Brevet FR3093331A1 — publié le 20200904

Description Titre de l'invention : Système d'assistance à la manipulation et pose de matériaux [0001] L'invention a trait à un dispositif d'assistance à la manipulation et à la pose de matériaux tels que des matériaux de construction, permettant de réduire ou annuler les efforts habituellement nécessaires pour ces opérations. [0002] La masse, l'encombrement, ou la combinaison des deux, peuvent, rendre la mani- pulation ou la pose de matériaux par un ou plusieurs opérateurs pénible, difficile, imprécise, lente, ou peut nécessiter des postures de nature à générer des troubles musculo-squelettiques. La présente invention vise à reprendre la charge générée par le poids de ces matériaux à la place du ou des opérateur(s), tout en laissant la liberté de mouvement nécessaire à la manipulation de ces matériaux. [0003] Les matériaux lourds ou encombrants nécessitant une pose précise, du type cardage, dalles de sol, ou autres éléments de construction, éventuellement placés sur un lit de colle ou de mortier, bénéficieront plus particulièrement des avantages de la présente invention. [0004] Divers systèmes de compensation ou reprise de charge existent et permettent de compenser le poids d'outils lourds, manipulés de façon répétitive par des opérateurs. On peut citer notamment : Les dispositifs à équilibreurs de charges à ressort, comportant un câble s'enroulant sur un tambour entraînant un ressort de torsion qui équilibre le poids de l'objet suspendu à l'autre extrémité du câble et manipulé par l'opérateur. De tels dispositifs permettent l'équilibrage de charges constantes, mais ne sont pas prévus pour des charges variables telles que rencontrées lorsque les éléments dc matériaux sont successivement pris puis relâchés dans leur position finale, avant de recommencer un nouveau cycle. En effet, lorsque les matériaux sont lâchés, l'équilibreur maintient la même force et l'opérateur doit alors retenir le câble en sens inverse, ce qui n'améliore que de peu l'ergonomie de l'opération. Par ailleurs, de tels équilibreurs à ressort, bien que disposant d'un réglage de la force d'équilibrage, n'agissent que sur une plage limitée de force. Ainsi, pour équilibrer une large plage de masse, plusieurs équilibreurs de capacités différentes doivent être prévus, ce qui ajoute au coût et à la complexité d'un tel dispositif Les dispositifs d'équilibrage passifs pneumatiques, présentant des caractéristiques et inconvénients similaires aux équilibreurs de charge à ressort, Les dispositifs utilisant des contrepoids suspendus à un câble passant autour 2 d'une poulie de renvoi fixée à un point haut, et dont l'autre extrémité est liée à l'objet à manipuler. Ce type de dispositif est couramment utilisé pour les ascenseurs ou les monte-charges. De même que pour l'équilibreur à ressort, la variation de charge doit être compensée par l'opérateur. De plus, la poulie de renvoi fixée à un point haut déterminé, restreint la liberté de mouvement dans le plan horizontal. Les dispositifs motorisés, soit électriquement, soit hydrauliquemcnt, soit pncumatiquement. Divers systèmes de commandes doivent alors être mis en oeuvre, de sorte que les mouvements de montée ou descente ne peuvent plus être appliqués directement par l'opérateur sur l'objet à manipuler, mais par l'intermédiaire d'une chaîne de commande plus complexe, et nécessitant un apport d'énergie. [0005] La présente invention a, d'une manière générale, pour objet un dispositif passif d'aide à la préhension, la manipulation et la pose d'éléments de matériau, apte à gérer la variation de charge lors du cycle d'utilisation, et procurant ainsi aux opérateurs une amélioration de l'ergonomie permettant de positionner les charges lourdes et ou encombrantes avec précision. [0006] A cet effet, l'invention a pour objet, selon un premier aspect, un système d'équilibrage d'une charge manipulée, apte à transférer le poids de la charge à une structure porteuse de type potence par l'intermédiaire de moyens de liaison mobiles verticalement , caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de ralentissement du mouvement vertical des moyens de liaison, adapté à n'agir que dans le sens de la montée, de sorte que le