Brevet FR2918185A1 — publié le 20090102

GUIDAGE DE ROBOT POUR DES APPLICATIONS DANS LE DOMAINE DU GENIE CIVIL La présente invention est relative au guidage de robot pour des applications dans le domaine du génie civil. Une application particulière ù mais non limitative ù est par exemple le perçage de mur ou de plafond, par exemple dans des tunnels pour la mise en place d'appareils d'éclairage ou de chemins de câble. Dans un tel cas, il est nécessaire de réaliser régulièrement dans la longueur du tunnel un perçage selon un cheminement donné permettant par exemple de 10 poser le câble supportant par exemple les modules d'éclairage. C'est ce qu'on a illustré sur la figure 1 qui représente très schématiquement et en coupe un tunnel T avec des modules d'éclairage E répartis tout le long de sa longueur, ainsi que des réflecteurs R posés contre ses murs, étant eux aussi répartis tout le long de sa longueur. 15 La mise en place de ces éclairages E ou de ces réflecteurs R nécessite de réaliser des percements un peu partout dans la longueur du tunnel, à la fois sur son plafond et sur ses murs. Un autre exemple d'application encore peut être la mise en place de cheminements de câble dans des parkings souterrains, et plus généralement tout 20 percement en voûte, plafond ou paroi verticale bétonnée, etc. D'autres applications de génie civil peuvent bien entendu nécessiter le déplacement d'un robot le long d'une trajectoire donnée. L'invention propose quant à elle un procédé de guidage d'un robot porteur d'outils pour des applications de génie civil, caractérisé en ce qu'on dispose une 25 succession de balises dans l'environnement dans lequel le robot doit se déplacer et en ce que le robot se déplace vers ses différents points d'intervention en se repérant par rapport aux dites balises. Un tel guidage a l'avantage de permettre un fonctionnement automatique avec une forte précision de déplacement. 30 L'invention propose également un robot porteur d'outils pour des applications de génie civil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage qui comportent des moyens de détection une succession de balises disposées dans son environnement dans lequel il se déplace et des moyens qui commande son déplacement vers différents points d'intervention en se repérant par rapport aux dites balises. Notamment, dans une application particulière de perçage de plafond, mur ou analogue selon une succession de points de percement donnés, le robot comporte un chariot mobile, un perforateur, des moyens pour déplacer ledit perforateur selon trois dimensions par rapport audit chariot, des moyens pour commander l'orientation du perforateur par rapport au plafond, mur ou analogue à percer, les moyens de guidage déterminant la position et l'attitude réelles du chariot après un déplacement, le robot comportant des moyens pour commander le positionnement et l'orientation du perforateur par rapport audit chariot, en fonction de la position et de l'attitude réelles ainsi déterminées, pour qu'il réalise un percement en un ou plusieurs points de percement souhaités tandis que le chariot reste dans cette position et cette attitude ainsi acquises après déplacement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un tunnel dans lequel pourrait opérer le robot de perçage conforme à un mode de réalisation 20 possible de l'invention ; - la figure 2 illustre une représentation schématique des moyens de guidage d'un robot de perçage conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ; - les figures 3 et 4 illustrent schématiquement en vue en coupe un robot de perçage conforme à un mode de réalisation possible de l'invention, le robot étant 25 représenté dans deux positions possibles de son perforateur ; - les figures 5 et 6 illustrent le repérage d'un chariot de robot par rapport aux balises définies par les différents réflecteurs disposés au voisinage de la trajectoire souhaitée pour le chariot ; - les figures 7A et 7B illustrent la commande du déplacement du chariot et 30 celle du perforateur. Le robot illustré sur les figures 2 à 4 est en l'occurrence un robot de perçage comporte un chariot mobile 1 monté sur deux essieux 2 orientables et motorisés. Ce chariot 1 comporte au moins un système de laser tournant 3 disposé par exemple sur le bord avant dudit chariot 1, ainsi qu'un odomètre 4 et un inclinomètre 5. Ce laser tournant 3 est destiné à permettre au robot de se repérer et se guider le long d'une trajectoire de déplacement souhaitée. A cet effet, il est prévu de disposer au sol une succession de réflecteurs 6, tels que des plots cylindriques réfléchissants, qui définissent ensemble des balises permettant au robot, avec l'aide de l'odomètre 4 et de l'inclinomètre 5, de connaître sa position et son orientation et de se repérer par rapport à l'environnement dans lequel il se déplace. Ainsi que décrit ultérieurement en référence à la figure 6, le laser tournant 3 permet de déterminer les distances aux différents réflecteurs 6 et l'orientation des balises constituées par deux réflecteurs 6 successifs, tandis que l'odomètre 4 et l'inclinomètre 5 permettent respectivement