FR3102646A1 - Cellule robotisee pour preparer et delivrer de la glace alimentaire artisanale en portions de maniere automatique - Google Patents

Abstract

Une cellule robotisée pour préparer et délivrer des glaces alimentaires artisanales d’une manière automatique comprend un robot (1) qui réalise des manipulations à plusieurs postes (4,9,6). Des bacs à glace (36) contenant de la glace en vrac sont déposés sur des supports, sur un circuit guidé. Un détecteur laser à balayage (32) peut scanner un bac à glace au niveau d’un poste de profilométrie 3D (4) pour identifier la morphologie d’un volume de glace (30) résiduel dans le bac. Cette information est ensuite envoyée (43) à un ordinateur (10) pour définir des trajectoires d’un outil portionneur (13) du robot. La glace prélevée par le robot au niveau d’un poste de portionnage (9) est déposée dans un cornet qui est ensuite délivré à l’utilisateur au niveau d’un poste de délivrance (6). La cellule peut être installée dans une camionnette, un kiosque ou chez un glacier artisanal. Figure pour l’abrégé : Figure 10

Description

CELLULE ROBOTISEE POUR PREPARER ET DELIVRER DE LA GLACE ALIMENTAIRE ARTISANALE EN PORTIONS DE MANIERE AUTOMATIQUE

La présente invention se rapporte de manière générale à la préparation et à la délivrance de glace alimentaire artisanale en portions pour consommation immédiate par un consommateur.

Elle concerne plus particulièrement une cellule robotisée pour préparer et délivrer à un consommateur de la glace artisanale en portions de manière automatique.

L'invention trouve des applications, en particulier, dans le domaine des machines et équipements pour le commerce de détail de glace alimentaire, dans une camionnette, un kiosque, chez les glaciers et marchands ambulants.

Lorsque la chaleur de l’été arrive, la crème glacée devient l’un des produits alimentaires préféré des consommateurs dans le monde entier. Les consommateurs attendent parfois de longs moments dans une file d'attente devant un glacier pour être servis par un opérateur ou une opératrice de vente, qui prépare et leur délivre de la glace en portions pour une consommation immédiate. Cette attente est une source de désagréments pour les consommateurs. Elle est aussi un facteur de limitation du chiffre d’affaire des glaciers, car certains clients renoncent à l’achat d’une glace lorsque le temps d’attente est trop long. En outre, la préparation et la délivrance des glaces, dans ces conditions, est une tâche difficile et fatigante pour les opérateurs de vente.

Malgré les avancées impressionnantes de ces dernières années dans l’automatisation et la robotisation des tâches qui incombent à l’être humain, les applications de ces technologies sont très peu nombreuses dans le domaine des machines et équipements pour le commerce de détail de produits alimentaires comme la glace.

On connaît depuis longtemps des machines réfrigérantes conçues pour délivrer de la crème glacée molle (ou « soft ice cream » en anglais), qui est un type de crème glacée ayant une texture de mousse très aérée. En France, on parle aussi de machines à glace « à l’italienne » pour désigner ces machines, bien que ce type de glace ne soit pas d’origine italienne mais plutôt américaine. Une telle machine réfrigérante comprend un groupe de froid, un moteur, un bac contenant le mix liquide et se situant généralement en haut de la machine, un cylindre avec des pales en hélice, et une manette qui peut ouvrir une trappe de sortie se situant en bout du cylindre généralement en bas de la machine, pour délivrer la crème glacée légèrement sous pression. La crème glacée sort directement dans un cornet ou un pot qui est tenu à la main par l’opérateur juste en dessous de la trappe pendant qu’il actionne la manette pour laisser sortir la crème glacée. L’opérateur peut donner à la portion de glace une forme de spirale, en faisant faire au cornet ou au pot des cercles dans un plan horizontal pendant la sortie de la crème glacée de la trappe. La glace ainsi obtenue peut alors se tenir, sans s’effondrer malgré sa structure légère et aérée. Le volume de la portion de glace ainsi préparée dépend du temps d’ouverture de la trappe, laquelle est commandée manuellement par l’opérateur à l’aide de la manette. Cette machine permet de gagner du temps pour la préparation et la délivrance d’une portion de glace en cornet ou en pot. C’est pourquoi ce type de glace est servi, notamment, dans les établissements des chaînes de restaurant rapide (« fast food » en anglais). Toutefois, la machine demeure purement mécanique, en ce sens que son utilisation pour préparer et délivrer des portions de crème glacée molle requiert toujours l’intervention d’un opérateur humain.

