Brevet FR2708226A1 — publié le 19950203

INSTALLATION DE TELEMANIPULATION POUR SITE CONTAMINANT Pour procéder à des opérations de télémanipulation sur des sites contaminant, par exemple pour démonter ou extraire des éléments de canalisation dans un réacteur nucléaire, mais aussi pour toute autre opération présentant des dangers pour l'être humain, il est connu d'avoir recours à un organe de préhension qui, disposé à l'une des extrémités d'un long flexible, est relié à des moyens de commande de ses mouvements. En général, la liaison entre l'organe de préhension et ces moyens de commande est assurée par des câbles sous gaines. Ce moyen de liaison présente l'inconvénient principal de générer des frottements qui, proportionnels à la distance entre l'organe et ces moyens de commande, limite la longueur de l'installation de télémanipulation. Un autre inconvénient de ces frottements est que, en s'ajoutant à l'effort résistant, ils réduisent la perception de cet effort sur les moyens de commande et perturbent la sensibilité de la manipulation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant une installation de télémanipulation pouvant, quelle que soit la distance entre la pince et ces moyens de commande, fonctionner dans les mêmes conditions tout en procurant une réaction sensitive sur les moyens de commande, réaction permettant de mieux contrôler la manipulation. A cet effet, dans l'installation de télémanipulation selon l'invention, l'organe de préhension est composé d'éléments articulés sur un corps et lié mécaniquement à la tige d'un vérin hydraulique à double effet comportant une chambre de serrage et une chambre de desserrage, ces deux chambres étant reliées, par des circuits pour fluides, à un coffret d'intendance contenant les moyens de tarage et de contrôle de ces circuits, tandis que le moyen de commande de l'organe de préhension comprend un organe d'actionnement manuel apte à actionner mécaniquement - d'une part, le piston d'un cylindre émetteur, raccordé par un circuit pour fluide à la chambre de petite section d'un surpresseur disposé dans le coffret d'intendance, cette chambre étant elle-même raccordée à un circuit d'alimentation en fluide et au circuit allant à la chambre de serrage de l'organe de préhension, - et, d'autre part, un régulateur de pression qui, délivrant une pression proportionnelle à la course utile de l'organe d'actionnement manuel, est interposé entre une source de fluide et la chambre de grande section du surpresseur. Avec cette installation, l'actionnement de l'organe de préhension s'effectue à partir de l'organe manuel du moyen de commande, organe permettant, dans un premier temps, d'amener les éléments de l'organe de préhension au contact de la pièce à serrer, et cela par la seule action sur le cylindre émetteur. Dès que ce contact est réalisé, et dans un second temps, l'actionnement du régulateur de pression alimentant la chambre de grande section du surpresseur permet d'exercer sur la pièce un effort de serrage d'autant plus élevé que l'organe d'actionnement manuel est déplacé. La réaction au serrage perçue par les éléments de l'organe de préhension se répercute dans la chambre du cylindre émetteur et communique sur l'organe d'actionnement manuel un effort de réaction proportionnel à l'effort résistant, donnant un caractère sensitif à la commande ainsi réalisée. Le recours à une commande hydraulique permet de supprimer tout frottement et d'obtenir une bonne transmission, quelle que soit la forme donnée au flexible durant sa trajectoire entre le moyen de commande et l'organe de préhension, et ceci quelle que soit la longueur de ce flexible. Dans une forme d'exécution de l'invention, les circuits aboutissant au vérin d'actionnement de l'organe de préhension sont alimentés en eau sous pression, tandis que le circuit allant à la chambre de grande section du surpresseur, à travers le régulateur proportionnel du moyen de commande, est alimenté en air sous pression. Cet agencement permet de bénéficier des avantages de l'hydraulique sans avoir à mettre en oeuvre des moyens de mise en pression encombrant et onéreux, puisque cette mise en pression est assurée par de l'air comprimé, c'est-à-dire par une source disponible dans la plupart des locaux ou ateliers. