Brevet FR3035344A1 — publié le 20161028

La présente invention concerne un dispositif déporté et un système de découpe d'éléments métalliques, notamment de poutrelles. Elle a des applications dans le domaine du Génie Civil et notamment de la destruction de bâtiments ou, plus généralement, de structures métalliques. Lors de la destruction de bâtiments, il est souvent nécessaire de détruire les dispositifs de renforcement ou porteurs de la structure du bâtiment, notamment les profilés métalliques ou les fers à béton, ce qui est un travail difficile si l'ouvrier doit venir les découper in-situ. Il en est de même lors des chantiers de curage, la découpe des pipelines est aussi un travail particulièrement difficile pour les ouvriers. En effet, les conditions d'accessibilité sont souvent difficiles, et les travaux sont la plupart du temps en hauteur ou en fouilles. Il en résulte des dangers notamment de chute ou d'enfouissement qui conduisent à une réduction de la productivité du fait de ces conditions de travail sévères. Les outils classiques de découpe que sont les mâchoires de broyage des engins de chantier à type de pelle mécanique à bras mécanique articulé commandé sont impuissants à couper les profilés métalliques ou pipelines, voir les structures de ferraillage les plus imposantes. Il est par conséquent proposé un système de découpe par torche plasma, voire chalumeau, robotisé et commandé à distance. A cette fin, un dispositif de découpe déporté d'éléments métalliques est fixé à l'extrémité d'un bras mécanique articulé et zo commandé à distance. Le dispositif de découpe comporte un outil de découpe fonctionnant sans contact avec l'élément à découper. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de découpe déporté d'éléments métalliques, notamment de poutrelles métalliques, destiné à être fixé à l'extrémité d'un bras mécanique articulé commandé d'un engin de chantier, le dispositif 25 de découpe comportant un outil de découpe fonctionnant sans contact avec l'élément métallique à découper. Selon l'invention, le dispositif comporte un raccord articulé entre l'extrémité du bras et l'outil de découpe, le raccord articulé comportant au moins trois degrés de liberté de déplacements commandés de l'outil de découpe par rapport à l'extrémité du 30 bras. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - les déplacements commandés dans le dispositif de découpe sont commandés 35 hydrauliquement, le dispositif comportant des actionneurs hydrauliques, - les déplacements commandés dans le dispositif de découpe sont commandés électriquement, le dispositif comportant des actionneurs électriques, - le raccord articulé comporte dans l'ordre entre l'extrémité du bras et l'outil de découpe : 3035344 2 - un premier organe mobile en translation linéaire comportant un plateau fixé à l'extrémité du bras et permettant de déplacer un premier point de fixation mobile le long d'une droite de translation parallèle au plateau, - un deuxième organe allongé comportant deux extrémités opposées et dont la 5 longueur est réglable et permet d'écarter ou de rapprocher les deux extrémités opposées, une première des deux extrémités étant fixée au premier point de fixation mobile et la seconde des deux extrémités étant fixée à l'outil de découpe, -un troisième organe d'orientation angulaire permettant d'orienter angulairement le deuxième organe par rapport à la droite de translation du premier organe, le 10 premier point de fixation mobile comportant une articulation afin que la fixation du deuxième organe sur le premier point de fixation soit articulée, - l'articulation de la fixation du deuxième organe sur le premier point de fixation mobile est en pivot, le premier point de fixation mobile comportant un axe de pivotement, - le raccord articulé est configuré de telle sorte que l'orientation angulaire du deuxième 15 organe par rapport à la droite de translation du premier organe s'effectue dans un plan porté par la droite de translation et perpendiculaire au plateau, - l'axe de pivotement du premier point de fixation mobile est perpendiculaire à la droite de translation du premier organe mobile et parallèle au plateau, - le