Brevet FR3111834A1 — publié le 20211231

L’invention concerne une machine de manutention (1) pour manipuler une charge comportant un châssis (4), au moins un organe manipulateur (2, 3) et un dispositif de préhension (5) lié audit organe manipulateur (2, 3) apte à saisir ladite charge caractérisée en ce que ledit organe manipulateur (2 ,3) comprend un assemblage de plaques en matériau composite et/ou ledit châssis (4) comprend un assemblage de plaques en matériau composite. Figure de l’abrégé : Fig. 1 MACHINE DE MANUTENTION L’invention se rapporte à une machine de manutention destinée à la manipulation d’une charge comportant un organe manipulateur et un dispositif de préhension, notamment par aspiration, lié audit organe manipulateur, la machine de manutention étant réalisée, au moins partiellement, au moyen de plaques en matériau composite. Il est connu de l’art antérieur de manipuler des charges, telles que des emballages en carton, des colis ou des objets plats, au moyen d’une machine comportant, par exemple, un dispositif de préhension par aspiration, également dénommé dispositif de préhension par le vide ou encore appelé dispositif de préhension par dépression. Un tel dispositif comprend une ou plusieurs ventouses. Ces ventouses sont reliées par des conduits à un générateur de vide, encore appelé générateur de dépression. Elles sont appliquées sur l’objet devant être manipulé au moyen, par exemple, d’un bras manipulateur. Il est ainsi produit une dépression, au niveau des ventouses, générant par conséquent un effort permettant de saisir un objet que l’on souhaite déplacer. Le bras manipulateur est fait dans un matériau métallique suffisamment résistant, tel que de l’acier, notamment inoxydable, ou de l’aluminium afin de lui permettre de supporter les diverses charges à manipuler. De manière à réduire le temps nécessaire à la manipulation d’une charge, on impose des accélérations et décélérations relativement élevées au bras manipulateur lors des manipulations. L’un des inconvénients d’un bras manipulateur en métal est la production de contraintes de flexion induisant des oscillations et des vibrations, pouvant perdurer pendant plusieurs secondes, notamment en fin de phase de décélération, un peu après son arrêt. Il est alors nécessaire d’attendre que ces oscillations et vibrations s’atténuent pour déplacer à nouveau le bras manipulateur, ou de réduire sa vitesse de déplacement. Dans le but de résoudre ce problème, il a été proposé dans l’art antérieur un bras manipulateur fait d’un matériau composite. De cette manière, le bras manipulateur présente une inertie plus faible permettant ainsi de réduire considérablement les oscillations et vibrations de ce dernier. A masse égale, l’utilisation d’un matériau composite a pour avantage de présenter une résistance à la flexion significativement supérieure, à celle d’un matériau métallique. L’un des inconvénients d’un tel bras manipulateur est son procédé de fabrication, à savoir le moulage. En effet, il est nécessaire de réaliser un moule spécifique afin de mouler le bras manipulateur et de prévoir des moyens d’injection de résine pour le fabriquer. Il s’agit par conséquent d’une opération complexe et exigeant un temps relativement important. Par ailleurs, cette méthode de fabrication n’est pas adaptée à la fabrication de petites séries étant donné les coûts importants de réalisation du moule. Par conséquent, les machines de manutention comportant un bras manipulateur ou un organe manipulateur en matériau composite sont rares. Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant une machine de manipulation de charges au moyen d’un dispositif de préhension, la machine comportant un organe manipulateur en matériau composite simple à fabriquer et présentant des coûts de fabrication plus faibles que ceux généralement associés aux machines de manutention de l’état de la technique. