Brevet FR2899831A1 — publié le 20071019

La présente invention se situe dans le domaine de la manutention. Elle a pour objet principalement un appareil de transport de charges qui trouve plus spécialement application dans les installations industrielles où des charges diverses, parfois lourdes, trop lourdes pour être aisément portées par un homme seul, doivent être individuellement soulevées pour être transportées d'un point à un autre. On portera plus particulièrement intérêt par la suite à un domaine préféré de l'invention, qui n'est pourtant nullement limitatif, io en considérant les installations de préparation de commande de clients dans les entrepôts de marchandises où sont stockées temporairement des colis qui doivent être sélectionnés et regroupés dans des chariots de transport pour des livraisons aux clients auxquels ils sont destinés, comme c'est le cas dans des centrales 15 d'achats, les centres de ventes par correspondance ou de commerce électronique. Actuellement, dans les entrepôts du type auquel s'intéresse plus particulièrement l'invention, un opérateur préparateur de commandes doit rassembler, par exemple à destination d'un camion 20 de livraison, des articles ou colis ayant diverses tailles et poids. Le nombre et la nature de ces articles ou colis sont portés sur une liste de commande spécifique à la commande en cours de préparation. L'opérateur dispose d'un engin de manutention motorisé permettant le transport de palettes ou autres contenants, sur lesquels il 25 rassemble les articles qu'il prélève dans les emplacements de stockage respectifs, en les choisissant par référence à ladite liste. De tels engins de manutention apportent certes une aide sensible en soulageant les opérateurs dans le transport des colis d'un endroit à un autre à travers l'entrepôt, en particulier quand il 30 s'agit de passer d'un emplacement de stockage à un autre en chargeant progressivement une palette sur le chariot. Par contre, ils ne résolvent pas les problèmes que pose la manipulation des colis eux-mêmes lors du chargement ou du déchargement des palettes. Or pour des raisons de compétitivité, de productivité, de rentabilité, les exploitants des entrepôts tendent à organiser leurs installations avec des colis de plus en plus lourds et encombrants, qui font courir aux opérateurs des risques grandissants de troubles musculo- squelettiques. Pour faciliter le travail des opérateurs et améliorer leur confort, l'invention prévoit de mettre à leur disposition des appareils de transport de charges qui sont conçus notamment pour limiter les efforts humains à développer pour saisir les colis, les soulever d'un io support sur lequel ils reposent, les déposer sur un autre support. Pour ce faire, et plus spécialement pour assurer le levage de charges, l'invention prévoit d'avoir recours à une puissance pneumatique. Le transport pneumatique est couramment utilisé pour 15 véhiculer des matières en vrac, se présentant sous forme d'une poudre de particules en dispersion dans un fluide de transport ou sous une autre forme coulable. Il l'est moins si l'on considère des objets à l'unité. Pour des objets qui doivent être véhiculés avec précaution et / ou précision, même si l'on ne tient pas compte des 20 questions de poids et d'inertie à vaincre, on ne peut pas se contenter d'un transport dans un flux d'air, comme on sait le faire pour le dépoussiérage ou le ramassage de déchets légers et de volume réduit, tels que papiers ou cigarettes, sur la voie publique. On connaît également des systèmes à ventouses, tels que 25 ceux que l'on utilise pour le transport des vitres. Par rapport à l'appareil proposé par l'invention, les systèmes à ventouses de l'état de la technique ne peuvent convenir que pour faire agir les ventouses sur des surfaces complètement planes et lisses, et de plus, lorsque le poids est important, le même système doit comporter 30 plusieurs ventouses agissant en des points différents, ce qui augmente les coûts et complique les réglages. La présente invention propose un appareil de transport de charges approprié pour permettre à un opérateur d'agir seul sur des charges de dimensions et de poids variables, et dont la surface de préhension peut ne pas être lisse. Elle vise aussi à apporter une solution aux différentes difficultés que soulèvent les systèmes conçus pour être mis en oeuvre dans