premier organe comporte un vérin hydraulique à piston, - le premier organe comporte un plateau avec une fixation coulissante du premier point de fixation mobile et un vérin actionné par une vis sans fin motorisée, ledit vérin comportant deux extrémités opposées et étant fixé à une première de ses deux extrémités en un point fixe du plateau et à sa seconde extrémité au premier point de fixation mobile afin de pouvoir le faire coulisser sur le plateau, - le deuxième organe comporte un vérin hydraulique à piston, - le deuxième organe comporte un vérin actionné par une vis sans fin motorisée, - le troisième organe comporte un vérin hydraulique à piston, - le troisième organe comporte un vérin actionné par une vis sans fin motorisée, les extrémités opposées dudit vérin étant fixées par des liaisons articulées respectivement au premier point de fixation mobile et au deuxième organe côté de la première extrémité du deuxième organe, - le troisième organe comporte un actionneur en rotation comportant un arbre tournant sur son axe et une chaîne cinématique constituée de deux bielles en série articulées entre elles au niveau d'une articulation inter-bielle, l'actionneur en rotation étant fixé au premier point de fixation mobile, une première bielle étant fixée à sa première extrémité radialement à l'arbre tournant, sa seconde extrémité de première bielle formant une partie de l'articulation inter-bielle, la seconde bielle étant fixée à sa seconde extrémité au deuxième organe par une liaison articulée côté de la première extrémité du 3035344 3 deuxième organe, sa première extrémité de seconde bielle formant une autre partie de l'articulation inter-bielle, - les vérins sont des vérins télescopiques, - le raccord articulé comporte en outre un organe de liaison de sécurité permettant 5 d'escamoter l'outil de découpe lorsque ce dernier rencontre un obstacle, - l'organe de liaison de sécurité comporte un ressort, - l'organe de liaison de sécurité est réversible spontanément, l'outil de découpe reprenant sa position lorsque qu'il n'est plus au contact de l'obstacle, - l'organe de liaison de sécurité est irréversible spontanément, l'outil de découpe restant 10 dans une position escamotée même lorsque qu'il n'est plus au contact de l'obstacle, - l'organe de liaison de sécurité irréversible spontanément peut être ramené à une position non escamotée de l'outil de découpe par une action de l'opérateur, - l'outil de découpe est choisi parmi : une torche à plasma, un chalumeau oxhydrique, - un manchon coulissant à ressort de rappel est disposé autour de l'outil de découpe, 15 coaxialement audit outil de découpe, - le manchon est métallique, - les déplacements en coulissement du manchon sont mesurés par un capteur, - les déplacements en coulissement du manchon mesurés par un capteur sont utilisés par un automatisme permettant de maintenir à une distance prédéfinie l'extrémité de 20 l'outil par rapport à l'élément à découper. L'invention concerne également un système de découpe d'éléments métalliques, notamment des poutrelles, comportant une machine de chantier à bras mécanique articulé commandé et un dispositif de découpe déporté fixé à l'extrémité du bras, le dispositif de découpe déporté comportant un outil de découpe fonctionnant sans contact 25 avec l'élément métallique à découper, système dans lequel le dispositif de découpe est selon l'invention et le système comporte en outre au moins : - une caméra vidéo disposée vers l'extrémité du bras et permettant de produire des images d'au moins de l'outil de découpe et de l'élément métallique à découper au moins dans la zone de découpe, 30 - un appareil de visualisation des images produites par ladite au moins une caméra vidéo, - un tableau de commande manuelle permettant à un opérateur de commander manuellement à distance le dispositif de découpe déporté afin d'au moins orienter dans l'espace l'outil de découpe et commander le fonctionnement ou l'arrêt de l'outil de 35 découpe. Dans diverses variantes du système, on peut en outre mettre en oeuvre les caractéristiques suivantes possiblement combinées : - le tableau de commande manuelle permet en outre à un opérateur de commander