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à une machine de manutention pour manipuler une charge comportant, un châssis, au moins un organe manipulateur et un dispositif de préhension lié audit organe manipulateur apte à saisir ladite charge caractérisée en ce que ledit organe manipulateur comprend un assemblage de plaques en matériau composite et/ou ledit châssis comprend un assemblage de plaques en matériau composite. Grâce à la machine de manutention selon l’invention, il est possible d’imposer à la charge à déplacer des vitesses et des accélérations plus importantes qu’avec les machines de l’art antérieur. En outre, la machine de manutention selon l’invention consomme moins d’énergie que les machines de manutention de l’état de la technique permettant ainsi une réduction sensible des rejets de gaz à effet de serre. Préférentiellement, ledit organe manipulateur est une colonne rigide apte à se déplacer en translation par rapport audit châssis. De préférence, ledit organe manipulateur est un bras manipulateur comportant au moins un premier membre allongé et au moins un second membre allongé, lesdits premier et second membres allongés étant articulés entre eux, ledit premier membre allongé étant composé d’au moins un premier assemblage de plaques en matériau composite et ledit second membre allongé étant composé d’au moins un second assemblage de plaques en matériau composite. Avantageusement, ledit bras manipulateur est relié audit châssis. Selon une caractéristique avantageuse, ladite machine de manutention comporte un bras manipulateur additionnel lié audit bras manipulateur au moyen d’un support. De préférence, ledit dispositif de préhension est composé d’au moins un troisième assemblage de plaques en matériau composite. Dans un mode préféré, ladite machine de manutention comporte un moteur électrique relié à une turbine, ledit dispositif de préhension comportant des ventouses reliées à ladite turbine au moyen de conduits, ledit dispositif de préhension comportant au moins un évidement permettant au moins le passage desdits conduits. De cette manière, la machine de manutention est plus compacte et plus légère. Par conséquent, elle occupe un volume moins important. Avantageusement, ledit matériau composite est une matrice polymère ou époxy renforcée de fibres de carbone, de verre ou de poly(p-phénylènetéréphtalamide). Ainsi, en mettant en œuvre un tel matériau composite, la machine de manutention présente une rigidité accrue. Les oscillations et vibrations transmises à la charge, lors de sa manipulation, sont réduites par rapport aux machines de manutention de l’état de la technique. De préférence, au moins un assemblage de plaques en matériau composite comporte au moins une équerre et au moins deux éléments de fixation. Selon un mode préféré, lesdits au moins deux éléments de fixation sont des rivets ou des boulons. Ainsi, l’assemblage des plaques en matériau composite est simple et rapide. De préférence, au moins un assemblage de plaques en matériau composite présente une structure sandwich de renforcement comprenant au moins une âme, lesdites plaques en matériau composite étant fixées à ladite âme, notamment par collage, rivetage et/ou boulonnage. Avantageusement, ladite âme est en structures de nids d’abeilles ou en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : représente schématiquement une vue de côté d’une machine de manutention selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; illustre schématiquement une vue de face de la machine de manutention représentée sur la figure 1 ; illustre schématiquement une vue de face d’une machine de manutention selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; illustre schématiquement une vue isométrique du châssis de la machine de manutention représentée sur la figure 3. Dans la description qui suit, le terme « matériau composite » signifie l’assemblage d’au moins deux composants différents. En référence à la figure 1, il est représenté schématiquement une machine de manutention 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. La machine de manutention 1 comporte un châssis 4, un premier bras manipulateur 2, un second bras manipulateur 3 et un dispositif de préhension 5 par aspiration. La préhension peut également être réalisée au moyen d’une pince pneumatique, d’un aimant, d’un préhenseur à aiguilles ou tout autre moyen de préhension. Le premier bras manipulateur 2 présente un premier membre allongé 21 et un deuxième membre allongé 22. Le second bras manipulateur 3 présente un premier membre allongé 31 et un deuxième membre allongé 32. Les premier et deuxième membres allongés 21, 22 du premier bras manipulateur 2 sont articulés et synchronés entre eux au moyen d’un premier système d’engrenages 23. Les premier et deuxième membres allongés 31, 32 du second bras manipulateur 3 sont articulés et synchronés entre eux au moyen d’un second système d’engrenages 33. Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 1, les premier et second bras manipulateurs 2, 3 sont reliés entre eux au moyen d’un support 7 d’engrenages en forme de croix. Les premier et second systèmes engrenages 23, 33 sont liés au support 7 et mobiles en rotation par rapport au support 7. Le support 7 en forme de croix comporte des évidements permettant un allègement. La masse à déplacer par les premier et second bras manipulateurs 2, 3 est ainsi plus faible. Dans une alternative de réalisation, le support 7 est plein. Dans une autre alternative, le support 7 présente un seul évidement. Dans ces divers modes réalisation, le support 7 a pour avantage de créer un double parallélogramme entre les premier et second bras manipulateurs 2, 3 pour ainsi maintenir le dispositif de préhension 5 sensiblement parallèle par rapport au châssis 4. Les premier et deuxième membres allongés 21, 22 du premier bras manipulateur 2 sont mobiles en rotation par rapport au support 7. Les premier et deuxième membres allongés 31, 32 du second bras manipulateur 3 sont mobiles en rotation par rapport au support 7. En outre, le premier membre allongé 21 du premier bras manipulateur 2 pivote autour d’un premier axe 41 (non visible) lié au châssis 4. Le deuxième membre allongé 22 du premier bras manipulateur 2 pivote autour d’un deuxième axe 51 lié au dispositif de préhension 5. Le premier membre allongé 31 du second bras manipulateur 3 pivote autour d’un troisième axe 42 lié au châssis 4. Le deuxième membre allongé 32 du second bras manipulateur 3 pivote autour d’un quatrième axe 52 lié au dispositif de préhension 5. Ainsi, la châssis 4, le premier membre allongé 21 du premier bras manipulateur 2, le support 7 et le premier membre allongé 31 du second bras manipulateur 3 forment un premier parallélogramme et le dispositif de préhension 5, le support 7, le deuxième membre allongé 22 du premier bras manipulateur 2 et le deuxième membre allongée 32 du second bras manipulateur 3 forment un second parallélogramme. Les premier et second parallélogrammes se déplacent par conséquent de manière synchronisée permettant au dispositif de préhension 5 de se maintenir sensiblement parallèle par rapport au châssis 4. Un premier moteur électrique 8 entraîne une sangle 10 (non représentée sur la figure 1) permettant la rotation des premier et second bras manipulateurs 2, 3. La sangle 10 est visible sur la figure 2 qui représente schématiquement une vue de côté de la machine de manutention 1 représentée sur la figure 1. La première extrémité de la sangle 10 est attachée à un tambour lui-même fixé au premier moteur électrique 8. La sangle 10 longe ensuite les premier et second bras manipulateurs 2,3 puis passe dans une première poulie 53, pivotante par rapport au dispositif de préhension 5, puis dans une seconde poulie 54, pivotante par rapport au dispositif de préhension 5. Finalement, la seconde extrémité de la sangle 10 est attachée au châssis 4. Ainsi, en contrôlant le premier moteur électrique 8, on peut mettre en mouvement les premier et second bras manipulateurs 2, 3 pour ainsi déplacer le dispositif de préhension 5 et manipuler une charge. Le châssis 4 comprend en outre un deuxième moteur électrique 61 relié à une turbine destinée à générer une dépression au niveau de ventouses 71, 72 liées au dispositif de préhension 5. Les ventouse 71, 72 présentent une forme en cloche et sont en métal ou en plastique. De préférence, elles comportent un boudin en mousse sur leurs périphéries respectives afin d’améliorer l’étanchéité entre la ventouse et la charge à manipuler. Dans une alternative, les ventouses 71, 72 présentent une forme conique. Elles comportent un empilement de couches de mousse compact afin de se déformer facilement au contact de la charge à manipuler, par exemple lorsque la charge est un sac de farine. De préférence, elles comportent un boudin de mousse souple sur leurs périphéries respectives afin de ne pas détériorer la charge à manipuler. Les conduits reliant la turbine au dispositif de préhension 5 ne sont pas représentés sur les figures 1 et 2, ainsi que les câbles électriques alimentant, notamment, les moteurs électriques 8, 61. Le châssis 4 comprend