les installations actuellement connues de préparation de commandes, notamment en se souciant mieux que par le passé du confort et de la santé physique des opérateurs, mais en évitant aussi de trop compliquer les installations ou de porter préjudice aux conditions de leur fonctionnement ou à leur rentabilité. Dans un appareil suivant l'invention, l'opérateur dispose io d'un dispositif de préhension pneumatique, fonctionnant par effet de ventouse, pour saisir chaque charge, dispositif qu'il peut ensuite manoeuvrer, avantageusement par l'intermédiaire d'organes de pilotage et de moyens de commande assistée, pour déplacer la charge ainsi suspendue au dispositif de préhension pneumatique, is notamment pour la lever ou pour contrôler sa descente. Ce dispositif de préhension peut notamment être monté sur un bras de déplacement manuel portant les différents moyens de commande de l'appareil dans son ensemble et être associé dans celui-ci à des moyens distributeurs assurant alternativement son fonctionnement 20 en mode aspiration pour saisir une charge et la retenir ou en mode de soufflage pour la libérer. II est avantageux d'utiliser le mode de soufflage également en préparation à la saisie, pour déployer au-dessus de la charge une couronne de matière souple qui est responsable de l'effet de ventouse quand ensuite elle s'applique 25 étanche sur la charge en mode d'aspiration. En pratique, l'invention permet d'épargner aux opérateurs tous les efforts de saisie, levage ou porter de charges plus ou moins lourdes, ceux notamment qui leur feraient courir le risque d'incidents ou d'accidents d'ordre musculo-squelettiques. Elle leur permet en 30 revanche de mieux se consacrer aux manoeuvres délicates, celles en particulier qui demandent de la précision dans la manipulation et le positionnement des colis ou de l'attention dans le respect des listes de commandes et le chargement des palettes. L'invention permet ainsi, pour de préférence tous les 35 déplacements de charges ou du moins principalement pour toutes les manoeuvres de porter de charges, notamment celles impliquant de lever des colis ou de contrôler leur descente, qu'elles soient avantageusement assurées à l'aide des moyens de commande assistée d'un bras de manipulateur porteur du dispositif de 5 préhension. Plus précisément l'invention a pour objet un appareil de transport de charges, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un dispositif de préhension par effet de ventouse d'une charge à transporter dans lequel une structure rigide supporte io une jupe annulaire s'étendant souplement tout autour de la structure, une valve de fermeture d'un circuit fluidique s'ouvrant vers l'extérieur en partie centrale de la structure, des clapets ouvrant ledit circuit en sous-face de la jupe pour déployer celle-ci en couronne audelà de l'emprise de la structure rigide, ainsi que des 15 moyens distributeurs pour faire régner alternativement dans ledit circuit une surpression tendant à fermer la valve et ouvrir les clapets et une dépression tendant à ouvrir la valve et fermer les clapets de manière à saisir la charge par effet de vide dans un volume fermé sur elle par ladite jupe. 20 L'invention peut répondre en outre aux caractéristiques ci-après, avantageusement applicables séparément ou en toutes combinaison techniquement opérantes. Suivant l'une de ces caractéristiques, la structure rigide du dispositif de préhension est réalisée sous la forme d'un boîtier 25 s'interposant sur le circuit fluidique qui présente en face inférieure une grille support pour des volets de la valve qui se rejoignent de manière étanche en fermeture de la valve sous l'effet d'une surpression les appliquant sur la grille, dans le mode de fonctionnement dit en soufflage, et qui s'en écartent en ouverture de 30 la valve sous l'effet d'une dépression dans le mode de fonctionnement dit en aspiration. Suivant une autre de ces caractéristiques, le boîtier présente en face supérieure des orifices constituant lesdits clapets qui s'ouvrent sur le pourtour et/ou de préférence sur le dessus dudit boîtier et qui sont obturables par une partie centrale de la jupe annulaire interne à la couronne souplement déployable. Suivant encore une autre, les moyens distributeurs sont constitués par une vanne à tiroir ménageant trois voies de circulation d'air mettant en communication l'intérieur