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WO 2019/016014
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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, JP-A-3252006 et GB-A-2390595.
Le document GB-A-2431248 décrit une tourelle de machine de construction
équipée d'un dispositif d'actionnement répondant à des lois de commande de
mouvement fonction de la vitesse de la tourelle ou de la position de la
tourelle.
Le document EP-A-2733110 décrit 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.
Toutefois, il existe des conditions de fonctionnement dans lesquelles les
forces appliquées à une machine de manutention et notamment les forces
inertielles
sont difficiles à prévoir et à contrôler. En particulier, les déplacements de
la machine
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au sol lorsqu'il s'agit d'une machine roulante sont susceptibles d'engendrer
de
multiples forces échappant au contrôle d'un système de commande du bras de
manutention. Ainsi, la norme européenne EN 1459:1998 précitée indique qu'un
risque de renversement de la machine existe malgré l'utilisation d'un
dispositif de
contrôle du moment de basculement dès lors que la machine roule dans une
courbe,
la machine roule sur une pente, la machine roule sur un terrain cahoteux ou
qui
présente des obstacles et des trous ou que la machine roule avec la charge en
position élevée.
Il est également connu qu'un basculement du chariot vers l'avant peut
survenir lorsque le véhicule roulant freine, alors qu'il déplace une charge.
Résumé
Une idée à la base de l'invention est de fournir des procédés et systèmes de
commande d'une machine de manutention qui permettent de préserver la stabilité
de
la machine, notamment par la prise en compte des forces inertielles, et qui ne
limitent
pas l'utilisabilité de la machine lorsque la prise en compte des forces
inertielles est
rendue imprécise ou inefficace en raison des conditions de fonctionnement.
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 capteur indicatif de moment de basculement sensible à une grandeur
indicative
d'un moment de basculement appliqué sur le corps principal par rapport à un
axe de
basculement,
une unité de commande configurée pour commander le dispositif d'actionnement
de
manière à arrêter ou empêcher un mouvement du bras de manutention exécuté ou
demandé dès qu'une condition d'arrêt est satisfaite, la condition d'arrêt
étant
dépendante de la grandeur indicative du moment de basculement mesurée, et
un organe de sélection actionnable par un opérateur pour sélectionner un mode
de
fonctionnement simple et un mode de fonctionnement renforcé.
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Selon un mode de réalisation, quand le mode de fonctionnement renforcé
est sélectionné, la condition d'arrêt employée par l'unité de commande est
aussi
dépendante d'une grandeur représentative de la vitesse du mouvement du bras de
manutention exécuté ou demandé,
et quand le mode de fonctionnement simple est sélectionné, la condition
d'arrêt est
indépendante de la grandeur représentative de la vitesse du mouvement du bras
de
manutention.
L'invention fournit également un procédé de commande pour commander un
dispositif d'actionnement dans une machine de manutention comportant un corps
principal mobile 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 :
mesurer une grandeur indicative d'un moment de basculement appliqué sur le
corps
principal par rapport à un axe de basculement, et
arrêter ou empêcher un mouvement du bras de manutention exécuté ou demandé
dès qu'une condition d'arrêt est satisfaite, la condition d'arrêt étant
dépendante de la
grandeur indicative du moment de basculement mesurée,
et dans lequel, quand un mode de fonctionnement renforcé est sélectionné, la
condition d'arrêt est aussi dépendante d'une grandeur représentative de la
vitesse du
mouvement du bras de manutention,
et quand un mode de fonctionnement simple est sélectionné, la condition
d'arrêt est
indépendante de la grandeur représentative de la vitesse du mouvement du bras
de
manutention.
Dans le mode de fonctionnement renforcé, l'unité de commande applique
une condition d'arrêt qui dépend de la vitesse du mouvement du bras de
manutention,
ou d'une grandeur représentative de cette vitesse. Ceci permet de prendre en
compte
les forces inertielles susceptibles de survenir en raison de cette vitesse, en
cas d'arrêt
du mouvement. Différentes méthodes basées sur la vitesse peuvent être
employées
pour cette prise en compte. Ce mode de fonctionnement est particulièrement
adapté
aux conditions de fonctionnements dans lesquelles corps de la machine est
immobile,
car la détermination des forces inertielles peut être réalisée avec un degré
de
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précision satisfaisant dans ce cas. En d'autres termes, il est alors possible
de fixer
des limites de vitesse réalistes pour interdire ou supprimer des mouvements du
bras
de manutention créant réellement un risque de basculement en cas d'arrêt.