de suivre l'avance métrique du robot et l'attitude générale du chariot 1, en roulis et tangage. Egalement, il peut être prévu sur les côtés latéraux du chariot 1 des moyens de type télémètre laser 7 permettant le cas échéant au robot de se positionner et de s'orienter par rapport aux murs de l'environnement dans lequel il se déplace et par exemple par rapport aux murs du tunnel. Comme l'illustrent plus particulièrement les figures 3 et 4, le chariot 1 porte une table élévatrice 8 qui est montée sur ledit chariot au moyen d'une articulation en ciseau 9 que des moyens de type vérin 10 permettent d'actionner pour monter ou descendre la table élévatrice 8 par rapport au chariot 1. Cette table élévatrice 8 intègre un coffret électrique 11, une interface homme/machine 12 (écran, clavier) et porte en outre une table 13 qui constitue la table de déplacement en X et en Y de l'outil de perçage, référencé de façon générale par 14. On notera que le déplacement en (X,Y) sur la table de guidage 13 pourra se faire par guidage à bille et motorisation asservie en position. Les courses peuvent être d'environ 1000 mm dans le sens d'avancement du 30 chariot et de 600 mm transversalement. L'outil de perçage 14 est lui-même monté sur la table de déplacement 13 sur une embase 15 sur laquelle l'outil est articulé autour d'un axe parallèle au plan de la table 13, cette articulation û référencée par 16 -permettant pour l'outil un balayage du type de celui illustré par la double flèche sur la figure 3 et permettant par conséquent de contrôler l'orientation de l'outil 14 par rapport au mur ou plafond sur lequel il doit réaliser un perçage. Ce balayage permet également de rabattre l'outil dans la position repliée illustrée sur la figure 4. L'outil de perçage 14 peut être un perforateur 17 qui est par exemple d'une puissance de l'ordre de 375 Watts, avec une tension nominale de 36 Volts, une vitesse de rotation pouvant aller jusqu'à 890 tours/minute, une cadence de frappe de 0 à 5000 coups par minute, avec des diamètres de forage entre 4 et 12 mm. Ce perforateur 17 est fixé par une bride de serrage sur une unité de guidage à colonne 18 permettant de supporter l'ensemble avec compliance à ressort afin d'encaisser les vibrations du perforateur. L'ensemble des mouvements (guidage à colonne 18, basculement autour de l'articulation 16, guidage en X et Y sur la table 13, guidage en Z de la table élévatrice 8) est assuré par des vérins électriques asservis en position. Plus particulièrement, les différents moyens de repérage que porte le chariot (laser tournant 3, odomètre 4, inclinomètre 5, télémètre laser latéraux 7) sont reliés à l'unité électronique 8 du coffret électrique qui détermine, en fonction des mesures qu'ils réalisent, une information sur la position et l'attitude effective du chariot 1. Cette information permet à l'unité 8 ù en jouant sur le déplacement de la table 8, le basculement autour de l'articulation 16 et le déplacement axial dudit perforateur 17 au niveau de l'unité de guidage 18 ù de commander le déplacement du perforateur 17 jusqu'au point de contact souhaité sur la paroi sur laquelle on souhaite réaliser le perçage, ainsi que de contrôler l'angle de perçage par rapport à la paroi. Ce déplacement est ensuite géré afin de comprimer l'unité de guidage 18 pendant toute la durée du perçage. Différents capteurs équipent le perforateur 17 pour permettre de contrôler l'effort appliqué par l'unité de guidage. Le terminal opérateur (interface 12) permettra quant à lui à l'utilisateur de programmer les différentes séquences de perçage ainsi que les profondeurs à percer ou les positions de perçage. Une liaison, par exemple RF, permet d'éventuels échanges avec des unités de gestion externes (non représentées). Le repérage du chariot 1 par rapport aux différents réflecteurs 6 disposés au sol va maintenant être détaillé en référence aux figures 5 et suivantes. Ces différents réflecteurs 6 définissent ensemble, deux à deux, une succession de balises de repérage, chacune constituée par un couple de deux réflecteurs successifs. Par exemple, chaque balise est constituée de deux réflecteurs cylindriques 6 espacés d'environ 5 m. Un même réflecteur peut alors appartenir à deux balises simultanément (réflecteur B sur la figure 5). Pour chaque balise, la position de l'un des réflecteurs est connue avec précision par l'unité de gestion. La détection des balises se fait au moyen du laser orientable 3 qui balaye 15 dans le sens trigonométrique. Ainsi, le premier réflecteur détecté sera le plus à droite et servira à définir l'orientation de la balise dans le repère du laser. Comme l'illustre la figure 6, le laser orientable 3 permet au robot de détecter d'une part plusieurs balises successives (balises (1) et (2) sur la figure) et 20 de déterminer : - l'orientation de chacune des balises dans le repère du laser (orientations THETA 1 et THETA 2) ; - la distance de la balise par rapport au laser (distances Dl et D2). Le robot est ainsi à même de se positionner de lui-même dans 25 l'environnement dans lequel se trouveront répartis ces différents réflecteurs. On notera