dudit boîtier avec un compresseur d'air atmosphérique alternativement du côté admission et du côté refoulement. D'autre particularités avantageuses de l'appareil de transport suivant l'invention portent sur des moyens lo complémentaires pour le déplacement du dispositif de préhension portant la charge saisie. C'est ainsi que dans des modes de mise en oeuvre préférés de l'invention le dispositif de préhension est monté sur un bras de déplacement manuel portant des moyens de commande des moyens 15 distributeurs associés pour assurer son fonctionnement alternativement en surpression quand on l'abaisse vers une charge à transporter et en dépression pour saisir la charge et la soulever. C'est ainsi aussi qu'un tel bras porteur du dispositif de préhension peut avantageusement faire partie d'un manipulateur à 20 commande assistée impliquant notamment des moyens de levage asservis dudit bras le long d'un mât monté en bout d'une potence articulée. D'autres caractéristiques encore, avec leurs avantages, ressortiront mieux de la description qui est donnée ci-après d'une 25 installation suivant l'invention dans des modes de réalisation préférés, tels qu'illustrés par les figures 1 à 8 des planches de dessins qu'elle inclut. Sur ces dessins : La figure 1 représente schématiquement une partie 3o essentielle d'un appareil de transport de charges selon l'invention au niveau de son dispositif de préhension ; APO4.003 B ATUIL 14.04.06 - La figure 2 illustre mieux la constitution du dispositif de préhension, considéré seul dans une vue en perspective éclatée - la figure 3 illustre, dans une vue en coupe du dispositif de préhension, son fonctionnement dans une étape où l'on y crée une surpression pour libérer une charge préalablement saisie ou pour le préparer à saisir une nouvelle charge ; - La figure 4 illustre de même son fonctionnement dans une étape où une dépression est appliquée pour saisir la charge ; - Les figures 5 et 6 illustrent des moyens distributeurs d'un flux io d'air utilisés pour commander les étapes de saisie et libération d'une charge en faisant régner respectivement une dépression et une surpression dans le boîtier du dispositif préhenseur ; - Les figures 7 et 8 illustrent des variantes de réalisation de l'appareil de transport de charges de la figure 1. is Dans l'exemple de la figure 1, on a représenté l'extrémité d'un bras mécanique 2 portant un dispositif de préhension pneumatique 60 suivant l'invention et les organes associés d'un dispositif de pilotage manuel 45. Plus précisément, le dispositif préhenseur 60 lui-même est 20 monté en bout d'une branche principale du bras, elle-même formée de deux tubes montés télescopiquement coulissants l'un sur l'autre 2a et 2b, tandis que le dispositif de pilotage 45 est monté en bout d'une branche secondaire 10, constituée par une tige à réglage rotatif sur la branche principale à l'autre extrémité. Ces dispositions 25 permettent de régler les positions relatives du dispositif de pilotage manuel et du dispositif préhenseur en agissant sur la longueur de la branche principale et sur l'orientation de la branche secondaire. Chaque opérateur prenant en charge l'appareil pourra ainsi adapter pour son usage l'écartement entre une poignée 7 des organes de 30 pilotage et un volant 5 solidaire du dispositif préhenseur qu'il saisira respectivement de l'une et l'autre de ses deux mains. Mieux que sur la figure 1, cette possibilité est également illustrée sur les figures 7 et 8. D'autre part, le bras 2 constitue l'élément terminal d'une potence articulée faisant partie d'un manipulateur monté sur un chariot motorisé où se trouvent la ou les palettes recevant les colis des commandes en cours de préparation. Ni le manipulateur ni le chariot n'ont été représentés sur les dessins. Ils sont de réalisation en elle-même connue. On en trouvera une description dans les textes de brevets existants déposés au nom de la même société demanderesse de la présente demande ou désignant l'un ou l'autre des mêmes inventeurs. Suivant la présente invention, il est io notamment prévu qu'à son extrémité opposée au préhenseur 60, le bras 2 soit monté coulissant et rotatif sur un mât vertical du manipulateur, de manière à se disposer à un niveau bas par rapport à un niveau haut où se situent les autres éléments en rotation l'un sur l'autre de la potence articulée reliant