déséquilibre provoqué par la dépose de la charge en position basse ne génère pas de mouvement rapide vers le haut des moyens de liaison dès le début de la remontée ou après une remontée sur une distance prédéterminée. [0007] Une telle disposition présente l'avantage de réduire les efforts appliqués par l'opérateur pour ralentir la remontée après la pose, et réduire les risques associés à une remontée brutale, en particulier en cas de relâchement accidentel de la charge. Le ralentissement ne s'appliquant que de bas en haut, il n'impacte pas la manipulation avec la charge qui se fait majmitairement de haut en bas dans le cas de la pose de carrelage ou dalles de sol. [0008] Selon des dispositions particulières de l'invention, éventuellement combinées : Le système d'équilibrage comporte un équilibreur de charge à ressort ; Le système d'équilibrage comporte un ou plusieurs cordages liés à la charge manipulée d'une part, et à un ou plusieurs contrepoids d'autre part ; Le système d'équilibrage est monté sur une structure porteuse qui comporte une ou plusieurs poutres articulées entre elles, et/ou articulées vis-à-vis d'un mât vertical, de façon à faciliter le déplacement et la pose de la charge ; Le système d'équilibrage comporte un chariot mobile le long d'une poutre, apte à permettre le déplacement du point d'accrochage de la charge de façon à faciliter la manipulation et la pose de la charge ; Le ou les cordages sont guidés par un dispositif à poulies apte à éloigner le contrepoids de la charge, et permettant le déplacement du chariot le cas échéant ; Le système d'équilibrage comporte des moufles à poulies aptes à démultiplier la course du ou des cordages ; Le dispositif de ralentissement comporte un frein n'agissant que dans le sens de la montée et apte à ralentir le mouvement généré par le déséquilibre après la dépose de la charge ; Le dispositif de ralentissement est choisi dans le groupe comprenant : (i) Un amortisseur linéaire ou un contrôleur de vitesse linéaire, hydraulique ou pneumatique, à orifice réglable ou non, et unidirectionnel ; (ii) Un vérin à gaz contrôlant la vitesse ; (iii) Un moteur ou une pompe hydraulique associé(e) à un orifice de laminage d'huile, réglable ou non ; (iv) Un limiteur de couple, ou un amortisseur rotatif à frein mécanique de type à tambour ou à disque, un amortisseur rotatif hydraulique, à poudre, centrifuge ou à induction électromagnétique. Le dispositif de ralentissement est adapté à n'agir que dans le sens de la montée au moyen d'un clapet pour un dispositif selon (i)-(iii) ou une roue libre pour un dispositif selon (iv). Le dispositif de ralentissement est adapté à agir directement sur le tambour de l'équilibreur de charge à ressort ; Le dispositif de ralentissement est adapté à agir sur un cordage du système d'équilibrage portant la charge, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une poulie standard, d'une poulie de type cabestan qui permet d'augmenter l'adhérence entre le cordage et la poulie avec plus d'un tour de cordage, ou d'une poulie comportant une gorge en V, qui permet également d'augmenter l'adhérence par coincement du cordage ; Le dispositif de ralentissement comporte des moyens conférant du jeu, qui autorise la remontée non freinée sur une course réduite correspondant à la distance prédéterminée, de sorte qu'une charge puisse être soulevée aisément de sa position de stockage au début du cycle de manipulation, avant d'être déplacée vers la position de dépose. Le jeu est procuré par une butée, de préférence cylindrique, se déplaçant librement dans une lumière oblongue, rectiligne ou circulaire suivant qu'il s'agisse d'un dispositif de ralentissement linéaire ou rotatif, avant d'arriver en butée. Les moyens de liaison comportant un dispositif de préhension muni d'une ou plusieurs poignées, et de préférence plusieurs poignées offrant une prise sur 360' et à plusieurs hauteurs différentes de prise. Le dispositif de ralentissement est un dispositif de ralentissement rotatif et les moyens conférant du jeu comportent une butée solidaire du dispositif de ralentissement ou d'un support de celui-ci et adaptée à coopérer avec deux butées solidaires, selon le cas, d'un support du dispositif de ralentissement