également un troisième moteur électrique 81 comportant un axe 82 et, de préférence, un quatrième moteur électrique 83 comportant un axe 84 (non visibles sur la figure 2). L’axe 82 du troisième moteur électrique 81 comporte une première roue 85 et une seconde roue 86, disposées respectivement sur les extrémités de l’axe 82 du troisième moteur électrique 81. L’axe 84 du quatrième moteur électrique 83 comporte une première roue 87 et une seconde roue 88, disposées respectivement sur les extrémités de l’axe 84 du quatrième moteur électrique 83. Ces roues sont posées sur des poutres présentant un profil en I, connues généralement sous la dénomination « IPN ». Les premier et second bras manipulateurs 2, 3, ainsi que le dispositif de préhension 5, peuvent ainsi translater par rapport aux poutres. Par ailleurs, la machine de manutention 1 comporte préférentiellement un cinquième moteur électrique 91 permettant au dispositif de préhension 5 de pivoter par rapport aux premier et second bras manipulateurs 2, 3. En outre, de préférence, des vérins 101, 102 permettent d’obtenir un basculement du dispositif de préhension 5 par rapport aux premier et second bras manipulateurs 2, 3. Le dispositif de préhension 5 présente une pluralité d’évidements (non visibles) laissant passer les conduits reliant la turbine aux ventouses 71, 72, ainsi que divers câbles électriques. De préférence, les premier et deuxième membres allongés 21, 22 du premier bras manipulateur 2 et les premier et deuxième membres allongés 31, 32 du second bras manipulateur 3 comportent des évidements 24, par exemple de forme circulaire ou elliptique. Ces évidements sont simples à obtenir et permettent un allègement des premier et second bras manipulateurs 2, 3. Ainsi, grâce à la machine de manutention 1 selon l’invention, il est possible de manipuler des charges présentant des masses plus importantes qu’avec des machines de manutention de l’état de la technique. En référence dorénavant à la figure 3, il est représenté de manière schématique un deuxième mode de réalisation de la machine de manutention selon l’invention. La machine de manutention 600 comporte un châssis 640, une colonne rigide 620 et un dispositif de préhension 650 par aspiration comportant un système de ventouses 670. La préhension peut également être réalisée au moyen d’une pince pneumatique, d’un aimant, d’un préhenseur à aiguilles ou tout autre moyen de préhension. Un premier moteur électrique 680 entraîne une sangle 610 (non représentée sur la figure 3) permettant le déplacement en translation, par rapport au châssis 640, de la colonne rigide 620, et par voie de conséquence, la translation du dispositif de préhension 650. La première extrémité de la sangle 610 est attachée à un tambour lui-même fixé au premier moteur électrique 680. La sangle 610 passe ensuite dans une première poulie, mobile en rotation par rapport au dispositif de préhension 650, et dans une deuxième poulie, mobile en rotation par rapport au dispositif de préhension 650. Finalement, la seconde extrémité de la sangle 610 est attachée au châssis 640. Ainsi, en contrôlant le premier moteur électrique 680, on peut mettre en mouvement le dispositif de préhension 650. Le châssis 640 comprend en outre un deuxième moteur électrique 661 relié à une turbine destinée à générer une dépression au niveau du système de ventouses 670 lié au dispositif de préhension 650. Les conduits reliant la turbine au dispositif de préhension 650 ne sont pas représentés sur la figure 3, ainsi que les câbles électriques alimentant, notamment, les moteurs électriques 680, 661. Le châssis 640 comprend également un troisième moteur électrique 681 relié à un premier axe comportant des roues posées sur des poutres présentant un profil en I (non représentées sur la figure 3), connues généralement sous la dénomination « IPN ». Le châssis 640 comporte également un second axe comportant également des roues posées sur ces poutres présentant un profil en I. En référence dorénavant à la figure 4, il est représenté schématiquement une vue isométrique du châssis 640 visible sur la figure 3. Le châssis 640 comporte une pluralité de plaques en matériau composite, tel qu’une matrice polymère, ou époxy, renforcée de fibres de carbone, de verre ou de poly(p-phénylènetéréphtalamide), dont une première plaque 43 et une deuxième