Brevet FR2809339A1 — publié le 20011130

La présente invention a pour objet un procédé de déplacement automatique sur un terrain, d'un outil monté à l'extrémité d'un bras articulé, et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Le bras articulé équipé de l'outil peut être, par exemple, le bras d'une pelle hydraulique, montée pivotante autour d'un axe vertical sur le chassis du véhicule. Lorsqu'un opérateur doit travailler, à l'aide d'un outil monté à l'extrémité d'un tel bras, une surface très précise de terrain, il rencontre difficultés, dans la mesure où il commande manuellement le déplacement de l'outil, qu'il est placé à une distance importante de l'outil, de l'ordre de 5 à 6 m, et ne dispose pas toujours d'une vision précise de la zone dans laquelle travaille l'outil. II n'est donc pas facile, surtout en tenant compte des jeux dans l'articulation des différents éléments du bras, déplacer l'outil sur la surface à travailler, de façon à ne laisser aucune zone de terrain non travaillée. II est important de systématiser le travail d'une surface terrain dans certaines applications, telles que la recherche de mines anti personnel pouvant être enfouies dans un terrain. La sécurisation du terrain nécessite de ne laisser aucune surface non atteinte par l'outil de détection. Le but de l'invention est de fournir un procédé qui permette de systématiser le travail d'un terrain, afin d'éviter de laisser des zones non travaillées. A cet effet, le procédé de déplacement automatique sur un terrain, d'un outil monté à l'extrémité d'un bras articulé, qu'elle concerne, consiste à définir et calculer une surface appelée surface de travail à partir de plusieurs touches successives de l'outil au sol, puis à réaliser le déplacement de l'outil sur la surface de travail. En outre, ce procédé consiste, après définition de la surface de travail, à définir un schéma de travail de l'outil superposable avec la surface de travail, afin de lui permettre de couvrir, par des déplacements discontinus ou en continu, toute la surface de travail. Suivant un mode de mise en oeuvre, ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à amener l'outil sur un premier point de la surface et à calculer les coordonnées de ce point qui est considéré comme le point origine du schéma de travail, à amener l'outil en un deuxième point permettant d'orienter un premier axe de coordonnées du schéma de travail et de déterminer le point le plus éloigné à atteindre sur cet axe, amener l'outil en un troisième point proche du deuxième axe de coordonnées et permettant de définir la position du repère du schéma de travail, puis en un quatrième point délimitant la zone du plan à l'intérieur de laquelle travail sera effectué. Suivant une autre caractéristique, ce procédé consiste à définir un schéma de travail dont les points, atteints ultérieurement l'outil, sont rangés dans deux directions perpendiculaires suivant une séquence telle qu'à un pas caractéristique de la forme de la tête de l'outil dans une direction succède un pas caractéristique de la dimension de la tête l'outil dans ladite direction. Avantageusement, le procédé selon l'invention consiste à commander les différents mouvements et déplacements de l'outil l'aide d'un calculateur. Cela permet de soulager l'opérateur dans sa tâche, et d'atteindre des zones qui ne sont pas toujours directement visibles par l'opérateur. En pratique, ce procédé consiste à fournir au calculateur les coordonnées des quatre points, à partir desquels le calculateur définit un processus de déplacement de l'outil sur toute la surface de travail et commande les organes assurant le déplacement de celui-ci. Toutefois, l'opérateur peut, à tout moment, interrompre le cycle de fonctionnement et de déplacement de l'outil pour le commander manuellement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au cours du travail une surface, le calculateur mémorise les différents points atteints par l'outil ainsi que les points de la surface qui n'auraient pas été atteints, en vue réaliser un travail ultérieur. Selon une autre possibilité, l'opérateur peut sélectionner une zone de travail qui est atteinte directement et automatiquement indépendamment de la mise en oeuvre du schéma de travail commandée par le calculateur. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un engin porteur sur le châssis duquel une tourelle est montée pivotante autour d'un axe vertical, cette tourelle étant équipée d'un bras constitué de plusieurs éléments articulés autour d'axes horizontaux, et en bout duquel est monté un outil, la tourelle comportant un capteur angulaire déterminant l'angle qu'elle forme avec le châssis et chaque élément du bras comportant un capteur angulaire fournissant son inclinaison par rapport à l'horizontale. Dans un repère attaché au châssis, dont deux axes sont placés dans un plan horizontal, il est possible de calculer les coordonnees du point extrémité de l'outil connaissant, d'une part, les distances entre les axes d'articulation des différents éléments du bras et, d'autre part, l'angle que fait chaque élément avec l'horizontale. L'angle que fait direction principale de l'outil par rapport au sol est choisi par l'opérateur, en fonction du terrain, et maintenu pendant la phase de travail. Dans ces conditions, il est possible de calculer les angles de la tourelle par rapport au châssis, des éléments articulés par rapport à l'horizontale, en connaissant les coordonnées du point extrémité de l'outil. Ainsi, à chacun des points de l'espace pouvant être atteint par l'extrémité de l'outil, correspondent des valeurs angulaires calculées. Suivant une autre caractéristique, ce dispositif comporte un calculateur équipé d'un programme de commande du déplacement de l'outil pour couvrir la surface à sécuriser, ce calculateur recevant les valeurs fournies par les différents capteurs angulaires et délivrant en sortie des signaux électriques commandant des électro-distributeurs alimentant hydrauliquement le moteur d'entraînement en rotation de la tourelle et les differents vérins d'actionnement des éléments du bras, jusqu'à ce que les valeurs angulaires soient égales aux valeurs calculées. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de travail d'un terrain Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif destiné à la sécurisation d'un terrain ; Figure 2 en est une vue de dessus ; Figure 3 est une vue d'un diagramme de commande de l'outil ; Figure 4 est une vue d'un schéma de déplacement de l'outil sur sol ; Figure 5 est une vue d'un second outil, constitué par un dispositif vibreur à un pied ; Figure 6 est une vue d'un schéma de déplacement de cet outil le sol ; Figure 7 est une vue de l'extrémité du bras dispositif, équipé d'un détecteur de métaux ; Figure 8 est une vue d'un schéma de déplacement de ce détecteur de métaux vis-à-vis du sol. La figure 1 représente un engin porteur 2 comportant un châssis 3 monté sur roues et pouvant être stabilisé à l'horizontal par des vérins stabilisateurs 4. Sur le châssis 3 est montée une tourelle 5, pivotant autour d'un axe vertical A1. La tourelle comportant un capteur angulaire C1 qui permet la détermination de l'angle que forme la tourelle par rapport au châssis. Sur la tourelle est articulé, autour d'un axe horizontal , un bras 6 constitué par trois éléments 6a, 6b et 6c, l'élément 6b étant articulé sur l'élément 6a autour d'un axe horizontal A3 et l'élément 6c étant articulé à l'extrémité de l'élément 6b autour d'un axe A4. Les éléments 6a, 6b et 6c sont équipés respectivement de capteurs angulaires C2, C3 et C4 permettant de déterminer l'angle que fait chaque élément avec l'horizontal. A l'extrémité de l'élément 6c est fixé l'outil 7 qui comporte des barres parallèles 8 équipées chacune, à son extrémité inférieure, d'un pied 9 d'appui sur le sol. L'outil 7 est également équipé d'un dispositif de mise vibrations des barres 8 et des pieds 9, connu en soi et non représenté. Dans un repère attaché au châssis, dont deux axes X et Y sont placés dans un plan horizontal, il est possible de calculer les coordonnées du point extrémité de l'outil connaissant, d'une part, les longueurs des différents éléments 6a, 6b et 6c ainsi que les angles au niveau des axes A1, A2, A3 et A4. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'axe vertical correspondant à l'axe de rotation de la tourelle est défini par la référence Z. Le dispositif selon l'invention est, comme montre la figure 3, equipé d'un calculateur 10 recevant les signaux représentatifs des valeurs angulaires des capteurs C1, C2, C3 et C4. Le calculateur délivre en sortie des signaux électriques commandant des électro-distributeurs E1, E2, E3 et E4 alimentant respectivement le moteur 12 d'entraînement rotation de la tourelle 5, ainsi que des vérins 13, 14 et 15 entraînant les éléments respectivement 6a, 6b et 6c. En pratique, l'opérateur commande le déplacement de l'outil jusqu'à faire coïncider le point extrémité de l'outil avec un point qu'il a choisi sur la surface du terrain à travailler. Par l'intermédiaire des valeurs angulaires mesurées dans cette position, les coordonnées du point sont calculées dans le repère origine de la machine et mémorisées. Cette opération est réalisée successivement quatre fois. Le premier point ainsi déterminé est le point origine du schéma de travail. Le