Brevet FR2823086A1 — publié le 20021011

L'invention concerne les appareils de distribution automatique d'articles alimentaires. La distribution alimentaire moderne constate une disparition des petites épiceries de village et de faubourg. Face à la généralisation des grandes surfaces, ce petit commerce a perdu toute rentabilité. Les commerces restants sont toujours tenus par des gens âgés attendant la retraite, avec souvent des revenus très bas. Pourtant le marché du petit commerce alimentaire existe : la généralisation de la vente de produits alimentaires de première nécessité dans les stations services en est la preuve. Seule l'automatisation de ces points de vente permettrait de maintenir le petit commerce de détail. Elle rentabiliserait le commerce en supprimant le temps de présence à la caisse et autoriserait une ouverture du magasin la nuit et les jours fériés. Cette automatisation est rendue possible par l'évolution du conditionnement des articles. 80% d'entre eux sont désormais commercialisés dans des emballages parallélépipédiques ou cylindriques, et ceux qui ne le sont pas actuellement peuvent l'être facilement. Par ailleurs, les appareils du commerce assurant la distribution automatique d'articles ne peuvent réaliser cette fonction : ils sont adaptés à des produits de formes identiques, et leur capacité ne dépasse pas 200 références, alors qu'il compter un minimum de 600 références pour une épicerie et 1000 pour une supérette. La présente invention permet d'apporter une solution au problème posé en automatisant la vente des articles. Le principe consiste à faire circuler un robot de saisie des articles le long d'un rayonnage adapté au problème. Par rapport à la technologie de la robotique industrielle, la construction de ce robot est simplifiée notamment en ce qui concerne la précision de construction et les vitesses de déplacement. Une conception du rayonnage en longueur et modulaire permettant de s'adapter à la longueur des magasins existants permet d'offrir un choix adaptable à la clientèle locale ou à la zone géographique, par exemple : 8 m de produits conditionnés, 4 m de fruits et légumes, 4 m de produits frais et 2 m de surgelés. Des modules spécifiques aux rayons frais et surgelés, seront équipés d'une isolation périphérique et de portes automatiques coulissantes. L'adaptation d'un magasin existant se fait par l'installation d'une vitrine en menuiserie aluminium entre le client et la partie robotisée avec un sas d'accès à la livraison des achats et l'installation d'un système d'entrée et de facturation du style distributeur de billets intérieur avec ouverture électrique de la porte par insertion d'une carte bancaire ou d'un billet de banque. Deux ou trois pupitres sont situés coté clientèle pour assurer la communication client/ robot. Chaque pupitre comporte un écran pouvant donner les informations et ordres à respecter. Un clavier permet l'entrée des données et les ordres de validation ou d'annulation. Le rayonnage est divisé en modules de deux mètres comportant chacun les rails de circulation horizontale du robot. Chaque module dispose d'étagères réglables en hauteur est supportant des ensembles rail /rack de rangement des produits. Les produits sont alignés dans des racks coulissants sur des rails fixés sur le rayonnage. Les racks sont réalisés en forme de U avec des rebords latéraux de guidage des articles et disponibles en différentes largeurs de 45 à 350 mm, selon l'encombrement des articles. Contrairement à la disposition à étalement latéral utilisée en supermarché, un seul article frontal par référence sera visible par le client. Cette disposition donne environ 50 références au mètre linéaire. Chaque rack est équipé d'une butée arrière mobile déplaçable par une tige filetée située dans une rainure longitudinale du rack et entraînée par la tête du robot d'extraction. Ce système permet, après chaque extraction d'objet, de ramener la colonne de produits vers l'avant. Pour