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WO 2019/016013
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Commande d'une machine de manutention
Domaine technique
L'invention se rapporte au domaine des machines de manutention
comportant un corps principal, généralement destiné à être disposé sur le sol,
au
moins un bras de manutention destiné à recevoir une charge utile devant être
déplacée, et un dispositif d'actionnement configuré pour exécuter un mouvement
du
bras de manutention par rapport au corps principal, et en particulier aux
machines de
manutention roulantes.
Une telle machine peut notamment être réalisée sous la forme de chariot à
bras télescopique, chariot élévateur, grue de levage, pelleteuse mécanique,
chargeuse à godet ou autre.
Arrière-plan technologique
Dans le domaine des machines de manutention, certains pays ont décidé
d'adopter des normes imposant aux constructeurs des exigences particulières en
matière de surveillance et de contrôle de la stabilité de la machine en
service.
Les forces en jeu dans la stabilité d'une machine de manutention en service
impliquent à la fois des forces gravitationnelles aussi appelées charges
statiques, à
savoir les poids du bras de manutention, de la charge utile, du corps
principal et/ou
d'autres éléments de la machine ; et des forces inertielles aussi appelées
charges
dynamiques, à savoir des accélérations transmises entre le bras de
manutention, la
charge utile, le corps principal et/ou d'autres éléments de la machine du fait
des
mouvements effectués en service, notamment les mouvements du bras de
manutention et de la charge utile par rapport au corps principal.
Une limitation des forces inertielles peut être intrinsèquement obtenue en
restreignant la vitesse de mouvement des organes de la machine. Ainsi, la
norme
européenne EN 1459:1998 intitulée Sécurité des chariots de manutention --
Chariots automoteurs à portée variable impose de restreindre la vitesse de
descente maximale du bras de manutention. En particulier, cette norme prévoit
de
limiter cette vitesse de sorte que l'arrêt soudain du bras de manutention
chargé de la
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charge utile maximale ne puisse pas provoquer un basculement de la machine,
tout
en tolérant un soulèvement temporaire des roues arrière de la machine.
Toutefois, imposer une limitation permanente de la vitesse s'opposerait à
l'objectif d'efficacité de travail qui est recherché dans le domaine des
machines de
manutention. Une limitation permanente de la vitesse ne peut donc pas
constituer
une solution générale satisfaisante au problème de la surveillance et du
contrôle de
la stabilité des machines en service.
Une autre solution bien connue pour réduire les forces inertielles exercées
sur le corps principal par le bras de manutention et la charge utile consiste
à ralentir
automatiquement le mouvement du bras de manutention, en particulier lorsque
celui-
ci s'approche d'une position de fin du mouvement. Des solutions de ce type
sont
décrites notamment dans les publications GB-A-1403046, US-A-4006347, EP-A-
0059901, US-A-5333533, US-A-5119949 et GB-A-2390595.
Dans US-A-5333533 une zone proche de la fin du mouvement est définie
par un programme de travail mémorisé dans une unité de commande de la machine.
Ce programme définit des positions de fin de course des bras de manutention
par
rapport au corps de la machine et des zones prédéterminées à proximité des
positions
de fin de course dans lesquelles le mouvement est automatiquement ralenti.
Outre
l'amélioration de la stabilité de la machine, d'autres bénéfices résultant du
ralentissement des bras de manutention dans la zone proche de la fin du
mouvement
sont enseignés : réduction de la fatigue et de l'usure des bras de manutention
et de
leurs actionneurs hydrauliques, amélioration du confort de l'opérateur.
Dans EP-A-0059901 une zone proche de la fin du mouvement est aussi
définie par des positions de fin de course de l'échelle ou du bras de
manutention
mémorisées dans une unité de commande de la machine. Ces positions de fin de
course sont en outre définies en fonction d'une charge utile portée par
l'échelle ou
bras de manutention de manière à correspondre à des limites de stabilité du
véhicule.
Dans GB-A-1403046, US-A-4006347, US-A-5119949 ou GB-A-2390595,
une zone proche de la fin du mouvement est définie par la mesure d'une charge
représentative du moment de force appliqué sur la machine.
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Le document EP-A-2733110 décrit de manière similaire aux documents
précités une machine de manutention dans laquelle le mouvement du bras de
manutention est contrôlé et modifié de manière automatique lors d'une
situation
d'urgence à l'aide de mesures de correction automatique comprenant, par
exemple,
un abaissement ou un raccourcissement de la flèche télescopique.
Le document EP-A-2736833 décrit une machine de manutention dans
laquelle le mouvement du bras de manutention est contrôlé et maintenu en
chaque
position du bras à une vitesse inférieure à une vitesse de déplacement maximum
prédéterminée.
Le document EP-A-2263965 décrit une machine de manutention dans
laquelle la vitesse de déplacement au sol de la machine est mesurée pour
invalider
certaines commandes de la machine.
Les documents JP-A-2005273262 et JP-A-563114730 reprennent des
principes de fonctionnement déjà décrits ci-dessus.
Résumé
L'art antérieur précité présente l'inconvénient de déposséder l'opérateur du
contrôle effectif de la vitesse de mouvement du bras de manutention, du moins
dans
une zone proche de la fin du mouvement, ce qui peut augmenter la difficulté
pour lui
d'effectuer des positionnements précis du bras de manutention et limiter son
acquisition d'expérience et de compétence opérationnelle.
Une idée à la base de l'invention est de fournir des procédés et systèmes de
commande propices à l'exercice du contrôle effectif d'un mouvement par
l'opérateur
de la machine, tout en garantissant un contrôle fiable de la stabilité de la
machine.
