Brevet FR2640607A1 — publié le 19900622

Dispositif de levage de charges. La présente invention concerne les dispositifs de levage de charges pour l'entrainement en translation verticale des charges, dans des appareils de manutention. Dans les manipulateurs ou robots actuels, l'axe de translation verticale ou en Z est souvent constitué par une poutre verticale ou mât, de longueur fixe monté mobile entre des galets ou dans des glissières. Ces systèmes ont pour inconvénient de présenter un encombrement en hauteur important en regard du déplacement utile des charges qu'ils peuvent assurer. Ainsi, pour un déplacement utile en Z de 2 mètres sous un portique par exemple, la hauteur hors tout de l'installation résultante doit être au moins égale au double de ce déplacement utile et peut alors poser des problèmes d'encombrement en hauteur. De telles installations ne peuvent être retenues dans des locaux dont la hauteur sous plafond est limitée. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de levage à mât d'encombrement en hauteur réduit et limité en regard du déplacement utile qu'il peut assurer et permettant, éventuellement, en outre, une rotation contrôlée des charges, qui soit particulièrement adapté pour des charges allant de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines de kilogrammes à déplacer verticalement de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres, voire 1 mètre et même 2 mètres. La présente invention a pour objet un dispositif de levage de charges, à mât vertical monté mobile en translation verticale dans des moyens de guidage et couplé à des moyens d'entrainement, pour le déplacement d'une charge qui lui est liée, à son extrémité inférieure, caractérisé en ce que ledit mât est segmenté et comporte une pluralité d'éléments, de sections différentes entre eux pour pouvoir s'imbriquer les uns dans les autres, et couplés les uns aux autres par lesdits moyens de guidage montés, d'une part, entre chaque élément et l'élément dans lequel peut s'imbriquer celui considéré et, d'autre part, entre l'élément de plus grande section, dit premier élément, et un support fixe dans lequel il s'imbrique également, et en ce que lesdits moyens d'entrainement sont couplés directement au moins à l'élément de plus petite section, dit dernier élément, auquel est liée ladite charge, pour que lesdits éléments s'imbriquent les uns dans les autres et se déploient verticalement. Selon une autre caractéristique, les éléments sont des tubes sensiblement de même longueur et sont chacun guidé sur une même course possible dans l'élément dans lequel s'imbrique celui considéré, ou dans le support fixe pour le premier élément. Les éléments sont tous couplés aux moyens d'entrainement et entrainés simultanément sur leur course possible, chacun proportionnellement au rang de l'élément considéré, compté à partir du premier. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte en outre un équipement supplémentaire de rotation monté à l'intérieur dudit dernier élément et comportant un fourreau central libre en rotation dans ledit dernier élément, autour de l'axe du mât, et couplé par des moyens de couplage d'une part à des moyens d'actionnement et d'autre part audit dernier élément, pour sa rotation dans le dernier élément mais sans translation avec lui. En particulier, le fourreau central est couplé à un contrefourreau fixe sur le dernier élément, par une tige en prise dans deux rainures en hélice du fourreau central et dans deux rainures droites du contre-fourreau, et est entraîné en rotation par entrarnement en translation de la tige. Les caractéristiques et les avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après d'un exemple de réalisation illustré dans les dessins ci-annexés. Dans ces dessins - La figure 7 est une vue schématique illustrant le dispositif de levage selon l'invention, dans une installation à portique - La figure 2 est une autre vue schématique illustrant un mode d'entraînement du dispositif de levage selon l'invention - La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation du dispositif de