Brevet FR2669317A1 — publié le 19920522

Dispositif de levage dont les mouvements automatiques synchronisés, sont guidés par des capteurs . Domaine d'application Une manutention aérienne, associée à des mouvements de levage pneumatique ou électrique, permet le transport d'une charge à l'intérieur d'un atelier ou d'un atelier à un autre . Le dispositif de levage permet de tenir compte des aléas de positions des charges à prendre et à déposer . Quelques centimètres représentent l'aléa habituel de positionnement de la charge . La charge peut être: une pièce, suivant la figure 1, un container de pièces,suivant la figure 2 , un outillage, suivant la figure 3. ,une association de pièces et d'outillages Obiet On utilise 3 mouvements coordonnés de levage guidés par des capteurs, pour prendre manutentionner et positionner une charge . Le procédé résulte d'une association originale de composants industriels commercialisés Dans une version de base, on incline la charge, pour obtenir les translations dans le plan horizontal I'inclinaison de la charge est admissible, pour certaines applications . En effet, lors de l'accostage de la charge, les efforts de réaction du support de dépose repositionnent la charge horizontalement Une variante avec 3 mouvements supplémentaires, permet de rendre indépendants les mouvements de translation, par rapport aux mouvements de rotation du palonnier . Version de base La figure: 4 décrit cette version . La variation de longueur des brins de levage provoque simultanéement des translations dans le plan horizontal, des rotations autour des axes horizontaux L'importance relative des translations par rapport aux rotations dépend - de la position du centre de gravité et de la forme extérieure de la charge, par rapport au plan d'accrochage du palonnier - de l'inclinaison des brins de levage On inclinera donc la charge, pour obtenir des translations de +/- 50 mm à +/-150 mm suivant les axes X, Y . Variante avec 3 mouvements supplémentaires La figure: 5 décrit cette variante . Pour 3 mouvements de levage ( 4 ), il existe 3 mouvements complémentaires ( P1, P2, P3 ) . Ces 3 mouvements tirent sur les 3 brins de levage, pour obtenir les translations suivant les axes X et Y . La combinaison des 3 mouvements de levage ( 4 ) permet d'obtenir la translation suivant l'axe Z et les rotations autour des axes X et Y La rotation autour de l'axe Z est le résultat de la combinaison des 6 mouvements . Variante avec 4 mouvements supplémentaires La figure: 6 décrit cette variante . Pour 4 mouvements de levage ( 4 ), il existe 4 mouvements complémentaires ( P1, P2, P3, P4 ) . Ces 4 mouvements tirent sur les 4 brins de levage, pour obtenir les translations suivant les axes X et Y . La combinaison des 4 mouvements de levage ( 4 ) permet d'obtenir la translation suivant l'axe Z et les rotations autour des axes X et Y La rotation autour de l'axe Z est le résultat de la combinaison des 8 mouvements Description Les 3 figures: 1, 2, 3 représentent 3 applications de ce dispositif . Le dispositif est fixé à une manutention aérienne (13). II comporte 3 dispositifs de levage (4) . Un palonnier (6) est suspendu aux brins de levage (15) Un dispositif de préhension de la charge (9) de la figure 2, est fixé au palonnier. Des visseuses (12) de la figure 3, peuvent être fixées au palonnier . D'autres outils peuvent être fixées au palonnier . Manutention aérienne Le dispositif de levage peut être fixe ou transporté par une manutention aérienne (13) automatique ou manuelle . Cette manutention aérienne comporte 1 ou 2 degrés de liberté dans le plan horizontal Palonnier Les figures 7, 8 décrivent le palonnier Le palonnier est suspendu aux brins de levage Un outil est fixé au palonnier II supporte 2 ensembles de mesure d'horizontalité du palonnier .Chaque ensemble est décrit par la figure 7 Le palonnier supporte les capteurs de tension des brins de levage représenté en (2) de la figure 8. Il supporte eventuellement les capteurs de positionnement représenté en (1) de la figure 8 Il peut intégrer l'automate programmable compact représenté en (7) de la figure 2 , de traitement des capteurs Un câble souple (8) de la figure 2, relie l'automate au coffret de commande des mouvements (5) Le palonnier peut être soumis à la poussée d'un ou plusieurs