ce mât à un poteau fixe sur 15 le chariot. Au niveau du dispositif de pilotage 45 on trouve des moyens de commande assistée du manipulateur qui sont matérialisés par une poignée de manoeuvre 7, au moyen de laquelle l'opérateur pilote tous les déplacements de l'outil préhenseur dans 20 son ensemble. On voit sur la figure 1 d'autres organes de pilotage qui sont également disposés à portée de main de l'opérateur, parmi lesquels une manette de verrouillage de la position de la branche secondaire sur la branche principale du bras 2 et des boutons de commande du distributeur d'air sous pression déterminant le 25 fonctionnement du dispositif de préhension 60 dans ses fonctions de saisie et de libération des charges à transporter. Le distributeur est disposé sur le manipulateur à l'extrémité du bras 2 située sur le mât vertical. Il est alimenté par un compresseur d'air prélevant l'air dans l'atmosphère environnante et 30 il est relié au dispositif de préhension proprement dit par un circuit fluidique qui passe dans les tubes télescopiques 2a et 2b du bras porteur. L'ensemble permet de mettre ce circuit, au niveau du préhenseur, en dépression ou en surpression par rapport à l'atmosphère environnante, suivant la position que l'opérateur donne 35 aux boutons de commande des organes de pilotage 45. Le dispositif de préhension 60 permet de saisir des charges, telles que le colis 1 des figures 3 et 4, par effet de ventouse, et de les retenir suspendues au bras du manipulateur pendant leur transport. Il comporte pour cela une membrane souple montée sur une structure support rigide. Dans le cas particulier considéré ici, cette dernière est réalisée sous la forme d'un boîtier 3, de section rectangulaire, dont les parois marquent les contours d'une cavité parallélépipédique. La membrane souple est réalisée en caoutchouc ou en une matière élastomère analogue, imperméable à io l'air. Elle présente la forme d'une cloche qui surmonte le boîtier 3 en dépassant de celui-ci sur tout son pourtour. On y distingue donc une partie centrale 12, qui est normalement plaquée contre la face supérieure du boîtier 3, et une couronne périphérique souplement déployable au-delà du boîtier, ou jupe annulaire 4. 15 La matière de la jupe 4 est percée en son centre d'un orifice 42 au niveau duquel elle est serrée étanche autour d'un raccord tubulaire coudé 6 qui termine le bras 2. Le montage est assuré par une bague 11 à travers un orifice 32 ménagé dans la paroi de la face supérieure du boîtier 3, de telle sorte que le raccord 20 6 met en communication le circuit interne du bras porteur 2 et la cavité interne du boîtier 3. Le volant 5 est également monté sur la bague 11. H est en permanence accessible autour de l'axe du système au-dessus du boîtier et de la jupe 4. La figure 2 détaille la composition du dispositif de 25 préhension dans une vue éclatée en perspective. Elle fait apparaître que le boîtier rectangulaire 3 présente un ensemble d'orifices 31 percés dans la paroi de sa face supérieure, qui ont un rôle de clapets pour permettre l'écoulement de l'air ambiant à travers cette paroi. La paroi limitant la cavité interne du boîtier en sa face 30 inférieure est plus complètement perforée. En effet, elle est constituée en pratique par une grille 9 couvrant toute sa surface. La grille 9 supporte une membrane 8, constituée de deux volets flexibles 8a et 8b qui sont sensibles à la circulation d'air dans le boîtier et qui se comportent différemment suivant que l'air dans le 35 boîtier est en surpression en mode de soufflage du système ou qu'il est en dépression en mode d'aspiration. Les volets 8a et 8b agissent comme une valve qui tend à fermer le circuit fluidique et qui s'ouvre quand les deux volets 8a et 8b s'écartent l'un de l'autre en s'inclinant vers l'intérieur du boîtier 3. Les deux volets 8a et 8b de la valve sont fixés sur les bords opposées de la face inférieure du boîtier 3. Ils s'écartent quand la cavité interne du système de préhension est en dépression, ce qui correspondant au mode d'aspiration. Ils se plaquent contre la grille 9 et se rejoignent de manière étanche quand le système de préhension est en surpression io en mode de soufflage. La figure 3 illustre une coupe du dispositif de préhension 60 en mode de soufflage.En présence d'une surpression à l'intérieur du boîtier 3, les volets 8a et 8b de la valve 