La volonté de robotiser ces opérations, qui sont répétitives et pénibles pour l’opérateur, a conduit la sociétéROBOFUSION ICE CREAMà proposer à partir de 2013 une cellule robotisée pour délivrer de la crème glacée molle en libre-service. Dans cette cellule, un robot présente le cornet devant une machine qui délivre une dose de crème glacée molle. L’utilisateur peut commander le produit et la quantité de son choix, et payer directement sur la cellule robotisée en libre-service.

En 2016, cette même société a aussi proposé une cellule robotisée baptisées « Reis & Irvy’s Frozen yogurt »™, qui prépare et délivre du yahourt glacé dans une coupelle grâce à un robot à quatre degrés de liberté. Cette cellule robotisée est décrite dans les demandes de brevet WO 2012064382 A1 et WO 2007090165 A2.

Dans le même genre, on peut aussi citer le robot japonais connu sous le nom de « Yaskawa-kun »™ qui prépare la crème glacée molle. Il suffit pour cela au consommateur d’indiquer la composition de la glace choisie sur un pupitre, pour que le robot s’exécute et délivre automatiquement un cornet de crème glacée.

Un point commun à toutes les machines ou cellules robotisées de l’art antérieur mentionnées ci-dessus, est qu’elles ne sont adaptées que pour la préparation et la délivrance de crème glacée molle. Notamment, les trois cellules robotisées identifiées ci-dessus utilisent toutes le principe de fonctionnement des machines mécaniques antérieures pour la préparation des doses de crème glacée.

Or, ce principe n’est valable que pour la préparation de crème glacée molle, pour laquelle la glace sort de la machine sous la forme d’une émulsion très fine faiblement compactée, qui peut incorporer jusqu’à 80% d’air. Sa tenue exceptionnelle est obtenue grâce notamment à des agents de texture comme de la gomme de cellulose, de la gomme de guar, etc. Mais la fonte rapide en bouche révèle le manque de tenue véritable. Les aromes sont rarement naturels et l’ajout d’exhausteurs de goût est nécessaire pour que la glace ne soit pas insipide. C'est aussi la raison pour laquelle on y ajoute souvent des garnitures par-dessus (« toppings » en anglais), comme un nappage de chocolat, de caramel ou de coulis de fraise très sucré, ou des fruits secs divers. Cela permet d’améliorer l’aspect visuel et de donner de la saveur. De fait, les crèmes glacées molles sont souvent préparées à base d’ingrédients peu chers, parfois de mauvaise qualité, en général issus de l’industrie agroalimentaire et fournis aux glaciers sous la forme de poudres à mélanger avec de l’eau ou du liquide livré dans des bidons industriels de grande contenance. Tout ceci en fait un produit de qualité industrielle, bon marché, et donc plutôt bas de gamme en réalité.

Pour la préparation et la délivrance de glaces en portions issues de la fabrication artisanale, qui vise à la fourniture de glace de qualité à des consommateurs plus exigeants, les machines et les cellules robotisées précitées ne sont pas utilisables. En effet, il s’agit de glace plus dense, avec une texture plus compacte.

Contrairement au fonctionnement des machines pour la préparation de crème glacée molle, la préparation de portions de glace artisanale requiert le maniement d’un outil portionneur, tel qu’une cuillère à glace, pour générer des portions de glace à partir d’un pin de glace en vrac contenu dans un bac à glace. Par exemple, pour former des boules de glace, l’outil comprend généralement une coupelle demi-sphérique dont le diamètre définit celui de la boule de glace à former. A cet effet, l’outil est plongé dans le bac à glace avec une composante principale du mouvement correspondant qui est dirigée suivant l’axe vertical (axe Z), vers le bas. Il est alors tourné à la main dans le pin de glace pour former une boule dans la coupelle demi-sphérique, puis remonté vers le haut par l’opérateur de vente, afin d’extraire la boule de glace du bac et la déposer dans un contenant, par exemple un cornet ou une coupelle.