mouvements extérieurs horizontaux ou inclinés, pour obtenir des déplacements dans le plan horizontal ou, pour exercer une force de poussée latérale Outils L'outil comporte un dispositif d'accrochage manuel de la charge (9) de la figure 2 ou un dispositif de préhension automatique de la charge (9) L'outil peut servir: - à la préhension de la charge (figure 1 ) - à la préhension d'un conténaire (figure 2 ) - au vissage (figure 3 ) ou au clipsage etc... Mesure drhorizontalité Les dispositifs de levage assurent le maintien automatique, en position horizontale, d'une charge pendant les mouvements de levage 2 ensembles décrits par la figure 7, permettent de mesurer l'erreur d'horizontalité autour des axes X et Y Chaque ensemble est composé d'un balancier (4), de 2 capteurs de proximité logiques ou analogiques (2). la mesure différentielle entre les 2 capteurs fournit le signal d'erreur d'horizontalité La mesure de l'horizontalité du palonnier, suivant les axes X et Y ,peut se mesurer par le déplacement d'un balancier On peut mesurer ce déplacement par différents capteurs - capteurs de proximité inductifs analogiques - capteurs de déplacement potentiométriques - capteurs à transformateur différentiel - capteurs pneumatiques à fuite D'autres principes de mesure peuvent être utilisés Movens de recalage Les dispositifs de levage, seuls ou avec des mouvements annexes, assurent le recalage d'une charge par rapport à sa position de prise ou, à sa position de dépose, en agissant sur la longueur des brins de levage Le recalage peut s'effectuer - suivant les axes de translation horizontaux - suivant I' axe vertical Des capteurs analogiques ultra-sons (1) mesurent la position du palonnier par rapport à la manutention Ils peuvent être embarqués ( figure 1 ) ou fixés au sol ( figure 2 ). leurs traitements permet la commande des mouvements dans le plan horizontal et vertical La position de la charge, par rapport à des références de prise et de dépose, peut se mesurer par différents capteurs , suivant les 3 axes de translation - capteurs analogiques ultra-sons - capteurs analogiques de proximité - capteurs optiques à reflexion sur cible (catadioptre) - capteurs de vision, - capteurs optiques à réflexion directe basés sur une détection de profondeur de champ Movens de recentrage La figure 3 représente une application de recentrage L' inclinaison appropriée des brins de levage permet d'obtenir une compliance naturelle, pour la prise et la dépose de la charge Les positions d'accrochage des treuils de levage et, les positions d'accrochage sur le palonnier définissent un centre instantané de rotation de la charge sous l'effet de forces de réaction des présentoirs de prise et de dépose Les pilotes embarqués sur le palonnier en (16) se brochent sur la palette (14) par des trous de référence en (17), pour recaler le palonnier par rapport à la palette Cette palette peut évoluer sur une manutention au sol en (16) La mesure d'effort des brins de levage, sous l'effet d'une variation de charge, peut être obtenue par différents capteurs - des capteurs de proximité inductifs analogiques - des capteurs de déplacement - des capteurs de force - des contacts à rupture brusque, utilisés en seuil d'effort - des capteurs pneumatiques à fuite, par écrasement d'un ressort Ces capteurs diminuent ou augmentent la fuite d'air comprimée Animation du dispositif A partir des capteurs déja mentionnés, I'automatisme et la commande de puissance animent le dispositif Automatisme Les figures 9, 10 décrivent l'automatisme Les capteurs analogiques en (1), (2), (3 ) sont branchés sur les entrées analogiques (10) d'un automate programmable compacte (9). Les capteurs logiques (4) et les informations de site (5) sont branchés sur les entrées logiques (12) Les capteurs incrémentaux (6) sont branchés sur des cartes de comptage en (26) Les sorties analogiques (14) commandent les mouvements de levage à vitesse variable Les sorties logiques (19) commandent les mouvements et les sens de mouvement L'automate programmable (9) peut éventuellement: - animer le ou les mouvements horizontaux et l'outil de préhension en (25). - dialoguer avec les manutentions d'amenée et d'évacuation de la charge (8). Un système de visualisation, par lampes ou caractères alphanumérique en (27) représente