manuellement à distance le bras mécanique articulé, 3035344 4 - le tableau de commande manuelle est installé sur un boîtier de télécommande sans fil portable, - le tableau de commande manuelle est installé sur un boîtier de télécommande filaire portable, 5 - le tableau de commande manuelle comporte au moins un manche à balai X-Y de commande des actionneurs du dispositif de découpe, - ladite au moins une caméra est montée sur un support orientable à commande à distance et l'opérateur dispose en outre de moyens de commande manuelle d'orientation de ladite au moins une caméra, 10 - un dispositif d'éclairage est en outre installé à l'extrémité du bras, de préférence sur ladite au moins une caméra, pour éclairage de la zone de découpe. La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation et de mise en oeuvre en relation avec : 15 la Figure 1 qui représente en vue latérale un dispositif de découpe déporté, la Figure 2 qui représente en perspective le dispositif de découpe déporté de la Figure 1, la Figure 3 qui représente une vue en perspective d'un boîtier de commande à distance du dispositif de découpe déporté, et 20 les Figures 4 à 7 qui représentent un support d'outil à manchon coulissant vu respectivement latéralement, de dessus, en perspective et en coupe. Dans le cas d'une application à la démolition d'un bâtiment, le système de l'invention permet de découper un matériau métallique en hauteur par l'intermédiaire d'une torche à plasma d'un dispositif monté à l'extrémité d'un bras mécanique d'un 25 engin porteur/de chantier. L'opérateur ne se trouve donc plus en contact avec le danger, mais en retrait et commande à distance le dispositif de découpe robotisé. Le dispositif de découpe de profilés et de pipelines est conçu pour être disposé sur une machine de démolition robotisée, et est par exemple adapté à un robot de démolition du type mini pelle télécommandée. Ce type de robot de démolition polyvalent permet un 30 travail de précision grâce à la mise en oeuvre du dispositif de découpe déporté installé en bout de bras du robot. L'exemple de dispositif de découpe déporté 1 de la Figure 1 comporte un premier organe mobile 2 en translation linéaire qui est destiné à être fixé à l'extrémité d'un bras mécanique d'un robot de démolition. Ce premier organe mobile 2 qui 35 comporte un plateau 21 permet le déplacement d'un premier point de fixation mobile 3 le long d'une droite de translation L-L parallèle et/ou portée par le plateau 21. Le déplacement du premier point de fixation mobile 3 du premier organe 2 est obtenu par la mise en oeuvre d'un vérin actionné par une vis sans fin motorisée. 3035344 5 Plus précisément, le premier organe 2 comporte un plateau avec une fixation coulissante du premier point de fixation mobile 3 et le vérin l'actionnant est fixé à une première de ses deux extrémités en un point fixe du plateau et à sa seconde extrémité au premier point de fixation mobile 3. Le plateau comporte un moyen non représenté de 5 fixation à l'extrémité du bras mécanique du robot de démolition. Le dispositif de découpe déporté 1 comporte en outre un deuxième organe 5 qui est allongé et qui comporte deux extrémités opposées. Une première 5a des deux extrémités du deuxième organe 5 est fixée au premier point de fixation mobile 3. La seconde 5b de ces deux extrémités, partiellement occultée par l'outil de découpe 8 et 10 son support d'outil 15 sur la Figure 1, est fixée au support d'outil 15 qui porte l'outil de découpe 8. Le deuxième organe 5 a une longueur réglable et permet d'écarter ou de rapprocher les deux extrémités opposées 5a et 5b et permet donc de déplacer l'outil de découpe. Le dispositif de découpe déporté 1 comporte en outre un troisième organe 15 d'orientation angulaire 6 permettant d'orienter angulairement le deuxième organe 5 par rapport à la droite de translation L-L et au plateau 21 du premier organe 2. Le premier point de fixation mobile 3 comporte un raccord articulé en pivot avec un axe de pivotement 4, R-R, afin que la fixation du deuxième organe 5 sur le premier point de fixation 3 soit articulée. L'axe de pivotement 4, R-R, du premier point de zo fixation mobile 3 articulé est perpendiculaire à la droite de translation L-L du premier organe mobile 2 et est aussi parallèle au plateau 21 du premier organe 2. De ce fait, l'orientation angulaire du deuxième organe 5 par rapport à la droite de translation L-L du premier organe 2 s'effectue dans un plan porté par la droite de translation L-L et perpendiculaire au plateau 21. 