Brevet FR2697316A1 — publié le 19940429

Dispositif d'articulation avec verrouillage et déverrouillage pour relier entre eux les éléments d'une structure pliante. La présente invention se rapporte à un dispositif d'articulation pour relier entre eux les éléments d'une structure pliante composée de deux ou plus de deux éléments, montée pivotante sur un corps central et pouvant etre dépliée et verrouillée à l'état déplié, ce dispositif comprenant deux parties de charnière, fixées chacune rigidement à un parmi deux éléments voisins et susceptibles de pivoter autour d'un axe d'articulation commun, un disque de verrouillage appartenant à l'une des deux parties de charnière et pourvu d'une encoche de verrouillage, et un levier monté pivotant sur l'autre des deux parties de charnière et pourvu d'un doigt qui, avant que l'état entièrement déplié soit atteint, glisse sur le bord du disque de verrouillage et, à Vétat entièrement déployé et verrouillé, se trouve encliqueté dans l'encoche du disque de verrouillage. Un tel dispositif d'articulation est connu par le document DE 32 15 434 C2, ce document décrivant un mécanisme de verrouillage pour des générateurs solaires dépliables de satellites. La structure pliante est ici constituée par le générateur solaire dont les différents panneaux forment les éléments de la structure pliante. Pendant le transport du satellite vers son orbite, le générateur solaire est plié et est appliqué contre le satellite faisant office de corps central. Lorsque le satellite a été largué par le véhicule de transport ou a atteint son orbite définitive, le générateur solaire est déplié, c'est-à-dire amené à l'état allongé, et est verrouillé A cet effet, les différents panneaux sont reliés entre eux par des dispositifs d'articulation qui permettent le dépliage et le verrouillage subséquent à l'état déplié.Chaque dispositif d'articulation comporte deux parties de charnière qui sont reliées chacune à l'un des deux panneaux ou élément voisin et peuvent pivoter autour d'un axe d'articulation commun. L'une des deux parties de charnière présente un disque de verrouillage muni d'une encoche. Un levier muni d'un doigt est monté en rotation sur l'autre partie de charnière. Pendant l'opération de dépliage, ce doigt glisse sur le bord du disque de verrouillage, et après achèvement de l'opération de dépliage, le doigt s'engage dans l'encoche de ce disque. Un ressort exerçant une traction entre l'axe d'articulation et le doigt, maintient le doigt à l'état verrouillé dans l'encoche. Un inconvénient du dispositif d'articulation connu consiste dans le fait qu'il n'est pas conçu pour permettre une suppression de l'état verrouillé, c'est-à-dire un déverrouillage. Une telle possibilité peut cependant être avantageuse, en particulier dans le cas de satellites réutilisables ou pour les essais au sol, mais également lorsque, pour effectuer des manoeuvres sur la trajectoire de transfert et/ou orbite, ou avant des modifications de la trajectoire, il est désirable de déverrouiller et de replier rapidement le générateur solaire. Suivant l'invention, dans le cas d'une structure pliante pouvant comporter plus de deux éléments, chaque dispositif d'articulation présente deux poulies montées librement en rotation. La première poulie fait partie d'une première des deux parties de charnière d'un dispositif d'articulation, et la seconde fait partie de la seconde partie de charnière de ce même dispositif. En outre, une came est montée librement en rotation sur la première partie de charnière. Le profil périphérique de cette came présente une zone de distance minimale par rapport à l'axe de rotation de la came, cette zone se raccordant de façon continue à une zone de distance maximale. A l'état complètement déplié et verrouillé, la zone de distance minimale est appliquée contre le doigt encliqueté dans l'encoche du disque de verrouillage.Des moyens d'entraînement et de transmission sont prévus pour imprimer une rotation simultanée et coordonnée aux deux poulies et à la came d'un dispositif d'articulation, en vue du déverrouillage, et pour transmettre cette rotation à l'une des poulies du dispositif d'articulation voisin le plus proche. La rotation de la came sert directement