assurer un accouplement correct avec le robot, la tige filetée est équipée d'un embout conique de centrage doté d'une rainure verticale. Les produits sont codés à l'aide d'un numéro à six chiffres, du style téléphone , plus facile à mémoriser : 01 02 13 par exemple. Le premier nombre 01 correspond au numéro de module, le deuxième à la position en hauteur, le troisième à la position sur l'étagère. Un robot à déplacement horizontal et vertical se positionne aux coordonnées entrées par le client. Il comporte un dispositif d'extraction et un magasin rotatif à axe vertical composé de deux plateaux circulaires parallèles pour produits lourds ou non, et avec des positions angulaires prédéterminées. Le rechargement des articles se fait de l'arrière par la sortie manuelle des racks, sans immobilisation de l'installation. Seuls, le ou les racks sortis ne sont pas accessibles par le robot. Les zones rayons frais et surgelés possèdent des portes d'accès à l'arrière. Elles sont ouvrables manuellement par l'opérateur. Un sas de communication vers l'extérieur, situé à l'extrémité gauche de l'installation, permet le rangement du magasin et la livraison des articles au client. L'ensemble robot doit assurer plusieurs fonctions précises : - assurer son positionnement par rapport à l'axe d'un rack choisi par le client. Dans le but de simplifier la construction générale et de la réaliser sans précision particulière, l'invention utilise un pré-positionnement théorique à +/-3 mm et un positionnement secondaire fin à +/-0. 1 mm. Il est, en effet, inconcevable de réaliser un rayonnage avec une précision de +/-0. 1 mm comme ce serait le cas avec une construction industrielle de qualité. Le prix serait prohibitif Il est préférable de construire le rayonnage avec une qualité de type serrurerie présentant une précision générale de +/-3 mm et de positionner le robot en deux temps en ajoutant un système de recentrage automatique de la partie active de préhension du robot. Cette fonction de pré-positionnement est assurée par le sous-ensemble de châssis général. - assurer son recentrage par rapport à l'axe d'un rack choisi par le client Cette fonction est assurée par le sous-ensemble de recentrage. Le principe consiste à doter le robot d'un dispositif de centrage flottant et libre sur quelques millimètres dans l'axe horizontal et vertical, et de venir mesurer à l'aide de codeurs la différence de position entre la position théorique et la position de l'embout de tige filetée du rack. - Assurer le verrouillage du robot sur le rack. Cette fonction est réalisée par le sousensemble de préhension. Pour cela les coulisseaux avants de racks sont dotés d'empreintes latérales de préhension, et le sous-ensemble de préhension de pinces rotatives. - Sortir le rack concerné et l'amener tangentiellement au niveau d'un plateau du magasin rotatif. Cette fonction est assurée par le sous-ensemble de préhension. Pour cela, les sous-ensembles de positionnement et de préhension circulent ensemble sur un rail parallèle à l'axe du rack. - Evacuer latéralement et sur le plateau l'article concerné. Cette fonction est assurée par le sous-ensemble d'évacuation. Pour cela, un poussoir est monté sur une glissière à billes double entraînée par un moteur, un pignon et deux crémaillères. - Régler, selon le type d'article, l'écartement entre l'axe du rack et le bord de tangence du plateau de magasin. Cet écartement correspond à la moitié de la largeur des articles stockés. Cette fonction est assurée par le sous-ensemble de réglage latéral. Pour cela, les sous-ensembles de préhension, de positionnement et d'évacuation sont installés sur un châssis pouvant se déplacer latéralement sur des rails, à l'aide d'un moteur et d'une vis à billes. - Régler la position verticale de l'extracteur (sous-ensemble de préhension, sousensemble de positionnement, sous-ensemble d'évacuation et sous-ensemble de réglage latéral) par rapport au plateau choisi (inférieur ou supérieur). Cette fonction est assurée par le sous-ensemble de réglage vertical d'extracteur. - Ranger les articles achetés dans le magasin en choisissant une position angulaire de celui-ci parmi les positions prédéterminées et en fonction des achats déjà effectués. Cette fonction est assurée par le sous-ensemble de magasin. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente un exemple de rack complet. La figure 2 représente la partie active de ce rack. La figure 3 est une vue en bout, de face, de ce rack. La figure 4 est une coupe au niveau de la butée arrière. La figure 5 représente le sous-ensemble de préhension des racks, seul. La figure 6 représente les sous-ensembles rack/préhension et recentrage. La figure 7 représente le sous-ensemble de recentrage, seul. La figure 8 représente le sous-ensemble de recentrage en coupe, vu de coté. La figure 9 représente ce sous-ensemble au repos avec un désalignement de 5 mm. Les figures 10, 11 et 12 représentent le sous-ensemble d'évacuation. La figure 11 représente ce sous-ensemble en vue de face, au repos, la figure 12, ce sousensemble en position de produit évacué. La figure 13 représente le sous-ensemble de réglage latéral d'extracteur. La figure 14 représente le sous-ensemble de réglage vertical d'extracteur. La figure 15 représente le sous-ensemble de magasin, la figure 16 le détail du système de rotation du magasin. La figure 17 représente l'ensemble général simplifié. La figure 18 représente une vue de coté de l'ensemble complet. La figure 19 représente une vue de dessus de l'implantation générale avec un rayonnage à deux éléments. En référence à ces dessins, un rack est composé d'un profil en tôle 1, adapté à la largeur de l'article, et comportant une rainure pour recevoir la vis 5. Les extrémités du profil 1 reçoivent, chacune, un chariot 2 et 3, équipés de roulettes 4. Le chariot avant 2 possède un alésage recevant l'extrémité de la tige filetée 5 munie d'un embout 6. L'embout 6 est de forme conique pour assurer une fonction de centrage et possède une rainure permettant l'entraînement de la tige filetée par le robot. La tige filetée 5 entraîne la butée 7 par l'intermédiaire d'un écrou 8, débrayable par rotation vers le haut. Le profil 1 possède deux dégagements latéraux 12 à sa partie avant pour permettre l'évacuation des articles et le passage du poussoir d'évacuation. L'ensemble rack circule à l'intérieur d'un rail 10, en forme de C, fixé sur le rayonnage. Ce rail autorise la sortie du rack vers l'avant, tiré par le robot, et aussi vers l'arrière, tiré par l'opérateur, pour permettre le réapprovisionnement des articles. Le chariot avant 2 possède deux empreintes latérales 11 permettant la préhension par les pinces 13. Les pinces 13 font partie du sous-ensemble de préhension. Elles sont rotatives autour d'un axe vertical et entraînées par un moteur 14, un excentrique 15 et une bielle de liaison 16. Deux microswitch 17 limitent la rotation de l'excentrique 15 à un demi-tour. L'ensemble est positionné sur un chariot 18 circulant sur deux rails 19 à l'aide des patins à billes ou galets 20. Les rails 19 sont fixés sur un tube 21 parallèle à l'axe du rack. Un moteur 22 entraîne le chariot 18 à l'aide d'une vis à billes 23 pour sortir le rack du rayonnage et l'amener tangentiellement au niveau du plateau de magasin. Une cellule ultrasonique 24 ou similaire permet de contrôler la position axiale du premier article dans le rack 1. Le sous-ensemble de recentrage permet l'alignement de la tête de robot sur l'axe du rack. Il comporte un centreur 25 équipé d'un arbre d'entraînement 26 accouplé à un moteur 27 par l'intermédiaire d'un cardan double 28. Le centreur 25 est articulé sur une bielle 29, elle-même articulée sur un support fixe 30. Les angles de rotation bielle/support et centreur/bielle sont mesurés par deux codeurs 31 et 32. Le codeur 31 permet de mesurer le désalignement horizontal et le codeur 32 le désalignement vertical. Le support 30 est fixé sur un