Quand le mode de fonctionnement simple est sélectionné, la condition d'arrêt
5 est indépendante de la grandeur représentative de la vitesse du mouvement du
bras
de manutention. Ainsi, la commande du bras de manutention peut être réalisée
de
manière plus simple. Selon un mode de réalisation, quand le mode de
fonctionnement
simple est sélectionné, le procédé comporte en outre l'étape d'empêcher ou
arrêter
le mouvement du bras de manutention dès que la grandeur indicative d'un moment
de basculement a franchi un seuil prédéterminé.
Selon des modes de réalisation, la machine de manutention ou le procédé
de commande peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon un mode de réalisation, l'organe de sélection est configuré pour :
sélectionner le mode de fonctionnement renforcé en réponse à une première
action
de l'opérateur sur l'organe de sélection, et
sélectionner le mode de fonctionnement simple en réponse à une deuxième action
de l'opérateur sur l'organe de sélection.
Selon un mode de réalisation, l'unité de commande est configurée pour
sélectionner le mode de fonctionnement renforcé en réponse la détection de ce
que
le corps principal est resté dans un état sensiblement immobile pendant une
durée
supérieure à un seuil de durée prédéterminé.
Un ou plusieurs tests peuvent être effectués pour détecter que le corps
principal est dans un état sensiblement immobile, par exemple pour détecter
l'activation d'un frein de parc, la désactivation d'une transmission
(débrayage par
électrovanne ou relais de commande électrique) la descente des pieds
stabilisateurs
5 en appui au sol, ou une condition basée sur la vitesse de déplacement du
corps
principal.
Selon un mode de réalisation, la machine comporte en outre un capteur de
vitesse de déplacement configuré pour mesurer une grandeur représentative
d'une
vitesse de déplacement du corps principal, et
l'unité de commande est configurée pour détecter que le corps principal est
resté
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dans l'état sensiblement immobile en fonction de la grandeur représentative
d'une
vitesse de déplacement du corps principal.
Selon un mode de réalisation, quand le mode de fonctionnement renforcé
est sélectionné, l'unité de commande est configurée pour déterminer un seuil
représentatif d'une vitesse maximale autorisée en fonction de la grandeur
indicative
du moment de basculement,
comparer la grandeur représentative de la vitesse du mouvement exécuté ou à
exécuter au 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
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, dans le mode de fonctionnement renforcé, un
mouvement du bras de manutention 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.
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
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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
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, la machine comporte en outre un organe de
contrôle actionnable par un opérateur pour produire un signal de demande de
mouvement destiné à influencer le dispositif d'actionnement pour faire
exécuter ou
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faire arrêter un mouvement du bras de manutention par le dispositif
d'actionnement
en réponse au signal de demande de mouvement.
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
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.
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La grandeur représentative de la vitesse exploitée pour la commande de la
machine peut être déterminée de différentes manières.
Selon un mode de réalisation, le signal de demande de mouvement présente
un attribut représentatif d'une vitesse du mouvement à exécuter et l'organe de
contrôle est actionnable par l'opérateur 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.
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'opérateur 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'opérateur 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
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.
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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
5 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
10 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
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'opérateur
est fonctionnellement couplé, par exemple mécaniquement ou hydrauliquement, au
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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'opérateur 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'opérateur 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
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
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.
Selon des modes de réalisation, la machine de manutention ou le procédé
de signalisation peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes.
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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
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 du mode de fonctionnement
renforcé pouvant être utilisé dans le chariot télescopique.
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- La figure 3 est un diagramme d'étape représentant un procédé de
commande selon un deuxième mode de réalisation du mode de fonctionnement
renforcé 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 un diagramme représentant une machine à états
pouvant être utilisée dans le chariot télescopique.
