Brevet FR2645240A1 — publié le 19901005

L'invention est relative à un élément de liaison entre un organe fonctionnel de travail et d'exploration et une centrale de commande et d alimentation à distance. Elle trouvera tout particulièrement son application dans l'industrie pour équiper des appareillages destinés à travailler dans des espaces réduits tels que notamment des conduits. Les développements technologiques contribuent sans cesse à l'automatisation des taches. Les avantages sont une productivité et une efficacité élevées ainsi qu'un niveau de qualité également renforcé. Pour ces motifs, de nombreuses taches aujourd'hui sont confiées à des dispositifs automates. La présente invention concerne plus spécialement les dispositifs automates étudiés pour permettre un travail commandé à distance. Les applications en sont multiples. L'exemple choisi ici pour illustrer une mise en oeuvre de l'invention est le travail dans un conduit peu accessible. Selon la nature du travail à effectuer, le dispositif automate sera plus ou moins complexe mais en tout état de cause, il est nécessaire d'assurer une liaison entre l'élément de travail proprement dit du dispositif et une centrale de commande, ne serait-ce que pour fournir l'énergie nécessaire à la réalisation du travail en question. Pour chaque cas d'espèce, il faut étudier les liaisons à établir entre le matériel introduit dans le conduit et le reste de la machine située à l'extérieur du conduit. En outre, l'élément de liaison doit entre également adapté aux dimensions du travail å effectuer. Dans le cadre de la présente invention, l'élément de liaison peut couvrir aussi les tailles macroscopiques ou microscopiques, comme cela se rencontre dans le milieu médical. 11 existe des problèmes spécifiques aux opérations réalisées dans des espaces réduits tels que des conduits. Les moyens mis en oeuvre pour assurer ces travaux sont généralement de trois groupes types selon leur objet. Tout d'abord, en ce qui concerne l'organe fonctionnel de travail et d'exploration. il s'agit d'un appareillage plus ou moins complexe qui doit pouvoir opérer dans une partie plus ou moins importante du conduit à partir d'un accès initial. L'organe fonctionnel doit etre à mème d'effectuer un ou plusieurs travaux et éventuellement à rendre compte de l'état de l'environnement, Par exemple, une reconnaissance topologique, un diagnostic d'état ou de fonctionnement doivent pouvoir etre effectués dans certains cas. Pour cela, l'organe fonctionnel est équipé de capteurs divers qui lui permettront de mesurer une température, une pression, une force, un positionnement, une forme, un état de surface ou autre. Un équipement endoscopique pourra également être monté sur l'organe fonctionnel pour permettre une reconnaissance précise du milieu. En outre, organe fonctionnel doit également comporter un outillage de travail pour effectuer certaines opérations. Il peut s'agir de nettoyage, grattage, déformation, pulvérisation, prélèvement ou autre. En dehors de l'action mécanique de l'outillage, l'organe fonctionnel pourra également être équipé de moyens d'actions physiques ou chimiques qui lui permettront d'effectuer des tests par exemple. A cté de l'organe fonctionnel de travail et d'exploration, il y a une centrale de commande et d'alimentation à distance. En effet, en raison des dimensions modestes que doit présenter l'organe fonctionnel , celui-ci ne peut être entièrement autonome. Il est par conséquent piloté à partir d'une centrale qui analyse les données envoyées par l'organe fonctionnel qui dépendent du milieu et du travail effectué afin d'agir sur la partie motrice de l'organe fonctionnel pour accomplir une tâche déterminée. La fourniture d'énergie est un aspect important du travail de la centrale d'alimentation à distance car bien souvent des puissances importantes sont requises, ce qui nécessite la mise en oeuvre de moyens moteurs adéquats. L'énergie peut se présenter sous différentes formes telles qu'air comprimé, électricité, fluide hydraulique ou autre. A cet égard, des éléments de liaison intermédiaires entre l'organe fonctionnel de travail et d'exploration et la centrale de pilotage et d alimentation à distance doivent également être employés pour assurer la jonction. Leur role est multiple; en effet, l'élément de liaison doit à la fois permettre l'échange de donnes de commande, l'approvisionnement