Brevet FR2699520A1 — publié le 19940624

Installation pour empêcher une collision entre la flèche d'une grue basse et la charge suspendue au chariot d'une grue haute. La présente invention concerne les grues à flèches distributrices. On entend ici par grues à flèches distributrices, un engin de levage mobile en translation- sur une voie prédéterminée et possédant un mât sensiblement vertical supportant une flèche sensiblement horizontale, montée pivotante latéralement et le long de laquelle est susceptible de se déplacer en translation un chariot portant une charge suspendue sensiblement verticalement pour distribuer ladite charge en un point prédéterminé. Lorsque plusieurs grues à flèches distributrices sont implantées dans une zone prédéterminée telle qu'un chantier, il y a des risques de collision entre elles qu'il convient d'empêcher. On connaît déjà des installations qui permettent d'empêcher une collision entre au moins deux grues à flèches distributrices, dont la première possède une première flèche sur laquelle est susceptible de se déplacer en translation un chariot portant une charge suspendue, et dont la seconde possède une seconde flèche sensiblement plus basse que la première flèche. Dans ce genre d'installation, un dispositif de traitement traite des informations provenant de dispositifs capteurs capables de détecter des valeurs de mesure représentatives des positions angulaires et/ou de translation des éléments mobiles des première et seconde grues pour déterminer de manière répétée pendant le mouvement desdits éléments mobiles, au moins un paramètre représentatif des risques de collision entre la seconde flèche et la charge. Le dispositif de traitement délivre alors à des dispositifs actionneurs capables de déplacer les éléments mobiles, des ordres de ralentissement ou d'arrêt en fonction de la détermination dudit paramètre. Dans la Demande de Brevet français publiée sous le No 2 670 195, le Demandeur a choisi comme paramètre la différence angulaire entre l'angle que fait la droite passant par les centres respectifs des deux grues avec la droite passant par le chariot de la première grue et le centre de la seconde grue et l'angle que fait la droite passant par les centres respectifs des deux grues avec la droite passant par la flèche de la seconde grue et le centre de la seconde grue. Le Demandeur s'est posé le problème de déterminer d'autres paramètres qui représentent le comportement réel des grues en vue d'améliorer leur guidage en sécurité et en efficacité. La présente invention propose une solution satisfaisante à ce problème. Elle porte sur une installation du type décrit ci-avant. Selon une caractéristique importante de l'invention, le paramètre représentatif du risque de collision entre la seconde flèche et la charge comprend l'excursion angulaire restant à parcourir à ladite charge avant d'entrer en collision avec la seconde flèche. Un tel paramètre a pour avantage de représenter le comportement réel des éléments mobiles des grues d'une part, et de couvrir sensiblement tous les cas de collision entre la seconde flèche et la charge d'autre part. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de traitement détermine en outre la distance entre la position du chariot portant la charge et la droite définie par la seconde flèche. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ciaprès et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une installation à grues distributrices - la figure 2 est une représentation schématique d'un repère orthonormé sur lequel est représenté un couple de grues distributrices - la figure 3 est un organigramme illustrant le fonctionnement de l'installation selon l'invention - la figure 4 est une représentation schématique illustrant la détermination des points d'intersection entre le cercle défini par la trajectoire du chariot et la droite confondue avec la seconde flèche selon l'invention - la figure 5 est une représentation schématique illustrant la détermination de la distance entre le chariot et la seconde flèche selon l'invention ; et - la figure 6 est une représentation schématique illustrant la détermination de l'excursion angulaire restant à parcourir au chariot avant d'entrer en collision avec la seconde flèche selon l'invention. Su la figure 1, quatre grues à flèches distributrices U individualisées en U1 à U4 sont implantées sur un chantier. Chaque grue comprend les éléments suivants - un mât sensiblement vertical - un boggie mobile à translation sur une voie, le boggie étant guidé par exemple sur des rails (non représentés) - une flèche F sensiblement horizontale, supportée par le mât et montée