25 Dans le mode de réalisation représenté, le troisième organe 6 comporte un actionneur en rotation comportant un arbre tournant sur son axe et une chaîne cinématique constituée de deux bielles 7a, 7b en série articulées entre elles au niveau d'une articulation inter-bielle 7c. La chaîne cinématique est du type manivelle. L'actionneur en rotation est fixé 6' au premier point de fixation mobile 3 afin de suivre 30 ses déplacements. La première bielle 7a est fixée à sa première extrémité radialement à l'arbre tournant et la seconde extrémité de première bielle forme une des parties de l'articulation inter-bielle 7c. La seconde bielle 7b est fixée à sa seconde extrémité au deuxième organe 5 par une liaison articulée 7d côté de la première extrémité 5a du deuxième organe S. La première extrémité de la seconde bielle forme l'autre partie de 35 l'articulation inter-bielle 7c. La Figure 2 permet de mieux visualiser le deuxième organe 5 du dispositif qui n'est plus masqué par l'outil de découpe 8. On peut également mieux voir la structure à rail de la fixation coulissante du premier point de fixation mobile 3 sur le plateau. Le dispositif de découpe 1 est essentiellement un raccord articulé destiné à être monté à 3035344 6 l'extrémité d'un bras mécanique et il comporte un outil de découpe qui est de préférence une torche à plasma. Dans cette configuration de dispositif de découpe déporté 1, pour une position donnée fixe de l'extrémité du bras mécanique du robot de démolition sur lequel est fixé 5 le dispositif, l'extrémité de découpe de l'outil 8 qui est vers le haut sur les Figures 1 et 2, peut balayer dans certaines limites un plan perpendiculaire au plateau et porté par la droite de translation L-L et même, toujours dans certaines limites, suivre une droite portée par ce plan, droite qui n'est pas forcément parallèle à la droite de translation L-L. Le fait de déplacer l'extrémité du bras mécanique du robot de démolition permet de 10 pouvoir balayer tout l'espace dans les limites des capacités de déplacement du bras mécanique et des organes du dispositif. En combinaison avec les mouvements du bras mécanique au bout duquel est installé le dispositif, il devient donc possible de découper par le dessus, le dessous ou le côté des éléments métalliques de type poutrelle ou profilé. 15 Dans un mode de réalisation particulier, l'outil de découpe 8 qui est ici une torche à plasma, est installé coaxialement au centre d'un manchon de protection rapporté disposé autour de l'outil et disposé au sein d'un support d'outil 15 à manchon 18. Ce manchon 18 de protection représenté sur le support d'outil 15 à manchon des Figures 4 à 7 peut coulisser coaxialement à l'outil et est ramené à une position de repos par un 20 système à ressort. Dans tous les cas, l'extrémité de l'outil, qui est une torche, est dans le manchon et n'affleure pas ou ne dépasse pas de l'extrémité du manchon. Sur ces Figures 4 à 7, le support d'outil 15 comporte une platine 16 destinée à être fixée à l'extrémité 5b du deuxième organe 5. Un tube creux 17 est fixé sur cette platine 16 et c'est dans ce tube 17 que peut coulisser le manchon 18 qui est repoussé 25 vers l'extérieur par un ressort 19. L'outil de découpe 8, non représenté sur ces Figures, vient se fixer à l'intérieur du tube 17 et du manchon 18, afin de former une structure coaxiale entre ces éléments. Ainsi, lorsque le manchon 18 coulissant vient toucher l'élément à découper, le manchon peut s'escamoter par coulissement en fonction de la pression/course exercée 30 par le bras mécanique et/ou les actionneurs du dispositif de découpe déporté alors que le manchon est contre l'élément à découper. Cela va permettre de rapprocher l'extrémité de l'outil de l'élément à découper et permettre son amorçage dans le cas d'une torche à plasma. Le manchon 18 est métallique et peut former un moyen de connexion de masse. Dans une variante de réalisation, un capteur de position est 35 disposé sur le manchon coulissant et un automatisme commande au moins un des organes du dispositif de découpe déporté afin de maintenir à peu près constante la distance de l'extrémité de l'outil par rapport à l'élément à découper lors du balayage de découpe de l'élément à découper. 