l'état de l'installation Une boite pendante en (7) permet la commande manuelle des mouvements Une alimentation électrique 24 volts C.C. en (17) alimente les capteurs et l'automate Les traitements des capteurs peuvent s'effectuer de 4 manières différentes:: - par logique pneumatique - par logique électronique - par automate programmable - par microcalculateur Ces 4 types de traitement peuvent être combinés ensembles ,commande de puissance La commande de puissance s'effectue par de l'énergie électrique ou pneumatique - à partir du réseau d'air comprimé 7 bars en (16) de la figure 9 - à partir du réseau électrique triphasé 3 X 380 volts en (22) de la figure 10 Le mouvement automatique comprend 3 dispositifs de levage Le nombre de brins de levage sera supérieur ou égal à celui des dispositifs de levage Commande Pneumatique Une première solution décrite sur la figure 9 , consiste à commander chaque mouvement de levage par - une vanne à ouverture variable, asservie en pression en (15) alimentée par du 24 volts à courant continu en (17). - un distributeur bistable pour le sens de mouvement en (18) Une deuxiéme solution consiste à commander chaque mouvement de levage par un distributeur à action proportionnelle . Commmande Electrique Une première solution décrite sur la figure 10 , consiste à commander chaque mouvement de levage par un variateur de commande en (21) associé à un moteur à courant continu (23). Une deuxiéme solution consiste à commander chaque mouvement de levage, par un variateur de fréquence en (21), qui pilote un moteur asynchrone en (23) Cycle de fonctionnement Le cycle de fonctionnement du système de manutention est composé des phases suivantes 01 Phase de mouvement de descente à vide 02 Phase de mouvement d'accostage à vide 03 Phase de préhension de la charge 04 Phase de mouvement de montée de la charge 05 Phase de mouvement de translation horizontal 06 Phase de mouvement de descente de la charge 07 Phase de mouvement d'accostage de la charge 08 Phase de dépose de la charge 09 Phase de mouvement de montée à vide 10 Phase de mouvement de translation horizontal à vide Chaque phase de mouvement peut s'effectuer en commande manuelle ou automatique. les modes de marche sont prévues à la conception ou, demandées par l'opérateur, pendant certaines phases de fonctionnement. Asservissements du palonnier en position horizontale Les 3 mouvements de levage fonctionnent en asservissements horizontaux, pendant les phases de montée (04, 09 ) et les phases de descente (01, 06 ). Les figures 4, 5 et 6 repèrent les mouvements Les asservissements mettent en oeuvre - différents types de capteurs - différents types de traitements de signaux logiques et analogiques - différents types de mouvements Asservissements de Dosition du palonnier aux Drésentoirs Les 3 mouvements de levage sont asservis en position dans l'espace suivant les 3 axes de translation:: - pendant la phase 02 d'accostage avant préhension - pendant la phase 07 d'accostage avant dépose Les différences entre les valeurs de mesures des capteurs et celles des consignes pilotent les mouvement de correction Les asservissements mettent en oeuvre - différents types de capteurs - différents types de traitements de signaux logiques et analogiques - différents types de mouvements Asservissements d'accostage du palonnier Les 3 mouvements de levage fonctionnent en contrôle de traction - pendant la phase 02 d'accostage avant préhension - pendant la phase 07 d'accostage avant dépose Chaque mouvement de descente s'arrête, en phase 02 et 07, lorsque le brin de levage correspondant n'est plus tendu Cette détection est représentée en (2) de la figure 7 Lorsque tous les brins ne sont plus tendus, L'automate commande la préhension en phase 03 ou la commande de dépose en phase 08. Asservissements de mouvements de levage coordonnés Certaines applications nécéssitent la mise en oeuvre de mouvements coordonnés On mesure alors le déroulement des brins de levage -par des codeurs incrémentaux ou absolus -par des capteurs potentiométriques multitours -par des résolveurs -par l'association de 2 types de capteurs mentionnés précédemment Ces capteurs sont montés sur les arbres de rotation des palans de levage. Le traitement de ces mesures permet l'éxécution de trajectoires par