Brevet FR3089359A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : Capteur d'effort pour actionneur à câble Domaine technique [0001] L'invention concerne un capteur d'effort pour actionneur à câble comportant un ensemble vis/écrou dont l'écrou est mobile en translation et attelé par un câble à un élément à déplacer. L'invention concerne plus particulièrement les capteurs d'effort pour actionneur à câble dont le câble réalise une fonction d'anti-rotation de l'écrou par rapport à la vis. [0002] ARRIERE PLAN DE L'INVENTION [0003] Il est connu des actionneurs à câbles comportant une vis montée sur un châssis et un écrou coopérant avec la vis. L'écrou est associé à des moyens d'and-rotation de sorte qu'une rotation relative de la vis et de l'écrou provoque un déplacement axial de l'écrou. Un ou plusieurs câbles associés à l'écrou sont reliés à une sortie de l'actionneur qui peut être rotative (lorsque les câbles sont reliés à des poulies) ou linéaire (lorsque les câbles sont reliés directement à la charge à manipuler). [0004] Les capteurs d'effort pour de tels actionneurs sont généralement montés directement sur la sortie de l'actionneur et se révèlent encombrants, chers et/ou peu précis. En outre, ces capteurs d'effort étant directement accouplés aux segments du bras articulé, ils supportent des chocs et vibrations en provenance des segments et des charges qu'ils supportent. Pour éviter une trop grande fragilité, ils doivent donc être surdimensionnés ce qui augmente leur volume et diminue leur sensibilité. Ainsi, le pilotage en effort des actionneurs à câble, qui disposent de caractéristiques intéressantes notamment en terme de compacité, est malaisé ou couteux ce qui restreint leur diffusion. [0005] OBJET DE L'INVENTION [0006] L'invention a pour objet d'améliorer la précision et les coûts de fabrication et/ou de maintenance d'un actionneur à câble. [0007] BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [0008] Dans ce but, on prévoit un actionneur à câble comprenant un châssis, une vis montée à rotation sur le châssis et s'étendant selon un premier axe, un écrou coopérant avec la vis, un premier câble attelé à l'écrou et fonctionnellement relié à une sortie de l'actionneur, un moteur agencé pour entrainer en rotation la vis. Le premier câble est agencé pour exercer des efforts s'opposant à un entraînement en rotation de l'écrou parla vis pour constituer des moyens d' asti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis ou de l'écrou sous l'action du moteur provoque un déplacement de l'écrou sur la vis. L'actionneur selon l'invention comprend des moyens de déterminer une position effective de l'écrou relativement au châssis, des moyens de comparer la position effective de l'écrou relativement au châssis avec une position théorique de l'écrou rela- 2 tivement au châssis afin d'obtenir une déviation de position de l'écrou et des moyens de déterminer un effort appliqué sur la sortie de l'actionneur en fonction de la déviation de position de l'écrou. [0009] On obtient ainsi un actionneur dont la mesure de l'effort appliqué sur la sortie est effectuée à l'aide d'un dispositif simple s'appuyant sur des moyens de mesure de position qui sont des moyens généralement plus fiables que les capteurs d'efforts connus. L'actionneur selon l'invention bénéficie de plus du facteur d'amplification que le pas de la vis provoque sur le déplacement de l'écrou soumis à la charge appliquée sur la sortie de l'actionneur. [0010] Avantageusement, la déviation de position de l'écrou est une déviation angulaire mesurée autour du premier axe. [0011] Une détection fiable de la position effective de l'écrou est possible lorsque les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis comprennent un induit linéaire solidaire du châssis et un inducteur relié à l'écrou. [0012] La fiabilité de la mesure est améliorée lorsque les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis comprennent un réflecteur solidaire du châssis et un capteur de distance relié à l'écrou. La fiabilité