Pour cela, l'invention fournit une machine de manutention comportant :
un corps principal,
un bras de manutention destiné à recevoir une charge devant être déplacée,
un dispositif d'actionnement configuré pour exécuter un mouvement du bras de
manutention par rapport au corps principal,
un organe de contrôle actionnable par un utilisateur pour produire un signal
de
demande de mouvement destiné à influencer le dispositif d'actionnement pour
faire
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exécuter ou faire arrêter un mouvement du bras de manutention par le
dispositif
d'actionnement en réponse au signal de demande de mouvement, le signal de
demande de mouvement présentant un attribut représentatif d'une vitesse du
mouvement à exécuter, l'organe de contrôle étant actionnable par l'utilisateur
pour
régler l'attribut du signal de demande de mouvement parmi une pluralité de
valeurs
d'attribut représentant respectivement une pluralité de valeurs de vitesse et
un état
d'arrêt,
une unité de commande configurée pour comparer une grandeur représentative de
la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter en réponse au signal de demande
de mouvement à un seuil représentatif d'une vitesse maximale autorisée et pour
commander le dispositif d'actionnement en fonction du résultat de ladite
comparaison,
de manière à:
exécuter ou continuer le mouvement du bras de manutention tant que la grandeur
représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter est inférieure
audit
seuil, et
empêcher ou arrêter le mouvement du bras de manutention dès que la grandeur
représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter est supérieure
audit seuil.
L'invention fournit également un procédé de commande pour commander un
dispositif d'actionnement dans une machine de manutention comportant un corps
principal et un bras de manutention destiné à recevoir une charge devant être
déplacée, le dispositif d'actionnement étant configuré pour exécuter un
mouvement
du bras de manutention par rapport au corps principal,
le procédé comportant :
comparer une grandeur représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à
exécuter en réponse au signal de demande de mouvement à un seuil représentatif
d'une vitesse maximale autorisée et
commander le dispositif d'actionnement en fonction du résultat de ladite
comparaison,
de manière à:
exécuter ou continuer le mouvement du bras de manutention tant que la grandeur
représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter est inférieure
audit
seuil, et
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empêcher ou arrêter le mouvement du bras de manutention dès que la grandeur
représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter est supérieure
audit seuil.
Grâce à ces caractéristiques, un mouvement du bras de manutention
5 exécuté par la machine est toujours exécuté conformément à la demande de
mouvement produite par l'opérateur, mais ce mouvement n'est pas exécuté ou se
voit
interrompu lorsque la demande de l'opérateur conduit ou conduirait au
dépassement
d'un seuil représentatif d'une vitesse maximale autorisée. En d'autres termes,
l'unité
de commande fonctionne comme un filtre tout ou rien qui exécute ou laisse
exécuter
les demandes de mouvements qui satisfont un critère d'autorisation, mais qui
empêche ou annule l'exécution des demandes de mouvement qui ne satisfont pas
le
critère d'autorisation. Ce faisant, l'unité de commande n'a pas besoin de
modifier les
demandes de mouvements émises par l'opérateur, ce qui laisse à celui-ci le
contrôle
effectif de ces demandes, en particulier en termes de vitesse.
Selon des modes de réalisation, la machine de manutention ou le procédé
de commande peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Le seuil représentatif d'une vitesse maximale peut être déterminé de
différentes manières, notamment en vue d'exclure des mouvements impliquant une
quantité de mouvement trop élevée, à savoir une quantité de mouvement que la
machine n'est pas en mesure d'absorber ou de dissiper sans risque de créer une
instabilité.
Selon un mode de réalisation, la machine comporte en outre un capteur
indicatif de moment de basculement pour mesurer une grandeur indicative d'un
moment de basculement appliqué sur le corps principal par rapport à un axe de
basculement.
L'utilisation d'un tel capteur indicatif de moment de basculement permet à
l'unité de commande de prendre en compte une information relative au moment de
basculement à un instant donné. Un tel capteur indicatif de moment de
basculement
peut être agencé de différentes manières pour mesurer différentes grandeurs.
Selon
un mode de réalisation, le capteur indicatif de moment de basculement comporte
un
extensomètre, par exemple un extensomètre sensible aux déformations d'un
essieu
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de la liaison au sol de la machine (variation de longueur entre deux bornes
espacées
sur l'essieu) et/ou du bras de manutention. Selon un mode de réalisation, le
capteur
indicatif de moment de basculement comporte un capteur de pression dans le
dispositif d'actionnement du bras, par exemple un capteur de pression agencé
au
niveau d'un vérin du dispositif d'actionnement. Selon un autre exemple, le
capteur
indicatif de moment de basculement peut être une cellule de charge telle que
mentionnée dans EP-A-1532065. Le capteur indicatif de moment de basculement
peut aussi être réalisé sous la forme d'un système de mesure comportant
plusieurs
capteurs mesurant plusieurs grandeurs physiques et une unité de traitement
pour
combiner ces mesures sous la forme d'une grandeur indicative du moment de
basculement.
Selon un mode de réalisation, la machine comporte en outre un module de
détermination de seuil configuré pour déterminer le seuil représentatif d'une
vitesse
maximale autorisée en fonction d'un signal de mesure produit par le capteur
indicatif
de moment de basculement. Selon un mode de réalisation, le seuil représentatif
d'une
vitesse maximale autorisée présente une évolution décroissante quand le moment
de
basculement augmente.