plaque 44 disposées l’une par rapport à l’autre sensiblement de manière parallèle, une troisième plaque 45 disposée sensiblement perpendiculairement par rapport à la deuxième plaque 44, une quatrième plaque 46 disposée sensiblement perpendiculairement par rapport aux première et deuxième plaques 43, 44, un premier ensemble de plaques 47 disposé sensiblement perpendiculairement par rapport aux première et deuxième plaques 43, 44 et un deuxième ensemble de plaques 48 disposé également sensiblement perpendiculairement par rapport aux première et deuxième plaques 43, 44. Les premier et deuxième ensembles de plaques 47, 48 comportent respectivement une première âme 49, par exemple en structure de nids d’abeilles, en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, voire à 70, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6 et une seconde âme 50, par exemple en structure de nids d’abeilles ou en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, voire à 70, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6. Chaque ensemble de plaques 47, 48 comporte une âme 49, 50 prise en sandwich entre deux plaques en matériau composite. Les deux plaques sont fixées à l’âme, par exemple par collage, rivetage, boulonnage ou une combinaison de ces moyens de fixation. Les plaques en matériau composite 43, 44, 45, 46 sont assemblées entre elles au moyen d’équerres et d’éléments de fixation, tels que des rivets ou des boulons. Les ensembles de plaques 47, 48 sont également assemblés aux plaques au moyen d’équerres et d’éléments de fixation, tels que des rivets ou des boulons. Par exemple, l’ensemble de plaques 47 est fixé à la deuxième plaque 44 au moyen d’une pluralité d’équerres 51. Une équerre 51 comprend une première partie sensiblement plane, une deuxième partie sensiblement plane disposée perpendiculairement à la première partie plane, une troisième partie sensiblement plane disposée perpendiculairement aux première et deuxième parties planes et une quatrième partie sensiblement plane disposée également perpendiculairement aux première et deuxième parties planes. Les première et deuxième parties planes sont disposées entre les troisième et quatrième parties planes. La première partie plane comporte, au moins, un trou cylindrique destiné à recevoir un élément de fixation, tel qu’un rivet ou un boulon. La deuxième partie plane comporte également, au moins, un trou cylindrique destiné à recevoir un élément de fixation, tel qu’un rivet ou un boulon. De préférence, la première partie plane ou la deuxième partie plane comporte un téton. Le téton a une fonction de détrompage permettant de positionner correctement l’équerre 51. Le téton permet également d’empêcher la rotation des plaques en matériau composite pendant l’assemblage de la machine de manutention selon l’invention. Dans le mode de réalisation présenté, l’équerre 51 est en aluminium. Dans une alternative, l’équerre 51 est en matériau composite, tel qu’une matrice polymère, ou époxy, renforcée de fibres de carbone, de verre ou de poly(p-phénylènetéréphtalamide). Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 4, chaque équerre 51 fixe une plaque avec une autre plaque au moyen de rivets. Un premier rivet est installé dans la première partie plane et un second rivet dans la deuxième partie plane. La configuration d’assemblage décrite pour le châssis 640 s’applique également aux premier et second bras manipulateurs 2, 3. Ils sont assemblés de la même manière au moyen des plaques en matériau composite, d’équerres et d’éléments de fixation, tels que des rivets ou des boulons. Les premier et deuxième membres allongés 21, 22 du premier bras manipulateur 2, ainsi que les premier et deuxième membres allongés 31, 32 du second bras manipulateur 3, comportent chacun une âme, par exemple en structure de nids d’abeilles, en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, voire à 70, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6, permettant le renforcement du membre allongé considéré. Les structures des dispositifs de préhension 5, 650, le châssis 4 et la colonne rigide 620, selon les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention, sont assemblés de la même façon et comportent des plaques en matériau composite et, de préférence, au moins une âme, par exemple en structure de nids d’abeilles ou