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention. Figure 1 est une vue en perspective représentant de façon schématique les éléments essentiels de l'installation, Figure 2 est une vue partielle en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, une forme d'exécution du moyen de commande de l'installation, Figure 3 représente le schéma hydropneumatique de l'installation, Figure 4 est une vue de côté en coupe transversale montrant une forme d'exécution de l'organe de préhension. Comme montré à la figure 1, cette installation est composée d'un organe de préhension, désigné de façon générale par la référence 2 et par un flexible 3 le raccordant à un coffret d'intendance 4, auquel est également raccordé un moyen de commande 5. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, l'organe de préhension 2 est composé d'un corps 6 à l'extrémité duquel sont fixés deux axes d'articulation parallèles 7, sur chacun desquels est articulé l'un des deux éléments 8 de préhension, éléments qui, dans cette forme d'exécution, sont constitués par des mâchoires. Ces deux mâchoires sont attelées par un axe transversal 9 parallèle à leurs axes 7 à l'extrémité de la tige 10 du piston 12 d'un cylindre récepteur hydraulique 11 à double effet. Le piston 12 est monté coulissant, de manière étanche, dans un alésage du corps 6 qu'il divise en deux chambres, respectivement une chambre de serrage 13a et une chambre de desserrage 13b. Sur l'extrémité filetée 6a du corps 6, se visse une douille 14 assurant le calage d'une rondelle 15, solidaire d'un arbre axial creux 16. L'une des extrémités de cet arbre creux pénètre avec étanchéité dans un alésage axial 17 du piston, tandis que son autre extrémité pénètre avec étanchéité dans un alésage axial 18 d'un embout de raccordement 19, vissé dans la douille 14. Dans la forme d'exécution représentée, cet embout de raccordement comporte, à l'opposé des mâchoires 8, deux alésages filetés juxtaposés 20 dans lesquels sont vissés des embouts 22 pour tuyaux. Sur chacun d'eux est emmanché un conduit souple 23 ou 24 logé dans le flexible 3 allant au coffret d'intendance 4. Le conduit 23, qui correspond au circuit de serrage, communique, au-delà de l'embout 22 correspondant, avec un alésage axial 25 débouchant dans un alésage radial 26 en communication avec l'alésage 18 pour l'arbre creux 16. Le circuit de serrage se prolonge, au-delà de l'extrémité de l'arbre creux 16, dans l'alésage 17 ménagé dans la tige du piston 10 et débouche dans la chambre 13a, par des alésages radiaux 28. Le conduit 24 du circuit de desserrage communique, par son embout 22, avec un alésage axial 29 communiquant avec un alésage radial 30, lui-même en communication avec un alésage axial 32. Ce dernier alésage 32 débouche dans une chambre 33 qui communique, par des perçages 34 ménagés dans la rondelle 15, avec la chambre de desserrage 13b. On conçoit aisément que lorsque la pince est dans sa position de repos, représentée à la figure 4, tout fluide sous pression amené dans la chambre de serrage 13a, entraîne le déplacement du piston 12, dans le sens de la flèche 35, et provoque le pivotement des mâchoires 8 dans le sens des flèches 36, c'est-à-dire dans le sens de leur rapprochement. Ce déplacement du piston 12 dans la chambre 13b chasse l'excédent de fluide hydraulique en direction du conduit 24 jusqu'au coffret d'intendance 4. Inversement, l'arrivée de fluide sous pression dans le conduit 24 provoque le déplacement des mâchoires dans le sens inverse des flèches 36. Cet organe de préhension, très compact, fonctionne toujours de la même façon, quelle que soit la longueur du conduit 24 le raccordant au coffret d'intendance 4 et est donc totalement insensible aux frottements, comme c'est le cas avec les dispositifs de télécommande par câbles sous gaines. Les mouvements de l'organe de préhension 2 sont déclenchés par le moyen de commande 5 dont une forme d'exécution est représentée à la figure 2. Ce moyen