levage selon l'invention dans une position repliée - La figure 4 est une vue d'ensemble en élévation, avec arrachement partiel, d'un équipement supplémentaire du dispositif selon la figure 3, rendu alors à rotation intégrée - La figure 5 est une demi-coupe axiale de l'équipement de la figure 4, donnée à échelle agrandie ; La figure 6 donne le développement d'une rainure dite hélicoïdale de l'un des éléments du dispositif de levage des figures 4 et 5. - La figure 7 représente le circuit de commande du dispositif de levage selon l'invention ; Dans la figure 1, le dispositif de levage selon l'invention est désigné par la référence 1. il est montré schématiquement dans une installation de manutention, à portique 2. Il est porté par une poutre horizontale 3de l'installation. Bien qu'en dehors de la présente invention, dans l'installation il est illustré mobile en direction, selon Y le long de la poutre 3, et le portique est lui-même mobile en translation, selon X, sur des rails 9 ou supports de guidage ancrés au sol par exemple. Le dispositif de levage 1 constitue un mât vertical désigné globalement par cette même référence. Ce mât est lui-même mobile en translation verticale selon Z. Ainsi que schématisé dans cette figure 1 et dans la figure 2, le mât vertical 1 est segmenté. il comporte plusieurs éléments, ayant des sections différentes, qui peuvent s'imbriquer les uns dans les autres. Ces éléments sont désignés, à partir de celui de plus grande section, qui est l'élément terminal supérieur du mât, par les références 11, 12 et 13, pour les trois éléments illustrés. Bien entendu, le mât 1 peut comporter un nombre différent d'éléments. Les éléments 12 et 13 sont guidés chacun dans l'élément qui le reçoit, l'élément terminal supérieur 17 est quant à lui guidé dans un support fixe 15 qui le reçoit. Une charge à déplacer en Z est liée à l'élément de plus petite section, qui est l'élément terminal inférieur 13. Une telle charge n'est pas représentée, pas plus que la tête de préhension, fixée en bout de cet élément terminal inférieur 13, qui est en tant que telle connue, par exemple à pinces de prise et de serrage de la charge ou à ventouses, et est elle-même en dehors de la présente invention. Dans la figure 1, on a noté par H1 la longueur du support fixe 15, qui donne la longueur du mât replié quand tous ses éléments sont imbriqués les uns dans les autres et dans le support 15, et par H2 la longueur du mât déployé quand ses éléments sont tous en position dépliée. La course utile en Z du mât 1, sous le portique est donnée par H2-H1 ; elle est notée H. Les éléments 11, 12 et 13 du mât 1 sont de longueur sensiblement identique entre eux. Ils ont chacun une même course possible C dans l'élément ou le support fixe qui reçoit celui considéré. Cette course possible de chaque élément est égale au tiers de la course utile H du mât sous le portique. Par rapport au support fixe, l'élément terminal supérieur 11 se déplace de H/3, l'élément intermédiaire 12 de 2H/3 et l'élément terminal inférieur 13 de H. Pour la course utile H, le dispositif de levage selon l'invention présente une hauteur hors tout qui reste fixe par rapport au sol. Dans l'exemple illustré, pour une course utile H de 2000 mm, la hauteur hors tout est sensiblement de 3000 mm, au lieu de 4000 = au moins pour les dispositifs connus employés habituellement, qui ont été évoqués ci-avant. La figure 2 montre que les éléments 11, 12 et 13 sont couplés directement à des moyens assurant leur entraînement simultanément. Ces moyens d'entrainement -comportent sur un arbre moteur 20 au moins un jeu de poulies 21, 22 et 23 recevant des courroies 31, 32 et 33 correspondantes qu'elles entraînent. Les courroies 31, 32, 33 sont fixées par l'une de leurs extrémités aux éléments 11, 12 et 13, respectivement, elles passent sur les poulies respectives 21, 22 et 23 et sont par ailleurs reçues dans des enrouleurs 35, 36 et 37 respectivement dits boites à courroie. Les poulies 21, 22 et 23 sont des poulies dentées tandis que les courroies sont crantées pour une transmission sans glissement entre