en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, voire à 70, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6. La machine de manutention 1, 600 selon l’invention a pour avantage de pouvoir être assemblée rapidement et facilement. En effet, il suffit de se procurer des tôles planes normalisées et de découper dans celles-ci des plaques en matériau composite, par exemple par jet d’eau, puis d’y incorporer éventuellement une âme et finalement de les assembler au moyen d’équerres et d’éléments de fixation, tels que des rivets ou des boulons. En outre, les premier et second bras de manutention 2, 3 de la machine de manutention 1 selon le premier mode de réalisation de l’invention et la colonne rigide 620 de la machine de manutention 600 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention ont pour avantage d’osciller et de vibrer très faiblement permettant ainsi un gain de temps durant les manipulations de charges. Grâce à la structure particulière de la machine de manutention 1, il est possible d’intégrer plusieurs moteurs électriques et vérins afin d’obtenir de multiples possibilités de rotation et translation. Au contraire, les machines de manutention de l’état de l’art comportent des éléments mobiles présentant une masse relativement importante et, par conséquent, l’ajout de moteurs électriques et de vérins à ces éléments mobiles représente une masse supplémentaire que ces machines de manutention doivent déplacer réduisant ainsi leur capacité de manutention. Machine de manutention (1, 600) pour manipuler une charge comportant un châssis (4, 640), au moins un organe manipulateur (2, 3, 620) et un dispositif de préhension (5, 650) lié audit organe manipulateur (2, 3, 620) apte à saisir ladite charge caractérisée en ce que ledit organe manipulateur (2 ,3, 620) comprend un assemblage de plaques en matériau composite et/ou ledit châssis (4, 640) comprend un assemblage de plaques en matériau composite. Machine de manutention (600) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit organe manipulateur est une colonne rigide (620) apte à se déplacer en translation par rapport audit châssis (640). Machine de manutention (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit organe manipulateur (2, 3) est un bras manipulateur (2, 3) comportant au moins un premier membre allongé (21, 31) et au moins un second membre allongé (22, 32), lesdits premier et second membres allongés (21, 22, 31, 32) étant articulés entre eux, ledit premier membre allongé (21, 31) étant composé d’au moins un premier assemblage de plaques en matériau composite et ledit second membre allongé (22, 32) étant composé d’au moins un second assemblage de plaques en matériau composite. Machine de manutention (1) selon la revendication 3 caractérisée en ce que ledit bras manipulateur (2, 3) est relié audit châssis (4). Machine de manutention (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 4 caractérisée en ce que ladite machine de manutention (1) comporte un bras manipulateur additionnel (3) lié audit bras manipulateur (2) au moyen d’un support (7). Machine de manutention (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisée en ce que ledit dispositif de préhension (5) est composé d’au moins un troisième assemblage de plaques en matériau composite. Machine de manutention (1, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu’au moins un assemblage de plaques en matériau composite comporte au moins une équerre (51) et au moins deux éléments de fixation. Machine de manutention (1, 600) selon la revendication 7 caractérisée en ce que lesdits au moins deux éléments de fixation sont des rivets ou des boulons. Machine de manutention (1, 600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu’au moins un assemblage de plaques en matériau composite présente une structure sandwich de renforcement comprenant au moins une âme (49, 50), lesdites plaques en matériau composite étant fixées à ladite âme (49, 50), notamment par collage, rivetage et/ou boulonnage. Machine de manutention (1, 600) selon la revendication 9 caractérisée en ce que ladite âme (49, 50) est en structures de nids d’abeilles ou en mousse à cellules ouvertes ou fermées présentant une dureté Shore D supérieure à 60, telle qu’une mousse de polyuréthane, de polychlorure de vinyle, de polyéthylène haute densité ou de polyamide 6-6.