chariot 33 circulant sur les rails 19 à l'aide des patins 34. Les deux chariots 18 et 33 sont reliés entre eux par un axe épaulé 35 muni d'un ressort 36. Un switch 37 contrôle l'écartement entre les deux chariots. Ce montage autorisant une légère course différentielle entre les deux chariots permet d'obtenir la surcourse nécessaire à l'introduction de l'arbre 26 dans l'embout de tige filetée 6. L'arbre d'entraînement 26 possède une extrémité pouvant s'accoupler avec l'embout de tige filetée 6. Il peut coulisser dans le centreur 25 et le cardan 28. Une clavette 38 assure l'entraînement en rotation par le cardan 28. Un ressort 39 assure une pression suffisante pour assurer l'accouplement avec l'embout de tige filetée 6. La figure 9 montre la position du sous-ensemble d'alignement au repos avec un désalignement de 5 mm. Lorsque ce sous-ensemble avance vers le rack, le centreur se repositionne sur l'embout de tige filetée 6 avant que l'arbre 26 vienne s'accoupler avec l'embout 6. Les codeurs 31 et 32 communiquent l'écart de position à l'automate de gestion qui corrige les désalignements par une action sur les moteurs de positionnement. L'accouplement peut alors se terminer. L'action sur le switch 37 détermine la fin de l'accouplement. Le sous-ensemble d'évacuation est composé d'un poussoir en deux parties 40 articulées autour d'un axe 41. Deux bielles 42 agissent sur les demi-poussoirs pour obtenir deux positions : ouverte et fermée. Cette disposition permet d'évacuer la majorité des produits. La position fermée permet l'évacuation des articles minces et la position ouverte les produits larges en autorisant aussi le recentrage des produits cylindriques comme les bouteilles. Un électro-aimant 43 commande ces deux positions. Une double glissière à billes 44 est fixée sur le châssis d'extracteur 45. Son déplacement est commandé par un moteur 46 agissant sur un pignon 47 et des crémaillères 48. Elle supporte l'ensemble poussoir/électro-aimant et assure la poussée latérale des produits sur le plateau circulaire 49. Le sous-ensemble de réglage latéral d'extracteur est composé d'un châssis 45 muni de patins 50 circulants sur deux rails 51 perpendiculaires à l'axe des racks. Un écrou à billes 52 est solidaire du châssis 45 et est entraîné par une vis à billes 53, commandée par un moteur 54 solidaire du châssis principal d'extracteur 55. Le châssis 45 supporte le tube 21 ainsi que les sous-ensembles de verrouillage et de positionnement. Le déplacement latéral du châssis permet donc de régler la distance entre l'axe d'alignement du rack et le plateau 49. Le sous-ensemble de réglage vertical d'extracteur se compose du châssis 55 supportant les rails 51 et le moteur 54. Il circule verticalement à l'aide de trois patins 56 se déplaçant dans deux rails verticaux 57. Le châssis 55 supporte le moteur 58 avec son pignon cranté 59 permettant le déplacement vertical de l'ensemble complet. Le pignon 59 s'enroule sur une courroie crantée 60 par l'intermédiaire de deux galets de retour 61. La mise en marche du moteur 58 provoque le déplacement vertical de l'ensemble le long de la courroie 60. Le sous-ensemble de magasin se compose de deux plateaux circulaires 49 et 62. Le plateau inférieur 62 est destiné à recevoir les produits lourds comme les packs de bière et les bouteilles. Le plateau supérieur 49 reçoit les produits légers ou volumineux comme les rouleaux essuie-tout. Ce plateau possède un rebord destiné à retenir les produits pouvant rouler lors de la rotation du magasin comme les camemberts et boites de thon. Les deux plateaux sont fixés sur un châssis rotatif 63 tournant autour de deux paliers 64 fixés sur un châssis principal 65. Une poulie crantée 66 fixée sous le plateau inférieur 62 assure la rotation de l'ensemble magasin. Elle est entraînée par un moteur 67 et une courroie crantée 68. Un disque 69, fixé sur la poulie 66, est percé de trous correspondants aux différentes positions que peut prendre le magasin en