les poulies et les courroies. En regard de la figure 2, dans laquelle une seule poulie et une seule courroie assurent le déplacement de chaque élément, on note qu'on adoptera en pratique, deux poulies telles que 21, deux autres poulies telles que 22 et une seule poulie centrale telle que 23 montées symétriquement sur l'arbre moteur, pour le déplacement de l'élément 11, de l'élément 12 et de l'élément 13, respectivement, par les courroies qu'elles reçoivent. Les poulies 21, 22 et 23 ont entre elles des rayons proportionnels aux déplacements simultanés des éléments individuels 11, 12 et 13 par rapport au support fixe. Elles donnent aux éléments individuels des vitesses respectives qui sont dans les mêmes rapports que leurs courses par rapport au support fixe. Ainsi la vitesse de l'élément terminal supérieur 13 étant V, celle de l'élément intermédiaire 12 est 2V et celle de l'élément terminal inférieur est de 3V. Ces vitesses sont obtenues simultanément. Bien entendu, les transmissions sans glissement par courroies indiquées ci-avant peuvent être réalisées par de chaines ou des câbles. Ces courroies, chaines ou câbles supportent les éléments individuels du mât, chacune d'elles est tendue par le poids de l'élément supporté. Le mât ne peut donc transmettre vers le bas d'effort supérieur au poids de l'élément terminal inférieur 13. Le déplacement de l'élément terminal inférieur 13, qui présente la plus grande course par rapport au support fixe 15, est détecté par un codeur incrémental non représenté entraîné avec l'élément 13. Ce codeur peut être constitué par une grande roue codeuse montée sur l'arbre moteur 20 et un capteur associé. Un détecteur de position haute de l'élément terminal inférieur 13 donne la fin de course utile mât vers sa position totalement repliée. Le moteur d'entrainement, le codeur et le détecteur précités sont représentés dans le circuit de commande du dispositif, illustré dans la figure 6. Dans la figure 3, on a illustré un mode de réalisation du dispositif de levage, montré en coupe, pour la position repliée du mât 1. Les éléments 11, 12 et 13 sont constitués par des tubes ronds coaxiaux. Le support fixe 15 est montré de section sensiblement carrée. Pour le guidage des éléments 11, 12 et 13 l'un dans l'autre ou dans le support fixe 15, chacun des éléments comporte un Jeu de glissières, 17A 12A 13A, selon l'élément considéré et solidaire de celui-ci, qui sont saillantes sur sa face extérieure et s'étendent sensiblement sur sa hauteur. Par élément, on a montré trois glissières à 1200 les unes des autres. En correspondance, les éléments 71 et 12 et le support fixe 15 comportent sur leur face intérieure au moins un jeu de trois paires de galets 11B et 17C, 12B et 12C et 15B et 15C, selon le cas ; les galets de chaque paire viennent de part et d'autre et en contact avec l'une des glissières, et sont libres en rotation sur leurs axes.Avantageusement, le dispositif de levage comporte deux jeux de paires de galets pour le jeu de glissières, sur la hauteur des glissières. Les galets de chaque paire pour les éléments 11 et 12 sont montés transversalement sur une plaque support 17 et y sont fixés. Cette plaque 17 est à son tour rapportée contre un méplat sur la face extérieure de l'élément 11 ou 12 considéré et y est fixée ses galets viennent, à travers une ouverture 18, en saillie sur la face intérieure de cet élément et sont reçus de part et d'autre de leur glissière. Les jeux de glissières, comme les jeux de paires de galets, sont décalés de 600 d'un élément au suivant. Les paires de galets 15B, 15C, portées par le support fixe 15, sont montées pour deux d'entre elles, avec leur plaque support 17' fixt en biais sur deux coins adjacents de ce support et, pour la troisime, directement au milieu du côté non concerné par ces deux coins précédents. Dans la figure 3, on voit que l'élément terminal inférieur 13, qui est le plus interne, est équipé d'un embout annulaire 14, à son extrémité inférieure. Cet embout est saillant sur l'intérieur de l'élément 13. Il a une série de trous taraudés 14A et permet la fixation