Selon un mode de réalisation, le capteur indicatif de moment de basculement
est agencé sur une portion d'extrémité du corps principal tournée à l'opposé
du sens
du mouvement exécuté ou à exécuter en réponse au signal de demande de
mouvement, et la grandeur mesurée par le capteur indicatif de moment de
basculement évolue en sens opposé du moment de basculement. Un tel mode de
réalisation est par exemple illustré par le cas d'un extensomètre mesurant les
déformations de l'essieu arrière d'un véhicule de manutention dans lequel le
bras de
manutention s'étend vers l'avant du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le capteur indicatif de moment de basculement
est agencé sur une portion d'extrémité du corps principal tournée vers le sens
du
mouvement exécuté ou à exécuter en réponse au signal de demande de mouvement,
et la grandeur mesurée par le capteur indicatif de moment de basculement
évolue
dans le même sens que le moment de basculement. Un tel mode de réalisation est
par exemple illustré par le cas d'un extensomètre mesurant les déformations de
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l'essieu avant d'un véhicule de manutention dans lequel le bras de manutention
s'étend aussi vers l'avant du véhicule.
Le mouvement du bras de manutention exécuté par le dispositif
d'actionnement peut être de différents types, par exemple un mouvement de
translation ou de rotation. Selon un mode de réalisation préféré, le
dispositif
d'actionnement est configuré pour exécuter un pivotement du bras de
manutention
autour d'un axe sensiblement horizontal par rapport au corps principal.
Le bras de manutention peut présenter un ou plusieurs degrés de liberté par
rapport au corps principal. Lorsque plusieurs degrés de mouvement existent
avec
plusieurs dispositifs d'actionnement associés à ces degrés de mouvement
respectifs,
les différents dispositifs d'actionnement ne sont pas forcément tous commandés
de
la même manière. En particulier, les procédés de commande décrits ici sont de
préférence appliqués au(x) degré(s) de mouvement ayant une plus grande
influence
sur la stabilité de la machine.
La grandeur représentative de la vitesse exploitée pour la commande de la
machine et/ou la signalisation du risque de basculement peut être déterminée
de
différentes manières.
Selon un mode de réalisation, l'unité de commande est configurée pour
recevoir le signal de demande de mouvement produit par l'organe de contrôle.
Dans
ce cas, l'unité de commande peut prendre en compte un attribut du signal de
demande de mouvement, par exemple son amplitude, sa fréquence, sa durée ou
tout
autre attribut prédéfini, en tant que grandeur représentative de la vitesse du
mouvement à exécuter. Selon un mode de réalisation, la comparaison effectuée
par
l'unité de commande est une comparaison entre l'attribut du signal de demande
de
mouvement et ledit seuil.
L'organe de contrôle actionnable par l'utilisateur peut être réalisé de
différentes manières, par exemple sous la forme d'un levier basculant, d'un
bouton
rotatif, d'un écran tactile, ou autre. Selon un mode de réalisation, l'organe
de contrôle
actionnable par l'utilisateur est couplé à l'unité de commande pour fournir le
signal de
demande de mouvement à l'unité de commande sous la forme d'un signal
électrique.
Par exemple, l'attribut du signal de demande de mouvement qui représente la
vitesse
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demandée est un niveau de tension, d'intensité, de fréquence ou de durée du
signal
de demande.
Selon un mode de réalisation, un procédé de commande mis en oeuvre par
l'unité de commande comporte l'étape de recevoir le signal de demande de
mouvement.
Selon d'autres modes de réalisation, l'organe de contrôle produisant le signal
de demande de mouvement n'est pas forcément relié à l'unité de commande ou
l'unité
de commande n'est pas forcément configurée pour pouvoir recevoir ce signal de
demande de mouvement, par exemple s'il s'agit d'un signal purement mécanique.
Selon un mode de réalisation pouvant être utilisé dans ce cas, la machine
de manutention comporte en outre des moyens de mesure pour mesurer une vitesse
instantanée du bras de manutention par rapport au corps principal. Dans ce
cas, la
comparaison effectuée par l'unité de commande peut être une comparaison entre
ladite vitesse instantanée et ledit seuil.
Différentes méthodes peuvent être utilisées pour mesurer une vitesse
instantanée du bras de manutention par rapport au corps principal. Selon une
méthode plus directe, un capteur de vitesse angulaire ou linéaire peut être
employé.
Selon une méthode plus indirecte, une grandeur corrélée à vitesse instantanée
du
bras de manutention peut être mesurée, par exemple la vitesse d'une pièce
mobile
couplée au bras de manutention ou autre. Selon un mode de réalisation, dans
lequel
le dispositif d'actionnement comporte un actionneur hydraulique, la machine
comporte en outre des moyens de mesure pour mesurer le débit hydraulique à
fournir
à l'actionneur hydraulique en tant qu'information de vitesse. Dans ce cas, la
comparaison effectuée par l'unité de commande peut être une comparaison entre
le
débit hydraulique et ledit seuil.
Le ou les dispositifs d'actionnement du bras de manutention peuvent être
réalisés de différentes manières, par exemple sous la forme d'un ou plusieurs
actionneurs électriques ou hydrauliques.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'actionnement comporte un
actionneur hydraulique et un dispositif à débit variable pour régler un débit
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hydraulique à fournir à l'actionneur hydraulique. Un tel dispositif
hydraulique à débit
variable peut être réalisé de différentes manières.
Selon un mode de réalisation le dispositif à débit variable comporte une
pompe à débit variable. Par exemple, dans une pompe à plateau incliné,
l'organe de
réglage de débit peut influencer un angle d'inclinaison du plateau incliné.
Selon un
mode de réalisation, le dispositif à débit variable comporte un distributeur
proportionnel. Par exemple, dans un distributeur proportionnel, l'organe de
réglage
de débit peut influencer la position d'un tiroir.
Selon un mode de réalisation l'organe de contrôle actionnable par
l'utilisateur
est fonctionnellement couplé, par exemple mécaniquement ou hydrauliquement, au
dispositif à débit variable de manière à déplacer un organe de réglage de
débit du
dispositif à débit variable en fonction de l'action de l'utilisateur sur
l'organe de
contrôle.
