Brevet FR2943130A1 — publié le 20100917

i DISPOSITIF DE MESURE DE POSITIONNEMENTS RELATIFS ENTRE DEUX CORPS SOLIDES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif d'instrumentation d'une articulation permettant de déterminer la position et l'orientation d'un corps dit secondaire par rapport à un corps dit principal auquel il est articulé. Un exemple d'application potentielle est le guidage d'un tunnelier à plusieurs corps dont seule la position la position d'un corps est connue. Cette invention est utile de manière générale dans le domaine de la construction pour déterminer la position relative d'un corps solide par rapport à un autre. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans le domaine de la construction peut se poser le problème de la détermination de la position relative d'un corps solide par rapport à un autre. Un exemple concerne le guidage d'un tunnelier à plusieurs corps dont seule la position la position d'un corps est connue. Ainsi, un tunnelier est souvent composé de plusieurs corps, comme on peut le voir de manière schématique sur la figure 1, un premier corps 10 (dit � corps arrière �), et un deuxième corps 20 (dit � corps avant �). La position du corps arrière est connue en temps réel à partir d'un système de guidage. Le corps avant 20 est relié au corps arrière 10 par des vérins schématisés par les flèches 22. Lors de l'excavation du tunnel, le corps avant ne reste pas nécessairement dans l'alignement du corps arrière. En effet, il est articulé par rapport à celui-ci de telle sorte qu'il puisse prendre une direction inclinée par rapport à la direction de creusement et/ou se décaler radialement par rapport au corps arrière. Pour un guidage précis du tunnelier, il est donc nécessaire de connaître avec une grande précision (i.e. de l'ordre du millimètre) la position du corps avant. Or, dans ces conditions, il n'y a aucune visibilité de la partie avant du tunnelier. Il est ainsi impossible de mettre en oeuvre une technique connue basée sur l'emploi d'un appareil de visée laser, qui vise un point du corps avant et permet d'en déterminer les coordonnées. Dans d'autres cas, on peut mesurer l'élongation des vérins de poussée pour en déduire la position du corps avant. Toutefois, cette méthode de détermination peut être mise en oeuvre avec des vérins non parallèles, mais n'est pas applicable lorsque les vérins sont parallèles les uns aux autres. Il est donc nécessaire de concevoir un dispositif qui permette de déterminer la position du corps avant indépendamment des informations relatives aux vérins de poussée. Ce dispositif doit en outre présenter une précision suffisamment fine pour répondre aux exigences du domaine d'application. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un dispositif de détermination de la position et de l'orientation d'un corps dit secondaire par rapport à un corps dit principal auquel il est articulé, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un joint de cardan relié au corps principal, ledit joint étant instrumenté au moyen d'un capteur de tangage et d'un capteur de lacet ; - un joint de cardan relié au corps secondaire, ledit joint étant instrumenté au moyen d'un capteur de tangage et d'un capteur de lacet ; - un pivot intercalé entre l'un des joints de cardan et le corps correspondant, ledit pivot étant instrumenté au moyen d'un capteur de roulis ; l'autre joint de cardan étant rigidement lié au corps correspondant ; - une glissière entre les deux joints de cardan, ladite glissière étant instrumentée au moyen d'un capteur d'élongation. Le dispositif comprend en outre des moyens pour déduire, à partir des données issues de ces capteurs, la position et l'orientation du corps secondaire par rapport au corps principal. L'invention concerne également l'utilisation du dispositif décrit plus haut dans un tunnelier à deux ou plusieurs corps pour déterminer la position d'un corps secondaire par rapport au corps principal, dont la position est connue, dudit tunnelier. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un tunnelier à deux corps ; - la figure 2 illustre le dispositif conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 2, le dispositif comprend, entre un corps principal 1 et un corps secondaire 2 une articulation passive instrumentée au moyen de capteurs dont les données permettent de calculer la matrice de transformation du tenseur de déplacement (u1, v1, w1, a1, 131, y1) du corps principal 1, lequel est connu, vers le tenseur de déplacement (u2, v2, w2, a2, 132, y2) du corps secondaire 2, que l'on souhaite déterminer. Dans le cas d'un tunnelier à deux corps, le corps principal 1 est le corps arrière et le corps secondaire 2 est le corps avant. Le dispositif comprend les composants suivants. Le corps principal 1 et le corps secondaire 2 sont chacun reliés à un joint de cardan la, respectivement 2a. L'un des deux joints de cardan (ici, le joint de cardan 2a) est relié au corps correspondant par un pivot 3. L'autre joint de cardan est quant à lui rigidement lié au corps correspondant. Par ailleurs, les deux joints de cardan la et 2a sont reliés par une liaison glissière 4 (permettant l'extension sans rotation relative). La glissière 4 se compose de deux corps 4a et 4b coulissant l'un par rapport à l'autre sans rotation relative. Chaque joint de cardan la, 2a est équipé, sur ses deux axes, de deux capteurs angulaires qui permettent de déterminer les angles de tangage (noté 13) et de lacet (noté y) du corps principal 1 relativement au corps secondaire 2. Le pivot 3 est également instrumenté et donne l'angle de roulis (noté a) relatif entre le corps principal 1 et le corps secondaire 2. Enfin, la glissière 4 est instrumentée par un capteur d'élongation (notée L). Le dispositif nécessite donc au total 6 capteurs. A partir des données (L, a, (31, [32, y1, y2) issues des différents codeurs mentionnés ci-dessus, il est possible par des équations simples d'obtenir directement les paramètres de l'articulation et de reconstituer la matrice de transformation du tenseur de déplacement du corps principal 1 vers le tenseur de déplacement du corps secondaire 2. Comme on l'a vu plus haut, cette matrice est indépendante du type de vérins reliant les deux corps. Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. Ainsi, la présente invention n'est pas applicable uniquement aux tunneliers, mais de manière plus générale à tout engin de construction comprenant deux parties articulées (barges portuaires, réglages de voussoir de pont...). REVENDICATIONS1. Dispositif de détermination de la position et de l'orientation d'un corps dit secondaire (2) par rapport à un corps dit principal (1) auquel il est articulé, caractérisé en ce qu'il comprend : - un joint de cardan (1a) relié au corps principal (1), ledit joint étant instrumenté au moyen d'un capteur de tangage ((31) et d'un capteur de lacet (y1) ; - un joint de cardan (2a) relié au corps secondaire (2), ledit joint étant instrumenté au moyen d'un capteur de tangage ([32) et d'un capteur de lacet (y2) ; - un pivot (3) intercalé entre l'un des joints de cardan et le corps correspondant, ledit pivot étant instrumenté au moyen d'un capteur de roulis (a) ; l'autre joint de cardan étant rigidement lié au corps correspondant ; - une glissière (4) entre les deux joints de cardan (1a, 2a), ladite glissière étant instrumentée au moyen d'un capteur d'élongation (L). 2. Utilisation du dispositif selon la revendication 1 dans un tunnelier à deux ou plusieurs corps pour déterminer la position d'un corps secondaire (2) par rapport au corps principal (1) dudit tunnelier.