L’opération pour prélever et déposer la glace dans un cornet ou dans une coupelle nécessite un soin particulier de la part de l’opérateur de vente. Il n’y a pas de machine qui fait le dosage, celui-ci résultant uniquement du geste accompli par l’opérateur lorsqu’il plonge l’outil portionneur dans le bac à glace et le tourne pour former la boule de glace à prélever. Cette opération de prélèvement se fait manuellement.

Dans les solutions réussies de l’état de la technique précité pour préparer et délivrer de la crème glacée molle en portions, la portion de glace est toujours déposée par une machine. Le robot des cellules robotisées identifiées ne réalise pas le mouvement pour enlever la glace mais seulement pour bouger le cornet en face de la machine qui dépose la glace, puis pour déposer le cornet à la disposition de demandeur.

Pour la préparation et la délivrance de glace artisanale en portions, on connait la cellule « Ice Cream Robot » de Berlin, qui emploie le petit robot français Nao afin de vendre des glaces artisanales. Le processus de commande est automatisé et le client choisit ses parfums sur une borne. Mais le dosage des glaces se fait toujours manuellement par un opérateur. Ensuite, la glace est simplement amenée vers le client consommateur par le robot mobile Nao.

Le robot divulgué dans le brevet EP 3333815 A1 réalise quant à lui l’opération pour prélever la glace artisanale dans un bac à glace. Pour préparer et délivrer un cornet de la glace artisanale, le robot est équipé de deux bras. Le premier bras tient le cornet et le second bras délivre une dose de glace en utilisant une cuillère qui prélève la glace dans plusieurs bacs. Ce document a divulgué pour la premier fois une cellule robotisée pour délivrer de la glace artisanale, dont des portions sont prélevées par un robot avec un outil portionneur plongeant dans un bac à glace contenant de la glace en vrac.

Cependant, il n’est pas enseigné dans le document EP 3333815 A1 comment le robot gère les trajectoires de l’outil lorsque la quantité de glace dans le bac est différente au début de chaque opération. On peut penser qu’il y a des trajectoires prédéfinies au démarrage, ce qui nécessite un volume de glace initial dans le bac qui soit identique à un volume de référence, et implique donc l’intervention humaine, ce qui peut forcément causer une erreur inattendue. En effet, il semble que dans le document EP 3333815 A1, les bacs sont remplis au démarrage avec une quantité de glace spécifiée, à une hauteur donnée h0, et que le robot réalise les opérations pour prélever la glace dans le bac sur la base cette information. Ensuite, le robot mémorise des données relatives à la quantité de glace restant dans chaque bac à glace, jusqu'à qu’il ait fini de vider le bac. Un changement de bac est alors réalisé manuellement avec un nouveau bac, empli à une hauteur h0, et une initialisation des données du robot est réalisée.

Il apparaît qu’il est souhaitable la gestion des trajectoires pour prélever la glace d’une manière précise et en toute autonomie.

L'invention propose d’adresser ce problème en ajoutant à la cellule robotisée un moyen de détection 3D qui permet, avant chaque opération de préparation d’une glace comprenant une ou plusieurs portions de glace prélevées successivement dans un bac à glace, et pour chaque parfum c’est-à-dire pour chaque bac à glace concerné par l’opération, de mesurer la quantité de glace restant dans le (ou les) bac(s) à glace concerné(s). Ainsi, le robot a toujours les coordonnées réelles du volume de glace présent dans le bac à glace au moment d’y plonger l’outil portionneur afin de prélever une portion de glace. Le robot peut donc agir correctement pour faire une dose de glace précise, et à chaque fois identique. Ceci est favorable au respect de critères de qualité des portions de glace délivrées aux consommateurs, tant en termes quantitatif qu’en termes de présentation du produit, c’est-à-dire de glaces formées de boules ayant à chaque fois le bon volume et la bonne forme.