8 se rejoignent de manière étanche et se plaquent contre la grille 9 en fermant ainsi le 15 circuit fluidique de ce côté du boîtier. Les orifices 31 qui sont présents sur la face supérieure du boîtier 3 sont au repos obturés par la partie centrale de la jupe 4. Ils forment un système de clapets qui sous l'effet de la surpression se retrouvent en position ouverte. L'air qui s'échappe à travers eux de la cavité du boîtier 3 soulèvent 20 en la déployant la jupe 4 annulairement autour du conduit tubulaire La figure 4 illustre une coupe du dispositif de préhension 60 en mode aspiration. Sous l'effet d'une dépression à l'intérieur du boîtier 3, les volets 8a et 8b de la valve 8 s'écartent en ouverture de 25 ladite valve 8, ouvrant ainsi le circuit fluidique dans tout le volume sous la juge 4. Sous l'effet de cette même dépression les orifices 31 présents sur la structure rigide 3 sont obturés par la partie centrale de la jupe 4 et celle-ci enveloppe l'ensemble étanche à l'air de la structure rigide 3 et de la charge 1, permettant ainsi par effet de 30 ventouse de saisir la charge 1. En position d'attente de prise de charge 1, comme le montre la figure 3, l'opérateur manoeuvre la poignée du bras 2 afin de rapprocher le système de préhension au plus proche possible de la charge 1 à saisir. Arrivé au-dessus de la charge il commence par 35 appuyer sur un bouton des organes de pilotage 45 qui met le distributeur en mode de soufflage. L'air envoyé dans le conduit 11 arrive dans le boîtier 3 et plaque les volets 8a et 8b sur la grille 9. La jupe 4 se soulève et dégage les orifices du système de clapets (orifices 31), ce qui a pour conséquence de faire circuler un flux d'air en sous-face de la jupe 4. Ce flux d'air est suffisant pour permettre le déploiement de la jupe 4 et faciliter ainsi son adaptation sur le colis 1 à saisir. L'opérateur rapproche encore le dispositif du colis, jusqu'à poser la grille 9 sur la charge. Il actionne alors un autre bouton des io organes de pilotage pour mettre le distributeur en mode d'aspiration. Le distributeur aspire l'air, la jupe 4 vient obturer les orifices 31, et sous l'effet de la dépression créée les volets 8a et 8b s'écartent de la grille 9 et laissent pénétrer l'air extérieur. Dans cette configuration, illustrée par la figure 4, la jupe 4 15 limite un volume fermé entre la cavité du boîtier 3 et la charge 1 qui est mis sous vide. La charge 1 étant ainsi saisie, l'opérateur manoeuvre le bras 2 grâce à la poignée 7 afin de soulever la charge 1, la transporter et la déposer à son nouvel emplacement. Lorsque l'opérateur veut relâcher la charge 1, il appuie sur le 20 bouton de l'organe de pilotage permettant d'activer le distributeur en mode de soufflage. Le flux d'air vient plaquer les volets 8a et 8b de la membrane d'étanchéité sur la grille 9 et interrompt le flux d'aspiration, libérant ainsi la charge 1. Les clapets 31 s'ouvrent, la jupe 4 se déploie à nouveau. 25 Les figures 5 et 6 illustrent, en coupe, une vanne à tiroir constituant un distributeur 50 qui permet de faire régner alternativement dans le circuit fluidique alimentant le boîtier 3 une surpression et une dépression. Le distributeur comporte un ensemble de deux tubes coaxiaux. Un tube interne 21 est fermé des 30 deux côtés par deux disques 13 et 33 munis de joints étanches en contact avec le tube externe 20. Celui-ci est ouvert des deux côtés. Le tube interne 21 présente en outre sur sa face extérieure deux anneaux 27 qui ferment l'intervalle annulaire entre les deux tubes, des deux côtés d'une chambre annulaire. Le tube interne 21 est mobile sous la commande d'un vérin 25. II est percé de lumières 28 diamétralement opposées deux à deux, qui se déplacent avec lui devant les embouchures 34 de trois canaux 22, 23 et 24 débouchant à travers la paroi extérieure du tube externe. Ces canaux 22, 23 et 24 sont des voies de circulation de flux d'air avec des fonctions différentes, le premier 22 servant à l'admission d'air sous pression (il présente aussi un orifice d'échappement latéral 26 vers l'atmosphère extérieure), le deuxième 23 servant au retour du flux d'air (en combinaison avec des orifices io 29 de communication avec l'extérieur percés dans le tube externe) et le troisième 24 étant en permanence raccordé au boîtier du dispositif de préhension 60. Quand le vérin 25 tire le tube interne