à dégager le doigt de l'encoche du disque de verrouillage, et à supprimer ainsi le verrouillage. Cela a lieu au plus tard lorsque la came a tourné de manière que sa zone de distance maximale par rapport à l'axe de rotation ait atteint le doigt. Trois variantes sont possibles dans ce cas en ce qui concerne les moyens d'entraînement et de transmission. Suivant une première variante, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un premier câble passant sans glissement sur la première poulie et un second câble passant sans glissement sur la seconde poulie ainsi que trois pignons en prise mutuelle, reliés rigidement respectivement à l'une des deux poulies et à la came et disposés concentriquement aux axes de rotation respectifs de ces poulies et de cette came, le premier câble formant une boucle commune avec le premier câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et le second câble formant une boucle commune avec le second câble du dispositif d'articulation le plus proche de l'autre côté. Suivant une seconde variante, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un premier câble entourant sans glissement complètement la première poulie et partiellement une troisième poulie reliée rigidement à la came, ainsi qu'un second câble entourant sans glissement complètement la seconde poulie et partiellement la troisième poulie, le premier câble formant une boucle commune avec le premier câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et le second câble formant une boucle commune avec le second câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche de l'autre côté. Suivant une troisième variante, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent une première courroie plate passant sans glissement sur la première poulie, une seconde courroie plate passant sans glissement sur la seconde poulie, ainsi que deux autres boucles de courroie plate passant sans glissement, l'une sur la première et sur une troisième poulie reliée rigidement à la came, et l'autre sur la seconde et la troisième poulies, la première courroie formant une boucle commune avec la première courroie du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté, et la seconde courroie formant une boucle commune avec la seconde courroie du dispositif d'articulation voisin le plus proche de l'autre côté. Dans le cas d'une structure pliante comprenant uniquement deux éléments, le dispositif d'articulation comprend une poulie montée librement en rotation sur l'une ou l'autre partie de charnière. Une came est montée librement en rotation sur ladite partie de charnière, came dont le profil marginal passe d'une zone de distance maximale par rapport à l'axe de rotation de façon continue à une zone de distance maximale par rapport à l'axe de rotation, et se trouve appliquée, à l'état déverrouillé, par la zone de distance maximale, contre le doigt encliqueté. Des moyens d'entraînement et de transmission sont par ailleurs prévus pour animer d'un mouvement de rotation simultané et coordonné la poulie et la came. Les moyens d'entraînement et de transmission comprennent alors, suivant une première variante, un câble passant sans glissement sur la poulie, ainsi que deux pignons en prise réciproque, reliés rigidement l'un à la poulie et l'autre à la came, ces pignons étant concentriques aux axes de rotation de la poulie et de la came, respectivement. Suivant une seconde variante, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un câble entourant sans glissement complètement la poulie et partiellement une autre poulie reliée rigidement à la came. Suivant une troisième variante, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent une courroie plate passant sans glissement sur la poulie ainsi qu'une boucle de courroie plate passant sans glissement sur cette poulie et sur une autre poulie reliée rigidement à la came. Par conséquent, dans le cas d'une structure pliante à deux éléments seulement, le dispositif d'articulation conforme à l'invention peut être considérablement simplifié. Il est en effet possible dans ce cas de supprimer les deux poulies qui, dans une structure pliante comprenant plus de deux éléments, servent à transmettre le mouvement de rotation à l'une des poulies du dispositif d'articulation voisin le plus proche. De même, les moyens d'entraînement et de transmission nécessaires à cette transmission vers le dispositif d'articulation voisin le plus proche, sont superflus. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ciaprès plus en détail plusieurs exemples de réalisation de l'invention; sur les dessins la figure 1 représente une structure pliante déverrouillée avec plusieurs éléments et dispositifs d'articulation conformes à l'invention; la figure 2 représente un dispositif d'articulation de la structure pliante de la figure 1, à l'état allongé et verrouillé, en vue latérale; la figure 3 est une coupe suivant III-III du dispositif d'articulation de la figure 2; la figure 4 représente de façon simplifiée un dispositif d'articulation semblable à celui des figures 1 et 2, avec des transmissions par câble; la figure 5 est une vue en plan du dispositif d'articulation de la figure 4;; la figure 6 représente de façon simplifiée un dispositif d'articulation semblable à celui des figures 1 et 2, avec des transmissions à courroie plate; la figure 7 est une vue en plan du dispositif d'articulation de la figure 6. La figure 1 montre une structure pliante, par exemple un générateur solaire composé de plusieurs panneaux (éléments Sa, 5b, etc.) pour un satellite, à l'état déverrouillé et partiellement plié. Sur un corps central 2 représenté schématiquement, avec poulie 3 et moteur 4, est monté un élément Sa de demi-largeur. Entre cet élément 5a et d'autres éléments 5b, Sc, etc., de pleine largeur, sont intercalés des dispositifs d'articulation 6 autour desquels peuvent pivoter les éléments. Comme cela ressort de la figure 1, les dispositifs d'articulation 6 sont montés dans la structure pliante 1 en alternance avec des orientations opposées; cela est nécessaire pour permettre aux éléments de se plier les uns sur les autres. Les détails des dispositifs d'articulation 6 apparaissent en particulier sur les figures 2 et 3. Ces figures montrent le dispositif d'articulation 6 de droite de la figure 1. Un axe d'articulation 11 dont l'axe géométrique est référencé 10, est relié à l'élément 5c par un roulement à billes 12, une entretoise 13 et une partie de charnière 14, ainsi qu'à l'élément 5b par une chape 15a/15b et une partie de charnière 16. Sur l'axe 11, sont rapportés dans le haut un pignon 17 librement mobile en rotation et une came 18 reliée rigidement à ce pignon, et dans le bas, un ressort spiral 19 pour le dépliage de la structure pliante 1. Dans l'entretoise 13, est monté un axe 21 qui porte dans le haut un pignon 22 librement mobile en rotation, coopérant avec le pignon 17, et une poulie 23 reliée rigidement au pignon 22.Dans la chape 15a/15b, est rapporté un autre axe 24 qui porte dans le haut un autre pignon 25 librement mobile en rotation, coopérant avec le pignon 17, et une poulie 26 reliée rigidement au pignon 25. Sur la figure 2, les pignons 17, 22 et 25 sont représentés schématiquement. On reconnaît, en outre, un disque de verrouillage 22 relié à l'entretoise 13 et présentant une encoche 29 dans laquelle peut pénétrer un doigt 32 porté par un levier 31 articulé sur la chape 15a/15b. A l'état complètement déplié de la structure pliante 1, selon la figure 2, le doigt 32 est encliqueté dans l'encoche 29. Des câbles 33c, 33b passant sans glissement sur les poulies 23 et 26, s'étendent latéralement par rapport aux éléments 5c et 5b, à faible distance de ces derniers. Comme déjà mentionné, la structure pliante 1 est illustrée sur la figure 1 au début du pliage, à l'état déjà déverrouillé. Pour déclencher le déverrouillage, le moteur 4 produit une rotation selon la flèche 34 sur la poulie 3, de sorte que le câble 33a exécute un mouvement dans le sens de la flèche 35. De ce fait, la poulie 23 et le pignon 22 tournent dans le sens de la flèche 36. Le pignon 22 entraîne le pignon 17 et la came 18 dans le sens de la flèche 37, ce qui fait que la came 18 dégage le doigt 32 fixé au levier 31 hors de l'encoche 29. Le pignon 17 fait tourner le pignon 25 et donc la poulie 26 dans le sens de la flèche 38, de sorte que le câble 33b se déplace dans le sens de la flèche 39 et entraîne en rotation, dans le dispositif