de commande est composé d'un corps 40 solidaire d'une poignée 42 qui, fixe, transversale et creuse pour le passage des circuits de fluides, est munie à son extrémité libre d'une zone de raccordement à un embout 43 pour un conduit souple 44 de protection des circuits fluides. A proximité de la poignée 42, mais en avant de celle-ci, est disposé un levier 45 dont l'extrémité qui est intérieure au corps est articulée sur un axe 46, disposé transversalement dans ce corps et perpendiculairement à l'axe de la poignée 42. L'extrémité libre inférieure du levier 45 constitue l'organe d'actionnement et est assimilable à la queue de détente d'un pistolet. Le corps 40 porte, en avant du levier 45, un cylindre émetteur 47 et, en arrière de ce levier, c'est-à-dire au-delà de la poignée 42, respectivement, un régulateur proportionnel pneumatique 48 et un vérin pneumatique 49 de verrouillage. Le cylindre émetteur 47 est un cylindre hydraulique à simple effet et comporte un piston 50 dont la tige 52 s'étend au-delà du cylindre, passe dans une lumière 45a du levier 45, coulisse dans un alésage 53 de la poignée 42 et s'étend jusqu'au voisinage du poussoir 48a du régulateur 48. La tige 52 comporte, au voisinage de la lumière 45a du levier, un axe transversal 54 apte à venir en contact avec le levier. La chambre active 55 du cylindre émetteur 47 est raccordé, par des canaux 56 et 57, à un conduit pour fluide 58 rejoignant, à travers la poignée 42 et le conduit de protection 44, le coffret d'intendance 4. La chambre 51 du cylindre émetteur 47 est mise en communication avec l'extérieur. La tige 52 du piston 50 est solidaire, à son extrémité libre, d'un organe de butée constitué, par exemple, par une rondelle fendue 59. Cette rondelle, fixée sur la tige de manière réglable, est apte à venir en contact avec le poussoir 48a du régulateur proportionnel 48 disposé sur un circuit pneumatique, non représenté à cette figure, mais rejoignant, par la poignée 42, le coffret d'intendance 4. La figure 2 montre bien qu'en position de repos, la rondelle de butée 59 est séparée du poussoir 48a par un jeu J, et en conséquence que ce poussoir n'est actionné que sur la partie terminale de la course de déplacement de la tige 52. Enfin, l'organe de commande 5 est muni de moyens de blocage en position de serrage, moyens qui, dans la forme d'exécution représentée, comprennent une platine 60, un rouleau 62 et un coin mobile 63. La platine 60 est solidaire de la rondelle de butée 59 et est disposée parallèlement à l'axe longitudinal de la tige 52. Elle est montée mobile en translation longitudinale entre une enclume fixe 64 et des paliers 65 ménagés dans le corps pour guider le rouleau transversal 62. Le coin 63 est lié, par une tige filetée 67, au piston du vérin pneumatique 49 solidaire du corps 40. Il est disposé de manière que sa face pentue soit en contact avec l'une des génératrices du rouleau 62 et que sa face rectiligne puisse venir en appui contre le fond d'une lumière de guidage 68 ménagée dans le corps 40. Le vérin 49 est alimenté par un circuit pneumatique 69 commandé par une vanne de commande 70. Lorsque cette vanne est actionnée, le coin 63 est déplacé dans le sens de la flèche 71, de figure 2. Par appui sur le fond de la lumière 68, il plaque ainsi le rouleau 62 sur la platine 60 et cale donc cette platine sur l'enclume 64. Ce blocage s'effectue quelle que soit la position longitudinale de la platine et, en conséquence, la position donnée par le levier d'actionnement 45, respectivement, au piston 50 du cylindre émetteur et au poussoir 48a du régulateur proportionnel 48. Il reste en fonctionnement tant que le vérin 49 est alimenté, c'est-à-dire tant que l'opérateur souhaite que l'organe de préhension soit en position de serrage. Il faut ici noter que le moyen de commande 5 est connecté de manière permanente au coffret d'intendance 4, tandis que les conduits 23 et 24 de l'organe de préhension 2 sont raccordés à ce coffret par l'intermédiaire d'un dispositif de connexion 72. Pour faciliter la description détaillée des circuits hydrauliques et pneumatiques, qui va être donnée en