Dans un tel cas, l'unité de commande n'est pas forcément en mesure
d'empêcher un actionnement direct du dispositif à débit variable par l'action
de
l'utilisateur sur l'organe de contrôle et la production d'un flux hydraulique
résultant.
Selon un mode de réalisation pouvant être utilisé dans ce cas, le dispositif
d'actionnement comporte en outre une électrovanne agencée entre le dispositif
à
débit variable et l'actionneur hydraulique, l'électrovanne étant pilotable par
l'unité de
commande pour empêcher ou arrêter le mouvement du bras de manutention dès que
la grandeur représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à exécuter
est
supérieure audit seuil.
Dans un tel mode de réalisation, le signal de demande de mouvement peut
être un mouvement de l'organe de réglage de débit du dispositif à débit
variable. Un
tel mouvement peut être mesuré par un transducteur et fourni sous la forme
d'un
signal électrique à l'unité de commande. Toutefois, il n'est pas toujours
possible ou
souhaitable de prévoir un tel transducteur dans le dispositif à débit
variable,
notamment pour des raisons tenant à l'encombrement ou au coût du dispositif à
débit
variable. En l'absence d'un tel transducteur, le signal de demande de
mouvement ne
peut pas facilement être fourni à l'unité de commande. Dans ces cas, l'unité
de
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commande peut fonctionner à partir d'une mesure d'un mouvement effectif du
bras
de manutention plutôt qu'à partir d'un signal de demande de mouvement.
Dans un mode de réalisation préféré, l'électrovanne est une vanne de
démarrage progressif. L'utilisation d'une vanne de démarrage progressif permet
5 qu'une mesure fiable de la vitesse instantanée du bras de manutention puisse
être
obtenue avant que le bras de manutention n'ait acquis une forte quantité de
mouvement, de sorte que la coupure du mouvement puisse intervenir sans choc
excessif en cas de dépassement du seuil de vitesse autorisée.
Une idée à la base d'un autre objet de l'invention est de fournir des procédés
10 et systèmes de signalisation d'un risque d'instabilité dans une machine de
manutention, qui soient susceptibles d'assister un opérateur de la machine à
effectuer
un contrôle manuel des mouvements sans compromettre ni l'efficacité ni la
sécurité
de la machine.
Pour cela, selon un deuxième objet, l'invention fournit également une
machine de manutention comportant :
un corps principal,
un bras de manutention destiné à recevoir une charge devant être déplacée,
un dispositif d'actionnement configuré pour exécuter un mouvement du bras de
manutention par rapport au corps principal, et
une unité de commande configurée pour former un signal de risque de
basculement
comportant de manière cumulative :
une contribution actuelle dépendant d'une grandeur indicative d'un moment de
basculement appliqué sur le corps principal par rapport à un axe de
basculement, et
une contribution virtuelle dépendant d'une grandeur représentative de la
vitesse d'un
mouvement du bras de manutention exécuté ou à exécuter par le dispositif
d'actionnement, le mouvement du bras de manutention étant orienté dans une
direction non-parallèle à l'axe de basculement.
L'invention fournit également un procédé de signalisation pour signaler un
risque de basculement dans une machine de manutention comportant un corps
principal et un bras de manutention destiné à recevoir une charge devant être
déplacée, le dispositif d'actionnement étant configuré pour exécuter un
mouvement
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du bras de manutention par rapport au corps principal,
le procédé comportant :
mesurer une grandeur indicative d'un moment de basculement appliqué sur le
corps
principal par rapport à un axe de basculement,
mesurer une grandeur représentative de la vitesse d'un mouvement du bras de
manutention exécuté ou à exécuter par le dispositif d'actionnement, le
mouvement du
bras de manutention étant orienté dans une direction non-parallèle à l'axe de
basculement, et
former un signal de risque de basculement comportant une contribution actuelle
dépendant de la grandeur indicative du moment de basculement et une
contribution
virtuelle dépendant de la grandeur représentative de la vitesse, la
contribution
actuelle et la contribution virtuelle étant cumulatives.
Grâce à ces caractéristiques, un signal de risque de basculement peut être
communiqué à l'opérateur ou à un système de pilotage automatisé, qui reflète à
la
fois la contribution des forces gravitationnelles à l'instabilité de la
machine, sous la
forme de la contribution actuelle dépendant de la grandeur indicative du
moment de
basculement, et la contribution des forces inertielles à l'instabilité de la
machine, sous
la forme de la contribution virtuelle dépendant de la grandeur représentative
de la
vitesse. Toutefois, les forces inertielles sont prises en compte sous une
forme
virtuelle, sans qu'elles ne soient réellement produites. Ainsi, la
contribution virtuelle
dépendant de la grandeur représentative de la vitesse représente une capacité
du
bras de manutention à appliquer des forces inertielles au corps de la machine
s'il
venait à être immobilisé par rapport à celui-ci.
Selon des modes de réalisation, la machine de manutention ou le procédé
de signalisation peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes.
Selon un mode de réalisation, la grandeur indicative d'un moment de
basculement est mesurée par un capteur indicatif de moment de basculement,
agencé par exemple au niveau d'un essieu de la machine de manutention ou au
niveau d'un vérin du dispositif d'actionnement.
Selon un mode de réalisation, on mesure une vitesse instantanée du bras
de manutention par rapport au corps principal en tant que grandeur
représentative de
la vitesse.
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Selon un autre mode de réalisation, on détermine un attribut d'un signal de
demande de mouvement destiné à influencer le dispositif d'actionnement en tant
que
grandeur représentative de la vitesse.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre la production
d'un signal visible ou audible à destination d'un opérateur en fonction du
signal de
risque de basculement.
Selon un mode de réalisation, la machine comporte en outre un tableau
d'affichage relié à l'unité de commande pour afficher une échelle visuelle en
fonction
du signal de risque de basculement. Alternativement, deux échelles visuelles
séparées peuvent être affichées pour représenter séparément les deux
contributions.