deuxième point permet d'orienter le premier axe de coordonnées du schéma de travail et de déterminer le point maximum à atteindre sur cet axe. Le troisième point déterminé et proche du deuxième axe de coordonnées, permet de définir la position repère du schéma de travail, et le quatrieme point délimite la zone du plan à l'intérieur de laquelle le travail de sécurisation sera effectué. Il est compréhensible que toutes les coordonnées des points du schéma travail sont connues et en conséquence tous les points du schéma situés à l'intérieur de la zone de travail déterminée pourront être atteints successivement par l'outil. A titre d'exemple, le calculateur va, à partir logiciel tenant compte de paramètres tels que le nombre de pieds, la dimension des pieds dans deux directions rectangulaires ainsi que l'espace entre deux pieds, piloter un schéma de travail. Dans l'exemple schématisé à la figure 4, les pieds sont carrés et sont au nombre de six. Les six pieds sont posés dans un angle de la surface travail par commande à partir du calculateur. II s'agit de la position centrée sur le point 0. Après mise en vibrations des pieds, ceux-ci sont déplacés suivant l'axe X d'un premier pas P1 correspondant à la moitié de dimension d'un pied. Les pieds occupent la position, définie par des traits mixtes, et les pieds sont centrés sur le point 1. Dans cette seconde position, les pieds recouvrent les espaces qui se trouvaient délimités entre les pieds, dans la position 0, lesquels espaces étaient orientés parallèlement à l'axe Y. II est ensuite procédé au déplacement de l'ensemble des pieds d'un pas P2, toujours suivant l'axe X, d'une valeur égale à 2,5 fois la dimension de la totalité des pieds dans la direction X. Les pieds sont centrés sur le point 2. Après mise en vibrations, ils sont déplacés de la valeur du premier pas P1, c'est-à-dire la moitié de la dimension d'un pied pour être amenés dans la position 3 et ainsi de suite suivant l'axe X. Il est procédé de la même façon suivant l'axe Y, l'ensemble de la surface pouvant être ainsi couvert, sans laisser de zones non explorées, par déplacements successifs suivant deux pas différents. Ce déplacement est de préférence automatisé, et commandé par le calculateur, comme indiqué précédemment. Le calculateur mémorise les zones qui ont été atteintes par l'outil, et éventuellement les zones qui ne pourraient pas être atteintes, notamment en raison du fait que le déplacement de l'outil ne peut pas être parfaitement linéaire dans les deux directions, compte tenu de la rotation de la tourelle. Pour obtenir une parfaite linéarité du déplacement de l'outil dans les deux directions, il serait possible d'envisager un degré de liberté supplémentaire de l'outil, permettant la rotation de celui-ci autour d'un axe vertical autour de l'élément 6c, pour le conserver parallèle lui-même, lorsque la tourelle tourne sur le châssis. La figure 5 représente un second dispositif, dont seule l'extrémité du bras est représentée au dessin et qui diffère du dispositif précédent par l'outil. Dans ce second dispositif, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce dispositif, l'outil 17, destiné également à la sécurisation d'un terrain, comprend un pied 19 monté à l'extrémité d'une barre 18. Ce pied 19, après avoir pris appui sur le soi, est susceptible d'être mis en vibrations de façon connue en soi. La figure 6 montre le schéma de travail de l'outil sur le sol. Dans ce cas encore, le calculateur définit, suivant deux directions X et Y, des points sur lesquels l'outil doit venir reposer successivement lors de son déplacement sur le soi. Dans la mesure où il n'existe qu'un seul pied, dans le cas présent, le pas dont le pied est déplacé tant dans les directions X que Y, correspond à une longueur inférieure à la dimension du pied dans la direction considérée. II peut être noté, qu'à la figure 6, est représenté un léger pivotement du pied tenant compte de la rotation de la tourelle sur laquelle est monté le bras. Toutefois, le calculateur modifie la position angulaire du bras afin que, malgré le pivotement de la tourelle, les points définis par le schéma de travail demeurent alignés. La figure 7 représente un dispositif, dans lequel les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce dispositif, un outil 27 est équipé d'un détecteur de métaux 29 porté par une barre 28. Comme montré au dessin, l'extrémité inférieure de la barre 28 dépasse du détecteur de métaux pour permettre un appui sur le sol, notamment pour réaliser la délimitation du plan de travail. Comme montré à la figure 8, pour la détermination du schéma travail, la surface prise en considération est le carré 30 inscrit à l'intérieur du détecteur circulaire 29. Le déplacement du détecteur intervient suivant un pas, dans l'une ou l'autre des deux directions X Y, est inférieur à la dimension du côté du carré 30, afin qu'il y ait une zone de chevauchement entre une position et la suivante. Si le déplacement du détecteur peut être réalisé par pas, il est possible également de réaliser un déplacement continu, ce qui est d'autant plus possible que le détecteur de métaux ne repose pas sur le sol, mais suit la surface de celui-ci à distance. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte grande amélioration à la technique existante en permettant une automatisation de la surface d'un terrain à l'aide d'un outil, en systématisant le travail de toute cette surface. Comme il va de soi, l'outil pourrait être autre que ceux décrits précédemment, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de déplacement automatique sur un terrain, d'un outil monté à l'extrémité d'un bras articulé, caractérisé en ce qu'il consiste à définir et calculer une surface appelée surface de travail à partir de plusieurs touches successives de l'outil au sol, puis à réaliser le déplacement de l'outil (7, 17, 27) sur la surface de travail. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, après définition de la surface de travail, à définir un schéma de travail de l'outil (7, 17, 27) superposable avec la surface de travail, afin de lui permettre couvrir, par des déplacements discontinus ou en continu, toute la surface de travail. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à amener l'outil (7, 17, 27) sur un premier point de la surface à calculer les coordonnées de ce point qui est considéré comme le point origine du schéma de travail, à amener l'outil en un deuxième point permettant d'orienter un premier axe de coordonnées du schéma de travail et de déterminer le point le plus éloigné à atteindre sur cet axe, à amener l'outil en un troisième point proche du deuxième axe de coordonnées et permettant définir la position du repère du schéma de travail, puis en quatrième point délimitant la zone du plan à l'intérieur de laquelle le travail sera effectué. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé ce qu'il consiste à définir un schéma de travail dont les points, atteints ultérieurement par l'outil (7, 17, 27), sont rangés dans deux directions perpendiculaires suivant une séquence telle qu'à un pas caractéristique de la forme de la tête de l'outil dans une direction succède un pas caractéristique de la dimension de la tête de l'outil dans ladite direction. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à commander les différents mouvements et déplacements de l'outil à l'aide d'un calculateur (10). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à fournir au calculateur (10) les coordonnées des quatre points, à partir desquels le calculateur définit un processus de déplacement de l'outil sur toute la surface de travail et commande les organes assurant le déplacement de celui-ci. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'au cours du travail sur une surface, le calculateur (10) mémorise les différents points atteints par l'outil, ainsi que les points de la surface qui n'auraient pas été atteints, en vue d'y réaliser un travail ultérieur. 8. Dispositif de déplacement automatique sur un terrain, d'un outil monté à l'extrémité d'un bras articulé, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu comprend un engin porteur (2) sur le châssis (3) duquel une tourelle (5) est montée pivotante autour d'un axe vertical (A1), cette tourelle étant équipée d'un bras (6) constitué de plusieurs éléments (6a, 6b, 6c) articulés autour d'axes horizontaux (A2, A3, A4), et en bout duquel est monté un outil (7, 17, 27), la tourelle (5) comportant un capteur angulaire (C1) déterminant l'angle qu'elle forme avec le châssis et chaque élément (6a, 6b, 6c) du bras comportant un capteur angulaire (C2, C3, C4) fournissant son inclinaison par rapport l'horizontale. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu comporte un calculateur (10) équipé d'un programme de commande du déplacement de l'outil (7, 17, 27) pour couvrir la surface à sécuriser, ce calculateur (10) recevant les valeurs fournies par les différents capteurs angulaires (C1, C2, C3, C4) et délivrant en sortie des signaux électriques commandant des électro-distributeurs (E1, E2, E3, E4) alimentant hydrauliquement le moteur (12) d'entraînement en rotation de la tourelle (5) et les différents vérins (13, 14, 15) d'actionnement des éléments du bras (6a, 6b, 6c), jusqu'à ce que les valeurs angulaires soient égales aux valeurs calculées.