ou de cc dernier et délimitant le jeu sous la forme d'un jeu angulaire. [0009] On entend ici par cordage, une corde, une cordelette, un câble ou un filin. [0010] Il convient par ailleurs de relever que les dispositifs de ralentissement mis en oeuvre dans le cadre de la présente invention n'utilisent aucun apport d'énergie extérieure autre que celle, éventuelle, de la charge suspendue ou de l'opérateur manipulant la charge. [0011] Il s'agit en d'autres termes de dispositifs de ralentissement passifs. [0012] En outre, s'agissant des moyens conférant du jeu, il est à noter qu'ils peuvent être mis en oeuvre sur le dispositif de ralentissement et un support de celui-ci ou un autre élément du système d'équilibrage, tel qu'une poulie. [0013] L'invention a pour objet, suivant un deuxième aspect original en soi, un dispositif de préhension d'éléments de matériau apte à saisir un ou plusieurs éléments de matériau à la fois, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs poignées offrant une prise sur 360° et à plusieurs hauteurs différentes de prise. [0014] De la sorte l'opérateur peut effectuer la saisie en toute position autour de la charge, d'une part, et peut manipuler la charge à différentes hauteurs en ayant toujours à portée de main un élément de poignée accessible dans une position ergonomique, d'autre part. [0015] Selon des dispositions particulières de cet aspect de l'invention, éventuellement combinées : Le dispositif de préhension comporte une ou plusieurs ventouses, simples ou actionnées à l'aide d'un système de dépression, notamment un système de dépression à venturi ; Les ventouses sont adaptées à saisir un ou plusieurs éléments de matériau simultanément ; La position des ventouses sur le dispositif de préhension est ajustable pour s'adapter à différents formats d'éléments de matériau ; Le système de dépression est alimenté sur batterie de façon autonome ou sur secteur ; Le système de dépression est mis en route et arrêté par un contact électrique commandé par un opérateur à chaque opération, ou automatiquement par un vacuostat raccordé au circuit de vide reliant le système de dépression aux ventouses ; Le circuit de vide reliant le système de dépression aux ventouses comporte une réserve apte à maintenir les ventouses au vide en cas d'arrêt intempestif du système de dépression ; Le dispositif de préhension comporte une ou plusieurs pinces auto-serrantes actionnées par le poids des éléments de matériau, et permettant la saisie d'un ou plusieurs éléments de matériau ; Le dispositif comporte plusieurs poignées circulaires placées à des hauteurs différentes dans des plans horizontaux ; Le dispositif comporte plusieurs poignées longiformes placées verticalement et permettant la manipulation suivant la direction verticale sans que l'opérateur n'ait à changer de posture ; Le dispositif comporte un ou plusieurs éléments d'actionnement d'un ou plusieurs systèmes de commande du vide appliqué aux ventouses, pour contrôler la saisie ou la dépose des éléments de matériau, lesquels éléments sont disposés de sorte qu'ils soient accessibles par les doigts d'un opérateur sans que celui-ci n'ait à lâcher une ou des poignées pour actionner le ou les systèmes de commande ; Le ou les systèmes de commande du vide comportent une vanne insérée sur le circuit de vide, un contact électrique commandant le démarrage ou l'arrêt du système de dépression, ou la combinaison des deux ; Le dispositif de préhension comporte un degré de liberté en rotation d'axe vertical, apte à permettre le positionnement angulaire du ou des éléments de matériau. [0016] L'invention a enfin pour objet un système tel que défini supra et installé sur un support mobile formant structure porteuse permettant de déplacer l'ensemble au plus près de la position de pose des éléments, au fur et à mesure de la progression du travail. Le système d'équilibrage et le support forment ainsi ensemble un système d'aide à la manipulation et à la pose de matériaux. [0017] Suivant des dispositions particulières de cet aspect de l'invention, éventuellement combinées : Le support est placé sur des roulettes orientables, éventuellement munies de freins ; Les roulettes sont montées sur des supports extensibles aptes