Brevet FR2671625A1 — publié le 19920717

DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA POSITION DE L'OUTIL D'UN ENGIN DE TRAVAIL La présente invention se rapporte à un dispositif de détermination de la position, plus précisément de la distance par rapport à un plan de référence, soit horizontal soit faisant un angle déterminé et limité par rapport au plan horizontal, de l'outil équipant le bras articulé d'un engin de travail, tel qu'un engin mobile de travaux publics ou engin agricole, cette position de l'outil étant déterminée de manière indépendante de la position de l'engin lui-même. Un travail de chantier, tel qu'un travail de terrassement, est couramment effectué à l'aide d'engins mobiles munis chacun d'au moins un bras articulé comportant un ou plusieurs éléments successifs articulés l'un sur l'autre, au bout duquel vient se fixer ou s'articuler un outil tel qu'un godet ou un outil plat de nivelleuse. Ces engins se déplacent au cours du travail de chantier, et peuvent donc occuper des positions qui correspondent à des altitudes et inclinaisons différentes et non déterminées. Pour respecter les niveaux et profondeurs de terrassement qui sont imposées pour un travail de chantier déterminé, il est par suite généralement nécessaire à l'heure actuelle d'effectuer des mesures manuelles fréquentes de la profondeur du terrain par rapport à des piquets de niveaux qui ont été préalablement posés par le géomètre tout autour du chantier. Cette façon de faire est particulièrement pénalisante, car elle nécessite, pour le géomètre, un travail d'implantation de ces piquets de niveau qui est assez important, et, pour le conducteur de l'engin, des arrêts fréquents afin de lui permettre de descendre de son engin et d'effectuer une mesure manuelle de la profondeur du terrain par rapport au piquet de niveau le plus proche. D'une manière plus générale, il n'existe pas à l'heure actuelle de dispositf connu permettant, de manière simple et quelles que soient les amplitudes de ses déplacements verticaux, de faire une mesure permanente de la distance de l'outil d'un engin par rapport à un plan de référence indépendant de la position qu occupe cet engin, ce plan de référence pouvant être soit horizontal, soit plus ou moins incliné par rapport à 'horizontale. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un dispositif apte à déterminer automatiquement la distance par rapport à un plan de référence, qui est soit sensiblement horizontal soit faisant un angle déterminé et limité par rapport à l'horizontale, de l'outil équipant le bras articulé d'un engin de travail, tel que par exemple un engin mobile de travaux publics ou un engin agricole, cette détermination étant effectuée indépendamment de la position de l'engin, ce dispositif comportant une mire longiligne, placée verticalement sur l'engin en une position fixe et déterminée par rapport à l'axe de rotation de ce bras, cette mire étant apte à capter un rayon rotatif, du genre rayon laser ou rayon infrarouge par exemple, qui est émis classiquement à partir d'un point fixe de manière à définir, dans sa rotation, ledit plan de référence, et étant apte à transmettre, à chaque impact du rayon, une grandeur électrique représentative de la position de cet impact sur cette mire à un organe central de calcul, comprenant par exemple un microprocesseur, qui est placé sur l'engin; des moyens, associés à chaque vérin d'actionnement de chaque tronçon du bras et de l'outil, d'élaboration d'une grandeur électrique représentative de la longueur de la sortie de la tige de ce vérin et de transmission de chacune de ces grandeurs électriques à cet organe central de calcul ; et des moyens, placés sur l'engin de façon à être visibles pour son conducteur, d'affichage de données calculées par cet organe central en fonction de l'ensemble de ces grandeurs électriques et au moins représentatives de la distance de l'outil par rapport à ce plan de référence, et/ou des moyens d'élaboration d'ordres de commande automatique établis, en fonction de ces grandeurs électriques et par un même type de calcul, par ledit organe central. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1 est une perspective d'ensemble d'une pelleteuse équipée d'un dispositif, conforme à l'invention, de détermination automatique de l'altitude de son godet par rapport à un plan horizontal de référence tracé par un émetteur laser; Figure 2 est une vue agrandie montrant un vérin d'actionnement du bras de cette pelleteuse, équipé d'un dispositif de captage électrique de son déplacement; et Figure 3 est un schéma synoptique de la partie électronique de ce dispositif. En se référant à la figure 1, un engin de travaux publics 1, du type pelleteuse, peut se déplacer grâce à des chenilles 2 sur le sol 3, horizontal ou non, d'un chantier. Cette pelleteuse 1 est classiquement équipée d'un bras articulé 4, tournant autour d'un axe fixe 5 et équipé, à son extrémité libre, d'un outil de travail constitué ici par un godet articulé 6. Ce bras 4 se compose de deux éléments, ou tronçons, successifs, dont un tronçon amont 7 et un tronçon aval 8, qui s' articulent l'un sur l'autre autour d'un axe 9. Le godet 6 s'articule sur l'extrémité libre du tronçon 8 autour d'un axe 10, et sa position est classiquement réglée par le jeu de deux biellettes articulées 11,12 et d'un vérin hydraulique 13 dont le fût 14 s'articule sur un axe 15 solidaire de la partie amont du tronçon 8 et dont la tige 16 a son extrémité libre solidaire de l'axe commun 17 d'articulation des deux biellettes 11 et 12. La commande de la rotation du tronçon 8 autour de l'axe 9 s'effectue classiquement par un vérin hydraulique 18 qui relie de même façon un axe d'articulation 19 placé sur le premier tronçon 7 à un axe d'articulation 20 solidaire de l'extrémité amont du second tronçon 8. Enfin, la commande de la rotation du bras 4 autour de l'axe 5 s'effectue classiquement en rentrant ou en sortant la tige 21 d'une troisième vérin hydraulique 22 qui relie un axe d'articulation solidaire du corps principal de l'engin 1 à un axe 23 porté par le premier tronçon 7 du bras 4. En se reportant également à la figure 2, et conformément à l'invention, cette pelleteuse 1 a chacun de ses vérins hydrauliques 22,18,13 équipé d'un télémètre 24, respectivement 24A,24B,et 24C, de mesure du déplacement de sa tige. Dans cet exemple d'exécution, il s'agit d'un télémètre classique fonctionnant par mesure du temps de trajet d'une onde 25, par exemple ultrasonore, émise par un émetteur-récepteur 26 porté par l'extrémité du fût 27 du vérin et réfléchie par un réflecteur 28 porté par l'extrémité libre de la tige 29 de ce vérin. Par ailleurs, une haute mire laser 30, d'un modèle largement disponible dans le commerce, est fixée en position verticale sur la pelleteuse 1, au droit de l'axe d'articulation 5 du bras 4. Cette mire 30 est suffisamment haute pour toujours capter, quelle que soit la position de l'engin 1, le rayon laser tournant 31 qui est émis en permanence par un émetteur-laser , fixe en position et non représenté, et qui définit un plan horizontal de référence P. Comme représenté en Figure 3, le signal analogique en sortie 32 de la mire 30, signal qui est représentatif de la position du point d'impact du rayon laser 31 sur cette mire, est numérisé dans un Convertisseur Analogique/Numérique 34, dont la sortie 35 est connectée à une entrée d'un microprocesseur 36 équipant la cabine de conduite 37 de la pelleteuse. De même façon, les signaux analogiques en sorties 33A,33B,33C, des télémètres 24A,24B,24C, qui sont représentatifs de la longueur de sortie des tiges respectives des vérins 22,18, et 13, sont numérisés dans les Convertisseurs Analogique/Numérique 37A à 37C, puis appliqués à trois autres entrées respectives 38A à 38C du microprocesseur 36. A partir de ces données d'entrée, le microprocesseur 36 calcule la valeur de la distance h entre l'extrémité 39 du godet 6 et le plan de référence P, ou autrement dit, compte-tenu du fait qu'il s'agit dans cet exemple particulier d'un plan P horizontal, l'altitude h de cette extrémité 39 par rapport à ce plan P. Cette valeur h est affichée en