d'articulation 6 suivant, la poulie 26 ainsi que par les pignons 25, 17 et 22, la poulie 18 et la poulie 23.Cette cinématique se reproduit sur d'autres câbles 33c, etc., et d'autres dispositifs d'articulation 6. Les câbles ou boucles de câble 33a, 33b, etc., faisant fonction de moyens d'entraînement et de transmission, produisent la rotation simultanée et coordonnée des première et seconde poulies 23 et 26, conjointement avec la came 18, de chaque dispositif d'articulation. Les moyens d'entraînement et de transmission comprennent, par conséquent, dans le mode de réalisation suivant les figures 2 et 3, en plus des câbles 33c et 33b en forme de boucle, passant sans glissement sur les première et seconde poulies 23 et 26, encore respectivement trois pignons 22, 17 et 25, qui sont reliés rigidement respectivement à l'une des deux poulies 23 et 26 et à la came 18 et qui se trouvent en prise réciproque, comme représenté schématiquement sur la figure 2. Ces pignons sont concentriques aux axes de rotation respectifs des poulies et de la came. Le premier câble 33c et le second câble 33b d'un dispositif d'articulation forment, respectivement, une boucle avec le premier et le second câbles du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et de l'autre côté. La came 18 présente un profil marginal qui passe de façon continue d'une zone de distance minimale à une zone de distance maximale par rapport à son axe de rotation, à savoir l'axe d'articulation 10. A l'état verrouillé de la structure pliante 1, le profil marginal de la came 18, comme le montre la figure 2, est appliqué par la zone de distance minimale contre le doigt 32 du levier 31, qui est encliqueté dans cet état dans l'encoche 29 du disque de verrouillage 28. Avant que l'état entièrement déplié et verrouillé soit atteint, le doigt 32 glisse, pendant le mouvement de dépliage, sur le bord du disque de verrouillage 28, à savoir dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 2, jusqu'à prendre finalement la position d'encliquetage représentée, le doigt étant avantageusement sollicité dans ce sens par un ressort non représenté agissant entre le doigt 32 et l'axe d'articulation 10. Sur les figures 4 et 5, on a représenté schématiquement qu'au lieu de pignons, il est également possible d'utiliser uniquement des poulies 50, 51, 52 pour déverrouiller les dispositifs d'articulation. Pour plus de simplicité, on n'a représenté que les poulies 50, 51 et 52 d'un dispositif d'articulation 6a, ces poulies pouvant tourner autour des axes 50a, 5 la et 52a. Un câble 53 passe extérieurement autour des poulies 50 et 51, revient vers la poulie 50, entoure cette demière et revient par exemple au moteur 4 ou au dispositif d'articulation précédent. Un autre câble 54 entoure de façon analogue complètement la poulie 52 et à moitié ou partiellement la poulie 51 et passe vers le dispositif d'articulation suivant.Les flèches portées sur la figure 5 et la vue latérale de la figure 4, permettent de reconnaître clairement le trajet des câbles 53 et 54. Sur les figures 6 et 7 sont représentées des poulies 60, 61 et 62 pour courroies plates, tournant autour des axes 60a, 61a et 62a. Deux courroies plates ou boucles de courroies plates passent sans glissement sur chacune des poulies 60, 61 et 62. La première courroie 63 entraîne sur la poulie 60 la boucle de courroie 65 qui passe sur les poulies 60 et 61 et entraîne la seconde courroie 64 qui est reliée au dispositif d'articulation suivant. Les trajets des courroies sont également reconnaissables par des flèches. Dans le cas des figures 4 et 5, les moyens d'entraînement et de transmission qui provoquent le déverrouillage de tous les dispositifs d'articulation de la structure pliante, comprennent un premier câble 53 qui entoure complètement la première poulie 50 et à moitié ou partiellement une troisième poulie 51 reliée rigidement à la came 18 non représentée, ainsi qu'un second câble 54 qui entoure complètement la seconde poulie 52 et à moitié ou partiellement la troisième poulie 51. I1 est supposé que les câbles 53 et 54 passent sans glissement sur les poulies 50, 51 et 52. Les premier et second câbles 53, 54 de chaque dispositif d'articulation 6a, forment des