Brevet FR2806716A1 — publié le 20010928

La présente invention concerne le domaine technique la manutention d'une charge au sens général, et elle vise plus précisément les appareils ou les dispositifs conçus pour déplacer en état d'équilibre, une charge ou analogue. Dans l'état de la technique, il est connu de nombreux dispositifs conçus pour supporter une charge dans une position d'équilibre, quelle soit la position prise dans l'espace par la charge. De tels appareils, appelés également manipulateurs auto- équilibrés permettent de déplacer manuellement la charge dont poids est repris pour chaque position, par l'appareil lui-même. Par exemple, le brevet FR 2 754 527 décrit un appareil de manutention comportant un bras flèche et un bras de renvoi montés parallèles entre-eux et articulés leurs extrémités par un balancier et par un contre-balancier pour former ensemble un parallélogramme déformable. Le balancier est destiné à porter ' son extrémité libre, charge de toute nature appropriée. L'appareil comporte également un axe de pivotement monté selon une direction sensiblement horizontale sur un châssis et destiné à servir d'articulation pour l'un des bras du parallélogramme déformable. Le manipulateur comporte également des moyens d'application le parallélogramme déformable, d'un effort compensateur agissant sur le contre-balancier en un point d'application déterminé, de manière que ce dernier se trouve toujours aligné, quelle que soit la position de la charge, avec l'axe de pivotement et avec le point d'application de la force due à la charge. Un tel appareil est ainsi capable de déplacer en état d'équilibre, une charge quelle que soit sa position prise dans l'espace. Si un tel manipulateur donne satisfaction dans de nombreuses applications, il apparaît le besoin, dans certaines applications, de sécuriser fonctionnement en évitant notamment le déplacement intempestif de la charge. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin proposant un appareil de déplacement, en état d'équilibre, d'une charge, comportant : - un bras porteur et un bras de reprise montés parallèles entre-eux et articulés à leurs extrémités par un bras flèche et par un contre-bras flèche pour former un parallélogramme déformable, le bras flèche présentant à son extrémité libre, un point d'application d'une force due à la charge, - un axe de pivotement sensiblement horizontal porté par un châssis et sur lequel est articulé le bras porteur, - et des moyens d'application, pour une valeur donnée de la charge, d'un effort compensateur agissant sur le contre-bras flèche en un point d'application, de manière que ce dernier se trouve toujours aligné, quelle que soit la position de la charge avec l'axe de pivotement, et le point d'application de la force due à la charge. Selon l'invention, l'appareil comprend un moyen commandé blocage du parallélogramme déformable par rapport au châssis, dans l'une quelconque des positions prises par la charge. L'appareil de manutention selon l'invention présente ainsi l'avantage de permettre d'immobiliser, de façon sûre, la charge dans l'une quelconque positions prises par la charge. Un autre objectif de l'invention est de proposer un appareil de manutention conçu pour présenter une sécurité de fonctionnement, notamment en évitant au cours de ses mouvements, un risque de blessure pour les personnes placées dans l'environnement immédiat d'un tel appareil. Pour atteindre un tel objectif, l'appareil comporte un moyen blocage monté à l'intérieur du châssis au moins en partie fermé par un carter de protection dans lequel est aménagée une fenêtre de passage pour un tube formant le bras porteur ou le bras de reprise et à l'intérieur duquel est monté respectivement le bras de reprise ou le bras porteur. Une telle disposition offre l'avantage de ne pas donner accès au parallélogramme déformable, évitant ainsi tous risques de coincement pour les personnes situées à proximité. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La 1 est une représentation géométrique de l'appareil conforme à l'invention. Les 2A, 2B, 2C sont des vues de l'appareil conforme à l'invention selon diverses positions. La 3 est une vue en élévation d'une partie caractéristique l'appareil selon l'invention. La rig. 4 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes IV-IV de la fig. 3. La 5 est une coupe-élévation d'une partie caractéristique de l'appareil selon l'invention. Tel cela ressort plus précisément de la fig. 1, l'appareil 1 selon l'invention est destiné à assurer le déplacement en état d'équilibre, d'une charge 2 au sens général. L'appareil 1 comporte un bras porteur 3 et un bras de reprise 4 monté parallèle au bras porteur 3. Le bras porteur 3 et le bras de reprise 4 sont articulés à l'une de leurs extrémités respectivement, par des axes d'articulation 5, 6 sur un bras flèche 7 et à leurs extrémités opposées, respectivement par les axes d'articulation 8, sur un contre-bras flèche 11. Les bras porteurs 3 et de reprise 4, ainsi que le bras flèche 7 et le contre-bras flèche Il définissent par leurs axes d'articulation 5, 6, 9, un parallélogramme déformable. Le bras flèche 7 est destiné à porter à son extrémité libre, la charge 2 en un point d'application A. Bien entendu, la charge 2 peut être portée directement par l'extrémité libre du bras flèche 7 ou, de préférence, par l'intermédiaire d'un système de maintien en position horizontale. axes d'articulation 6, 8, 9 s'étendent tous selon une direction commune parallèle, à savoir horizontale. L'un bras, à savoir le bras porteur 3, est monté sur un axe de pivotement 12 porté par un châssis 13 dont une description détaillée sera effectuée dans la suite de la description. L'axe de pivotement 12 est monté pour s'étendre selon une direction sensiblement horizontale pour permettre un pivotement du parallélogramme déformable dans un plan vertical. Pour des raisons de clarté, le centre de l'axe de pivotement 12 est représenté par un point B. Bien entendu, l'axe de pivotement 12 peut servir d'articulation pour l'autre bras, à savoir de reprise 4 qui devient alors le bras porteur, tandis que l'autre bras constitue le bras de reprise. L'appareil 1 comporte également des moyens 16 adaptés pour appliquer sur le parallélogramme déformable, un effort compensateur de l'effort dû à la charge et du poids propre éléments constitutifs de l'appareil. Ces moyens d'application d'un effort compensateur 16 agissent sur le contre-bras flèche Il en un point C situé de manière que points A, B, C se trouvent toujours alignés, quelle que soit la position de la charge 2. Il s'ensuit que le déplacement du point d'application C de l'effort compensateur est proportionnel par rapport l'axe de pivotement B, au déplacement du point A d'application de la force due à la charge. En effet, tel que cela ressort des rig. 1, 2A à 2C et du brevet FR 2 754 527, deux triangles B, 5, A et B, 8, C se déforment lors du déplacement de la charge 2 dans un rapport de valeur constante permettant, par le réglage des moyens compensation 16, d'auto-équilibrer la charge, quelle que soit sa position dans l'espace. Ainsi, le rapport k des bras de levier, à savoir la distance H considérée entre les points A et B divisée par la distance h prise entre les points B et C, est toujours égale une même valeur. Comme cela apparaît sur les fig. 2A à 2C, les trois points A, B, C se trouvent toujours alignés pour toutes les positions prises par la charge 2, de sorte que cette dernière se trouve automatiquement auto-équilibrée. La charge 2 est capable d'occuper n'importe laquelle des positions définies à l'intérieur d'une enveloppe de déplacement schématisée sur les fig. 2A à 2C. De façon similaire, le point d'application C de l'effort compensateur se déplace de façon homothétique par rapport à l'axe de rotation B, à l'intérieur d'une enveloppe de déplacement V homothétique de rapport Les enveloppes de déplacement E, E' symétriques par rapport au point B, sont donc inversement égales avec le rapport k. Dans l'exemple illustré, l'effort compensateur exercé par les moyens de compensation 16 est appliqué au niveau de l'articulation 9, mais il pourrait être aussi appliqué sur une partie d'extension prolongeant le contre-bras flèche 11 au-delà de l'articulation 9. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les moyens d'application de l'effort compensateur 16 sont constitués par un contrepoids 17 dont le centre de masse siapplique sur la droite définie par axes d'articulation 5, 8 et l'axe de rotation B. La valeur du contrepoids 17 est choisie avantageusement pour permettre d'équilibrer l'appareil à vide, c'est-à-dire en l'absence d'une charge 2. Lorsque la valeur du contrepoids 17 a été fixée pour compenser poids à vide de l'appareil, il appareit que l'appareil reste en position stable dans n'importe quelle position prise dans l'espace, dans la mesure où le rapport k des bras de levier présente une valeur constante. Les moyens de compensation 16 sont constitués également par un moyen de traction 18 développant un effort compensateur adapté à la valeur de la charge 2 appliquée au point A. Un tel moyen moteur de traction 18 permet ainsi de compenser la force due à la charge 2, de manière à conserver un auto-équilibrage de l'appareil. Il s'ensuit qu'il peut être obtenu un déplacement dans l'espace de la charge qui se trouve auto-équilibrée, quelle que soit sa position prise. Il est à noter qu'il peut être aussi envisagé que compensation de l'appareil à vide soit assurée également par les moyens moteurs de traction. Conformément à l'invention, l'appareil 1 comporte un moyen commandé 19 permettant de bloquer le parallélogramme déformable par rapport au châssis 13, dans l'une quelconque des positions prises par la charge 2. Un tel moyen de blocage 19 permet d'immobiliser la charge 2 dans une position déterminée. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 3 et 4, le moyen de blocage 19 est constitué, dans l'exemple illustré, de deux vérins 20 montés sur le parallélogramme déformable et comportant chacun un piston 21 destiné à coopérer en position de blocage, avec surface de freinage 22 portée par le châssis 13. Les surfaces de freinage 22 sont parallèles l'une à l'autre en s'étendant aussi parallèlement au plan d'extension du parallélogramme déformable. vérins 20 agissent ainsi selon une direction perpendiculaire au plan d'extension du parallélogramme. Dans l'exemple illustré, les deux vérins 20 sont montés dos à dos entre les deux surfaces de freinage 22 portées par flancs 23 du châssis 13 s'étendant parallèlement l'un à l'autre. Le déplacement de chaque piston 21 est assuré par un dispositif mécanique efficace en cas de manque d'énergie et par l'intermédiaire d'un circuit de commande non représenté, par exemple pneumatique, permettant la sortie et la rentrée des pistons, en vue d'obtenir leur appui sur les surfaces de freinage 22. Avantageusement, les surfaces de freinage présentent un aspect rugueux pour favoriser l'adhérence pour les pistons 21. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 3 à 5, le moyen blocage 19 est monté sur un prolongement 25 du contre-bras flèche 11. Dans l'exemple de réalisation illustré, le contre-bras flèche 11 est dédoublé pour être constitué de deux parties parallèles dont les prolongements 25 sont réunis par un cylindre servant de montage pour les deux vérins 20. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le moyen de blocage 19 est monté à l'intérieur du châssis 13 qui se trouve, au moins en partie, fermé par un carter de protection 29 non complètement représenté, dans lequel est aménagée une fenêtre de passage 30 pour un tube 31 formant, dans l'exemple illustré, le bras porteur 3 et à l'intérieur duquel est monté le bras de reprise 4 et système de maintien en position horizontale de la charge lorsqu'il existe. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 3 et 5, le tube 31 est équipé, à l'une de ses extrémités, de deux ailes 32 montées articulées sur l'axe de pivotement 12. Chaque aile 32 comporte au- delà de l'axe d'articulation 8 pour le contre-bras flèche 11, une partie d'extension 33 sur laquelle est fixé le contrepoids 17. Tel que cela apparaîît plus précisément à la rig. 5, chaque contrepoids 17 est constitué à partir d'une masse pesante, 'étendant à proximité d'une surface de freinage 21 à l'intérieur du châssis 13. Chaque aile 32 du bras porteur 3 est équipée, au-delà de l'axe d'articulation 12, d'un axe d'articulation 8 pour une partie du contre-bras flèche 11, pourvue chacune d'un axe d'articulation 9 pour une partie du bras de reprise 4 qui est formée aussi en deux parties. Dans l'exemple illustré, l'axe d'articulation 9 le point d'application de l'effort exercé par le moyen de traction 18. Dans l'exemple, le moyen de traction 18 est un vérin pneumatique ou hydraulique dont la tige de vérin est articulée sur l'axe d'articulation 9. Ce vérin 18 comporte un corps 40 monté sur un chariot mobile 41 se déplaçant sur des glissières 42 aménagées le fond du châssis 13 pour permettre un déplacement dans une direction horizontale f parallèle aux surfaces de freinage 21. Bien