3035344 7 En effet, la principale difficulté réside dans le fait qu'il faut garder la torche à plasma sensiblement à la même distance de l'élément à découper pendant toute la découpe, distance optimale d'environ 2 à 3 mm. En mode automatique de la découpe, dans le cas où l'opérateur tente d'écarter ou rapprocher l'outil (volontairement ou non) 5 de l'élément à découper, l'effet du mouvement mesuré par le capteur sur le manchon à ressort de rappel, va ramener la torche à la bonne distance ou, à tout le moins, empêchera son déplacement de la distance optimale. A noter que le manchon qui est métallique peut servir de connexion de masse à l'élément à découper pour la circulation du courant de création du plasma dans la 10 torche. Dans d'autres variantes, on peut envoyer dans le manchon coulissant un gaz ou de l'air sous pression afin de refroidir l'outil et/ou de mieux isoler le plasma et/ou chasser vers l'extérieur du manchon les particules en fusion. La figure 3 montre les commandes à distance disponibles pour commander le dispositif de découpe déporté. Les commandes du bras mécanique du robot de 15 démolition ainsi que de ses déplacements sont quant à elles sur un pupitre de commande propre au robot de démolition et non représentées ici. Un boîtier de commande à distance 10 comporte un pupitre qui regroupe notamment les commandes du dispositif de découpe déporté et du fonctionnement de la torche à plasma. Le manche à balai X-Y de la droite 12 de la Figure 3 commande, d'une part, le 20 déplacement en translation du premier point de fixation mobile 3 le long de la droite de translation L-L pour le premier organe 2 et, d'autre part, l'orientation angulaire du deuxième organe et donc de l'outil par le troisième organe d'orientation angulaire 6. A noter que ce même manche à balai X-Y de droite 12 comporte un interrupteur à bascule situé sur le dessus du manche et qui permet de commander le « zoom » de la caméra. 25 Le manche à balai X-Y de la gauche 11 de la Figure 3 commande, d'une part, l'allongement ou le raccourcissement du deuxième organe 5 du dispositif et, d'autre part, les mouvements de la caméra. A noter que ce même manche à balai X-Y de gauche 11 a en fait deux fonctions séparées dépendant de la position d'un inverseur situé sur le dessus du manche : dans une première position de l'inverseur seul le 30 deuxième organe 5 est commandé selon un axe du manche à balai (Y en l'espèce) et dans l'autre position de l'inverseur, seule la position de la caméra est commandée selon les deux axes du manche à balai (X et Y). Un bouton 13 permet de mettre en route et d'arrêter la torche à plasma. On peut également choisir par un inverseur 14 entre un mode automatique et un mode manuel 35 pour faire la découpe. Des commandes accessoires sont également disponibles pour réglage de la tension et/ou intensité électrique de la torche à plasma et du débit de gaz pour le plasma. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de découpe déporté d'éléments métalliques, notamment de poutrelles métalliques, destiné à être fixé à l'extrémité d'un bras mécanique articulé commandé d'un engin de chantier, le dispositif de découpe comportant un outil de découpe (8) fonctionnant sans contact avec l'élément métallique à découper, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord (2, 5, 6) articulé entre l'extrémité du bras et l'outil de découpe (8), le raccord articulé comportant au moins trois degrés de liberté de déplacements commandés de l'outil de découpe par rapport à l'extrémité du 1.13 bras. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord articulé comporte dans l'ordre entre l'extrémité du bras et l'outil de découpe : - un premier organe mobile en translation linéaire (2) comportant un plateau (21) fixé à l'extrémité du bras et permettant de déplacer un premier point de fixation mobile (3) le 15 long d'une droite de translation (L-L) parallèle au plateau, - un deuxième organe (5) allongé comportant deux extrémités opposées (5a, 5b) et dont la longueur est réglable et permettant d'écarter ou de rapprocher les deux extrémités opposées, une première (5a) des deux extrémités étant fixée au premier point de fixation mobile (3) et la seconde (5b) des deux extrémités étant fixée à l'outil de 20 découpe (8), - un troisième organe d'orientation angulaire (6) permettant d'orienter angulairement le deuxième organe (5) par rapport à la droite de translation (L-L) du premier organe (2), le premier point de fixation mobile (3) comportant une articulation (4) afin que la fixation du deuxième organe (5) sur le premier point de fixation (3) soit articulée. 25 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le raccord articulé est configuré de telle sorte que l'orientation angulaire du deuxième organe (5) par rapport à la droite de translation (L-L) du premier organe (2) s'effectue dans un plan porté par la droite de translation (L-L) et perpendiculaire au plateau (21). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le 30 deuxième organe (5) comporte un vérin actionné par une vis sans fin motorisée. S. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le troisième organe comporte un vérin actionné par une vis sans fin motorisée, les extrémités opposées dudit vérin étant fixées par des liaisons articulées respectivement au premier point de fixation mobile (3) et au deuxième organe (5) côté de la première 35 extrémité (5a) du deuxième organe (5). 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le troisième organe (6) comporte un actionneur en rotation comportant un arbre tournant sur son axe et une chaîne cinématique constituée de deux bielles (7a, 7b) en série articulées entre elles au niveau d'une articulation inter-bielle (7c), l'actionneur en 3035344 9 rotation étant fixé (6') au premier point de fixation mobile (3), une première bielle (7a) étant fixée à sa première extrémité radialement à l'arbre tournant, sa seconde extrémité de première bielle (7a) formant une partie de l'articulation inter-bielle (7c), la seconde bielle (7b) étant fixée à sa seconde extrémité au deuxième organe (5) par une liaison 5 articulée (7d) côté de la première extrémité (5a) du deuxième organe (5), sa première extrémité de seconde bielle (7b) formant une autre partie de l'articulation inter-bielle (7c). 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord articulé comporte en outre un organe de liaison de sécurité permettant d'escamoter l'outil de découpe (8) lorsque ce dernier rencontre un obstacle. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de découpe (8) est choisi parmi : une torche à plasma, un chalumeau oxhydrique. 9. Système de découpe d'éléments métalliques, notamment des poutrelles, comportant une machine de chantier à bras mécanique articulé commandé et un dispositif de découpe déporté fixé à l'extrémité du bras, le dispositif de découpe déporté comportant un outil de découpe (8) fonctionnant sans contact avec l'élément métallique à découper, caractérisé en ce que le dispositif de découpe (1) est selon l'une quelconque des revendications précédentes et en ce que le système comporte en outre zo au moins : - une caméra vidéo disposée vers l'extrémité du bras et permettant de produire des images d'au moins de l'outil de découpe et de l'élément métallique à découper au moins dans la zone de découpe, - un appareil de visualisation des images produites par ladite au moins une caméra 25 vidéo, - un tableau de commande manuelle (10) permettant à un opérateur de commander manuellement à distance le dispositif de découpe déporté afin d'au moins orienter dans l'espace l'outil de découpe et commander le fonctionnement ou l'arrêt de l'outil de découpe. 30 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite au moins une caméra est montée sur un support orientable à commande à distance et en ce que l'opérateur dispose en outre de moyens de commande manuelle d'orientation de ladite au moins une caméra. 35