boucles de câble communes avec les premier et second câbles des dispositifs d'articulation voisins les plus proches sur les deux côtés. Dans le mode de réalisation suivant les figures 6 et 7, les moyens d'entraînement et de transmission comprennent des courroies plates ou boucles de courroie plate passant sans glissement sur des première et seconde poulies 60, 62 ainsi que sur une troisième poulie 61 reliée rigidement à la came 18 non représentée, à savoir une première courroie 65 passant sur la première poulie 60, une seconde courroie 64 passant sur la seconde poulie 62, ainsi que deux boucles de courroie 65, 66 passant, d'une part, sur la première et la troisième poulies 60, 61 et, d'autre part, sur la troisième et la seconde poulies 61, 62. Les première et seconde courroies 63, 64 d'un dispositif d'articulation 6b forment respectivement des boucles de courroie communes avec les première et seconde courroies du dispositif d'articulation voisin le plus proche sur les deux côtés. Dans les exemples de réalisation décrits, il était supposé que la structure pliante 1 se compose de plus de deux éléments. Dans le cas limite simple d'une structure pliante composée uniquement de deux éléments, la construction du dispositif d'articulation dans ce cas unique ainsi que des moyens d'entraînement et de transmission nécessaires, peut être simplifiée en conséquence. Ainsi, dans le cas d'un dispositif d'articulation suivant le mode de réalisation des figures 2 et 3, il est alors possible de supprimer l'une des deux poulies ainsi que le pignon associé, dans la mesure où une transmission des mouvements de rotation à un dispositif d'articulation voisin, n'est plus nécessaire. De la même manière, il est possible, dans le cas de deux éléments seulement, dans les modes de réalisation suivant les figures 4 et 5 ainsi que 6 et 7, de supprimer chaque fois l'une des deux première ou seconde poulies avec les câbles ou courroies ou boucles de courroie associés. II convient encore de remarquer que les dispositifs d'articulation décrits servent uniquement à verrouiller ainsi qu'à déverrouiller la structure pliante à partir de l'état complètement déplié et verrouillé. Le dépliage proprement dit et le repliage de la structure pliante doivent être réalisés à l'aide de dispositifs particuliers, par exemple des ressorts, des moteurs, des transmissions à câble. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation pour relier entre eux les éléments d'une structure pliante, montée pivotante sur un corps central et pouvant être dépliée et verrouillée à l'état déplié, comprenant deux parties de charnière fixées rigidement chacune à un parmi deux éléments voisins, respectivement, et susceptibles de pivoter autour d'un axe d'articulation commun, un disque de verrouillage pourvu d'une encoche de verrouillage et appartenant à l'une des deux parties de charnière, et un levier monté pivotant sur l'autre des deux parties de charnière et pourvu d'un doigt qui glisse sur le bord du disque de verrouillage avant que l'état complètement déplié et verrouillé soit atteint et qui est encliqueté dans l'encoche du disque de verrouillage à l'état complètement déplié et verrouillé, caractérisé par - une première poulie (23) montée librement tournante sur une première des parties de charnière (14) ainsi qu'une seconde poulie (26) montée librement tournante sur la seconde partie de charnière (16), - une came (18) qui est montée librement tournante sur la première partie de charnière (14) et dont le profil marginal présente une zone de distance minimale se raccordant de façon continue à une zone de distance maximale par rapport à l'axe de rotation de la came (axe d'articulation 10) et, à l'état verrouillée, est appliqué par la zone de distance minimale contre le doigt (32) encliqueté, - ainsi que des moyens d'entraînement et de transmission qui produisent la rotation simultanée et coordonnée des deux poulies (23, 26) et de la came (18) ainsi que la transmission de la rotation à une poulie du dispositif d'articulation voisin le plus proche. 