rotation. Une cellule photoélectrique non représentée détecte la position des trous et communique l'information à l'automate. Deux capots assurent la protection périphérique des produits chargés dans le magasin. Un capot fixe en tôle 70 est situé au fond du magasin et est solidaire du châssis principal 65. Un capot mobile en plexiglass transparent 71 est articulé sur les paliers 64 par l'intermédiaire des supports 72. Il est entraîné en rotation par un moteur 73, un excentrique 74, avec une rotation de 180 , et une bielle 75. Deux switch 76 contrôlent la rotation de l'excentrique. Le capot 71 peut prendre deux positions : une position chargement des produits par le robot et une position déchargement des produits dans le sas de communication avec la clientèle. Le châssis principal 65 circule verticalement grâce à quatre patins 77 circulant dans deux rails verticaux 78. La courroie crantée 60 est fixée sur le châssis 65 par une pince 79 et assure le déplacement vertical de ce châssis et en même temps celui du châssis d'extracteur 55. Cette disposition permet de limiter la course différentielle entre les deux sous-ensembles extracteur et magasin. Le sous-ensemble de châssis général est composé d'un châssis 80. Il supporte les rails verticaux 78 assurant le déplacement du sous-ensemble de magasin et les rails verticaux 57 assurant le déplacement du sous-ensemble d'extracteur. Un moteur 81 commande le déplacement vertical de la courroie 60 entraînant le sous-ensemble de magasin et l'extracteur. Quatre patins 82 fixés sur le châssis général 80 permettent la circulation horizontale de tout l'ensemble du robot le long du rayonnage. Un moteur 83, un pignon 84 et deux galets de retour 85 assurent ce déplacement horizontal le long d'une chaîne 86 reposant au niveau du sol, sur une cornière 89 et fixée aux extrémités sur celle-ci. Le rayonnage est composé de montants verticaux 87 et de poutres horizontales 88 supportant les rails 10. La vitrine 90 parallèle au rayonnage sépare l'installation en deux zones : un coté clientèle et un coté réapprovisionnement en marchandises. Un sas 91 permet, lorsque le robot est en position de repos, l'accès du magasin à la clientèle. Une porte coulissante commandée électriquement s'ouvre lorsque le magasin est placé dans la position représentée. Une partie entière de la vitrine 92 peut s'ouvrir manuellement pour les accès de maintenance sur le robot. Une porte 93 assure la communication entre la zone clientèle et la zone réapprovisionnement. Le cycle de fonctionnement de l'installation est le suivant : - Entrée du client : il introduit sa carte bancaire ou un billet de banque. La porte s'ouvre. - Saisie d'une référence par le client : La tête du robot vient se positionner aux coordonnées théoriques du rack concerné. Cette opération est effectuée par action sur le moteur de circulation horizontale et le moteur commandant le déplacement vertical du sous-ensemble de magasin. Le sous-ensemble de recentrage s'avance vers le rack et effectue le recentrage automatique. En fin de course et une fois aligné avec le rack, le sous-ensemble de préhension se solidarise des empreintes de préhension. Pendant cette opération, le sous-ensemble de réglage latéral ajuste la position de l'extracteur par rapport au magasin, selon la largeur du produit, et le sous ensemble de réglage vertical d'extracteur positionne l'extracteur verticalement par rapport au plateau de magasin défini par le type d'article. De même, et toujours en même temps, le sousensemble magasin choisi une position angulaire des plateaux non utilisée selon le nombre d'achats déjà effectués. Ensuite, la tête de robot sort le rack en dehors de son rail vers l'extérieur et vers le client, jusqu'au niveau de l'axe du magasin. - Présentation au client de l'article qu'il désire acheter et demande de validation de son choix sur l'écran de contrôle. Toute erreur du client peut donc être corrigée par celui-ci. A partir du moment ou le client