de la mesure est encore améliorée lorsque le capteur de distance comprend un émetteur/récepteur d'ondes. [0013] Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis comprennent un capteur de distance solidaire du châssis et une cible reliée à l'écrou. La fiabilité de la mesure est améliorée lorsque le capteur de distance comprend un émetteur/récepteur d'ondes. [0014] L'actionneur est peu perturbé par l'environnement lumineux lorsque les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis comprennent une pluralité de pôles magnétisés solidaires de l'écrou et un capteur magnétique. [0015] Une réalisation économique et fiable est obtenue lorsque les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis comprennent un couplage mécanique reliant un premier élément relié au châssis et un deuxième élément solidaire de l'écrou, le premier élément comprenant : [0016] un troisième arbre monté à rotation sur le châssis selon un axe sensiblement parallèle au premier axe ; une douille montée à coulissement sur le troisième arbre et pourvue de moyens de bloquer une rotation relative de la douille et du troisième arbre ; un codeur rotatif solidaire en rotation du troisième arbre [0017] La sensibilité de l'actionneur aux vibrations est réduite lorsque le couplage mécanique comprend un lien flexible voire que le lien flexible comprend une première extrémité pourvue d'une liaison rotule avec l'un des premiers ou deuxième élément, la deuxième extrémité du lien flexible étant encastrée sur l'autre des premier ou 3 deuxième éléments. Avantageusement encore, le couplage mécanique comprend une bielle rigide dont une première extrémité est pourvue d'une liaison rotule avec l'un des premiers ou deuxième élément, la deuxième extrémité de la bielle étant pourvue d'une liaison pivot avec l'autre des premier ou deuxième éléments. [0018] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le couplage mécanique comprend une première branche dont la première extrémité est reliée par une liaison rotule à une première extrémité d'une deuxième branche, la deuxième extrémité de la première branche étant solidaire de l'un des premiers ou deuxième élément et la deuxième extrémité de la deuxième branche étant solidaire de l'autre des premier ou deuxième élément, la deuxième branche comprenant une portion télescopique. [0019] Selon un mode de réalisation particulier, la déviation de position de l'écrou est une déviation linéaire mesurée selon le premier axe. Dans ce cas, les moyens de déterminer une position effective de l'écrou relativement au châssis peuvent comprendre un capteur de distance à enrouleur de fil solidaire du châssis, une extrémité du fil étant reliée à l'écrou. Alternativement, les moyens de déterminer la position effective de l'écrou relativement au châssis peuvent comprendre un capteur de distance solidaire du châssis et une cible reliée à l'écrou. [0020] L'actionneur à câble de l'invention peut être un actionneur dans lequel la sortie de l'actionneur est un arbre monté à rotation sur le châssis ou dans lequel la sortie de l'actionneur est montée à coulissement sur le châssis. [0021] L'invention concerne également un procédé de mesure d'un effort appliqué en sortie d'un actionneur à câble comprenant un châssis, une vis montée sur le châssis et s'étendant selon un premier axe, un écrou coopérant avec la vis, un premier câble attelé à l'écrou et fonctionnellement relié à la sortie de l'actionneur. L'actionneur comprend également un moteur agencé pour entrainer en rotation la vis, le premier câble (6) étant agencé pour exercer des efforts s'opposant à un entraînement en rotation de l'écrou par la vis pour constituer des moyens d'anti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis sous l'action du moteur provoque un déplacement de l'écrou sur la vis. Le procédé de mesure d'effort comprend les étapes suivantes : [0022] déterminer une position effective de l'écrou relativement au châssis ; comparer la position effective de l'écrou relativement au châssis avec une position