Ces procédés de signalisation pour machine de manutention sont utilisables
pour assister un opérateur chargé de piloter les mouvements du bras de
manutention.
Ils sont applicables à l'assistance d'un système de pilotage automatisé,
auquel le
signal de risque de basculement serait fourni.
Certains aspects de l'invention reposent sur l'idée d'analyser l'état
énergétique d'une machine de manutention en une contribution d'énergie
potentielle
de pesanteur et une contribution d'énergie cinétique. En termes d'énergie
potentielle,
la stabilité de la machine dans le champ de gravité se traduit par le
positionnement
de l'état actuel de la machine au fond d'un puits de potentiel, lequel peut
être plus ou
moins profond selon la masse et la position de la charge utile. En termes
d'énergie
cinétique, la vitesse de mouvement du bras de manutention par rapport au corps
principal se traduit par une quantité d'énergie susceptible d'être transférée
au corps
principal, avec un rendement plus ou moins élevé, en cas de modification du
couplage
mécanique entre eux, par exemple en cas d'arrêt soudain du mouvement. Une idée
à la base de l'invention est de contrôler et/ou permettre à un opérateur de
contrôler
que cette énergie cinétique ne franchit pas un niveau d'énergie tel qu'il
devienne
susceptible faire sortir la machine de manutention du puits de potentiel
traduisant son
état stable.
Brève description des figures
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L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques
et
avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description
suivante
de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés
uniquement à
titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
- La figure 1 est une représentation schématique d'un chariot
télescopique dans lequel des modes de réalisation de l'invention peuvent être
mis en
oeuvre.
- La figure 2 est un diagramme d'étape représentant un procédé de
commande selon un premier mode de réalisation pouvant être utilisé dans le
chariot
télescopique.
- La figure 3 est un diagramme d'étape représentant un procédé de
commande selon un deuxième mode de réalisation pouvant être utilisé dans le
chariot
télescopique.
- La figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif
d'actionnement hydraulique selon un premier mode de réalisation pouvant être
utilisé
dans le chariot télescopique.
- La figure 5 est une représentation schématique d'un dispositif
d'actionnement hydraulique selon un deuxième mode de réalisation pouvant être
utilisé dans le chariot télescopique.
- La figure 6 est une représentation schématique d'un dispositif
d'actionnement hydraulique selon un troisième mode de réalisation pouvant être
utilisé dans le chariot télescopique.
- La figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif de
signalisation pouvant être utilisé dans le chariot télescopique.
- La figure 8 est une représentation schématique fonctionnelle d'une
unité de commande pouvant être utilisée dans le chariot télescopique.
- La figure 9 est une représentation schématique d'un bras de support
de roue équipé d'un extensomètre pouvant servir de capteur indicatif de moment
de
basculement.
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Description détaillée de modes de réalisation
On va décrire ci-dessous des modes de réalisation d'une machine de
manutention sous la forme d'un chariot télescopique roulant portant un bras de
manutention saillant vers l'avant du véhicule. Dans cette configuration le
risque de
basculement se présente dans la direction avant autour de l'axe de basculement
formé par les roues avant du véhicule. Dès lors, la surveillance et le
contrôle de ce
risque de basculement impliquent de prendre en compte les forces inertielles
orientées dans la direction avant, c'est-à-dire les mouvements impliquant une
quantité
de mouvement non négligeable dans cette direction.
Dans une machine de manutention présentant une configuration
différente, l'axe de basculement peut être situé différemment. Les mouvements
à
prendre en compte devront alors être sélectionnés en fonction de la situation
de cet
axe.
En référence à la figure 1, le chariot télescopique 1 comporte un châssis 2
supporté sur le sol par l'intermédiaire d'un essieu avant 3 et un essieu
arrière 4. Des
pieds stabilisateurs 5 peuvent être optionnellement déployés pour soulever
l'essieu
avant 3, auquel cas les pieds stabilisateurs 5 définissent l'axe de
basculement vers
l'avant. Le châssis 2 présente une masse relativement élevée du fait de sa
construction et des éléments mécaniques qu'il porte, selon la technique
connue.
Le bras de manutention 6 est articulé au châssis 2 autour d'un axe horizontal
7. Un actionneur de levage, par exemple vérin hydraulique 8, permet de
déplacer le
bras de manutention 6 vers le haut et vers le bas autour de l'axe horizontal
7, sous la
conduite d'un système de commande. Le système de commande comporte une unité
de commande 10 et un organe de contrôle 12 actionnable par un opérateur, qui
sont
schématiquement esquissés sur la figure 1.
La figure 1 illustre le bras de manutention 6 et une charge utile 9 dans une
position haute en trait continu et dans plusieurs positions plus basses en
trait
interrompu. Toutes choses égales par ailleurs, le moment de basculement
statique
exercé par le bras de manutention 6 dans la direction avant augmente à mesure
que
sa position descend vers l'horizontale.
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Une mesure indicative de ce moment de basculement statique peut être
obtenue à l'aide d'un capteur indicatif de moment de basculement pouvant être
positionné de différentes manières. La figure 1 illustre un capteur indicatif
de moment
de basculement 11 positionné au niveau de l'essieu arrière, selon la technique
5 connue.
Le capteur indicatif de moment de basculement 11 produit un signal de
mesure qui représente une réserve de stabilité de la machine de manutention 1
par
rapport à l'axe de basculement.
Une méthode connue pour surveiller et contrôler le risque de basculement
10 consiste à traiter le signal de mesure du capteur indicatif de moment de
basculement
11 par l'unité de commande 10 pour, d'une part afficher une jauge de stabilité
visuelle
dans l'habitacle de la machine, par exemple sur un tableau d'affichage
lumineux 13
disposé dans l'habitacle et, d'autre part, couper le mouvement de descente du
bras
de manutention 6 lorsque le signal de mesure devient inférieur à un seuil
prédéfini.