mouvements coordonnés, après un processus d'apprentissage ,qui est le suivant: En mode "Enregistrement", avec un boîtier de commande, on enregistrera les positions successives des brins de levage et celles des 2 mouvements horizontaux Les trajectoires apprises, par apprentissage, seront exécutées , en mode "Exécution". Planches et Figures 9 planches, jointes en annexe, contiennent les figures mentionnées dans le texte de la demande de brevet Revendications 1) Dispositif de manutention aérienne de charge comportant - une manutention aérienne supportant le chariot - Un chariot supportant 3 dispositifs de levage, - des dispositifs de levage pneumatiques ou électriques fixés sur le chariot ( 4 ) - un palonnier accrochés aux brins de levage - un outil de préhension fixé au palonnier ( 9 ) - des dispositifs de recentrage mécaniques , fixés au palonnier, ( 16 ), aptes à ramener le palonnier dans la position de référence des présentoirs Caractérisé en ce qu'il comprend une séquence de préhension de la charge et une séquence de dépose de la charge La séquence de préhension comprend les phases suivantes a) Asservissement en position horizontale du palonnier pendant les mouvements de descente en grande vitesse b) Asservissement en position horizontale du palonnier pendant les mouvements de descente en petite vitesse c) Asservissement de la position du palonnier par rapport aux présentoirs de prise de la charge d) Phase d'accostage en petite vitesse e) Commande du préhenseur de la charge f) Asservissement en position horizontale du palonnier, pendant les mouvements de montée en petite vitesse g) Asservissement en position horizontale du palonnier pendant les mouvements de montée en grande vitesse La séquence de dépose comprend les phases identiques à celle de la prise de la charge. 2) Dispositif de levage selon la revendication 1 est caractérisé - des capteurs de mesure d'horizontalité fixés au palonnier schématisés en (1 ) aptes à fournir des signaux d'erreur d'inclinaison - des capteurs de mesure de traction (2) fixés au palonnier, aptes à fournir des signaux d'absence de tension dans les câbles - des capteurs de mesure de position fixés au palonnier, aptes à fournir des signaux d'erreur, schématisés en (1) - un dispositif de traitement analogique et logique des capteurs 3) Dispositif de levage selon l'une quelconque des revendications précédentes, est caractérisé par l'utilisation de mouvements de levage pneumatiques ou de mouvements de levage électriques 4) Dispositif de levage selon l'une quelconque des revendications précédentes, est caractérisée: par l'utilisation de capteurs de mesure de position du palonnier par l'asservissement du palonnier à la position des présentoirs de prise, pendant la phase qui précède la prise et, par l'asservissement du palonnier à la position de dépose pendant la phase qui précède la dépose de la charge. 5) Dispositif de levage selon l'une quelconque des revendications précédentes, est caractérisé par la mise en oeuvre naturelle d'une compliance mise en oeuvre, pendant la phase qui précède la prise ou la dépose de la charge 6) Dispositif de levage, selon l'une quelconque des revendications precedentes, est caractérisé par la mesure de déplacement des brins de levage qui permettent d'obtenir des mouvements coordonnés de levage. 7) Dispositif de levage, selon l'une quelconque des revendications précédentes - caractérisé par l'utilisation éventuelle de mouvements de traction sur les brins de levage (P1), (P2), ( P3) - caractérisé en ce que les 3 mouvements de déformation puissent être asservis éventuellement entre eux, par un traitement des mesures de déformation - caractérisé en ce que les 3 mouvements de levage puissent être asservis à la position des présentoirs, par un système de traitement électrique qui compare la position du palonnier à celle du présentoir 8) Dispositif de levage selon l'une quelconque des revendications précédentes, est caractérisé par l'utilisation de différents types de traitements des signaux électriques issus des capteurs - en logique cablée - en logique programmée - par la combinaison des 2 types de logique - par l'utilisation de différents types d'asservissements pour la commande des mouvements de déplacement à partir des mesures électriques des différents capteurs