Brevet FR2645788A1 — publié le 19901019

ENGIN DE TELEMANIPULATION PREVU POUR ETRE SUSPENDU A UNE UNITE DE LEVAGE. DESCRIPTION L'invention concerne un engin de téLémanipula- tion autonome conçu de façon à pouvoir être utiLisé en association avec une unité de levage telle qu'un pont roulant disponible à l'intérieur d'une cellule de confi- nement. Dans l'industrie nucléaire, la nécessité de manipuler à distance des produits radioactifs placés dans des cellules de confinement a conduit les constructeurs à développer de nombreux dispositifs de téLémanipulation. Ces dispositifs de télémanipulation sont généralement classés en deux familles constituées par les télémanipu- lateurs de précision, et par les télémanipulateurs lourds. Dans la famille des télémanipulateurs de préci- sion, on trouve tous Les télémanipulateurs comprenant un bras maître situé à l'extérieur de La cellule de confinement et un bras esclave situé à poste fixe à l'in- térieur de la cellule et reproduisant les mouvements du bras maitre. Les télémanipulateurs maitre-esclave avec ou sans retour d'effort appartiennent à cette catégorie. Les téLémanipulateurs lourds sont au contraire des engins autonomes qui comprennent une colonne support verticale télescopique faisant saillie vers le bas à par- tir d'un chariot apte à se déplacer selon deux directions horizontales perpendiculaires entre elles, cette colonne support portant à son extrémité inférieure au moins un bras de préhension muni d'une pince et généralementformée d'au moins deux segments articulés entre eux. Les télémanipulateurs lourds sont des engins spécialisés complexes et onéreux. De plus, les concep- teurs de ces engins les dotent souvent d'une relative précision qui est fréquemment inadaptée aux tâches rela- tivement simples qu'iLs sont généralement destinés à rem- pLir à l'intérieur des cellules de confinement et qui sont par exemple La préhension d'un objet et son trans- port d'un point à un autre à l'intérieur de La cellule. Le caractère très spécialisé des téLémanipula- teurs lourds, leur coût éLevé et leur encombrement impor- tant fait que les utilisateurs hésitent parfois à décider de l'implantation d'un tel télémanipulateur dans une cel- iule de confinement. L'invention a précisément pour objet un nouvel engin de téLémanipulation conçu de façon à pouvoir être suspendu à une unité de levage quelconque tel qu'un pont rouLant déjà présent à l'intérieur d'une cellule de confinement, de façon à pouvoir accomplir les tâches qui sont généralement demandées aux téLémanipulateurs lourds, sans nécessiter un investissement important et sans péna- liser pour autant l'espace disponible à l'intérieur de la cellule. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen o'un engin de télémanipulation apte à être suspendu à une unité de levage, caractérisé par le fait qu'il comprend un support sur Lequel sont articulés un bras de préhension et au moins un contrepoids d'équilibrage de ce bras; un premier moyen de commande d'orientation du bras de préhension par rapport au support; un deu- xième moyen de commande d'orientation du contrepoids par rapport au support; et un moyen de détection d'une in- clinaison du support agissant sur le deuxième moyen de commande d'orientation afin d'annuler automatiquement cette inclinaison. Un engin de-téLémanipulation ainsi conçu peut être suspendu à une unité de levage quelconque présente dans une cellule de confinement, lorsque son utilisation est requise. Dès que l'on n'a plus besoin de l'engin de téLémanipulation, celui-ci peut être rangé dans un coin de la cellule, ce qui libère l'espace disponible à l'in- térieur de celle-ci. Il est à noter que la grande simpli- cité de cet engin fait que son prix est particulièrement bas par comparaison avec celui d'un télémanipulateur lourd de conception classique, ce qui constitue, par rap- port à un tel télémanipulateur, un atout supplémentaire appréciable. En outre, il est important de noter que mal- gré sa simplicité, l'engin de téLémanipulation selon l'invention fonctionne de façon particulièrement sûre grâce à l'équilibrage automatique du bras réalisé par le contrepoids, que ce soit à vide ou lorsqu'une charge est portée par le bras de préhension, y compris Lorsqu'un effort est supporté par ce dernier. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, le bras de préhension et le contrepoids sont arti- culés autour d'un même axe sur le support. Dans ce même mode de réalisation, le premier et le deuxième moyens de commande d'orientation sont des motoréducteurs montés sur le support et le moyen de dé- tection du couple de basculement est sensible à une in- clinaison du support par rapport à la verticale. Avantageusement, un potentiomètre est associé à chacun des moyens de commande d'orientation. Cela per- met notamment, en connaissant l'orientation du bras par rapport au support, d'effectuer automatiquement l'équili- brage de ce dernier avant la dépose d'une charge, ce qui évite alors tout risque d'oscillation de l'engin par rap- port à l'unité de levage auquel il est suspendu. Le support peut notamment être réalisé en deux parties disposant entre elles d'un degré de liberté de rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe d'arti- culation du bras de préhension et prévu pour être orienté verticalement. Le mouvement de rotation correspondant est alors commandé par un moyen de commande approprié monté dans le support. Un mode de réalisation préféré de L'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple nullement limitatif en se référant aux dessins annexés, dans les- quels: - la figure 1 est une vue en perspective repré- sentant de façon schématique l'implantation d'un engin de télémanipulation conforme à L'invention à l'intérieur d'une cellule de confinement; - la figure 2 est une vue de côté de l'engin de téLémanipulation selon l'invention; et - la figure 3 est une vue de dessus de l'engin de téLémanipulation de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une cellule de confinement d'une installation nucléai- re. Une telle cellule est habitueLlement équipée d'une unité de levage constituée par un pont roulant 10 repré- senté en trait interrompu sur la figure 1, mais qui peut dans certain cas être de nature différente. De la façon habituelle, le pont roulant 10 peut se déplacer selon une première direction horizontale sur des rails 12 et il supporte un chariot 14 apte à se dé- placer sur le pont 10 selon une direction horizontale perpendiculaire à la direction définie par les rails 12. Le chariot 14 supporte un crochet de levage 16 par l'in- termédiaire d'un câble (non représenté) pouvant être enroulé ou déroulé à volonté sur un treuil 18 supporté par le chariot. Conformément à l'invention, il est proposé un engin de télémanipulation 20 qui est stocké à demeure à l'intérieur de la cellule de confinement, de façon à pouvoir être suspendu au crochet 16 du pont roulant lors- qu'on désire effectuer à l'intérieur de la cellule une tâche comparable à celle qui pourrait être réalisée par un télémanipulateur lourd. L'engin de téLémanipulation 20, qui va être décrit plus en détaiL en se référant aux figures 2 et 3, se compose principalement d'un support 22 apte à être suspendu au crochet 16, d'un bras de préhension 24 et d'un contrepoids d'équilibrage 26, tous deux articulés autour d'un même axe sur Le support 22. Le s'upport 22 comporte une partie supérieure 28 équipée à son extrémité haute d'un anneau de préhen- sion 30 dans lequeL. peut pénétrer le crochet 16 du pont roulant. Le support 22 comprend de plus une partie infé- rieure 32 présentant approximativement la forme d'un U renversé, de façon à former une chape. Cette partie infé- rieure 32 du support 22 dispose d'un degré de liberté de rotation autour d'un axe AA par rapport à la partie supérieure 28, l'axe AA étant prévu pour être orienté verticalement lorsque le bras de préhension 24 est équi- libré par le contrepoids 26, comme l'illustrent les figu- res. - La partie inférieure 32 du support 22 porte, en haut de l'une des branches latérales du U renversé formé par cette partie 32, un motoréducteur 34. L'arbre de sortie supérieure