référence à la figure 3, les parties des circuits de serrage et de desserrage, qui sont disposées dans le coffret, en amont de ce dispositif de connexion, porteront les références, respectivement 23a et 24a. Sur ce schéma, les représentations des composants de l'installation portent les mêmes références que sur les autres figures et les circuits hydrauliques sont représentés en traits interrompus, d'épaisseurs moyenne et fine, tandis que les circuits pneumatiques sont représentés par des traits fins continus. Cette figure 3 montre que le circuit hydraulique 58 provenant du cylindre émetteur 47 n'est pas raccordé directement au circuit de serrage 23a, mais par l'intermédiaire de la chambre C1, de petite section, d'un surpresseur hydropneumatique 73 disposé dans le coffret 4. La chambre de grande section C2 de ce surpresseur est reliée, par un circuit pneumatique 74, au régulateur proportionnel 48. La chambre C1 du surpresseur est également reliée, par un circuit hydraulique 75, à un accumulateur hydropneumatique 76 lui fournissant une pression constante mais réglable. Ce circuit 75 est muni d'un clapet anti-retour 77, se fermant dans le sens surpresseur-accumulateur. Lorsque l'opérateur actionne le levier 45, dans le sens de la flèche 41, sur le début de la course, il ne déplace que le piston 50 du cylindre émetteur 47 et envoie donc un débit de fluide hydraulique, et notamment de l'eau, dans la chambre C1 de petite section du surpresseur 73. Comme le piston différentiel 73a du surpresseur, occupe alors une position fixe, le débit de fluide se transmet intégralement par le circuit 23a, 72, 23 à la chambre de serrage 13a et provoque le déplacement du piston 12 dans le sens de la flèche 35 et le rapprochement des mâchoires 8, en direction de la pièce à serrer. Dès que la rondelle de butée 59 vient en contact avec le poussoir 48a du régulateur 48, le régulateur délivre, dans le circuit 74 le reliant à la chambre de grande section C2 du surpresseur 73, un débit d'air sous pression. Cet air provoque le déplacement du piston différentiel 73a du surpresseur et engendre, dans la chambre C1 de petite section, une augmentation de pression dans le rapport des sections des deux parties du piston différentiel 73a. Cette augmentation de pression s'effectue au moment ou les mâchoires 8 sont en contact avec la pièce à serrer et permet donc d'améliorer le serrage, en multipliant l'effort humain fourni sur le levier 45. Grâce à ce surpresseur 73, l'effort résistant exercé par la pièce en cours de serrage est perçu sur le levier 45 et permet donc à l'opérateur de mieux doser l'effort de serrage. Lorsque l'opération de serrage est terminée, l'opérateur peut caler les mâchoires 8 de l'organe de pression 2 en position de serrage en actionnant le vérin 49 par l'intermédiaire de la vanne de commande 70. Il est alors possible de déplacer la pièce ou de la faire pivoter en utilisant d'autres moyens qui n'ont pas à être décrits dans la présente demande et qui sont bien connus de l'homme de l'art. A la fin de l'opération de télémanipulation, pour libérer la pièce, il suffit, après avoir actionné la vanne 70 dans le sens du déverrouillage, de laisser le levier 45 revenir à sa position initiale. Simultanément, le circuit de desserrage 24, 72, 24a et 78 entre en action, en mettant à profit l'énergie hydraulique accumulée dans l'accumulateur hydropneumatique 78 auquel est connecté le conduit 24a. Cet accumulateur 78 fournit donc un effort de rappel qui peut être réglé en faisant varier la pression d'air contenue dans sa chambre qui est connectée, par un circuit 79, à une source d'air sous pression 100. Ce réglage est assuré par un détendeur 80. Il en est de même pour l'accumulateur 76 fournissant la pression de repos dans la chambre C1 du surpresseur 73, puisque cet accumulateur est raccordé à la source 100 par un circuit 81 avec détendeur 82. Le circuit pneumatique 83 alimentant le régulateur proportionnel 48 est muni d'un régulateur de pression 84. La chambre C3 du surpresseur, c'est-à-dire le volume interposé entre les chambres C1 et C2 et délimitée entre les pistons