Brevet FR2918398A1 — publié le 20090109

Procédé et dispositif pour ériger une tour métallique sur un chantier L'invention concerne un procédé et un dispositif pour ériger sur chantier les étages courants d'une tour métallique, par assemblage répétitif d'éléments structurels métalliques, selon un protocole prédéfini impliquant des opérations d'emboîtement vertical des éléments. Ces tours sont par exemple le fût d'une grue ou une tour d'étaiement. Des exemples de telles tours sont décrits dans les publications GB 1 373 723 et FR 2 087 715. Typiquement, le montage d'une tour d'étaiement comprend une opération préliminaire et des cycles répétitifs pour le montage des étages successifs, éventuellement le ripage de la tour ainsi construite vers son emplacement de service. L'opération préliminaire consiste à définir au sol un emplacement pour le montage de la tour, qui n'est pas nécessairement celui de service de la tour, par exemple en disposant au sol, aux sommets d'un carré ou d'un rectangle, des supports individuels tels que par exemple des vérins aptes à recevoir des poteaux, et à relier horizontalement ces supports par des traverses pour figer la configuration. Chaque cycle successif consiste par exemple à mettre en place des poteaux ou des groupes de poteaux sur les supports (ou sur les poteaux de l'étage précédent) et des diagonales pour entretoiser les poteaux, afin de réaliser un étage. Selon les types de tour, les poteaux sont individuels ou préassemblés par 25 des entretoises, par exemple préassemblés deux à deux ou quatre à quatre pour constituer un ou plusieurs côtés verticaux d'un étage. Selon les types de tour, les diagonales sont des profilés individuels ou préassemblés, par exemple préassemblés pour former des cadres triangulaires. 30 Le montage de la tour peut comprendre des opérations auxiliaires pour la mise en place d'éléments spéciaux tels que des planchers, des échelles, etc. La figure 1, donnée à titre d'exemple, est un schéma de principe simplifié du protocole de montage manuel d'une tour connue (tour MILLSTOUR de la société MILLS) : 35 • figure 1A : mise en place des vérins de pied ; • figure 1B : mise en place des traverses reliant les vérins ; • figure 1C : mise en place des quatre poteaux du premier étage ; • figure 1D : mise en place des cadres triangulaires entre les poteaux ; • figure 1E : réalisation du 2ème étage sur le premier étage et mise en place de poteaux coulissants pour le 3ème étage. Ces opérations sont répétées jusqu'à atteindre la hauteur souhaitée et sont complétées par des opérations annexes telles que la pose de planchers et d'échelles. L'invention concerne la réalisation automatique des opérations qui impliquent de façon répétitive la saisie des éléments, leur déplacement et leur mise en place par emboîtage pour l'édification d'un étage courant de la tour. Ces opérations sont habituellement réalisées manuellement, ce qui conduit à des coûts de main d'oeuvre importants, et à des risques de défauts d'exécution et d'accidents. La présente invention vise à limiter ces inconvénients. On y parvient, selon l'invention, en mettant en oeuvre un procédé dans lequel on dispose lesdits éléments par groupes d'éléments, identiques et positionnés de la même façon, à des emplacements prédéterminés, en ce qu'on dispose également à un emplacement prédéterminé un bras de robot apte à saisir chaque élément individuellement depuis l'emplacement prédéterminé de l'élément, en ce qu'on programme le bras pour qu'il déplace et dépose en position d'assemblage l'élément qu'il a appréhendé, jusqu'à réaliser de proche en proche un étage courant de la tour, en ce qu'on déplace verticalement le bras de la hauteur de cet étage et en ce qu'on l'utilise comme précédemment pour constituer l'étage suivant de la tour, et ainsi de suite pour ériger les étages successifs de la tour. Dans une solution préférée, on constitue lesdits emplacements prédéterminés sur une plate-forme mobile que l'on déplace jusqu'à proximité du lieu d'érection de la tour en sorte que ce lieu soit dans la portée du bras de robot. De préférence, le robot est également conçu pour verrouiller l'élément après sa pose, par exemple par un mouvement de rotation imposé à l'élément ou a une pièce de verrouillage portée par l'élément. L'invention concerne également un dispositif pour édifier sur chantier une tour d'étaiement étage après étage, par un assemblage répétitif d'éléments structurels métalliques modulés assemblés selon un protocole prédéfini. Selon l'invention, ce dispositif comprend une plate-forme mobile, des moyens pour amener la plate-forme à proximité du lieu d'érection de la tour, des conteneurs répartis à des emplacements prédéterminés sur la plate-forme pour recevoir les éléments de la tour par groupes d'éléments identiques et positionnés de la même façon, un bras de robot monté sur la plate-forme et programmé pour prélever chaque élément de la tour dans son conteneur, le déplacer jusqu'au lieu d'érection de la tour, le déposer dans sa position d'assemblage, et des moyens pour déplacer verticalement le bras de