15 Toutefois, du fait des forces inertielles engendrées par la coupure du
mouvement,
cette méthode nécessite de fixer le seuil avec une marge de sécurité élevée,
ce qui
limite les capacités de la machine, et/ou de commander un ralentissement
automatique du mouvement avant la coupure, ce qui dépossède l'opérateur du
contrôle de la vitesse.
Pour éviter cela, le système de commande peut mettre en oeuvre des
procédés de commande qui vont être décrits en référence aux figures 2 et 3.
Ces
procédés de commande reposent sur le principe de laisser l'opérateur piloter
le
mouvement du bras de manutention 6 au moyen de l'organe de contrôle 12. En
particulier le système de commande règle la vitesse du mouvement à exécuter en
fonction d'une demande de mouvement produite par l'opérateur en actionnant
l'organe de contrôle 12, et en particulier d'une grandeur quantitative
produite par
l'action de l'utilisateur sur l'organe de contrôle 12 et représentant un
niveau de vitesse
demandé par l'utilisateur. Par exemple, la grandeur quantitative est un angle
d'inclinaison d'un levier pivotant de l'organe de contrôle 12, dans lequel un
angle plus
élevé représente une demande de vitesse plus élevée et un angle d'inclinaison
nul
(position neutre) représente une demande d'arrêt. Le système de commande
produit
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immédiatement l'arrêt du mouvement en réponse à la demande d'arrêt produite
par
l'opérateur.
La figure 2 illustre un procédé de commande utilisant une mesure de vitesse
effective du bras de manutention 6. La figure 3 illustre un procédé de
commande
utilisant une demande de vitesse produite par l'opérateur. Ces procédés
peuvent être
exécutés en boucle par un circuit électronique.
Le procédé de la figure 2 comporte les étapes suivantes :
Étape 21: acquisition du signal de mesure du capteur indicatif de moment de
basculement 11
Étape 22: détermination d'un seuil de vitesse autorisée en fonction du signal
de mesure. Cette détermination peut reposer sur la lecture d'une table stockée
dans
une mémoire et contenant des valeurs de seuil associées à des valeurs du
signal de
mesure ou à des plages de valeur du signal de mesure.
Étape 23: acquisition du signal de mesure d'un capteur de vitesse du bras
de manutention 6. Ce capteur de vitesse est par exemple un capteur de vitesse
angulaire 18 esquissé sur la figure 1.
Étape 24: comparaison de la vitesse du bras de manutention 6 avec le seuil
de vitesse autorisée.
Si la vitesse mesurée est inférieure au seuil de vitesse autorisée, étape 25:
exécution ou poursuite de l'exécution du mouvement conformément à la demande
de
mouvement produite par l'opérateur.
Si la vitesse mesurée est supérieure au seuil de vitesse autorisée, étape 26:
arrêt ou empêchement du mouvement du bras de manutention 6, malgré la demande
de l'opérateur. Cet arrêt ou empêchement traduit le fait que l'opérateur a
demandé
une vitesse de mouvement trop élevée par rapport à la réserve de stabilité
disponible
au même instant. Le système de commande n'autorise pas l'exécution de cette
demande. En d'autres termes, si un mouvement était en cours, il s'arrête
immédiatement et si aucun mouvement n'était en cours, l'état d'arrêt subsiste
malgré
la demande de l'opérateur.
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A partir de l'état d'arrêt produit à l'étape 26, il est préférable d'exiger
une
action positive de réinitialisation par l'opérateur avant qu'il puisse à
nouveau émettre
une demande de mouvement, par exemple une nouvelle demande avec un niveau
de vitesse plus faible. Cette action de réinitialisation est de préférence
exécutable au
moyen de l'organe de contrôle 12, par mesure d'ergonomie. Par exemple l'action
de
réinitialisation consiste à ramener le levier pivotant dans la position neutre
avant de
le ré-incliner vers l'avant.
Le seuil de vitesse autorisée lu à l'étape 22 peut avoir été déterminé par des
essais. Qualitativement ce seuil de vitesse autorisée représente une quantité
de
mouvement ou une énergie cinétique que le chariot de manutention 1 est capable
d'absorber sans basculement en cas d'arrêt instantané du mouvement du bras de
manutention 6. Ce seuil de vitesse autorisée décroît donc au cours d'un
mouvement
de descente du bras de manutention 6 comme décroît la réserve de stabilité
indiquée
par la mesure du capteur indicatif de moment de basculement 11. Dans un autre
mode de réalisation, le seuil de vitesse autorisée peut avoir été déterminé
par un
calcul et mémorisé ou peut être déterminé par un calcul en temps réel à
l'étape 22.
Un effet du procédé de commande décrit ci-dessus est donc que, en partant
de la position haute illustrée sur la figure 1, si l'opérateur produit une
demande de
mouvement de descente constante, le mouvement est exécuté à vitesse constante
tant que le seuil de vitesse autorisée reste supérieur à cette vitesse et
s'interrompt
instantanément lorsque le seuil de vitesse autorisée est dépassé.
Comme le système de commande réagit de manière uniforme à une
demande de mouvement donnée, et en particulier ne modifie pas la vitesse de
mouvement exécutée en réponse à une demande donnée, l'opérateur est mis en
mesure d'acquérir par l'expérience une connaissance fine de la réponse de la
machine et d'être capable d'adapter au mieux sa demande en fonction des
circonstances.
Sur la figure 3, les étapes modifiées par rapport au procédé de la figure 2
portent le même chiffre de référence augmenté de 100. Les étapes inchangées
portent le même chiffre et ne sont pas décrites à nouveau.