pivotante autour de celui-ci. La flèche F comprend une branche le long de laquelle est prévu un chemin de guidage pour un chariot mobile à translation le long dudit chemin de guidage et portant un câble enroulable/déroulable soutenant une charge CG - une contre-flèche CF diamétralement opposée à la flèche F et comprenant un lest qui fait contrepoids à la charge CG, et - une cabine pour grutier CAB, par exemple logée dans la partie supérieure du mât de chaque grue. Associés à la translation des boggies des grues, à la translation des chariots et à la rotation des flèches, il est prévu respectivement des capteurs TR de position de translation, des capteurs D de position de translation et des capteurs OR de position angulaire de rotation. Par exemple, au pied de la grue la plus haute, ici U1, c'està-dire ayant la hauteur sous crochet la plus élevée, il est prévu de loger un dispositif de traitement UTM qui traite les informations provenant des capteurs mentionnés ci-avant. Des automates esclaves équipés de coupleurs de communications individualisés en CES2 à CES4 transmettent au dispositif de traitement UTM, les informations détectées par les capteurs et transmettent aux dispositifs actionneurs desdits éléments mobiles (non représentés) des grues, les signaux de commande provenant du dispositif de traitement UTM. Par exemple, la transmission des signaux de commande ainsi que des informations s'effectue à partir de liaisons bidirectionnelles de type lignes téléphoniques. Par exemple, le coupleur de communication CES2 est relié au dispositif de traitement UTM par une liaison bidirectionnelle téléphonique L12. Bien entendu, une telle installation est un exemple de réalisation d'implantation des grues. Dans une autre implantation ou réalisation, le dispositif de traitement peut être logé, par exemple dans une cabine hors du chantier, relié via des liaisons téléphoniques aux différents éléments constitutifs des grues. En pratique, le dispositif de traitement UTM est un automate programmable, par exemple celui vendu par la Société SIEMENS (Allemagne) sous la référence 115U. Les coupleurs de communication équipant les automates esclaves sont par exemple ceux vendus par la Société SIEMENS sous la référence ET100. A l'aide de l'indication de position déterminée par les capteurs, le dispositif de traitement UTM va déterminer de manière répétée, pendant le mouvement des éléments mobiles des grues, au moins un paramètre représentatif des risques de collision entre la flèche de la grue basse et la charge suspendue au chariot de la grue haute. Pour faciliter cette détermination, le dispositif de traitement traite tout d'abord les cas d'interférences entre la grue haute U1 et l'une des grues basses U2 à U4. Bien entendu cette détermination pour une grue basse s'étend ensuite aux autres grues basses U2 à U4. Enfin, en fonction de la détermination du paramètre de risques de collision, le dispositif de traitement UTM délivre aux actionneurs des éléments mobiles des grues, des ordres de ralentissement ou d'arrêt. Selon l'invention, l'ensemble des grues décrit en référence à la figure 1 est défini dans un repère orthonormé direct commun à toutes les grues et appelé repère de chantier. Chaque grue est alors définie dans ce repère de chantier par ses abscisse et ordonnée ainsi que par ses caractéristiques dimensionnelles telles que la longueur de flèche LF, la longueur de contre-flèche LCF et la hauteur sous crochets HSC. L'ensemble des grues est ensuite décomposé en couples formés respectivement par une grue haute et une grue basse (la hauteur sous crochet de la grue haute étant supérieure à la hauteur sous crochet de la grue basse) dont la somme des longueurs de flèches LF est supérieure à la distance séparant les pivots respectifs desdites grues haute et basse c'est-àdire la configuration pour laquelle il y a un risque d'interférence ou de collision entre la flèche de la grue basse et la charge suspendue au chariot porté par la grue haute. Enfin, chaque couple de grues susceptible d'interférer est ramené dans un repère orthonormé local. Sur la figure 2, on a représenté un couple formé d'une grue haute GH et d'une grue basse GB dans le repère orthonormé local R (0, X, Y). L'origine 0 du repère R est établie sur la position de la grue basse GB (plus précisément au niveau de l'axe de rotation de la flèche FB de la grue basse GB). Un axe du repère R, ici l'axe X des abscisses, est fixé sur la position de la grue haute GH (plus précisément au niveau de l'axe de rotation RH de la flèche FH de la grue haute GH. Les grues GH et GB sont guidées sur des rails ayant des directions respectives non