robot en fonction des niveaux des étages de la tour. Le robot peut être constitué d'une combinaison de bras horizontaux articulés de proche en proche et qui tournent autour d'axes verticaux sous l'entraînement d'actionneurs reliés aux bras par des moyens de transmission appropriés. Dans une réalisation préférée, le dispositif comprend un mât porté par la plate-forme et sur lequel peut coulisser verticalement le bras sous la commande d'un moteur programmé. L'invention sera expliquée ci-après en référence aux figures du dessin joint relatives à un exemple de montage d'un exemple de tour d'étaiement -la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un exemple d'un protocole d'opérations pour la réalisation d'une tour connue ; - la figure 2 est une perspective schématique d'un dispositif selon l'invention arrivé sur site, le mât étant encore en position de transport ; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques respectivement en perspective et en vue de dessus d'un dispositif selon l'invention en cours d'utilisation ; - la figure 5 est un schéma de divers éléments d'un étage courant de la tour d'étaiement édifiée au moyen d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 6 est un schéma de divers éléments d'un autre type de tour auquel s'applique l'invention ; - la figure 7 est un schéma du bras de robot ; -la figure 8 illustre un exemple de moyens de préhension portés par ce 35 bras. Le dispositif représenté sur les figures 1 à 5 comprend une plateforme de semi-remorque (1) qui porte un mât (2) sur lequel est monté un bras de robot (3), et des racks de stockage (4). Le mât comprend un tronçon de mât inférieur vertical (2a) et un tronçon de mât supérieur articulé (2b) qui est replié en position de transport et redressé dans le prolongement du tronçon inférieur en position de service (figure 2), au moyen de vérins incorporés au mât. Dans l'exemple représenté le mât comporte un tronçon intermédiaire (2c). Le bras de robot est monté pour coulisser verticalement sur le mât par un moyen quelconque approprié (crémaillère et engrenage, piston, etc.) commandé par un moteur programmable. Il peut être prévu qu'en service le mât soit descendu au travers de la plate-forme pour prendre appui au sol. Les racks et leurs contenus dépendent du type de tour à monter. Si nécessaire, la plate-forme peut présenter des extensions de plate-forme latérales intégrées à la plate-forme et extensibles latéralement, calées au sol par des vérins. Les racks permettent de stocker l'ensemble des différentes pièces constituant les étages courants de la tour et présenter chaque pièce au bras dans un emplacement et une position connus par le robot ; les racks sont alimentés manuellement par un assistant ou un compagnon à partir des conteneurs du fournisseur. Dans l'exemple, le compagnon alimente les racks par la face arrière. Des actionneurs sur les racks de stockage permettent une avance automatique des pièces (poteaux cadres...) vers la position connue par le robot. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 à 5, l'étage courant de la tour est constitué essentiellement de poteaux (10, 11) et de cadres triangulaires (12) (tour MILLSTOUR de la société MILLS). Les poteaux courants (10) comportent des manchons inférieurs (13) pour l'emboîtage vertical de deux poteaux successifs, des pontets (14) et des pions supérieurs (15). Certains poteaux (11) sont coulissants et comprennent des perforations (16) réparties sur leur hauteur, des bagues (17) et des broches (18) pour 35 coopérer avec les trous (16). Les poteaux peuvent être stockés sur des barillets pour être posés simultanément à plusieurs, par exemple 4 par 4. Les cadres (12) sont constitués par des assemblages de profilés préétablis de forme triangulaire constitués de deux diagonales (19), d'une traverse horizontale (20) et d'un potelet (21). La traverse présente des griffes (22) à ses extrémités et le potelet qui relie verticalement le point de convergence des diagonales à la traverse présente une pointe inférieure (23). Ces divers éléments sont contenus dans des conteneurs où ils sont stockés de préférence horizontalement ou verticalement. Les dimensions des éléments et de leurs conteneurs varient selon les tours. Ils sont complétés par des échelles, des planchers et des accessoires divers (vérins, etc...) également stockés sur la plate-forme. En pratique, un compagnon est affecté à l'alimentation des râteliers ou racks des éléments de tour (poteaux courants/coulissants, cadres courants/coulissants, planchers, échelles, vérins de tête). Un compagnon est affecté à la préparation de l'étage de base (vérins de pieds, traverse de base diagonale) et à l'évacuation de la tour du poste de montage. Pour cette évacuation, la tour peut être construite sur un banc. La plate-forme peut comporter des extensions de plate-forme 1', 1" etc. déployables latéralement in situ. Sur la figure 2, on a représenté un dispositif selon l'invention en position de transport mais une partie seulement des éléments de la tour a été représentée pour la clarté de la figure. De fait, on