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Étape 28: acquisition du signal de demande de mouvement produit par
l'opérateur, par exemple sous la forme d'un signal électrique
Étape 123: détermination d'une vitesse de mouvement demandée en
fonction du signal de demande de mouvement. Par exemple la vitesse demandée
est encodée dans l'amplitude ou un autre attribut du signal de demande de
mouvement.
Étape 124: comparaison de la vitesse de mouvement demandée avec le
seuil de vitesse autorisée.
Si la vitesse demandée est inférieure au seuil de vitesse autorisée, étape 25.
Si la vitesse demandée est supérieure au seuil de vitesse autorisée, étape
26.
On appréciera que dans ces procédés, aucun autre mouvement n'est
exécuté qu'un mouvement conforme à la demande de mouvement produite par
l'opérateur.
Le système de commande permettant d'exécuter un tel procédé de
commande peut être réalisé de différentes manières. Trois exemples de
réalisation
vont maintenant être décrits en référence aux figures 4 à 6.
Sur la figure 4, le système de commande convient pour mettre en oeuvre le
procédé de la figure 2. On a représenté le vérin hydraulique 8, une source de
pression
hydraulique 30, un distributeur hydraulique 31 intercalé entre eux pour
contrôler un
débit hydraulique à fournir au vérin hydraulique 8, l'organe de contrôle 12
sous la
forme d'un levier couplé directement au tiroir du distributeur hydraulique 31,
l'unité de
commande 10, le capteur indicatif de moment de basculement 11 et le capteur de
vitesse angulaire 18 reliés à l'unité de commande 10, et une électrovanne 32
intercalée entre le distributeur hydraulique 31 et le vérin hydraulique 8.
L'électrovanne
32 est pilotée par l'unité de commande 10.
Dans ce système, comme l'unité de commande ne peut pas empêcher
l'ouverture du distributeur hydraulique 31 sous l'action de l'utilisateur
lorsque la
vitesse est trop élevée, c'est l'électrovanne 32 qui sert à interrompre le
flux
hydraulique pour arrêter immédiatement le mouvement à l'étape 26.
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De préférence, l'électrovanne 32 est une vanne de démarrage progressif.
L'utilisation d'une vanne de démarrage progressif permet que le redémarrage
éventuel du mouvement par l'opérateur après l'action de réinitialisation ne
puisse pas
avoir lieu trop vite par rapport à la mesure de vitesse par le capteur de
vitesse 18.
Sur la figure 5, les éléments similaires ou identiques à ceux de la figure 4
portent le même chiffre de référence. Dans ce mode de réalisation, le
distributeur
hydraulique 31 ne présente pas une commande mécanique liée directement à
l'organe de contrôle 12, mais il présente une commande hydraulique. En
particulier, le flux hydraulique 38 correspondant au mouvement de descente du
bras
de manutention 6 peut être obtenu en envoyant une pression pilote 36 dans un
port
de commande 35.
L'organe de contrôle 12 est couplé à une vanne de commande 34 contrôlant
cette pression pilote. L'unité de commande 10 est configurée pour piloter une
électrovanne 33 agencée entre la vanne de commande 34 et le port de commande
35. Ainsi à l'étape 26, l'unité de commande 10 peut commuter la vanne 33 pour
ramener le distributeur hydraulique 31 en position neutre. De préférence,
l'électrovanne 33 est une vanne de démarrage progressif.
Sur la figure 6, le système de commande convient pour mettre en oeuvre le
procédé de la figure 3. L'organe de contrôle 12 produit des signaux de demande
électriques 39 et le distributeur hydraulique 31 est pilotée à l'aide d'un
signal
électrique appliqué sur un port de commande 37. L'unité de commande 10 est
intercalée entre l'organe de contrôle 12 et le distributeur hydraulique 31 et
peut donc
commander directement le distributeur hydraulique 31 aux étapes 25 et 26. Un
capteur de vitesse du bras de manutention 6 n'est pas indispensable dans ce
mode
de réalisation, puisque l'unité de commande 10 peut déterminer la vitesse
demandée
directement à partir du signal de demande 39.
D'autres systèmes de commande peuvent être conçus selon la nature de
l'actionneur à commander. Le bras de manutention 6 peut présenter d'autres
degrés
de mouvement que le pivotement autour de l'axe horizontal 7, notamment un
degré
de mouvement linéaire en télescopage et un degré de pivotement de l'outil
autour
d'un axe horizontal 15. Les procédés de commandes décrits ci-dessus peuvent
être
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utilisés pour commander un ou plusieurs de ces degrés de mouvement. Lorsque
plusieurs degrés de mouvement sont présents, les actionneurs responsables
d'exécuter les mouvements correspondants ne sont pas forcément tous commandés
de la même manière.
5 La figure
9 représente un mode de réalisation de l'essieu arrière 4 du chariot
télescopique 1. L'essieu arrière 4 comporte deux bras de support de roue 60
portant
les roues arrière 62. L'un des bras de support de roue 60 ou chacun d'eux est
équipé
d'un extensomètre 61 agencé pour mesurer des déformations du bras de support
de
roue 60 en flexion. Plus précisément, l'extensomètre 61 mesure la variation de
10 longueur entre deux bornes espacées sur le bras de support de roue 60. Les
signaux
de mesure des extensomètres 61 peuvent être employés pour former le signal
indicatif du moment de basculement, par exemple en tant que moyenne des deux
signaux de mesure. Alternativement, il est possible d'employer un seul
extensomètre
61 pour produire le signal indicatif du moment de basculement. De préférence,
15 l'essieu arrière 4 est relié de manière oscillante au châssis 2 au moyen
d'un pivot 66
d'axe longitudinal passant par une partie centrale 65 de l'essieu.