théorique de l'écrou relativement au châssis afin d'obtenir une déviation de position de l'écrou ; déterminer un effort appliqué sur la sortie de l'actionneur en fonction de la déviation de positon de l'écrou. [0023] Le procédé de mesure est applicable aussi bien à une situation dans laquelle la déviation de position est une déviation angulaire autour du premier axe ou dans laquelle la déviation de position est une déviation linéaire selon le premier axe. 100241 L'invention concerne également un procédé de détermination d'une précharge d'un actionneur à câble comprenant un châssis, une vis montée sur le châssis et s'étendant selon un premier axe, un écrou coopérant avec la vis, un premier câble attelé à l'écrou et fonctionnellement relié à la sortie de l'actionneur, un moteur agencé pour entrainer en rotation la vis, le premier câble étant agencé pour exercer des efforts s'opposant à un entraînement en rotation de l'écrou par la vis pour constituer des moyens d'anti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis sous l'action du moteur provoque un déplacement de l'écrou sur la vis. Le procédé de mesure de la précharge comprend les étapes suivantes : [0025] amener l'écrou à une position prédéterminée relativement au châssis ; immobiliser la sortie de l'actionneur ; commander le moteur pour qu'il applique un couple prédéterminé à la vis ; déterminer une position effective de l'écrou relativement au châssis ; comparer la position effective de l'écrou relativement au châssis avec la position prédéterminée de l'écrou relativement au châssis afin d'obtenir une déviation de position de l'écrou ; déterminer une précharge du premier câble en fonction de la déviation de position de l'écrou. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Brève description des dessins [0026] Il sera fait référence aux figures annexées, parmi lesquelles : [0027] [fig.1] la figure 1 cst une vue schématique en perspective partielle d'un vérin à câble selon l' invention ; [0028] [fig.2] la figure 2 cst une vue schématique en perspective d'un premier mode de réalisation de l'invention ; [0029] [fig.3] la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un procédé de détermination d'une précharge de câble selon l'invention ; [0030] [fig.4] la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un deuxième mode de réa- lisation de l'invention ; [0031] [fig.5] la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un troisième mode de réalisation de l'invention ; [0032] [fig.6] la figure 6 est une vue schématique de détail du troisième mode de réalisation de l'invention dans un premier état ; [0033] [fig.7] la figure 7 est une vue schématique de détail du troisième mode de réalisation de l'invention dans un deuxième état ; [0034] [fig.8] la figure 8 est une vue schématique de détail d'un quatrième mode de réalisation de l' invention ; [0035] [fig.9] la figure 9 est une vue schématique de détail d'un cinquième mode de réalisation de l'invention dans un premier état ; [0036] [fig.10] la figure 10 est une vue schématique de détail d'un sixième mode de réalisation de l'invention dans un premier état ; [0037] [fig.11] la figure 11 est une vue schématique de détail d'un sixième mode de réalisation de l'invention dans un deuxième état ; [0038] [fig.12] la figure 12 est une vue schématique de détail d'un septième mode de réalisation de l'invention [0039] [fig.13] la figure 13 est une vue schématique en perspective d'un huitième mode de réa- lisation de l'invention ; [0040] [fig.14] la figure 14 est une vue schématique en perspective d'un neuvième mode de réa- lisation de l'invention ; [0041] [fig.15] la figure 15 est une vue schématique en perspective d'un dixième mode de réalisation de l'invention ; [0042] [fig.16] la figure 16 est une vue schématique en perspective d'un onzième mode de réa- lisation de l'invention. Description des modes de réalisation [0043] En référence à la figure 1, l'actionneur de l'invention, généralement désigné 100, comprend un châssis 10, ici une portion de