vers la droite de la figure 5, le canal 24 conduisant au boîtier du dispositif de 15 préhension est mis en communication avec le canal 22 d'amission d'air sous pression, ce qui entraîne une surpression dans le circuit fluidique et le fonctionnement en mode de soufflage. Quand le vérin pousse le tube interne vers la gauche de la figure 6, le canal 24 est mis en communication avec le canal 23 de retour et l'air est évacué 20 par là du boîtier, ce qui entraîne le mode de fonctionnement en aspiration. Les figures 7 et 8 illustrent un autre mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention, dans lequel le dispositif de préhension pneumatique 60 tel que décrit précédemment est complété par une 25 fourche 30, qui est montée escamotable sur le boîtier 3. Cette fourche est prévue pour une utilisation alternative comme outil de préhension quand elle est dans la position sortie illustrée par la figure 8. Elle est montée sur charnière sur un côté du boîtier rigide. Quand elle n'est pas utilisée on la rabat sur le boîtier comme illustré 3o sur la figure 7, de sorte qu'elle ne gêne pas le fonctionnement du dispositif pneumatique et de sa jupe annulaire. Bien évidemment l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre qui ont été spécifiquement décrits dans le courant des exemples ci-dessus et qu'elle s'étend au contraire à toute 35 variante passant par le biais de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Appareil de transport de charges, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement un dispositif de préhension par effet de ventouse d'une charge à transporter dans lequel une structure rigide (3) supporte une jupe annulaire (4) s'étendant souplement tout autour de ladite structure (3), une valve (8) de fermeture d'un circuit fluidique s'ouvrant vers l'extérieur en partie centrale de ladite structure (3), des clapets (31) ouvrant ledit circuit en sous-face de ladite jupe (4) pour déployer celle-ci en lo couronne au-delà de l'emprise de la structure rigide (3), ainsi que des moyens distributeurs (50) pour faire régner alternativement dans ledit circuit une surpression tendant à fermer ladite valve (8) et ouvrir lesdits clapets (31) et une dépression tendant à ouvrir ladite valve (8) et fermer lesdits clapets (31) de manière à saisir 15 ladite charge (1) par effet de vide dans un volume fermé sur elle par ladite jupe (4). 2. Appareil de transport de charges selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure est réalisée sous la forme d'un boîtier (3) s'interposant sur ledit circuit qui 20 présente en face inférieure une grille (9) support pour des volets (8a et 8b) de ladite valve (8) qui se rejoignent de manière étanche en fermeture de la valve (8) sous l'effet d'une surpression les appliquant sur la grille (9) et qui s'en écartent en ouverture de la valve (8) sous l'effet d'une dépression. 25 3. Appareil de transport de charges suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (3) présente en face supérieure des orifices (31) constituant lesdits clapets, ceux-ci étant obturables par une partie centrale de la jupe (4) interne à ladite couronne. 4. Appareil de transport de charges selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens distributeurs (50) sont constitués par une vanne à tiroir ménageant trois voies mettant en communication l'intérieure du boîtier avec un circuit d'air sous pression alternativement dans un sens et dans l'autre. 5. Appareil de transport de charges selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de préhension est monté sur un bras (2) de déplacement manuel io portant des moyens de commande des moyens distributeurs (50) pour assurer son fonctionnement alternativement en surpression quand on l'abaisse vers une charge à transporter et en dépression pour saisir la charge (1). 6. Appareil de transport de charges suivant l'une 15 quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ledit bras porteur du dispositif de préhension fait partie d'un manipulateur à commande assistée impliquant des moyens de levage asservis du bras (2) le long d'un mât monté en bout d'une potence articulée. 20 7. Appareil de transport de charges selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier (3') supporte une fourche (30) escamotable constituant un outil de préhension alternatif pour le dispositif à effet de ventouse.