en énergie, le cas échéant la fourniture de produits, et surtout l'élément de liaison doit assurer le soutien et le guidage mécanique de l'organe fonctionnel dans le conduit. La complexité sans cesse croissante des appareillages conduit à leur donner de multiples fonctions. Ainsi, par exemple, l'organe fonctionnel doit être à même de nettoyer le conduit mais en même temps à transmettre l'image du travail accompli et également donner des renseignements sur certains paramètres physiques ou chimiques concernant le processus en cours. Ces exigences font qu aujourd hui, les organes fonctionnels de travail ne peuvent plus se satisfaire d'une simple liaison comme cela se rencontrait par exemple avec le nettoyage effectué par une brosse entrainée par un flexible dans une gaine. Les constructeurs sont donc amenés à utiliser actuellement comme éléments de liaison une juxtaposition de moyens, chacun d'eux étant à action spécifique. On rencontre par exemple l'utilisation d'un tuyau souple pour véhiculer le fluide moteur, Ce tuyau étanche résiste à la pression mais ne comporte aucune caractéristique mécanique adaptée au compromis de rigidité et de flexibilité recherché pour permettre d'assurer le soutien mécanique et le déplacement de l'organe fonctionnel le long de la géométrie du conduit. Le câble électrique à conducteurs multiples est bien adapté pour permettre l'échange de données et éventuellement la fourniture d'énergie électrique mais ne répond pas non plus aux exigences mécaniques nécessaires. Il faut donc leur adjoindre un jonc ou gaine plus ou moins adapté pour transmettre l'effort mécanique de traction ou de poussée tout en s'adaptant aux courbures du conduit. L'obligation d associer des éléments de liaison spécifiques cause de nombreux problèmes de fonctionnement. On rencontre des emmêlages. des pincements, des coupures d'éléments de liaison faible et il est également difficile de guider et de transmettre des efforts à un paquet d'éléments de liaison, Il faut également souligner la nécessité d'employer de multiples connecteurs aux extrémités pour raccorder chaque élément de liaison. le but principal de la présente invention est de présenter un élément de liaison entre un organe fonctionnel de travail et d'exploration et une centrale de pilotage et d'alimentation å distance qui soit multi-fonction, c'est-à-dire que l'élément de liaison de 1 invention est á même de fournir et transporter l'ensemble des besoins nécessaires à l'organe fonctionnel de travail et à la centrale de pilotage et d'alimentation pour fonctionner correctement. La circulation des besoins peut être bi-directionnelle. c'est-à-dire de l'organe de travail vers la centrale de pilotage et d'alimentation et inversement, et se présentera sous des formes multiples telles que circulation d'un fluide, de gaz, d un rayonnement optique, d'un courant ou signaux électriques...' La construction d'éléments de liaison dépend dans chaque cas des besoins spécifiques. Toutefois, en toute circonstance, un compromis entre rigidité et flexibilité doit être obtenu pour autoriser un fonctionnement adapte de l'organe fonctionnel. Un rayon de courbure minimum est accordé à l'élément de liaison pour faciliter son stockage par enroulement sur touret. Cette flexibilité lui permet également de suivre des conduits sinueux. Toutefois, la rigidité de l'élément de liaison permet d'assurer un positionnement rigoureux de l'organe fonctionnel et de supporter les contraintes mécaniques susceptibles d'être engendrées au niveau de la liaison par le travail des outils. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée quba titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon 1 invention, l'élément de liaison d'un organe fonctionnel de travail et d'exploration à une centrale de commande et d'alimentation à distance, dont le rôle est d'assurer le guidage et le soutien mécanique de l'organe fonctionnel, ainsi que la fourniture d'énergie nécessaire à l'organe fonctionnel sous forme de fluide moteur, la transmission de données, produit ou autre entre l'organe fonctionnel et la centrale, caractérisé par le fait qu'il présente la structure suivante - un tuyau central étanche qui achemine le fluide moteur, - une enveloppe externe semi-rigide qui, en combinaison avec le tuyau, limite la torsion et la flexion de l'élément, - une série d'alvéoles placées dans l'une ou l'autre des parties précédentes dans lesquelles sont introduits des conducteurs électriques, fibres optiques, produits chimiques ou autres qui assurent la transmission bi-directionnelle des besoins. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels: - la figure 1 schématise une installation de travail dans un conduit contrôlée et commandée à distance. - la figure 2 schématise la structure de l'élément de liaison selon la présente invention, - la figure 3 illustre un premier mode de réalisation de l'élément de liaison de l'invention, - la figure 4 représente un détail de construction de 1 enveloppe externe de l'élément de liaison, - la figure 5 illustre un second mode de réalisation de l'élément de liaison selon la présente invention, - la figure 6 montre un troisième mode de réalisation de l'invention. La présente invention vise un élément de liaison d'un organe fonctionnel de travail et d'exploration à une centrale de commande et d'alimentation à distance. Elle trouvera plus particulièrement son application dans l'industrie pour le pilotage de dispositifs automates travaillant dans des conduits. Il est connu des dispositifs automates de formes et de buts différents constitués génêralement d'un organe de travail, d'un dispositif de commande et de contrôle du dit organe de travail, dissocié de ce dernier, et relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un élément de liaison. Cet élément de liaison doit disposer de fonctions multiples qui dépendent de chaque cas d'espèces, Au minimum, l'élément de liaison devra fournir à l'organe fonctionnel de travail son alimentation en énergie ainsi que les ordres de commande. Comme rappelé dans le préambule de la présente demande, il sera donc nécessaire de véhiculer différents types d'énergie tels que fluide, gaz, rayonnement optique, courant ou signaux électriques. En outre, l'élément de liaison devra dans le cas d'automatisme ou de télécommande prévoir une liaison, quelquefois bi-directionnelle, entre l'organe fonctionnel de travail et la centrale de commande. Par exemple, dans le cas de nettoyages de conduits, il faut envisager l'alimentation de l'outillage, par exemple au moyen d'air comprimé, puis transmettre une image du travail accompli, et transmettre des paramètres physiques sur le processus en cours comme par exemple couple, vitesse, ou similaire. Cela étant, l'élément de liaison doit également jouer un rôle mécanique de positionnement, déplacement et soutien de 1 organe fonctionnel dans le conduit. En outre, si une action chimique est requise, il sera également nécessaire d'envoyer par la liaison un produit chimique destiné à être pulvérisé. La présente invention propose une structure qui permet de répondre à ces différents objectifs et permet de pallier aux inconvénients poses par les réalisations connues à ce jour. La figure t schématise une mise en oeuvre de l'invention. Il s'agit par exemple d'effectuer un travail dans un conduit I à l'aide d'un organe 2 fonctionnel de travail et d'exploration. Cet organe fonctionnel 2 comporte un appareillage qui lui permet par exemple de reconnaitre le milieu dans lequel il évolue, de contrôler le travail effectué ou autre. Ainsi, l'organe fonctionnel de travail comprend un outillage motorisé, des capteurs, des sondes, des buses de pulvérisation .... Une centrale 3 de commande et d'alimentation de l'organe fonctionnel 2 est placé à distance généralement à l'entrée du conduit 1. Son râle est de contrôler les opérations en cours et de fournir å l'organe fonctionnel l'énergie, les commandes, les produits nécessaires à son action. Les échanges entre l'organe fonctionnel de travail 2 et la centrale de commande et d'alimentation à distance 3 transitent intégralement par un élément de liaison 4 objet de la présente invention. De plus, l'élément de liaison ; assure le guidage et le soutien mécanique de l'organe fonctionnel 2 dans le conduit 1. Pour cela, l'élément de liaison 4 devra disposer d'un rapport flexibilitéirigidité bien déterminé. Selon la présente invention, l'élément de liaison 4 pré sente une structure trés particulière qui lui permet de réunir l'ensemble des caractéristiques recherchees. La figure 2 illustre en vue de coupe sectionnelle l'élément de liaison 4 pour schématiser sa structure interne. Elle comporte un tuyau central 5 étanche qui sert à l-acheminement du fluide moteur généralement de l'air comprimé. Il