valide son choix, la facturation s'opère et son achat est définitif. Si le client annule son choix, le sous-ensemble de préhension replace le rack en position de repos et la sélection est annulée. - Validation par le client : Le sous-ensemble d'évacuation pousse latéralement le produit acheté dans le magasin rotatif, le sous-ensemble de préhension ramène les produits vers l'avant du rack et repousse le rack en position de repos dans le rayonnage. - Choix d'un autre produit ou fin des achats. - Fin des achats : Le robot place le magasin dans le sas communiquant vers l'extérieur, le tourne vers l'extérieur et ouvre la porte d'accès au client. REVENDICATIONS RI. Dispositif permettant d'automatiser la vente d'articles alimentaires, composé d'un rayonnage et d'un robot de saisie des articles circulant le long de ce rayonnage, caractérisé d'une part en ce qu'il est composé : - De racks 1 en forme de U permettant la disposition des articles en longueur, dotés de rebords latéraux assurant le guidage des articles et d'une rainure centrale recevant une tige filetée 5 équipée d'un embout d'accouplement 6 permettant de déplacer une butée 7 destinée à déplacer les articles vers l'avant, équipés aussi d'un chariot avant 2 doté de roulettes 4 et d'empreintes de préhension latérales 11, équipés aussi d'un coulisseau arrière 3 doté de roulettes 4. - De rails 10 fixés sur le rayonnage permettant la circulation des racks, vers l'avant ou vers l'arrière. - D'un robot circulant sur des rails horizontaux fixés au rayonnage. Et caractérisé d'autre part en ce que le robot est composé de : - D'un sous-ensemble de préhension doté de pinces 13 de saisie des racks 1 et se déplaçant parallèlement à l'axe des racks sur deux rails 19. - D'un sous-ensemble de recentrage installé sur les même rails 19 que précédemment, doté d'un système de centrage s'accouplant aux embouts 6 de tige filetée 5 des racks, et permettant à l'aide de codeurs numériques 31 et 32 de corriger les écarts de positionnement du robot par rapport à la position réelle du rack 1, ce sous-ensemble de positionnement étant relié avec le sous-ensemble de préhension par un système permettant une légère course différentielle (35, 36,37). - D'un sous-ensemble d'évacuation permettant la poussée latérale du premier article du rack vers un plateau 49 ou 62 du magasin. - D'un sous-ensemble de réglage latéral assurant le positionnement latéral et simultané de l'ensemble des sous-ensembles de préhension, de recentrage et d'évacuation par rapport au plateau 49 ou 36 du magasin selon une cote correspondant sensiblement à la moitié de la largeur des articles du rack 1. - D'un sous-ensemble de réglage vertical assurant le positionnement vertical et simultané de l'ensemble des sous-ensembles de préhension, de recentrage, d'évacuation et de réglage latéral par rapport au plateau de magasin choisi, inférieur 62 ou supérieur 49, et ce, selon le type d'article concerné, léger ou lourd. - D'un sous-ensemble de magasin comportant deux plateaux circulaires rotatifs 49 et 62 pouvant se placer angulairement selon des angles différents et prédéterminés en fonction du nombre d'achats déjà effectués. - D'un sous-ensemble de châssis général permettant de placer la partie active du robot à la position théorique du rack concerné, en assurant, d'une part, le déplacement vertical et simultané de l'ensemble des sous-ensembles de préhension, de recentrage, d'évacuation, de réglage latéral, de réglage vertical et de magasin et, d'autre part, le déplacement horizontal de tout l'ensemble le long du rayonnage. R2. Dispositif selon RI caractérisé en ce que la partie active du sous-ensemble de recentrage est composée d'un centreur 25 de forme verticale articulé sur une bielle 29 à sa partie inférieure et que les codeurs 31 et 32 mesurent, d'une part, le déplacement angulaire du centreur 25 par rapport à la bielle 29 et le déplacement angulaire de la bielle 29 par rapport à son support 30, d'autre part.