voit sur la figure 2 : - la plate-forme (1), - le mât (2) (2a, 2b, 2c) à l'état replié, - le bras de robot (3), - des conteneurs (30) pour stocker par exemple en position verticale les 30 poteaux courants (10) et les poteaux coulissants (11), - des conteneurs (30) pour stocker par exemple en position verticale les poteaux courants (10) et les poteaux coulissants (11) et les planchers, - des conteneurs (40) pour stocker par exemple en position verticale les cadres triangulaires (12) répartis en deux modules de tailles 35 différentes. La figure 7 est un schéma d'une réalisation d'un robot de type SCARA connu en soi à trois arbres de rotation verticaux (100, 101, 102) articulant de proche en proche trois bras horizontaux (103, 104, 105) à partir d'une base (106), ces bras étant commandés par des actionneurs (107, 108, 109) qui ont été reportés sur la base du bras pour réduire l'inertie du bras. Les mouvements de rotation des moteurs sont transmis aux bras par un système de poulies et de courroies. Le moyen de montage de la base sur le mât est par exemple un fourreau auquel est fixée la base du bras et qui coulisse sur le mât. Dans une réalisation, on limite la masse individuelle des différents composants de la tour à 12-15kg et l'on utilise des bras dont les axes de rotation sont séparés respectivement d'environ 2m, d'environ 1m50 et d'environ 0,5m, pour une longueur totale du bras de 4m environ. Le bras supérieur (105) est équipé de moyens de préhension des composants de la tour. Par exemple, ainsi qu'illustré sur la figure 8, le bras supérieur (105) est équipé de deux bras (106a) et (106b) qui se terminent par des pinces de préhension (107a, 107b) pour saisir d'une part les poteaux et d'autre part les cadres, les échelles et planchers. Les dimensions de ces bras et des pinces sont modulables en fonction des dimensions des cadres, des poteaux, échelles et plancher à saisir, ces moyens étant choisis en fonction de la géométrie des composants, un système de centrage par cônes permet de maintenir les poteaux lors de la pose des cadres. Des vérins commandent le pliage et le dépliage du mât. Le dispositif comprend également un actionneur vertical pour déplacer le 25 robot sur le mât. Cet actionneur est de préférence du type crémaillère électrique guidée par des patins sur deux rails de guidage. La figure 3 montre en position de service une plate-forme équipée plus complètement, dont le mât a été descendu pour prendre appui au sol et dont des parties de plate-forme ont été déportées latéralement et soutenues par 30 des vérins. On voit sur cette figure une tour en construction sur un banc (50) qui permet de déplacer la tour après son érection. La figure 4 est une autre vue du dispositif montrant le début du montage d'une deuxième tour après ripage d'une tour déjà montée. Après installation de la plate-forme à proximité du lieu d'édification de la tour, le processus de montage est le suivant : 1. l'étage de base (vérins et tirants de liaison horizontaux) est assemblé sur le banc manuellement par un assistant ; 2. puis après initialisation du robot par indication du type de tour, le robot réalise le cycle de construction du premier étage courant par la mise en place des 4 poteaux : a/ prise en charge d'un poteau courant dans le rack correspondant, b/ amené du poteau à la verticale de sa position finale (repérage 10 xyz en mémoire), c/ emboîtement par déplacement vertical, d/ puis rotation d'un 1/8 de tour pour verrouillage, et e/ retour au rack pour entamer le cycle du 2ème poteau ; 3. après pose des 4 poteaux, le robot met en place les cadres courants de 15 l'étage : a/ prise en charge du ter cadre à partir de la position de présentation dans le rack correspondant, b/ alignement du cadre au-dessus de sa position définitive, c/ immobilisation des 2 poteaux supportant le cadre à l'aide de 20 pinces intégrées au cadre de positionnement, d/ puis déplacement vertical du cadre pour verrouillage du cadre ; 4. répétition du cycle pour les 3 cadres suivants ; 5. les cycles de 4 poteaux et de 4 cadres sont répétés ; 6. tous les 2 cycles d'étage courants est intégré un cycle type étage 25 "sécurité" comportant la pose d'une échelle et la pose de 1, 2 ou 3 planchers ; 7. après succession des cycles étages courants et sécurité, interviennent les cycles étages coulissants et étage de tête, le premier consiste à poser les 4 poteaux coulissants avec le même principe que les poteau courants, les poteaux coulissants sont stockés dans le rack poteaux coulissants avec la 30 broche mise en place manuellement dans le perçage retenu ; 8. le dernier cycle consiste à poser les 4 vérins de tête ; 9. après montage des vérins de tête et fin du montage robotisé un assistant déverrouille la tour de son banc de montage et évacue la tour du banc par ripage. 