parallèles l'une par rapport à 1 'autre. La flèche FB est mobile à rotation autour de son axe RB confondu ici avec l'origine O du repère. Un cercle de périmètre CB représente schématiquement la rotation de la flèche FB. La flèche FH est mobile à rotation autour de son axe RH. Un cercle de périmètre CH représente schématiquement la rotation de la flèche FH. Le chariot CHR est mobile à translation le long de la flèche FH. L'angle que fait la grue GB par rapport à l'axe X porte la référence AFB. Nous faisons maintenant référence à la figure 3 qui est un organigramme illustrant le fonctionnement de l'installation selon 1' invention. Dans l'étape 00, il est procédé à la comparaison de la hauteur sous crochet HSC1 de la grue U1 et de la hauteur sous crochet HSC2 de la grue U2. Dans le cas d'un résultat positif lors de l'étape 00, il est attribué lors de l'étape 01 le paramètre GH pour la grue U1 et le paramètre GB pour la grue U2, ce qui veut dire que la grue U1 est la grue haute, tandis que la grue U2 est la grue basse. Dans le cas d'un résultat négatif lors de l'étape 00, il est attribué, lors de l'étape 03, les paramètres inverses décrits en référence à l'étape 01. Lors de l'étape 05, le dispositif de traitement calcule la distance D1 séparant les pivots respectifs des grues GH et GB. L'homme de l'art sait que cette distance se calcule à partir des valeurs des coordonnées des pivots desdites grues qui sont connues à l'aide des indications provenant des capteurs. Pour la grue GB, les coordonnées sont les valeurs XB et YB, tandis que pour la grue GH, les coordonnées sont YH et XH (formule I en annexe). Lors de l'étape 07, la distance D1 ainsi déterminée est comparée à la somme des longueurs des flèches LFH et LFB des grues GB et GH. Dans le cas d'un résultat positif lors de l'étape 07, il est considéré qu'il n'y a pas de risque d'interférence ou de collision entre les grues GH et GB et l'algorithme se termine pour ce qui concerne le cycle de traitement en cours et recommence pour les cycles suivants. Dans le cas d'un résultat négatif lors de l'étape 07, il est procédé, lors de l'étape 09, à la comparaison d'un angle BT d'une valeur choisie et l'angle AFB mentionné ci-avant. La valeur BT est par exemple égale à pi/2 modulo pi. Dans le cas d'un résultat positif lors de l'étape 09, le dispositif de traitement attribue à la pente de la droite D que fait la flèche FB une valeur choisie par exemple égale à 100 (étape 11). Lors de l'étape 13, il est alors calculé le coefficient directeur de la pente p de la droite D (formule II annexe). La constante b de la droite D est calculée lors de l'étape 15 à l'aide des coordonnées XB et YB de la position de la grue GB indiquée par les capteurs de position (formule III annexe). Lors de l'étape 17, il est procédé au calcul des points d'intersection I1 et I2 entre le cercle défini par la rotation de la position du chariot de la grue haute GH autour de BH et la droite D confondue avec la flèche FB de la grue basse GB. Nous faisons maintenant référence à la figure 4 dans laquelle nous retrouvons en partie les éléments décrits en référence à la figure 2. Il est représenté en outre le cercle CR défini par la rotation de la position du chariot CHR autour de son axe RH. Le dispositif de traitement calcule les points d'intersection I1 et I2 entre le cercle CR et la droite D. Le cercle CR possède comme centre le point GH possèdent de coordonnées XH et YH et un rayon r. Ce rayon r correspond à la position du chariot CHR, dont les coordonnées sont connues par les capteurs et qui portent les désignations XC et YC. L'homme de l'art comprendra que la détermination des coordonnées XI1, YI1 pour le point I1, et XI2, YI2 pour le point I2 correspond à la résolution d'une équation du second degré telle que décrite dans la formule IV ci-annexée. Nous faisons à nouveau référence à la figure 3. Lors de l'étape 19, le paramètre INTER1 est associé au cas où le point I1 appartient à la flèche FB, tandis que le paramètre INTER2 est associé au cas où le point I2 appartient à la flèche FB. En 21, il est vérifié si le paramètre INTER1 est en position haute. Dans le cas d'un résultat positif lors de l'étape 21, il est procédé à l'étape 23 sinon à l'étape 25. En 23, le dispositif de traitement calcule la distance entre le chariot CHR et la grue basse avec INTER 1 en position haute, tandis qu'en 25 le paramètre INTER2 est placé en position basse. Lors de l'étape 27, il est procédé au calcul de la distance entre le chariot et la grue basse avec INTER 2 en position haute. Nous faisons maintenant référence à la figure 5 qui illustre le calcul de la distance entre le chariot