d'un organe fixe ou tête fixe de préhension en bout de l'élément 13. Dans les figures 4 et 5 on a représenté un équipement supplémentaire du mât qui a été décrit ci-avant. Cet équipement supplémentaire se monte à l'intérieur de l'élément terminal inférieur 13, qui est le seul élément représenté du mât alors rendu à rotation intégrée. Cet équipement comporte trois fourreaux montés les uns dans. les autres et dans l'élément 13, qui sont dits fourreau central 40, fourreau extérieur 41 et contre fourreau 42 pour celui intermédiaire. Le contre fourreau 42 est monté fixe dans l'élément 13. il a, à son extrémité inférieure, une collerette saillante 42A fixée à l'extrémité de l'élément 13, à l'aide de vis 43. Ce contre fourreau 42 a deux rainures droites opposées l'une à l'autre et pratiquement sur sa hauteur, telle que la seule rainure droite 42B montrée dans la demi coupe axiale de la figure 5. Le fourreau central 40 porte un embout 44 de fixation d'un organe ou tête mobile de préhension de charges, qui est en tant que tel connu et non représenté. Cet embout 44 est rapporté et fixé par vis 44A en bout du fourreau 40, à son extrémité inférieure. il est saillant et prolonge vers le bas le fourreau 40. il se présente en outre solidarisé à un tube interne 45 de maintien et de guidage. Le fourreau central 40 a deux rainures hélicoïdales 40A opposées l'une à l'autre et sur la hauteur des rainures droites du contrefourreau 42. Ces deux rainures hélicoldales sont décalées d'un demi-pas l'une de l'autre, pour être symétriques. Le fourreau central 40 est couplé et guidé dans le contre-fourreau à travers un roulement à billes 46, à chacune de leurs parties terminales. Le fourreau extérieur 41 assure la commande en rotation du fourreau central 40 dans le contre-fourreau 42. A cet effet, il est couplé à au moins un vérin d'actionnement 47 à travers un disque de couplage 48 monté sur le tube interne 45 et fixé en bout de l'extrémité supérieure du fourreau extérieur 41. il peut ainsi être entrainé en translation selon la flèche double 47A dans l'élément 13 et le long du contre-fourreau 42. Des bagues entretoises 49 montées entre le fourreau extérieur 41 et le contre-fourreau 42 assurent le glissement et le guidage du premier le long du second. Ce même fourreau extérieur 41 est équipé, à sa partie inférieure de deux tiges 50, opposées l'une à l'autre et le couplant au fourreau central 40. Chaque tige 50 porte deux galets, l'un 51A engagé dans la rainure hélicoldale 40A et l'autre 51B dans la rainure droite 42B qui correspondent à la tige considérée ; la tige traverse les trois fourreaux 40-42. Cette tige 40 est ancrée dans un petit fourreau anti-dévers 52, monté entre la partie terminale inférieure du fourreau central 40 et le tube interne 45 et guidé le long du fourreau central 40 par des bagues entretoises 53. Elle est par ailleurs montée dans une bague de maintien 54 portée par le fourreau extérieur 40 et y est bloquée par un circlips 55. L'autre tige est analogue et montée de la même manière. Quand le fourreau extérieur 41 est actionné en translation dans un sens ou l'autre, il entraine ses deux tiges dans les rainures droites du contre-fourreau 42 et dans les rainures hélicoidales du fourreau central 40. Le contre-fourreau 42 fixe par rapport à l'élément 13, assure le guidage des tiges. Le fourreau central 40, libre en rotation dans le contre-fourreau et donc dans l'élément 13, est alors entrainé en rotation. Dans le fourreau central 40, les rainures hélicordales peuvent être de longueur prévue pour assurer une rotation sur un tour complet de ce fourreau central. Des butées telles que 40C et 42C schématisés en pointillés dans la rainure hélicoidale 40A et la rainure droite 42B (figure 5) permettent de limiter la rotation possible du fourreau central à une valeur voulue. Cette rotation peut ainsi être limitée à volonté, par exemple à + 450 ou à + 900. Les rainures hélicoidales 40A sont précisées ci-après en regard de la figure 6 qui représente le profil développé de l'une des rainures hélicoidales 40A précitées, pour une rotation 0 