cylindre 11 droit comprenant une base 12 6 au centre de laquelle un palier 13 accueille une vis 2 à rotation autour d'un premier axe Ox horizontal. La vis 2 est une vis à billes de pas p2qui est entraînée en rotation par un moteur électrique 3 comprenant un premier codeur rotatif 3.1. Un écrou 4 coopère avec la vis 2 et comprend un premier oeillet 5 en saillie radiale de l'écrou 4. Un premier câble 6 s'étend parallèlement au premier axe Ox et comprend un premier tronçon 6.1 maintenu en sa première extrémité 6.2 dans le premier oeillet 5 par une première sertissure 7.1. La deuxième extrémité 6.3 du premier tronçon 6.1 du premier câble 6 est sertie sur une première poulie 14 solidaire d'un premier arbre 16 monté à rotation sur le châssis 10 selon un axe perpendiculaire au premier axe Ox. Le premier câble 6 comprend également un deuxième tronçon 6.4 de premier câble 6 s'étendant parallèlement au premier axe Ox de part et d'autre d'un plan P orthogonal au premier axe Ox comprenant le premier oeillet 5 et qui est maintenu en sa première extrémité 6.5 dans le premier oeillet 5 par la première sertissure 7.1. La deuxième extrémité 6.6 du deuxième tronçon 6.4 du premier câble 6 est sertie sur une deuxième poulie 15 solidaire d'un deuxième arbre 17 monté à rotation sur le châssis 10 selon un axe perpendiculaire au premier axe Ox. [0044] L'écrou 4 comprend un deuxième oeillet 8 en saillie radiale de l'écrou 4 de manière à être diamétralement opposé au premier oeillet 5. Un deuxième câble 9 s'étend parallèlement au premier axe Ox et comprend un premier tronçon 9.1 de deuxième câble 9 maintenu en sa première extrémité 9.2 dans le deuxième oeillet 8 par une deuxième sertissure 7.2. La deuxième extrémité 9.3 du premier tronçon 9.1 du deuxième câble 9 est reliée à une troisième poulie 18 solidaire du premier arbre 16 monté à rotation sur le châssis 10 selon un axe perpendiculaire au premier axe Ox. [0045] Le deuxième câble 9 comprend également un deuxième tronçon 9.4 s'étendant paral- lèlement au premier axe Ox de part et d'autre d'un plan P orthogonal au premier axe Ox comprenant le deuxième oeillet 8 et qui est maintenu en sa première extrémité 9.5 dans le deuxième oeillet 8 par la deuxième sertissure 7.2. La deuxième extrémité 9.6 du deuxième tronçon 9.4 du deuxième câble 9 est sertie sur une quatrième poulie 19 solidaire du deuxième arbre 17 monté à rotation sur le châssis 10 selon un axe perpendiculaire au premier axe Ox. [0046] Les premier câbles 6 et deuxième câble 9 sont chacun préchargés à une tension de précharge t6,9 égale à la moitié de la tension de précharge totale t0, par exemple en agissant sur la distance séparant le premier arbre 16 et le deuxième arbre 17. [0047] L'actionneur 100 comprend également une cinquième poulie 20 et une sixième poulie 21 respectivement solidaires en rotation du premier arbre 16 et du deuxième arbre 17. Un troisième câble 22 s'étend entre la cinquième poulie 20 et la sixième poulie 21 et comprend une première extrémité 22.1 sertie sur la cinquième poulie 20 et une deuxième extrémité 22.2 sertie sur la sixième poulie 21. 7 [0048] Un support 22.3 est serti sur le troisième câble 22 pour constituer une sortie 22.4 de l'actionneur 100 destinée à être reliée à une charge 101 à déplacer. [0049] Le moteur 3 et son codeur 3.1 sont reliés à une unité de commande 90 de contrôle comprenant une unité 91 de détermination de la position de l'écrou 4, un comparateur 92, un calculateur 93, une mémoire 94 et un afficheur 95. Unc poignée de commande 96 est également reliée à l'unité de commande 90. [0050] Le premier câble 6 et le deuxième câble 9 étant tendus, ils exercent des efforts s'opposant à un entrainement en rotation de l'écrou 4 par la vis 2 lors d'une rotation du moteur 3 dans les deux sens de déplacement de l'écrou 4 relativement à la vis 2. 