à augmenter l'empattement du système pour améliorer sa stabilité, tout en restant suffisamment compact après rétraction pour être déplacé à travers les portes d'un 6 bâtiment ; Le support comporte un mât vertical télescopique apte à élever le système d'équilibrage suffisamment haut pour ne pas gêner l'opérateur, tout en restant suffisamment bas après rétraction pour passer sous les portes d'un bâtiment ; Le support comporte un plateau apte à stocker les éléments de matériau et les déplacer, avec le système d'équilibrage au fur et à mesure de la progression de la pose ; Le support comporte un dispositif d'éclairage, de préférence adapté à être positionné en permanence devant et au-dessus d'une zone de pose et de stockage ; Le support et le système d'équilibrage sont démontables en plusieurs éléments pour faciliter leur transport, notamment dans les étages d'un bâtiment ou dans un véhicule ; Des poutres solidaires du mât vertical sont repliables entre elles et peuvent se désolidariser du mat pour faciliter le transport, notamment dans les étages d'un bâtiment ou dans un véhicule ; Le support comporte des poignées, éventuellement repliables pour ne pas gêner l'accès autour du support, permettant de déplacer le support avec les éléments de matériau au fur et à mesure de la pose. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non li- mitatifs, description faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0019] [fig.1] La figure 1 est une vue générale schématique en élévation conforme à un mode de réalisation de l'invention ; [0020] [fig.2] La figure 2 est une vue générale schématique de dessus conforme à un autre mode de réalisation de l'invention ; [0021] [fig.3] La figure 3 est une vue de principe schématique d'équilibrage par contrepoids selon encore un autre mode de réalisation de l'invention ; [0022] [fig.4] La figure 4 est une vue de principe schématique d'un dispositif d'amortissement rotatif pouvant être mis en oeuvre par l'invention ; [0023] [fig.5a] La figure 5a est une vue de côté d'un dispositif d'amortissement rotatif selon une variante de réalisation ; [0024] [fig.5b] 7 La figure 5b est une vue en coupe du dispositif d'amortissement rotatif selon cette dernière variante de réalisation ; et [0025] [fig.6] La figure 6 est une vue de principe schématique d'un dispositif de préhension conforme à un aspect de l'invention. [0026] Le système d'aide à la manipulation et à la pose de matériaux, tel que représenté sur la figure 1, comporte une base support 1, équipée de roues orientables 2 montées sous des supports extensibles 3 aptes à élargir l'empattement du système. Des éléments de matériau 13 en attente de pose, tels que des dalles de carrelage, sont stockés sur la base support 1. [0027] Le système comporte un mât vertical composé de deux éléments coulissants 4a et 4b, solidarisés entre eux lorsque le dispositif est en utilisation. Une liaison pivot libre d'axe vertical 5 lie une bôme horizontale 6 à l'élément supérieur 4b du mât. Une limitation du débattement angulaire de la bôme évite d'atteindre des positions extrêmes latérales risquant de faire basculer le système. Alternativement, la liaison pivot d'axe vertical 5 peut être assurée par l'emboîtement des deux éléments 4a et 4b, devant alors être constitués de tubes ronds. [0028] Un chariot 7 coulisse librement le long de la bôme 6. Un équilibreur de charge à ressort 8 est lié à cc chariot 7. [0029] Un exemple d'équilibreur est celui commercialisé sous la référence TECHNA® 9502 par la société GEDO Rance. [0030] Un câble 9 lie l'équilibreur de charge 8 à une poignée 11. Dans ce mode de réa- lisation, le câble fait un tom- autour d'une poulie cabestan d'un dispositif de ralentissement ou dispositif ralentisseur 10, lui-même fixé à l'équilibreur de charge 8. [0031] Des exemples du dispositif ralentisseur 10 pouvant être mis en oeuvre ici sont décrits plus en détails ci-dessous en référence aux modes de réalisations des figures 4 à 5a et Sb. [0032] Des ventouses 12, liées à la poignée 11 par un dispositif réglable en position 15, prennent l'élément de matériau manipulé 14, tel qu'une dalle de matériau récupérée sur la pile d'éléments de matériau 13. [0033] La figure 2 est une vue générale