différentiels de ce surpresseur, est raccordée à la source d'air comprimé 100 par un circuit 85 avec régulateur de pression 86. Ainsi, cette chambre est soumise à une légère pression qui, dans la phase de desserrage, assure le rappel du piston différentiel à sa position initiale, à la façon d'un ressort. Ce circuit hydropneumatique comporte plusieurs circuits de sécurité dont l'un est constitué par un circuit 87 court-circuitant le clapet anti-retour 77 et comportant un robinet 88 à commande pneumatique. Ce circuit est utilisé pour ramener le surpresseur 73 en position de fonctionnement lorsque, après plusieurs relâchements rapides du levier 45 du moyen de commande 5, relâchements décollant le clapet anti-retour 77 et permettant au fluide contenu dans l'accumulateur 76 de venir dans la chambre C1, cette chambre C1 est totalement remplie et cale le surpresseur, tout en bloquant l'organe de préhension. La manoeuvre de remise à l'état initial des pistons 73a s'effectue en actionnant le robinet pneumatique 88, dans le sens de l'ouverture, de manière à faire passer par la dérivation 87 et en direction de l'accumulateur 76, le fluide hydraulique chassé de la chambre C1 par la pression pneumatique régnant dans la chambre C2. Pour éviter que, durant cette manoeuvre, l'actionnement inintentionnel du levier 45 permette au régulateur 48 d'envoyer de l'air sous pression dans la chambre C2, et, en conséquence, que la chambre C1 délivre une pression hydraulique supérieure à la résistance de l'accumulateur 76, le circuit 83, reliant le régulateur 48 à son détendeur réglable 84, est muni d'une vanne de décharge 90 qui, actionnée par les mêmes moyens que la vanne 91 commandant l'ouverture du robinet pneumatique 88, met ce circuit 83 à l'atmosphère et s'oppose donc à l'initialisation de l'accumulateur 76, tant que l'opérateur actionne le levier 45. Le schéma de figure 3 met bien en évidence que les circuits hydrauliques sont mis en pression, pour celui de serrage 23, 23a, par une action manuelle, au moyen du cylindre émetteur 47, complétée par une action pneumatique, par le surpresseur 73 et, pour celui de desserrage 24, 24a, par un accumulateur hydropneumatique 78, et, en d'autres termes, que les moyens de mise en pression sont, pour l'essentiel, fournis par la source d'air comprimé 100. Cette disposition simplifie la constitution et le coût du coffret 4, puisqu'elle évite d'y inclure des moyens hydrauliques de mise en pression, de type pompe hydraulique avec circuits de retour, et permet ainsi d'utiliser de l'eau déminéralisée, comme fluide hydraulique. En pratique, avec un surpresseur 73 procurant une pression hydraulique de sortie six fois supérieure à la pression pneumatique d'entrée, la source pneumatique peut aisément être constituée par le réseau d'air comprimé de tout atelier, en général taré entre 6 et 8 bars. Ce schéma montre également que la totalité des moyens de tarage et de contrôle des circuits sont disposés dans le coffret 4, ce qui allège la construction, respectivement de l'organe de préhension 2 et du moyen de commande 5. Une telle installation fonctionne parfaitement quelle que soit la longueur du flexible reliant l'organe de préhension au boîtier 4 et, plus précisément, permet d'obtenir, même avec un flexible de très grande longueur, d'abord et dans la phase hydraulique sans amplification, des déplacements des mâchoires 8 de la pince qui sont proportionnels au déplacement du levier 45, puis, ensuite et dans la phase de serrage avec amplification pneumatique, un effort de serrage qui est lui même proportionnel au déplacement du levier 45. L'installation qui vient d'être décrite dans le cas de son application à une pince peut aussi être appliquée à la commande d'une cisaille, comportant, ou non, un ensemble d'amplification de l'effort fournit par le cylindre hydraulique à double effet 11. REVENDICATIONS 1. Installation de télémanipulation pour site contaminant du type comprenant un organe de préhension (2) actionnable par un moyen de commande (5) auquel il est relié par des moyens disposés dans un corps flexible (3), caractérisée en ce que