En référence à la figure 7, on décrit maintenant un procédé de signalisation
pouvant être employé dans le chariot télescopique 1 pour assister l'opérateur
à piloter
le bras de manutention 6 de manière sûre et efficace.
20 La figure
7 représente un signal de risque de basculement 40 pouvant être
affiché sur le tableau d'affichage 13 pour représenter le risque de
basculement sur
une échelle visuelle en fonction de l'état instantané du chariot télescopique
1. Pour
cela, l'amplitude du signal de risque de basculement qui pilote la hauteur de
l'échelle
devant être affichée, par exemple le nombre de lampes devant être allumées,
comporte de manière cumulative une contribution actuelle 41 dépendant du
signal de
mesure produit par le capteur indicatif de moment de basculement 11 et une
contribution virtuelle 42 dépendant d'une grandeur représentative de la
vitesse de
mouvement du bras de manutention 6, par exemple la vitesse de mouvement
demandée, comme déterminée à l'étape 123 de la figure 3, ou la vitesse de
mouvement effective, comme mesurée à l'étape 23 de la figure 2. Le dernier
niveau
45 de l'échelle correspond par exemple à la coupure automatique du mouvement
par
l'unité de commande 10.
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Dans un mode de réalisation, les contributions du signal de risque de
basculement 40 peuvent être calculées de la manière suivante. La contribution
actuelle 41 peut être inversement proportionnelle à la grandeur mesurée par le
capteur indicatif de moment de basculement 11 et être normalisée sur une
échelle de
0 à 1, où 0 correspond à une valeur de moment de basculement normale et 1
correspond à une valeur de moment de basculement maximale, c'est-à-dire un
état
dans lequel il ne doit plus du tout être possible de descendre davantage le
bras de
manutention 6, même à basse vitesse.
La contribution virtuelle 42 peut être égale à :
B = (1 ¨ A) * Q
où A désigne la contribution actuelle 41 située entre 0 et 1 et Q désigne un
rapport entre la vitesse de mouvement demandée ou exécutée à un instant donné
et
le seuil de vitesse autorisée au même instant, c'est-à-dire un ratio qui reste
inférieur
à 1 par construction.
En produisant le signal de risque de basculement 40 de cette manière, il
existe un niveau optimum illustré schématiquement au chiffre 43, qui
correspond à la
vitesse maximale qu'il est possible de produire sans que le mouvement ne soit
coupé
par l'unité de commande 10. L'opérateur peut donc se servir du signal de
risque de
basculement 40 comme repère visuel pour adapter sa demande de mouvement pour
rester proche du niveau optimum 43 au cours du mouvement de descente du bras
de
manutention 6.
La figure 8 est une représentation fonctionnelle d'un mode de réalisation de
l'unité de commande 10. Elle comporte un module fonctionnel de commande 17 et
un
module fonctionnel de signalisation 19 qui peuvent fonctionner avec deux
signaux
d'entrée. Un premier signal d'entrée 50 est un signal indicatif de la vitesse
du
mouvement exécuté ou à exécuter, par exemple le signal de demande produit par
l'organe de contrôle 12 ou le signal de mesure du capteur de vitesse 18. Un
deuxième
signal d'entrée 51 est un signal indicatif de la réserve de stabilité statique
de la
machine, par exemple le signal de mesure du capteur indicatif de moment de
basculement 11.
Le module fonctionnel de commande 17 comporte :
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22
- un module de calcul de vitesse 52 configuré pour calculer une valeur de
vitesse exécutée ou demandée à partir du premier signal d'entrée 50,
- un module de calcul de seuil de vitesse 53 configuré pour déterminer le
seuil de vitesse autorisée à partir du deuxième signal d'entrée 51,
- un module comparateur 54 pour comparer la valeur de vitesse exécutée
ou demandée au seuil de vitesse autorisée, et
- un module de pilotage 55 pour piloter l'actionneur de levage en fonction
du résultat de la comparaison, soit directement soit en pilotant des
éléments de commande intermédiaires (notamment vanne 32, vanne 33,
distributeur 31).
Le module fonctionnel de signalisation 19 comporte :
- un module de calcul de contribution virtuelle 56 configuré pour calculer
la contribution virtuelle 42 à partir du premier signal d'entrée 50,
- un module de calcul de contribution actuelle 57 configuré pour calculer
la contribution actuelle 41 à partir du deuxième signal d'entrée 51,
- un module additionneur 58 pour additionner la contribution actuelle 41 et
la contribution virtuelle 42, et
- un module de pilotage 59 pour piloter le tableau d'affichage 13 en
fonction du signal de risque de basculement 40.
Le signal de risque de basculement 40 pourrait être communiqué à
l'opérateur sous d'autres formes visuelles qu'une échelle, par exemple un code
couleur. Le signal de risque de basculement 40 pourrait être communiqué à
l'opérateur sous une forme sonore ou autre.
Certains éléments représentés, notamment l'unité de commande, peuvent
être réalisés sous différentes formes, de manière unitaire ou distribuée, au
moyen de
composants matériels et/ou logiciels. Des composants matériels utilisables
sont les
circuits intégrés spécifiques ASIC, les réseaux logiques programmables FPGA ou
les
microprocesseurs. Des composants logiciels peuvent être écrits dans différents
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langages de programmation, par exemple C, C++, Java ou VHDL. Cette liste n'est
pas exhaustive.
Les procédés et systèmes décrits ci-dessus dans le cadre d'un chariot
télescopique sont applicables à d'autres machines de manutention.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de
réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement
limitée et qu'elle
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
L'usage du verbe comporter , comprendre ou inclure et de ses
formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres
étapes
que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini un
ou
une pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la
présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne
saurait être interprété comme une limitation de la revendication.