schématique de dessus conforme à autre mode de réalisation mettant en oeuvre, à la place de la bôme unique horizontale 6 de la figure 1, un ensemble articulé de deux bômes horizontales 6a et 6b, liées entre elles par une liaison 16 pivot d'axe vertical, permettant l'éloignement de l'élément de matériaux manipulé non plus par coulissement d'un chariot mais par la variation de l'ouverture angulaire entre les deux bômes 6a et 6b. Dans ce mode de réalisation, la charge manipulée n'est plus suspendue à un chariot coulissant mais directement à l'extrémité de la bôme 6b, par l'intermédiaire toujours d'un équilibreur de charge à ressort 8, ou 8 d'un dispositif à contrepoids similaire à celui de la figure 3. [0034] La figure 3 est une vue de principe schématique d'équilibrage par contrepoids selon un autre mode de réalisation. Suivant ce mode de réalisation, la charge est équilibrée par un contrepoids 17 suspendu à l'arrière de la bôme 6 par intermédiaire d'un cordage 18, lié par une extrémité à l'arrière de la bôme 6 et passant ensuite dans une poulie de renvoi 22 d'axe horizontal et liée au contrepoids 17. Le chariot 7 coulisse sur la bôme 6 afin d'assurer le déplacement de l'élément de matériau manipulé. Le chariot 7 comporte deux poulies 20a et 2011 d'axe horizontal perpendiculaire à l'axe de déplacement du chariot 7. L'autre extrémité du cordage 18 est lié à l'extrémité avant 19 de la bôme 6. Le cordage 18 passe également dans les deux poulies 20a et 20b et dans une poulie de renvoi 21 d'axe horizontal, liée à la poignée 11, l'ensemble permettant le déplacement du chariot 7 sans impacter l'équilibrage de la charge. [0035] Une liaison pivot 24 d'axe vertical permet le positionnement angulaire de l'élément de matériau manipulé. [0036] Un tel mode de réalisation présente l'avantage d'éviter l'utilisation d'un équilibreur de charge à ressort, élément complexe et onéreux, et présentant une plage de forces d'équilibrage limitée. [0037] Le dispositif ralentisseur mis en oeuvre selon l'invention et non représenté sur la figure 3 peut être du type à amortisseur rotatif et peut être lié à l'une des poulies du système. Il peut également être constitué d'un amortisseur linéaire lié directement au contrepoids 17 ou au câble 18. [0038] Le contrepoids 17 peut être constitué d'un pallier apte à recevoir des matériaux divers pour ajuster la masse nécessaire à l'équilibrage. Si le panier et l'ensemble de la poignée 11 sont de même masse, la mise en place dans le panier d'un élément de matériau identique à celui manipulé procure simplement et directement l'équilibrage nécessaire. Le contrepoids peut également être constitué d'un réservoir d'eau, de sable, ou d'autres matériaux, dont le remplissage est ajusté de façon à procurer l'équilibrage nécessaire. [0039] La figure 4 est une vue de principe schématique d'un dispositif d'amortissement rotatif selon un des modes de réalisation possible, apte à freiner le cordage de façon à ralentir la remontée de la poignée 11 après que l'élément de matériau ait été déposé. Le descriptif qui suit s'applique tout particulièrement à un dispositif solidaire de la poulie de renvoi 22 liée au contrepoids 17, mais peut tout aussi bien être utilisé à d'autres endroits du système, tel que sur le cordage 18. [0040] Selon ce mode de réalisation, ce dispositif coopère ici avec une poulie 22 de type cabestan, de profil soit arrondi, soit en V, apte à centrer le cordage sensiblement au milieu de la poulie. Pour augmenter l'adhérence entre le cordage et la poulie, le cordage 18 peut effectuer plusieurs tours autour de la poulie. Une roue libre 25 est liée, 9 d'une part, à la poulie 22, et, d'autre part, à un limiteur de couple ou un amortisseur rotatif 26, par exemple de type à bain d'huile. La roue libre 25 autorise la libre rotation de la poulie 22 lorsque la charge est manipulée vers le bas. Lorsque la charge remonte, la roue libre 25 entraîne le limiteur de couple ou l'amortisseur rotatif 26, qui génère un couple de freinage sur la poulie et ralentit la remontée de la charge. [0041] Les figures 5a et 5b sont des vues de côté et en coupe d'un même dispositif d'amortissement rotatif selon un des modes de réalisation possible, similaire à celui montré