permanence sur un afficheur alphanumérique 40 relié à une sortie 41 du microprocesseur 36, de sorte que le conducteur de l'engin 1 est toujours en possession d'une indication réprésentative de l'altitude h de son outil. I1 n'a donc plus besoin d'arrêter périodiquement son engin et d'en descendre pour effectuer un contrôle des cotes de terrassement. Par ailleurs, le travail d'implantation du géomètre se trouve grandement simplifié, ce travail pouvant se réduire à une délimitation du terrain par quatre piquets, et par la pose d'un seul piquet de niveau. Comme il va de soi, l'invention n' est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, et des variantes et développements multiples peuvent être prévus. C'est ainsi que le plan de référence P pourrait ne pas être horizontal, mais par exemple incliné de quelques degrés par rapport à l'horizontale, dans un sens ou l'autre. C'est ainsi également que le microprocesseur 36 pourrait calculer, en permanence ou non, la pente du terrain par calcul de la différence des hauteurs h en deux points de ce terrain et de la différence des longueurs projetées du bras articulé 4 en ces deux points, cette pente s'affichant par exemple sur un autre afficheur alphanumérique 42. C'est ainsi enfin que, par exemple dans le cas d'application de l'invention à un nivelleuse, le microprocesseur 36 pourrait être connecté à un dispositif d'automatisme 43 régulant directement, en fonction de la hauteur h et/ou de la pente du terrain, le déplacement de l'outil de cette nivelleuse. REVENDICATIONS 1 - Dispositif apte à déterminer automatiquement la distance (h) par rapport à un plan de référence (P), qui est soit sensiblement horizontal soit incliné de manière limitée par rapport à l'horizontale, de l'outil (6) équipant le bras articulé (4) d'un engin de travail, tel que par exemple un engin mobile (1) de travaux publics, cette détermination étant effectuée indépendamment de la position de l'engin, caractérisé en ce qu'il comporte une mire longiligne (30), placée verticalement sur l'engin en une position fixe et déterminée par rapport à l'axe de rotation (5) de ce bras (4), cette mire étant apte à capter un rayon rotatif (31), du genre rayon laser ou rayon infra-rouge par exemple, qui est émis classiquement à partir d'un point fixe de manière à définir, dans sa rotation, ledit plan de référence (P), et étant apte à transmettre, à chaque impact du rayon (30), une grandeur électrique représentative de la position de cet impact sur cette mire à un organe central de calcul (36) qui est placé sur l'engin; des moyens (24A,24B,24C) associés à chaque vérin (22,18,13) d'actionnement de chaque tronçon (7,8) du bras (4) et de l'outil (6), d'élaboration d'une grandeur électrique représentative de la longueur de sortie de la tige de ce vérin, et de transmission de chacune de ces grandeurs électriques à cet organe central de calcul (36); et des moyens (40,42), placés sur l'engin (1) de façon à être visibles par son conducteur, d'affichage de données, calculées par cet organe central (36) en fonction de l'ensemble de ces grandeurs électriques et au moins représentatives de la distance (h) de l'outil par rapport à ce plan de référence (P), et/ou des moyens (43) d'élaboration d'ordres de commande automatique établis, en fonction de ces grandeurs électriques et par un même type de calcul, par ledit organe central (36). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mire (30) est à l'aplomb de l'axe (5) d'articulation du bras (4) sur l'engin (1). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la sortie de tige de ces vérins (22,18,13) sont des moyens (24) de télémétrie par mesure du temps de trajet aller-retour d'une onde (25) entre un émetteurrécepteur (26) porté par le fût (27) du vérin et un réflecteur (28) porté par l'extrémité de la tige (29) de ce vérin. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe central (36) est apte à déterminer, à partir de deux mesures correspondant à deux positions différentes de l'outil (6) contre le sol, et à afficher (42), la pente du terrain de travail.