l'organe de préhension (2) est composé d'éléments (8) articulés sur un corps (6) et liés mécaniquement à la tige d'un cylindre hydraulique récepteur (11), à double effet, comportant une chambre de serrage (13a) et une chambre de desserrage (13b), ces deux chambres étant reliées, par des circuits pour fluide (23, 24), à un coffret d'intendance (4) contenant les moyens de tarage et de contrôle de ces circuits, tandis que le moyen de commande (5) de l'organe de préhension (2) comprend un organe (45) d'actionnement manuel apte à actionner mécaniquement - d'une part, le piston (50) d'un cylindre émetteur (47), raccordé par un circuit pour fluide (58) à la chambre (Cl) de petite section d'un surpresseur (73) disposé dans le coffret d'intendance (4), cette chambre étant elle-même raccordée à un circuit (75) d'alimentation en fluide et au circuit (23a) allant à la chambre de serrage (13a) de l'organe de préhension (2), - et, d'autre part, un régulateur de pression (48) qui, délivrant une pression proportionnelle à la course utile de l'organe d'actionnement manuel (45), est interposé entre une source de fluide (100) et la chambre (C2) de grande section du surpresseur (73). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les circuits (23, 23a et 24, 24a) aboutissant au cylindre d'actionnement (11) de l'organe de préhension (2), sont alimentés en fluide hydraulique, tandis que le circuit (74) allant à la chambre de grande section du surpresseur (73), à travers le régulateur proportionnel (48), est alimenté en fluide pneumatique. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la chambre de desserrage (13b) du cylindre (11) d'actionnement de l'organe de préhension (2) est raccordé, par un circuit (24, 24a) pour fluide, à un accumulateur hydropneumatique (78) à tarage réglable. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moyen de commande (5) est composé - d'un corps (40) avec poignée transversale fixe (42), - d'un levier (45) disposé en avant de la poignée et dont l'une des extrémités est articulée sur le corps (40), tandis que l'autre extrémité est libre et forme organe d'actionnement, - du cylindre émetteur (47), disposé dans le corps (40) en avant de la poignée (42), - et d'un organe de butée (59) calé sur la tige (52) du cylindre (47) et apte à venir, après une course libre, au contact d'un poussoir (48a), saillant du régulateur de pression (48) disposé dans le corps (40), en arrière de la poignée (42). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen de commande (5) est muni de moyens de blocage de la tige (52) du cylindre émetteur (47) et du poussoir (48a) du régulateur de pression (48). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de blocage comprennent - une platine (60) solidaire de la tige (52) du cylindre émetteur (47), disposée parallèlement à cette tige et mobile longitudinalement entre une enclume fixe (64) et un rouleau transversal (62), mobile transversalement par rapport à la platine dans des paliers (65) du corps, - un coin (63), mobile longitudinalement dans une lumière (68) du corps (40) et disposé avec sa face pentue en contact avec le rouleau (62) précité, - un vérin pneumatique (49), apte à déplacer longitudinalement le coin (63), - et un organe (70) de commande de l'alimentation du vérin (49). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le circuit (75) d'alimentation de la chambre de petite section (C1) du surpresseur (73) est raccordé à un accumulateur hydropneumatique (76). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit (75) d'alimentation de la chambre de petite section du surpresseur (73) comprend, entre le surpresseur (73) et l'accumulateur (76), un clapet anti-retour (77), se fermant dans le sens surpresseur-accumulateur, et sur un circuit (87) d'isolement du clapet anti-retour, un robinet (88) à commande pneumatique. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit (83) d'alimentation du régulateur de pression (48) comprend une vanne de décharge (90) actionnable par les mêmes moyens que ceux agissant sur les moyens de commande (91) du robinet (88) à commande pneumatique.