sur la figure 4, mais utilisant un amortisseur rotatif 26 intégrant la fonction de roue libre. [0042] Suivant le mode de réalisation montré sur les figures 5a et 5b, un amortisseur 26 est fixé avec un jeu angulaire suivant l'axe de la rotation sur un support 27, de sorte que la première partie de la course de remontée de la charge, qui correspond à la distance prédéterminée définie supra, ne soit pas sujette au freinage. Sur les figures 5a et 5b, cc jeu est obtenu par l'utilisation de deux butées 40a et 40b solidaires du support 27, et d'une butée 41 solidaire de l'amortisseur 26. Cette disposition présente l'avantage de permettre le soulèvement de l'élément de matériau sans effort de freinage lors de la prise initiale de l'élément depuis son stockage. [0043] La figure 6 est une vue de principe schématique d'un dispositif de préhension des éléments de matériau selon l'un des modes de réalisation possibles. Selon le mode de réalisation montré, le dispositif comporte plusieurs poignées circulaires 28, plus précisément toriques ici, et placées à des hauteurs différentes dans des plans horizontaux, de sorte que l'opérateur puisse saisir facilement le dispositif à différentes hauteurs et dans n'importe quelle position autour du dispositif. Le dispositif peut également comporter, comme ici, plusieurs poignées 29 longifonnes (ici tubulaires) d'axe sensiblement vertical, de sorte que le déplacement vertical du dispositif puisse être effectué sans que l'opérateur ait besoin de se baisser ou de se relever. Les poignées 29 s'étendent sensiblement d'une poignée circulaire 28 à l'autre et sont, ici, espacées régulièrement sur la circonférence de celles-ci. Ces différentes poignées 28, 29 sont liées aux ventouses 12 permettant les prises du ou des éléments de matériau, par l'intermédiaire d'un dispositif apte à régler la position des ventouses 12. Suivant le mode de réalisation montré à la figure 6, ce dispositif comporte également un premier élément horizontal 30 lié aux poignées 28, 29 et apte à ajuster en écartement la position de plusieurs éléments 15 (ici quatre) maintenus par l'élément horizontal 30. Chaque élément transversal 15 comporte une ou plusieurs ventouses 12, dont la position est réglable le long de l'élément 15. [0044] Le dispositif de préhension peut également comporter, comme ici, un système de commande de l'alimentation en dépression des ventouses. Suivant le mode de réalisation montré, le système de commande comporte une ou plusieurs palette(s) de commande 32 montée(s) à proximité immédiate de chaque poignée circulaire 28 et apte à être pilotée(s) par les doigts de la main de l'opérateur qui tient la poignée 28. Les deux palettes 32 sont ici rendues solidaires d'un élément vertical 33 par des liaisons d'encastrement de type soudure ou vissage, permettant la transmission du mouvement de manoeuvre des palettes 32 et présentent chacune, ici, plusieurs lobes espacés l'un de l'autre sur 360'. [0045] L'ensemble formé des palettes 32 et de leur élément de liaison 33 est apte à coulisser verticalement par rapport à la poignée 28, et commande, par un déplacement d'axe vertical, l'actionnement d'une vanne pneumatique 34 insérée sur le circuit de vide, d'un contact électrique commandant l'arrêt ou le démarrage d'une pompe à vide, ou de la combinaison des deux, pour actionner la commande de vide des ventouses 12. [0046] Par ailleurs, le dispositif de préhension présente ici, en 35, un degré de liberté d'axe vertical apte à permettre le positionnement angulaire du ou des éléments de matériau. [0047] Tl convient de relever que les différentes vues sont des représentations schématiques, voire très schématiques, et certains éléments ont été omis de certaines figures pour des misons de clarté. [0048] Par ailleurs, certaines caractéristiques ont été décrites supra sans l'être dans la des- cription des modes de réalisation faite en référence aux dessins annexés. Elles peuvent bien entendu être mises en oeuvre dans ces modes de réalisation, individuellement ou en combinaison. [0049] De nombreuses autres variantes sont possibles en fonction des circonstances et l'on rappelle à cet égard que la présente invention ne se limite pas aux exemples représentés et décrits. 11