et la grue basse. Nous retrouvons le repère R décrit ci-avant. La droite D comprend deux points M et M' possédant les coordonnées XM et YM et XM' et YM'. Le chariot CHR possède une position C ayant les coordonnées XC et YC. L'homme de l'art comprendra que la détermination de la distance CMî et CM2 répond à la formule V ci-annexée. A l'aide de la détermination des distances CMî et CM2, il est procédé au calcul de l'angle ou excursion angulaire de la charge avant d'entrer en collision avec la flèche basse. Cette excursion angulaire porte la référence AAC sur la figure 6. Elle est appelée plus communément angle avant le choc. Cet angle AAC est une caractéristique essentielle qui permet d'apprécier le comportement d'une grue en interférence. Il représente la distance ou excursion angulaire restant à parcourir à la grue haute avant de percuter la flèche ou la contre-flèche de la grue basse. Il est clair que cet angle tient compte de la position du chariot de la grue haute et des points d'intersection calculés précédemment. Un seul point d'intersection I est sélectionné à l'aide des étapes de comparaison et de test 31, 33, 35, 37, 39 et 41. Il s'agit du point défini dans l'intervalle géométrique de la grue basse le plus proche de la position du chariot de la grue haute. L'angle avant le choc est déterminé à partir de la formule VI ci-annexée. Lors des étapes 45 et 47 (figure 3), il est procédé à la gestion des grues en fonction de la détermination de l'angle avant le choc selon l'invention et du point d'intersection I ainsi sélectionné. Cette gestion comprend des ordres de ralentissement ou d'arrêt aux grues correspondantes en fonction de la détermination de ce paramètre essentiel. ANNEXE (I) (D1)2 = (XB-XH)2 + (YB-XB)2 (Il) p = TANGENTE (AFB) (III) b = YB - p XB (IV) r2 = (XC-XH)2 + (YC-YH)2 r2 = (XI-YH)2 + (YC-YH)2 XI2 (l+p2) + XI(-2XH+2pb-2pXY) + XH2+b2-2bYH+YH2-r2 = 0 (V) (CM2)2 = (XM-XC)2 - (YM-YC)2 avec XM = (XC+pYC-pb)/(l+p2) YM = pxM + b (VI) AAC = (cos(XC-XH)(XI-XH) + (YC-YH)(YI-YH))/r2 Revendications 1. Installation pour empêcher une collision entre au moins deux grues mobiles en translation (GH et GB) dont la première (GH) possède une première flèche (FH) montée pivotante latéralement et sur laquelle est susceptible de se déplacer en translation un chariot (CHR) portant un câble enroulable/déroulable soutenant une charge (CG), et dont la seconde (GB) possède une seconde flèche (FB) sensiblement plus basse que la première flèche et montée pivotante latéralement, l'installation comprenant un dispositif de traitement (UTM) propre à traiter des informations provenant de dispositifs capteurs capables de détecter des valeurs de mesure représentatives des positions angulaires et/ou de translation des éléments mobiles des première et seconde grues pour déterminer de manière répétée pendant le mouvement desdits éléments mobiles r au moins un paramètre représentatif du risque de collision entre la seconde flèche (FB) et la charge (CG), le dispositif de traitement étant propre à délivrer à des dispositifs actionneurs, capables de déplacer les éléments mobiles, des ordres de ralentissement ou d'arrêt en fonction de la détermination dudit paramètre, caractérisée en ce que le paramètre représentatif du risque de collision entre la seconde flèche (FB) et la charge (CG) comprend l'excursion angulaire (AAC) restant à parcourir à ladite charge (CG) avant d'entrer en collision avec la seconde flèche (FB). 2. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de traitement (UTM) détermine en outre la distance (CM) entre la position (C) du chariot et la droite (D) définie par la seconde flèche. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de traitement détermine la droite (D) à l'aide de son coefficient directeur (p). 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de traitement (UTM) détermine la position (C) du chariot (CHR) portant la charge à l'aide du dispositif capteur associé audit chariot. 5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de traitement établit l'origine d'un repère orthonormé (R) sur la position de la seconde grue déterminé à l'aide du dispositif capteur associé à la seconde grue et fixe un axe (X) dudit repère (R) sur la position de la première grue déterminée à l'aide du dispositif capteur s . s associé à ladite première grue. 6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de traitement détermine les points d'intersection (I1 et I2) entre la droite (D) et le cercle (CR) ayant comme centre la position (GH) de la première grue et comme rayon la distance (r) entre la position (C) du chariot et la position de la première grue (GH).