- La figure 8 est une représentation schématique d'un dispositif
d'actionnement hydraulique selon un quatrième mode de réalisation pouvant être
utilisé 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.
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.
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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.
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
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
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
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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.
Toutefois, du fait des forces inertielles engendrées par la coupure du
mouvement,
5 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, dans un mode de fonctionnement renforcé, le système de
10 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
15 l'opérateur en actionnant l'organe de contrôle 12, et en particulier d'une
grandeur
quantitative produite par l'action de l'opérateur sur l'organe de contrôle 12
et
représentant un niveau de vitesse demandé par l'opérateur. 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 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
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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.
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
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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.
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.
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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'opérateur
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.
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.
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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.
La figure 7 représente une machine à états pouvant être mise en oeuvre par
l'unité de commande 10 pour activer sélectivement le mode de fonctionnement
renforcé décrit ci-dessus et un mode de fonctionnement simple.
Plus précisément, la machine à états comporte un état 72 mode de
fonctionnement renforcé dans lequel l'unité de commande 10 met en oeuvre le
mode de fonctionnement renforcé décrit ci-dessus pour tenir compte de forces
inertielles, en particulier dans des conditions où la prédiction des forces
inertielles
basée sur la vitesse présente un degré de précision du fait de l'immobilité du
châssis
2, et un état 73 mode de fonctionnement simple dans lequel l'unité de
commande
10 met en oeuvre un mode de fonctionnement différent, sans prise en compte de
la
vitesse de mouvement du bras de manutentions. Le mode de fonctionnement simple
assure néanmoins une certaine stabilité du chariot télescopique.
Dans l'état 73, l'unité de commande 10 met en oeuvre un procédé de
commande du bras de manutention 6 qui repose par exemple essentiellement sur
la
mesure de moment de basculement, en exécutant le mouvement demandé tant que
le moment de basculement est inférieur à un seuil prédéfini, et en arrêtant le
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mouvement dès que le moment de basculement franchit ce seuil. La condition
d'arrêt
est donc le franchissement du seuil prédéfini par le signal de mesure
indicatif du
moment de basculement. En ce qui concerne le capteur 11 positionné au niveau
de
l'essieu arrière, son signal de mesure (traduisant par exemple la flexion d'un
bras de
5 support de
roue) va diminuer à mesure que le moment de basculement augmente. La
condition d'arrêt peut donc être plus précisément le franchissement d'un seuil
par le
bas par le signal de mesure du capteur 11. Il s'entend que le mouvement
demandé
peut être une combinaison de mouvements et n'est pas restreint à un mouvement
unitaire.
10 De retour
à la figure 1, on a représenté un organe sélecteur 70 dans
l'habitacle du chariot télescopique. L'organe sélecteur 70 est destiné à être
actionné
par l'opérateur pour sélectionner à son choix le mode de fonctionnement
renforcé et
le mode de fonctionnement simple. Ainsi, comme indiqué sur la figure 7, depuis
l'état
72, l'opérateur peut exercer une première action 74 sur l'organe sélecteur 70
pour
15 passer dans l'état 73. Réciproquement, depuis l'état 73, l'opérateur peut
exercer une
deuxième action 75 sur l'organe sélecteur 70 pour passer dans l'état 72. Selon
la
réalisation concrète de l'organe sélecteur 70, la première action 74 et la
deuxième
action 75 peuvent être des actions identiques, successives dans le temps, par
exemple dans le cas où l'organe sélecteur 70 est un bouton poussoir commutant
20 alternativement dans l'état 72 et dans l'état 73 à chaque pression
successive qu'il
reçoit. Inversement la première action 74 et la deuxième action 75 peuvent
être des
actions différentes, par exemple dans le cas où l'organe sélecteur 70 est un
organe
bistable pouvant être déplacé sélectivement dans une première position stable
pour
passer dans l'état 72 et dans une deuxième position stable pour passer dans
l'état
73.
La figure 7 montre aussi que l'unité de commande 10 dans l'état 73 teste en
permanence une condition de retour 76 pour revenir à l'état 72 dès que la
condition
de retour 76 est satisfaite.