11s réalisent alors - en sus de leur fonction de transmission des efforts de déplacement depuis l'écrou 4 vers la charge 101 - une fonction d'anti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis 2 sous l'action du moteur 3 provoque un déplacement de l'écrou 4 relativement à la vis 2. L'actionneur à câble 100 de l'invention permet un déplacement de la charge 101 dans deux sens opposés. [0051] Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté en figure 2, un induit linéaire - ici un barreau 23 en matériau ferreux - solidaire du châssis 10 s'étend selon une direction sensiblement parallèle à l'axe Ox. La première extrémité 23.1 du barreau 23 s'étend sensiblement à l'aplomb d'une première extrémité 2.1 de la vis 2 et la deuxième extrémité 23.2 du barreau 23 s'étend sensiblement à l'aplomb d'une deuxième extrémité 2.2 de la vis 2. Un aimant 24 au néodyme est relié à l'écrou 4 par une première tige 25 de manière à se trouver sensiblement à l'aplomb du barreau 23. Un module 26 de traitement relié au barreau 23 mesure -ici par effet Hall- le champ magnétique engendré par la position relative de l'aimant 24 et du barreau 23 et convertit le champ magnétique mesuré en une estimation de la distance Do; 24 séparant l'aimant 24 et le barreau 23. [0052] Le module 26 est relié à l'unité de commande 90 de contrôle. [0053] En fonctionnement, un utilisateur agit sur la poignée 96 pour commander un dé- placement de la charge 101. L'unité 90 commande alors une rotation du moteur 3. Sous l'effet du moteur 3, la rotation de la vis 2 provoque une rotation identique de l'écrou 4 en raison des frottements de contact entre la vis 2 et l'écrou 4. Cette rotation met en tension le premier câble 6 et le deuxième câble 9 qui viennent alors exercer des efforts s'opposant à un entrainement en rotation de l'écrou 4 par la vis 2. Le premier câble 6 et le deuxième câble 9 réalisent alors - en sus de leur fonction de transmission des efforts de déplacement vers la charge 101 - une fonction d'anti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis 2 sous l'action du moteur 3 provoque un déplacement de l'écrou 4 relativement à la vis 2. [0054] Lorsque la charge 101 atteint la position souhaitée par l'utilisateur, celui-ci in- terrompt son action sur la commande 96. L'unité 91 détermine, au cours d'une 8 première étape, une position théorique de l'écrou 4 sur la vis 2 basée sur le nombre de tours N du moteur mesuré par le codeur 3.1. L'unité 91 établit ainsi une position linéaire théorique de l'écrou 4 sur la vis 2 selon le premier axe Ox, mais également une position angulaire théorique de l'écrou 4 autour du premier axe Ox. La position théorique linéaire de l'écrou 4 sur la vis 2 correspond à la position selon le premier axe Ox qu'occuperait l'écrou 4 sur la vis 2 après un nombre de tours N hors charge, c'est-à-dire pour une niasse nulle de la charge 101. La position angulaire théorique de l'écrou 4 autour de l'axe Ox correspond à la position autour de l'axe Ox qu'occuperait l'écrou 4 sur la vis 2 après un nombre de tours N hors charge, c'est-à-dire pour une niasse nulle de la charge 101. Cette position angulaire théorique peut varier en fonction de la position linéaire théorique de l'écrou 4 sur la vis 2. Pour des commodités de description, nous considérerons que les positions angulaires et linéaires sont mesurées dans un repère orthonormé (Ox, Oy, Oz) lié à l'écrou 4 [0055] Le module 26 transmet la valeur de l'estimation de la distance D24 24 au calculateur 93 qui la convertit en une position angulaire effective de l'écrou 4 autour de l'axe Ox. Le comparateur 92 compare la position angulaire effective de l'écrou 4 autour de l'axe Ox avec la position angulaire théorique de l'écrou autour de l'axe Ox et, par soustraction, le comparateur obtient une valeur de la déviation de la position angulaire de l'écrou 4. [0056] Le calculateur 93 détermine alors un effort appliqué sur le support 22.3 par la charge 101 en fonction de la valeur ô',,,4 de la déviation de la position angulaire de l'écrou 4. [0057] Une telle détermination peut notamment se faire en résolvant l'équation 27 d'équilibrage de l'écrou suivante : [0058] [Math.1] 2,RT.P.p' \ri 2p ri) ki) (d- S.,..(.1(L- p 'Ana ' (1-- CS