35 L'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation. Par exemple, on a représenté sur les figures 6A et 6A' un autre type de tour dans lequel lesdits éléments comprennent des trapèzes rectangles dont deux côtés verticaux opposés sont des tubes (figure 6C), des triangles rectangles dont un côté horizontal porte à ses extrémités un tube vertical et un collier (figure 6G), des barres de liaison horizontales qui portent à leurs extrémités deux tubes verticaux de longueurs différentes (figure 6B), des barres de liaison horizontales équipées de collier (figures 6D, 6E) et des accessoires (figures 6H, 6I).10 REVENDICATIONS 1. Procédé pour ériger sur chantier les étages courants d'une tour métallique, par assemblage répétitif d'éléments structurels métalliques, selon un protocole prédéfini impliquant des opérations d'emboîtement vertical des éléments, caractérisé en ce qu'on on dispose lesdits éléments, par groupes d'éléments identiques et positionnés de la même façon, à des emplacements prédéterminés, en ce qu'on dispose également à un emplacement prédéterminé un bras de robot apte à saisir chaque élément individuellement depuis l'emplacement prédéterminé de l'élément, en ce qu'on programme le bras pour qu'il déplace et dépose en position d'assemblage l'élément qu'il a appréhendé, jusqu'à réaliser de proche en proche un étage de la tour, en ce qu'on déplace verticalement le bras de la hauteur de cet étage et en ce qu'on l'utilise comme précédemment pour constituer l'étage suivant de la tour, et ainsi de suite pour ériger les étages successifs de la tour. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on définit lesdits emplacements prédéterminés sur une plate-forme mobile que l'on déplace jusqu'à proximité du lieu d'érection de la tour en sorte que ce lieu soit dans la portée du bras de robot. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on déplace verticalement le bras de robot par coulissement du bras le long d'un mât vertical. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on dispose les éléments, en sorte que le bras n'ait qu'à soulever, déplacer et déposer ces éléments en position d'assemblage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le robot est également conçu pour verrouiller l'élément après sa pose, par exemple par un mouvement de rotation imposé à l'élément ou à une pièce de verrouillage porté par l'élément. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel on déplace la tour de son lieu d'érection jusqu'à un emplacement de service. 7. Dispositif pour édifier sur chantier par cycles successifs les étages courants d'une tour d'étaiement, par un assemblage répétitif d'éléments structurels métalliques modulés, selon un protocole d'assemblage prédéfini, caractérisé en ce qu'il comprend une plate-forme mobile (1), des conteneurs (4) répartis à des emplacements prédéterminés sur la plate-forme pour contenir les éléments de la tour par groupes d'éléments identiques et positionnés de la même façon, un bras de robot (3) monté sur la plate-forme et programmé pour prélever individuellement chaque élément dans son conteneur, le déplacer jusqu'au lieu d'érection, le présenter dans sa position d'assemblage et le déposer, et des moyens pour déplacer verticalement le bras de robot en fonction des niveaux des étages de la tour. 8. Dispositif selon la revendication 7 et qui comprend un mât (2) porté par la plate-forme et sur lequel peut coulisser verticalement le bras de robot (3) sous la commande d'un moyen programmé. 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel le mât (2) est repliable sur la plate-forme entre une position pliée de transport et une position droite de travail. 10. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel le mât est constitué de tronçons articulés (2a, 2b, 2c) permettant de le replier sur la plate-forme. 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9 et dont la plate-forme (1) comporte des extensions de plate-forme (1', 1") déployables latéralement et des vérins pour soutenir les extensions déployées. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 dans lequel le robot comporte une suite de bras horizontaux (103, 104, 105) articulés de proche en proche autour d'arbres verticaux (100, 101, 102), à partir d'une base (106), et des actionneurs (107, 108, 109) pour commander les rotations des bras. 13. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12 dans lequel le robot est également conçu pour verrouiller l'élément après sa pose, par exemple par un mouvement de rotation imposé à l'élément ou à une pièce de verrouillage porté par l'élément. 14. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 et dans lequel lesdits éléments comprennent des poteaux emboîtables verticalement de proche en proche et verrouillables en position par rotation sur eux-mêmes et des cadres à descendre verticalement entre les poteaux pour entretoiser les poteaux. 15. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 13 dans lequel lesdits éléments comprennent des trapèzes rectangles dont deux côtés verticaux opposés sont des tubes, des triangles rectangles dont un côté horizontal porte à ses extrémités un tube vertical et un collier, des barres de liaison horizontales qui portent à leurs extrémités deux tubes verticaux de longueurs différentes, des barres de liaison horizontales équipées de collier et des accessoires.15