entendu, le moyen de traction 18 peut etre réalisé de manière différente, par exemple par un moteur électrique. Il est à noter que le moyen de traction 18, les contrepoids 17, le moyen de blocage 19, les articulations 8, 9 et le contre-bras flèche 11 sont montés à l'intérieur du châssis 13 en partie fermé pour limiter son accès, en vue d'interdire des accidents. Dans le même sens, un soufflet 44 est, de préférence, monté entre le bras porteur 3 et le châssis 13. Egalement, il peut être prévu de monter un soufflet 45 entre le bras porteur 3 et le bras flèche 7 constitué aussi sous la forme d'un tube recevant, de préférence, un autre soufflet 46 entre son extrémité et le système de suspension de la charge. Il est à noter que le châssis 13 peut être monté de manière fixe ou mobile, sur le sol ou suspendu. De même, l'appareil est avantageusement destiné à constituer un manipulateur dont la charge est déplacée manuellement. Cependant, l'appareil 1 peut être motorisé, afin d'être utilisé dans des applications robotiques. L'invention n'est pas limitée exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Appareil de déplacement en état d'équilibre d'une charge (2), comportant - un bras porteur (3) et un bras de reprise (4) montés parallèles entre-eux et articulés à leurs extrémités (5, 6, 8, 9) par un bras flèche (7) et par un contre-bras flèche (11) pour former un parallélogramme déformable, le bras flèche (7) présentant à son extrémité libre, un point d'application (A) d'une force due à la charge (2), - un axe de pivotement (B) sensiblement horizontal porté par un châssis (13) et sur lequel est articulé le bras porteur (3), - et des moyens d'application (16), pour une valeur donnée de la charge, d'un effort compensateur agissant sur le contre-bras flèche (11) en un point d'application (C), de manière que ce dernier se trouve toujours aligné, quelle que soit la position de la charge (2), avec l'axe de pivotement (B), et le point d'application (A) de la force due à la charge, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (19) commandé de blocage du parallélogramme déformable par rapport au châssis (13), dans l'une quelconque des positions prises par la charge. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de blocage (19) est constitué par deux vérins (20) montés dos à dos sur le parallélogramme déformable, entre deux surfaces de freinage (22) portées par le châssis, chaque vérin (20) comportant un piston (21) destiné à coopérer en position de blocage, avec une surface de freinage (22). 3 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de blocage (19) est monté sur un prolongement (25) du contre-bras flèche (11). 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de blocage (19) est monté à l'intérieur du châssis (13) au moins en partie fermé par un carter de protection (29) dans lequel est aménagée une fenêtre de passage (30) pour un tube (31) formant le bras porteur (3) ou le bras de reprise (4) et à l'intérieur duquel est monté respectivement le bras de reprise ou le bras porteur. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bras porteur (3) est formé par un tube (31) équipé, à l'une de ses extrémités, de deux ailes (32) montées articulées sur l'axe de pivotement (B) et comportant chacune, au-delà de cet axe, une partie d'extension (33) sur laquelle est fixé contrepoids (17) adapté pour équilibrer l'appareil à vide. 6 - Appareil selon la revendication 4 ou caractérisé en ce qu'un soufflet (44, 45, 46) est monté entre le tube (31) et le châssis (13), entre le bras porteur (3) et le bras flèche (7) et entre le bras flèche (7) et le systeme de suspension de la charge (2). 7 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bras porteur (3) est équipé d'un contrepoids (17) s'étendant à l'intérieur du châssis en relation de proximité d'une surface de freinage (22). 8 - Appareil selon la revendication caractérisé en ce que chaque partie d'extension (33) du bras porteur (3) est adaptée pour assurer l'articulation (8) d'un contre-bras flèche (11) articulé chacun sur partie d'un bras de reprise (4). 9 - Appareil selon les revendications 1 8, caractérisé en ce que l'articulation (9) du contre-bras flèche (11) sur le bras de reprise (4) est le point (C) d'application de l'effort compensateur fourni par un moyen de traction (18) développant un effort compensateur adapté à la valeur de la charge.