que des tests ont été effectués qui permettent une très bonne localisation (plus ou moins 2 cm en distance et moins de 0,001 radiant en orientation). Le fonctionnement du robot de perçage peut être du type de celui illustré 30 sur la figure 7A et sur la figure 7B. On désigne par PM la distance curviligne décrite par le robot dans le plan horizontal (Z=0). En distance curviligne, si l'axe du projet est défini par un ensemble de segments droits de longueur 1 m, le point mobile PM est donné par : i=k PM = L (V(x -x-1)2+(y, ) + O1 i=o Pour réaliser un perçage, le robot se déplace jusqu'à un point au droit du point de perçage, dont les coordonnées ont été préalablement programmées par l'utilisateur. Il calcule alors avec précision sa position et appelle à cet effet différentes fonctions permettant de connaître : - la position désirée pour le chariot, - la position et l'attitude réelles de celui-ci à l'issue de son déplacement, - les paramètres courants utilisés pour l'application en question, - la distance au mur mesurée par les télémètres. La position et l'attitude réelles du chariot lui sont données par la valeur de la distance curviligne PM telle que mesurée par l'odomètre, sa distance Y aux balises, telle que calculée à partir de la mesure réalisée par le laser tournant 3, sa hauteur Z (généralement celle du plan de déplacement, c'est-à-dire du sol) ainsi que par les informations de roulis, tangage, lacet. Les paramètres courants peuvent être : - la distance de l'axe de percement par rapport aux balises, - des distances minimales auxquelles doit se trouver le chariot par rapport à la paroi des murs, - des paramètres de longueur de mèche ou de profondeur. Une fois ces données collectées, l'unité vérifie que la distance à la paroi autorise le percement, et le cas échéant demande le perçage (la demande peut faire l'objet d'une confirmation par le superviseur/utilisateur). Une fois ces informations traitées, l'unité de traitement lance le percement 25 en utilisant à cet effet différents paramètres pré-rentrés pour le programme de perçage : 30 - diamètre des mèches, - longueur des mèches, - angle d'attaque, - profondeur de perçage, - nombre de percements, - etc. Une fois l'opération de percement réalisée, le robot se replie dans sa position telle qu'illustrée sur la figure 4 et reprend son avancement jusqu'à une position suivante où le chariot s'arrête pour que le robot reprenne un nouveau percement. Bien entendu, l'invention ne se veut aucunement limitée aux robots de perçage mais s'applique à toute application de génie civil. REVENDICATIONS 1. Procédé de guidage d'un robot porteur d'outils pour des applications de génie civil, caractérisé en ce qu'on dispose une succession de balises dans l'environnement dans lequel le robot doit se déplacer et en ce que le robot se déplace vers ses différents points d'intervention en se repérant par rapport aux dites balises. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une balise comporte au moins un réflecteur, le robot effectuant des mesures en réflexion sur les balises pour en déduire sa position. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une balise comporte deux réflecteurs. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins l'un des réflecteurs a une position connue avec précision. 5. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un réflecteur est de type cylindrique. 6. Robot porteur d'outils pour des applications de génie civil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage qui comportent des moyens de détection une succession de balises disposées dans son environnement dans lequel il se déplace et des moyens qui commande son déplacement vers différents points d'intervention en se repérant par rapport aux dites balises. 7. Robot selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un laser orientable apte à se repérer par rapport à un jeu de balises de réflexion. 8. Robot selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent en outre un odomètre et un inclinomètre. 9. Robot selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent des détecteurs latéraux lui permettant d'appréhender sa distance par rapport aux murs ou analogues de l'environnement dans lequel il se déplace. 10. Robot selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que, pour le perçage de plafond, mur ou analogue selon une succession de points de percement donnés, il comporte un chariot mobile, un perforateur, des moyens pour déplacer ledit perforateur selon trois dimensions par rapport audit chariot, des moyens pour commander l'orientation du perforateur par rapport au plafond, mur ou analogue à percer, les moyens de guidage déterminant la position et l'attitude réelles du chariot après un déplacement, le robot comportant des moyens pour commander le positionnement et l'orientation du perforateur par rapport audit chariot, en fonction de la position et de l'attitude réelles ainsi déterminées, pour qu'il réalise un percement en un ou plusieurs points de percement souhaités tandis que le chariot reste dans cette position et cette attitude ainsi acquises après déplacement.