possible de 1800. Ce profil est d'angle d'inclinaison variable, pour définir trois paliers P, correspondant à la position initiale, une rotation de 900 et une rotation de 1800, respectivement. il comporte entre les trois paliers P deux rampes R inclinées, correspondant à l'angle d'inclinaison de l'hélice théorique, et des transitions de continuité T-entre chaque palier et chaque rampe. Alors que les rampes R donnent une vitesse de rotation constante et maximale, les paliers P correspondent à une vitesse de rotation quasi-nulle et les transitions T permettent l'obtention des accélérations ou décélérations entre chaque palier et chaque rampe. Cette figure 6 fait également comprendre que le palier centrai, avec une transition de part et d'autre et correspondant à une rotation de 900, peut en pratique constituer une position initiale de référence à partir de laquelle une rotation de + 900, avec des accélérations et décélérations terminales correspondantes, est possible. Ce profil des rainures dites par commodité hélicoidales donne un positionnement précis en rotation. On note également que les rampes R peuvent être nulles ou quasi-nulles et que deux transitions T de part et d'autre de chacune d'elles peuvent-être directement couplées. Le circuit de commande du mât selon l'invention, avec rotation intégrée est représenté dans la figure 7. Ce circuit comporte, pour la commande de translation en Z des éléments du mât 1, le moteur 60, pour des éléments du mât 1 qu'il entraîne, le codeur incrémental 61 pour la détection des déplacements de l'élément terminal inférieur du mât et le détecteur 62 de position haute de l'élément terminal du mât, qui sont montrés couplés par des liaisons en traits mixtes au mât 1. il comporte en outre, un circuit de traitement 63, piloté par un calculateur 64, dont il reçoit les signaux de consigne de position et de vitesse du mât ; il est aussi couplé au codeur 61 et au détecteur 62. Le circuit de traitement 63 commande un variateur électronique 65 de contrôle du moteur 60. Le circuit de traitement calcule la position et la vitesse de l'élément terminal inférieur et donc de la charge et réalise l'asservissement des commandes de déplacement et de vitesse des éléments du mât, en fonction des signaux de consigne. Le circuit de commande permet l'obtention d'une vitesse variable de translation de la charge allant jusqu' 5 m/s avec une accélération 2 supérieure à 3 m/s et une décélération inverse. Il permet une mesure de déplacements supérieurs à 1 m, avec une grande résolution, inférieure à 0,1 mm. Ce circuit de commande comporte, en outre, pour la commande en rotation de la charge, lorsque le mât est à rotation intégrée, un circuit de contrôle 67 pour le vérin précité 57 montré couplé au mât par une liaison en traits mixtes pour l'actionnement du fourreau extérieur dans l'élément terminal inférieur du mât. Une valeur de consigne pour la rotation souhaitée est également transmise au circuit 67 par le calculateur 64. Ce circuit de contrôle 67 peut lui même être associé à un détecteur de déplacement en translation du fourreau extérieur dans l'élément terminal inférieur du mât, non représenté. La rotation de la charge peut ainsi être obtenue dans un sens ou l'autre à 1 près par rapport à celle de consigne souhaitée. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de levage de charges, à mât vertical monté mobile en translation verticale dans des moyens de guidage et couplé à des moyens d'entrainement, pour le déplacement d'une charge qui lui est liée, à son extrémité inférieure, caractérisé en ce que ledit mât (1) est segmenté et comporte une pluralité d'éléments (11, 12, 13), de sections différentes entre eux pour pouvoir s'imbriquer les uns dans les autres, et couplés les uns aux autres par lesdits moyens de guidage (llA-13A ;; 15B, 15C, 11D, 11C, 12B, 12C) montés, d'une part, entre chaque élément et l'élément dans lequel peut s'imbriquer celui considéré et, d'autre part, entre l'élément de plus grande section, dit premier élément (1 1), et un support fixe (15) dans lequel il s'imbrique également, et en ce que lesdits moyens d'entralnement (60, 20) sont couplés directement au moins à l'élément de plus petite section (13), dit dernier élément, auquel est liée ladite charge, pour que lesdits éléments s'imbriquent les uns dans les autres et se déploient verticalement. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments (11-13) sont de longueur sensiblement identique et ont chacun une même course possible dans l'élément dans lequel s'imbrique l'élément considéré et dans le support (15) pour ledit premier élément. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement sont couplés directement à tous les éléments et comportent des moyens de liaison (31-33), fixés aux éléments individuels et tendus et, en outre, venant en prise sans glissement sur des poulies motrices (21-23) entrainées par un même moteur (60), lesdites poulies étant chacune de rayon fonction de la course et du rang de l'élément entrainé, ledit rang étant compté du premier élément au dernier. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comportent un jeu de glissières verticales (llA-13A) et au moins un Jeu correspondant de paires de galets (15B, 15C ; tlB, 11C ; 12B, 12C), sur les faces en regard de chaque élément et de celui dans lequel s'imbrique l'élément considéré, ou du support quand ltélément considéré est le premier. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments sont des tubes ronds coaxiaux et portent ledit jeu de glissières (1tA-13B) sur leur face extérieure. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qutil comporte, en outre, un équipement supplémentaire de rotation monté à l'intérieur dudit dernier élément (13) et comportant un fourreau central (40) libre en rotation dans ledit dernier élément, autour de l'axe du mât et couplé par des moyens de couplage (41) d'une part à des moyens d'actionnement (47) et d'autre part audit dernier élément (13), pour sa rotation dans le dernier élément mais sans translation avec lui. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage (41) comportent, montés dans ledit dernier élément (13), un fourreau extérieur (41) solidaire des moyens d'actionnement (47), pour son coulissement dans le dernier élément, et au moins une tige de couplage (50) fixée sur ledit fourreau extérieur et engagée dans une rainure hélicoidale (40A) du fourreau central (40). 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage comportent, en outre, un contre-fourreau (42), intermédiaire entre ledit fourreau central (40) et ledit fourreau extérieur (41) et fixe en bout du dernier élément (13), qui présente au moins une rainure droite (42B), selon sa hauteur, dans laquelle est guidée la tige (50) engagée dans la rainure hélicoidale du fourreau central (40). 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite tige (50) porte deux galets (51A, 51B) de guidage dans l'une et l'autre des rainures hélicordale et droite (40A, 42B). 10/ Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit fourreau extérieur porte deux tiges (50) opposées l'une à l'autre, ledit fourreau central a deux rainures hélicoïdales opposées (40A) et ledit contre-fourreau deux rainures droites opposées (42B) pour l'une et l'autre des tiges, respectivement. 11/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chacune des rainures hélicoIdales définit au moins une rampe (R), pour une vitesse maximale et constante de rotation dudit fourreau central, avec à chaque extrémité de la rampe considérée,un palier (P), pour une vitesse quasi-nulle de rotation du fourreau central, et une transition (T) de couplage entre chaque rampe et chaque palier, pour une vitesse intermédiaire variable de rotation dudit fourreau central. 12/ Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque rainure hélicoidale (40A) définit deux rampes, avec chaque rampe, ses paliers et transitions d'extrémité correspondant à une rotation de 900 du fourreau central. 13/ Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdites rampes (R) sont de longueur nulle ou quasi-nulle et les deux transitions (T) de part et d'autre de chacune d'elles directement couplées.