La condition de retour est fondée sur la détection que le châssis 2 du chariot
télescopique est dans un état sensiblement immobile depuis une durée
supérieure à
un seuil prédéterminé. Un critère pouvant être appliqué pour détecter l'état
sensiblement immobile est que la vitesse de déplacement du châssis 2 soit
inférieure
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à un seuil prédéfini, par exemple 0,3 m/s. Pour tester la condition de retour
76, l'unité
de commande peut mesurer une grandeur représentative de la vitesse de
déplacement du châssis 2 et compare cette grandeur au seuil prédéfini.
La condition de retour 76 peut aussi comporter plusieurs conditions
alternatives ou cumulatives impliquant que le corps de la machine est
sensiblement
immobile. Dans un mode de réalisation, la condition de retour 76 est aussi
satisfaite
dès que l'un des événements suivants est détecté :
- activation d'un frein de parc,
- désactivation d'une transmission (débrayage par électrovanne
ou relais de commande électrique),
- descente des pieds stabilisateurs 5 en appui au sol, manifestant
l'intention de stabiliser la machine en soulevant les roues du sol.
De nombreuses techniques sont utilisables pour mesurer une grandeur
représentative de la vitesse de déplacement du châssis 2, par exemple en
exploitant
les mesures fournies par un ou plusieurs capteurs de vitesse de roues 71, qui
sont
illustrés schématiquement sur la figure 1.
Le seuil de durée peut être fixé en fonction des exigences de l'application
donnée, par exemple entre 1s et 1000s, et de préférence entre 5s et 100s.
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
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. Il s'entend que le mouvement demandé peut être une
combinaison de mouvements et n'est pas restreint à un mouvement unitaire.
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La figure 8 illustre un autre système de commande des mouvements du bras
de manutention 6. Dans ce système on a représenté trois actionneurs
responsables
des mouvements selon trois degrés différents, à savoir :
- un actionneur de levage/abaissement 108 responsable des mouvements
de pivotement autour de l'axe 7, dénotés levage L+ et abaissement L-,
commandé par un distributeur hydraulique 131
- un actionneur de télescopage 308 responsable des mouvements de
translation le long de l'axe du bras de manutention 6, dénotés
allongement T+ et rétraction T-, commandé par un distributeur
hydraulique 231, et
- un actionneur d'outil 208 responsable des mouvements de pivotement
de l'outil autour de l'axe 15, dénotés redressement I+ et abaissement l-,
commandé par un distributeur hydraulique 331.
A titre illustratif, les distributeurs hydrauliques 131, 231, 331 sont des
distributeurs à commande électrique. Les mêmes chiffres de références que sur
la
figure 6 sont donc employés pour désigner des éléments identiques ou
similaires.
Les procédés d'arrêt des mouvements décrits plus haut peuvent être
appliqués bien sûr au mouvement d'abaissement L-, comme déjà décrit, mais
aussi
au mouvement d'allongement T+ et éventuellement à d'autres mouvements.
Lorsque l'unité de commande 10 arrête ou empêche automatiquement un
mouvement, du fait que la condition d'arrêt est satisfaite, certains degrés de
mouvement peuvent rester exécutables par l'opérateur pendant que d'autres sont
interdits. De préférence, le mouvement de levage L+ et le mouvement rétraction
T-
restent exécutables puisqu'ils contribuent à diminuer le moment de
basculement,
Les degrés de mouvement restant exécutables lorsque la condition d'arrêt
d'un mouvement est satisfaite ne sont pas forcément les mêmes dans l'état 72
et
dans l'état 73. Par exemple, lorsque la condition d'arrêt d'un mouvement
d'abaissement L- est satisfaite dans l'état 72 (mode de fonctionnement
renforcé
sélectionné), les mouvements de redressement I+ et d'abaissement l- sont
également
bloqués, alors que ces mouvements restent exécutables lorsque la condition
d'arrêt
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d'un mouvement d'abaissement L- est satisfaite dans l'état 73 (mode de
fonctionnement simple sélectionné).
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
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,
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.
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
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
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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.
