dans l'alésage 29 ; l'extrémité 27 vient buter contre le doigt 35, et repousse l'outil 5 dans le sens de la flèche 43, jusqu'à amener le doigt 35 en face de la gorge 32 ; le doigt pénètre alors dans la gorge 32 et permet la pénétration complète de la broche 25 dans l'alésage ; la douille 30 revient alors en position de verrouillage, et introduit le doigt dans ia gorge 26 ; le bras peut alors dégager l'outil 5 par une translation transversale vers le haut pour sortir la douille 30 de l'encoche 24. De préférence on peut prévoir plusieurs doigts de verrouillage tels que le doigt 35, répartis radialement dans des alésages radiaux. Ainsi, sur la figure 8, le verrouillage est assuré par quatre doigts. Il est nécessaire également de solidariser en rotation 1outil 5 par rapport au bras 7. Pour cela, la section extérieure de la broche 25 comporte au moins une portion non circulaire coopérant avec une portion non circulaire de l'alésage 29 du manche 28. I1 est possible d'adapter en bout de bras un outil 5 tel qu'une pince comprenant plusieurs parties articulées entre elles et soll c tecs les unes par rapport aux autres par des vérins. On commence es vc=lii a partir du poste de conduite, et ils sont reliés de manière conne :u: moyens de distribution 20 par des conduites non seprfentées sur les figures. Des raccords rapides sont prévus pour raccorder les conduites du bras aux conduites correspondantes de l'outil. Ces raccords peuvent être engagés manuellement par l'opérateur. En alternative, on peut les fixer sur le bras et sur l'outil de telle manière qu'ils s'engagent automatiquement lors de l'engagement de la broche 25 dans l'alésage 29. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Engin multitâches automoteur, comprenant un chassies (1), des moyens de roulement (2), un bras articulé (7) pouvant recevoir, porter ou actionner un outil (5) tel qu'un outil de préhension, de chargement, de levage, de portage, de perçage, de taille, de coupe, de creusage, de frappe, de défoncement, etc..., caractérisé en ce que - le bras (7) est monté sur une tourelle (6) rotative suivant un axe vertical (I-I), disposée de façon centrale à l'avant du chassies (1), - le châssis (1) comprend une zone supérieure libre (11) formant réceptacle pour recevoir et supporter une charge, - la tourelle (6) peut tourner autour de son axe pour orienter le bras selon une amplitude telle que le bras peut atteindre d'une part l'ensemble de la zone située devant l'engin, et d'autre part la zone supérieure libre (11) du châssis. 2 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis comprend en outre une seconde zone supérieure (13) accessible par le bras (7) et comportant un râtelier (14) pour recevoir et maintenir divers outils de réserve, de sorte que le bras (7) peut venir reposer un outil (5) en cours d'utilisation et se relier à un autre outil prélevé dans ce râtelier. 3 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que - dans le râtelier (14), l'outil (5) est engagé selon un mouvement transversal dans un étrier (24) assurant son maintien longitudinal et dans lequel il repose, - la liaison entre le bras et l'outil est assurée par des moyens d'engagement mâle-femelle (25, 28) à embottement longitudinal, de sorte que le bras (7) peut se solidariser à un outil du râtelier par engagement selon un mouvement longitudinal, puis dégager l'outil par un mouvement transversal, l'opération inverse permettant de reposer un outil dans le râtelier. 4 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de verrouillage (30, 35) entre le bras et l'outil, le dispositif de verrouillage étant actionné automatiquement par les mouvements relatifs longitudinaux du bras par rapport au râtelier. 5 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que - l'extrémité du bras (7) comprend une broche longitudinal (25) munie d'une gorge annulaire (26), - l'outil (5) comprend un manche tubulaire (28) à alésage longitudinal conformé pour recevoir avec un faible jeu la broche (25) longitudinale du bras, - une douille (30) est montée à coulissement longitudinal sur le manche tubulaire (28), et comprend deux gorges intérieures annulaires (31, 32j séparées par une portion pleine (33)j - la paroi latérale du manche (28) comprend au moins un alésage cardial (34) dans lequel coulisse un doigt de verrouillage (35) dont les extrémités (36, 37) sont suceptibles de faire saillie alternativement dans l'alésage longitudinal (29) du manche et hors de la surface extérieure du manche, - la douille (30) comprend une surface extérieure (38) conformée pour s'engager transversalement dans l'étrier (24) du atelier (14) et y et > e solidarisé; longitudinalement, - la douille (30) est sollicitée longitudinalement par des moyens de rappel élastiques (40, 41) la ramenant en une position de verrouillage dans laquelle sa portion pleine (33) est en regard de l'alésage radial (34) de sorte que, en position de verrouillage, la douille repousse le doigt de verrouillage et l'introduit ou le maintient engagé dans la gorge ( de la broche du bras, et que, par déplacement relatif de la broche et de l'étrier, la douille est coulissée en position de déverrouillage dans laquelle le doigt de verrouillage (35) peut pénétrer dans l'une des gorges annulaires (31, 32) de la douille et dégager i'alésare longitudinal. 6 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la broche (25) et l'alésage (29) presentent des sections complémentaires non circulaires pour solidarsser en rotation l'outil sur le bras. 7 - Engin multitâches automoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce a-e la zone antérieure (22) du châssis comprend des moyens pOJr recevoir et actionner un outil auxiliaire (23) 5 - Engin multitaches aitomotetlr selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'outil auxiliaire est une fourche de chariot élévateur à déplacement vertical. 9 - Engin multitâches automoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la mobilité du bras articulé (7) est telle qu'il peut maintenir une charge sur la zone supérieure libre (11) du châssis, pendant le roulement de l'engin. 10 - Engin multitâches automoteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bras (7) comprend au moins trois segments articulés, à savoir une flèche (8) orientable entre une position sensiblement horizontale et une position sensiblement verticale, un second segment (9) orientable en bout de flèche selon un débattement de 120 degrés environ à partir de son prolongement, un troisième segment (10) orientable en bout du second segment selon un débattement de 90 degrés environ de part et d'autre de son prolongement.