s'agit d'un tuyau souple. L'élément 4 comporte également une enveloppe externe 6 qui entoure le dit tuyau central 5, cette enveloppe 6 est semi-rigide et en combinaison avec le tuyau 5 limite la torsion et la flexion de l'élément s. Dans l'exemple choisi, l'enveloppe externe 6 est rigidifiée par la présence de joncs 7 noyés dans la masse. En outre, une série d'alvéoles placées dans l'une ou l'autre des parties précédentes 5 ou 6 sont présentes et dans lesquelles sont introduits des conducteurs électriques 8, et/ou des cibles, filins ou flexibles de transmission de force 9, etlou des fibres optiques 10, etiou des tubes d'amenée de produit 11 ou autre. Eventuellement, une armature ou gaine extérieure 12 est installée à la périphérie pour procurer à l'ensemble une protection mécanique. La figure 3 illustre une première mise en oeuvre de la présente invention. L'élément de liaison 4 comporte un tuyau central souple 5 qui sert å l'acheminement du fluide moteur tel que air comprimé et une enveloppe externe 6 dans laquelle sont creusées une série d'alvéoles 13. Cette enveloppe 6 de rigidification peut être co-extrudée avec le tuyau central 5. Les alvéoles 13 forment des passages qui peuvent éventuellement être remplis par des conducteurs électriques. fibres optiques ou autres. La figure 4 montre une variante de réalisation de l'enveloppe externe 6 selon laquelle celle-ci est clipsée autour du tuyau central 5, ce qui permet une fabrication séparée de deux parties. La figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l'élément de liaison 4. Selon cette conception, le tuyau central est formé d'une pluralité de mini conduits 14 assemblés par une jointure élastique. Chacun de ces mini conduits 14 est réalisé dans une matiére possédant des propriétés de rigidité et d'élasticité permettant d'obtenir par leur combinaison un ensemble homogène bénéficiant des caractéristiques de rigidité et d'élasticité attendues. Les mini conduits 14 sont de préférence liés par un joint élastique d'assembl-age. ce qui autorise de légers mouvements différentiels entre les mini conduits 14 leur permettant par exemple de courber légérement le faisceau qu'ils constituent par leur assemblage. Il est avantageux d'utiliser des mini conduits 14 dont le profil forme un faisceau à bords Jointifs. Dans 1 exemple choisi, les mini conduits 14 forment un faisceau en nids d'abeilles. Ceci permet d'utiliser des mini conduits qui, pris isolément, pourraient ne pas résister aux pressions de service exigées pour le transport-du fluide moteur mais qui en groupe s'équilibrent. Une couche périmétrique d'enrobage 15 est utilisée pour constituer l'enveloppe externe 6 de l'élément de liaison i. Plusieurs solutions peuvent être envisageables à ce niveau, ainsi l'enveloppe externe 6 peut être réalisée dans une même matière que celle employée pour les mini conduits 14 mais en épaisseur plus forte pour contenir la pression interne. Une autre matière plus élastique, renforcée ou non, peut être également utilisée telle que celle utilisée pour la fabrication de tuyaux sous pression. On peut encore envisager un remplissage systématique des mini conduits 14 périphériques, ce remplissage étant effectué avec une matière qui confère à l'ensemble des caractéristiques mécaniques de résistance à la pression et de semi-rigidité voulue. On pourrait egalement utiliser des mini conduits extérieurs en profil plein. Les mini conduits 14 peuvent être considérés également psui assurer non seulement la transmission du fluide moteur mais également à titre d'alvéoles pour remplir les différentes fonctions que doit nécessairement disposer l'élément de liaison 4. Ainsi, dans l'exemple de la figure 5, certains mini conduits 14 ~ sont remplis avec des conducteurs électriques 16 pour la transmission de signaux, D'autres peuvent servir à véhiculer un fluide chimique 17. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Au cas où des écarts de pression entre les différentes alvéoles risqueraient de dépasser les caractéristiques admissibles par ces dernières, différentes solutions peuvent être employées. On peut relier les alvéoles voisines à une même source d'air comprimé pour rétablir des équipressions même si certaines alvéoles sont équipées par des fonctions de transmission électrique, lumineuse, ou autre. On peut également utiliser un matériau de remplissage pour garnir certaines alvéoles et limiter ainsi la déformation de leur paroi. L'intérêt de l'utilisation d'une structure alvéolaire en mini conduit est qu'elle peut être configurée selon les circonstances. En effet, chacune des alvéolés est susceptible de remplir une fonction quelconque en fonction de ce remplissage. La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Dans cet exemple, l'élément de liaison 4 comporte dans sa partie centrale un tuyau étanche 5 qui résiste à la pression du fluide moteur. Ce tuyau 5 est entouré d'une enveloppe 6 externe formée d'une association d'alvéoles 18. cette gaine alvéolaire peut être réalisée sous forme d'éléments modulaires faciles à assembler comme par exemple par clipsage. Les alvéoles 18 peuvent être utilisées pour diverses fonctions, ainsi elles peuvent être garnies de conducteurs électriques, fibres optiques. produits chimiques, ou autres. Il est également possible d'utiliser un matériau de remplissage pour conférer à l'ensemble une certaine rigidité recherchée. Afin de pouvoir stocker plus facilement l'élément de liaison. il est nécessaire que ce dernier puisse présenter un rayon de courbure minimum correspondant à l'enroulement de l'élément sur un touret. Dans certaines applications, il est intéressant de connaitre avec précision l'enfoncement de l'élément de liaison dans un conduit par exemple. Pour cela, on pourra avantageusement marquer l'élément de liaison, en plaçant à l'intérieur à intervalles réguliers des points susceptibles d'agir sur des capteurs extérieurs. Ainsi, en plaçant dans l'une des alvéoles un fil ou une tige fine qui comporte à espacements réguliers des points de marquage pour un capteur externe. il est possible de compter les points pour déterminer avec précision la longueur de l'élément qui a défilé devant le dit capteur. Ce dernier peut être de type magnétique. à effet capacitif. sensible au rayonnement ou autre. Le calculateur prendra également en compte le sens de défilage pour connaitre la longueur de l'élément introduit dans le conduit. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l Homme de l Art, auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Elément de liaison d'un organe fonctionnel de travail et d'exploration à une centrale de commande et d'alimentation à distance, dont le rôle est d'assurer le guidage et le soutien mécanique de l'organe fonctionnel, la fourniture d'énergie nécessaire à l'organe fonctionnel sous forme de fluide moteur, la transmission de données, produits, ou autres entre l'organe fonctionnel et la centrale, caractérisé par le fait qu'il présente - un tuyau central étanche (5) qui sert à l'acheminement du fluide moteur, - une enveloppe externe (6) semi-rigide qui, en combinaison avec le tuyau (5) limite la torsion et la flexion du dit élément (4), - une série d'alvéoles (13, 14) placées dans l'une ou l'autre des parties précédentes (5. 6) dans lesquelles sont introduits des conducteurs électriques, fibres optiques, produits chimiques ou autres pour assurer la transmission bidirectionnelle des besoins entre l'organe fonctionnel (2) et la centrale de commande (3). 2. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'elle présente une armature (121 ou gaine extérieure de protection. 3. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe (6) est fixée autour du tuyau central (5? par clipsage. 4. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe (6) est extrudée sur le tuyau central (5). 5. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tuyau central (5) est formé d'une pluralité de mini conduits (li) assemblés par un joint élastique. 6. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe externe (6) est formée d'une gaine alvéolaire (181 formée d'une assemblage de mini conduits. 7. Elément de liaison selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le profil des alvéoles (14) est à bords jointifs. 8. Elément de liaison selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le faisceau de mini conduits (14) présente une structure en nids d'abeilles. 9. Elément de liaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est régulièrement marqué par des points susceptibles d'agir sur un capteur extérieur. 10. Elément de liaison selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'enveloppe externe est formée d'un assemblage d'alvéoles t18) modulaires clipsées entre elles autour du tuyau central (5).