2. Dispositif d'articulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un premier câble (33c) passant sans glissement sur la première poulie (23) et un second câble (33b) passant sans glissement sur la seconde poulie (26), ainsi que trois pignons (22, 17, 25) en prise mutuelle, reliés rigidement à l'une des deux poulies (23, 26) et à la came (18), respectivement, et disposés concentriquement aux axes de rotation de ces poulies et de cette came, le premier câble (33c) constituant une boucle commune avec le premier câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et le second câble (33b) formant une boucle commune avec le second câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche de l'autre côté. 3. Dispositif d'articulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un premier câble (53) entourant sans glissement complètement la première poulie (50) et partiellement une troisième poulie (51) reliée rigidement à la came (18), ainsi qu'un second câble (54) entourant sans glissement complètement la seconde poulie (52) et partiellement la troisième poulie (51), le premier câble (53) constituant une boucle commune avec le premier câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et le second câble (54) formant une boucle commune avec le second câble du dispositif d'articulation voisin le plus proche de l'autre côté. 4. Dispositif d'articulation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent une première courroie plate (63) passant sans glissement sur la première poulie (60), une seconde courroie plate (64) passant sans glissement sur la seconde poulie (62), ainsi que deux autres boucles de courroie plate (65, 66) passant sans glissement, l'une sur la première poulie (60), et sur une troisième poulie (61) reliée rigidement à la came (18) et l'autre, sur la seconde poulie (62) et sur la troisième poulie (61), la première courroie (63) formant une boucle commune avec la première courroie du dispositif d'articulation voisin le plus proche d'un côté et la seconde courroie (64) formant une boucle commune avec la seconde courroie du dispositif d'articulation voisin le plus proche de l'autre côté. 5. Dispositif d'articulation pour relier entre eux les deux éléments d'une structure pliante montée pivotante sur un corps central et susceptible d'être dépliée et verrouillée à l'état déplié, comprenant deux parties de charnière fixées chacune rigidement à l'un des deux éléments, respectivement, et susceptibles de pivoter autour d'un axe d'articulation commun, un disque de verrouillage muni d'une encoche de verrouillage et appartenant à une des deux parties d'articulation, et un levier monté pivotant sur l'autre des deux parties d'articulation et pourvu d'un doigt qui glisse sur le bord du disque de verrouillage avant que l'état complètement déplié et verrouillé soit atteint et qui est encliqueté dans l'encoche du disque de verrouillage à l'état complètement déplié et verrouillé, caractérisé par - une poulie montée librement tournante sur la première ou la seconde partie d'articulation, - une came montée librement tournante sur la première partie d'articulation, came dont le profil marginal présente une zone de distance minimale se raccordant de façon continue à une zone de distance maximale par rapport à l'axe de rotation de la came et est appliqué, à l'état verrouillé, par la zone de distance minimale contre le doigt encliqueté, - ainsi que des moyens d'entraînement et de transmission produisant la rotation simultanée et coordonnée de la poulie et de la came. 6. Dispositif d'articulation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un câble passant sans glissement sur la poulie, ainsi que deux pignons en prise réciproque, reliés rigidement, l'un à la poulie et l'autre à la came, et disposés de façon concentrique aux axes de rotation de la poulie et de la came, respectivement. 7. Dispositif d'articulation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent un câble entourant sans glissement complètement la poulie et partiellement une autre poulie reliée rigidement à la came. 8. Dispositif d'articulation suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement et de transmission comprennent une courroie plate passant sans glissement sur la poulie ainsi qu'une boucle de courroie plate passant sans glissement sur ladite poulie ainsi que sur une autre poulie reliée rigidement à la came.