du motoréducteur 34, d'axe parallèle à l'axe AA, porte un pignon 36 qui s'engrène sur une roue dentée 38 centrée sur l'axe AA et fixée sur la partie supérieure 28 du support 22. La partie inférieure 32, en forme de U renver- sé, du support 22 forme une chape à l'extrémité inférieu- re de laquelle sont articulés, autour d'un axe BB perpen- diculaire à l'axe AA, le bras de préhension 24 et le contrepoids d'équilibrage 26. Le bras de préhension 24 et le contrepoids d'équilibrage 26 peuvent cependant pivoter indépendamment l'un de l'autre autour de cet axe BB. L'évidement formé à l'intérieur de U formé par la partie 32, ainsi que le contrepoids 26, sont dimensionnés de telle sorte que ce dernier puisse pivoter librement à l'intérieur de la partie 32, comme on l'a représenté en traits mixtes sur la figure 2. L'une des branches du U renversé formé par la partie inférieure 32 du support 22 porte, à proximité de cet axe BB, un ensemble motoréducteur 40 dont l'arbre de sortie inférieur, orienté parallèlement à l'axe AA, commande le pivotement du bras de préhension 24 autour de L'axe BB, par l'intermédiaire d'un mécanisme de trans- mission tel qu'un ensemble de pignons (non représenté). L'autre branche du U renversé formé par la par- tie inférieure 32 du support 22 porte, à proximité de l'axe BB, un autre ensemble motoréducteur 42. L'arbre de sortie inférieur de cet ensemble motoréducteur 42, également parallèle à l'axe AA, commande le pivotement du contrepoids d'équilibrage 26 autour de l'axe BB, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission tel qu'un ensemble de pignons (non représenté). Afin de permettre d'assurer un équilibrage au- tomatique du bras de préhension 24 par le contrepoids 26 que ce soit à vide ou en charge, et en présence ou non d'un effort extérieur, le motoréducteur 42 commandant L'orientation du contrepoids 26 autour de l'axe BB est sensible à un signal délivré par des moyens 44 permettant de détecter une inclinaison ou basculement de l'ensemble de l'engin autour d'un axe parallèle à l'axe BB et pas- sant par le crochet 30. Ces moyens de détection 44 peuvent être réali- sés de différentes manières. En particulier, ces moyens peuvent être sensibles à une inclinaison du support 22 par rapport à la verticale, pour ramener en permanence l'axe AA du support sur la verticale, en agissant sur le motoréducteur 42 commandant le pivotement du contre- poids 26 autour de L'axe BB. Ainsi, les moyens de détection 44 peuvent com- prendre, dans l'une des branches de la partie inférieure 32 en forme de U renversé du support 22, un dispositif du type pendule comportant une masse suspendue servant à déterminer la verticale et un potentiomètre sensible à la position angulaire relative de la masse suspendue par rapport à l'axe AA. Ce potentiomètre produit un si- gnal représentatif de l'inclinaison du support 22 par rapport à la verticale, et ce signal est utilisé pour alimenter le motoréducteur 42, de telle sorte que ce der- nier est actionné automatiquement jusqu'à ce que l'axe AA redevienne vertical. Le déplacement angulaire du contrepoids 26 commandé par le motoréaucteur 42 est contrôlé par un potentiomètre (non représenté). Les moyens de détection 44 peuvent également comprendre un niveau à contact, par exemple du type à mercure, ou des jauges oe contrainte placées entre les parties supérieure 28 et inférieure 32 du support 22. De préférence, un potentiomètre (non représen- té) est également être associé à l'ensemDle motoréducteur , pour mesurer la position angulaire du bras de préhen- sion 24 autour de l'axe BB. La connaissance de la posi- tion angulaire du bras 24 permet, juste avant la dépose d'une charge portée par ce bras, d'en assurer l'équili- brage à vide à l'aide du contrepoids 26 sans risque de basculement intempestif de l'engin au moment o la charge est lachée. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, le bras de préhension 24 comporte une pince de préhension 46 disposant d'un mouvement de serrage et d'un degré de liberté de rotation autour de l'axe propre CC du bras 24, qui passe par le point d'intersection des axes AA et BB. Les motoréducteurs (non représentés) commandant ces deux mouvements sont placés à l'intérieur du bras 24. Si nécessaire, le bras de préhension 24 peut être doté de degrés de liberté supplémentaires favorisant La réaLisation de certaines tâches particuLières. Un système de câbLage (non représenté) traver- sant La paroi de La ceLLuLe de confinement reLie chacun des motoréducteurs 34 et 40 ainsi que Les motoréducteurs commandant Les mouvements de serrage et de pivotement de La pince 46 à un système de commande pLacé à L'exté- rieur de La ceLLuLe. Un éLément dynamométrique de sécurité (non représenté) est incorporé dans La partie supérieure 28 du support 22, afin d'harmoniser La force de l'engin-de téLémanipulation à la capacité de l'unité de levage à laquelle il est suspendu. En outre, les différents motoréducteurs 34, et 42 sont interchangeables au moyen d'un téLémanipu- Lateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exempLe, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, à la pLace du contrepoids d'équilibrage unique décrit, l'engin de téLémanipuLation seLon L'invention peut com- prendre un ensembLe de deux contrepoids d'équilibrage et L'axe d'articulation du ou des contrepoids peut être décalé par rapport à l'axe d'articulation du bras de préhension. Par ailleurs, le degré de Liberté de rotation de La partie inférieure 32 du support 22 autour de l'axe AA peut être supprimé et le bras de préhension 24 peut disposer de degrés de Liberté différents de ceux qui ont été décrits. REVENDICATIONS 1. Engin de télémanipulation apte à être sus- pendu à une unité de Levage, caractérisé par Le fait qu'il comprend un support (22) sur lequel sont articulés un bras de préhension (24) et au moins un contrepoids (26) d'équilibrage de ce bras; un premier moyen de com- mande d'orientation (40) du bras de préhension par rap- port au support; un deuxième moyen de commande d'orien- tation (42) du -contrepoids par rapport au support; et un moyen de détection (44) d'une inclinaison du support agissant sur Le deuxième moyen de commande d'orientation (42) afin d'annuler automatiquement cette inclinaison. 2. Engin de télémanipulation selon la revenai- cation 1, caractérisé par le fait que le bras de préhen- sion (24) et le contrepoids (26) sont articulés autour d'un même axe (BB) sur ledit support (22). 3. Engin de téLémanipulat4on selon l'une quel- conque oes revendications 1 et 2, caractérisé par Le fait que le premier et le deuxième moyens de commande d'orien- tation sont des motoréducteurs (40, 42) montés sur ledit support (22). 4. Engin de télémanipulation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit moyen de détection (44) est sensible à une inclinaison du support par rapport à la verticale. 5. Engin de télémanipulation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'un potentiomètre est associé à chacun des moyens de commande d'orientation (40, 42). 6. Engin de téLémanipulation selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit support (22) comporte une partie supé- rieure (28) apte à être accrochée à une unité de levage et une partie inférieure (32) portant le bras de préhen- sion et le contrepoids et disposant d'un degré de liberté ce rotation autour d'un axe (AA) perpendiculaire à L'axe d'articuLation du bras de préhension et prévu pour être orienté verticaLement, un troisième moyen de commande (34) étant prévu pour commander une rotation de ladite partie inférieure par rapport à La partie supérieure du support. 7. Engin de téLémanipuLation seLon L'une queL- conque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que Le bras de préhension (24) comporte une pince de préhension (46) disposant d'un degré de Liberté de rotation autour d'un axe propre (CC) du bras, perpendicu- Laire à L'axe d'articulation de ce dernier sur Le sup- port, le bras de préhension comportant un quatrième moyen de commande de serrage de La pince et un cinquième moyen de commande d'un mouvement de rotation de La pince autour de L'axe propre (CC) du bras.