A cet effet, un premier aspect de l’invention propose une cellule robotisée pour préparer et délivrer à un consommateur de la glace alimentaire en portions de manière automatique, comprenant :
- un ordinateur ;
- un poste de délivrance de la glace, où une ou plusieurs portions de glace peuvent être délivrées à des consommateurs dans un contenant déterminé ;
- au moins un support de bac à glace, apte à maintenir un bac à glace qui est adapté pour contenir de la glace en vrac ;
- au moins un robot piloté par l’ordinateur, et adapté pour extraire au moins une portion de la glace présente dans le bac à glace au moyen d’un outil portionneur porté par le robot, sous la commande de l’ordinateur, le mouvement dudit outil portionneur comprenant une composante verticale vers le bas non nulle pour plonger dans le bac à glace afin de prélever la portion de glace dans le bac à glace, le robot étant en outre adapté pour déposer la portion de glace prélevée dans un contenant qui peut être rendu accessible par le consommateur au niveau du poste de délivrance ; et,
- un profilomètre 3D adapté pour acquérir des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel dans le bac à glace, et pour communiquer lesdites informations à l’ordinateur pour le pilotage du robot selon une trajectoire de l’outil portionneur qui est définie par ladite unité de commande en fonction desdites informations, en vue de l’extraction de la portion de glace depuis le bac à glace.

Grâce à l’invention, la cellule robotisée assure la gestion des trajectoires du robot pour prélever la glace dans chaque bac à glace d’une manière précise, et en toute autonomie. L’utilisation d’un système de détection en permanence de la quantité de la glace présente dans le bac à glace réduit en effet le risque de décalage des trajectoires du robot par rapport à ce qui est nécessaire pour prélever la quantité de la glace voulue, en tenant compte du volume résiduel de la glace présente dans le bac et de sa localisation dans le bac.

Avantageusement, le robot peut gérer ce type d’opération d’une manière améliorée par rapport à l’art antérieur illustré par le document EP 3333815 A1 car l’invention supprime toute intervention humaine, sachant que l’appréciation par l’être humain n’est pas infaillible et que la moindre erreur humaine peut conduire à la défaillance de fonctionnement du robot qui nuit à la qualité de la composition et de la présentation des glaces qui sont délivrées.

On entend ici par « profilomètre 3D » un appareil destiné à relever des profils à trois dimensions. Selon les applications et la technologie du profilomètre, les profils habituellement relevés sont des profils topographiques (pour la cartographie d’un terrain survolé par un profilomètre ou profilographe aéroporté, par exemple), des profils de chaussées (dans le domaine de la construction et de l’entretien des voies de circulation, i.e., des routes), ou des profils de l’état de surface de matériaux (dans l’industrie de fabrication des matériaux semiconducteurs, par exemple, notamment dans le but d’en évaluer la planéité et/ou la rugosité). Les profilomètres connus peuvent être, selon les applications, des profilomètres à contact, des profilomètres optiques à balayage, ou des profilomètres optiques matriciels. Les profilomètres à contact et les profilomètres optiques sont munis, d'un capteur de distance qui mesure l'altitude Z d'un seul point (X,Y) de la surface à la fois. Dans un profilomètre optique à balayage, le capteur est déplacé de manière à décrire un segment (mesure de profil Z=f(X), ou profilométrie, en 2D) ou un rectangle (mesure de surface Z=f(X,Y), ou topographie, en 3D).

Dans l’application envisagée, le profilomètre 3D est par exemple un profilomètre optique à balayage comprenant un capteur laser à triangulation. Un tel profilomètre permet la mesure en 3D de l’altitude du point visé avec des amplitudes plus importantes qu’avec un autre type de capteur, comme un capteur confocal chromatique ou un capteur autofocus, par exemple.

La cellule robotisée selon le premier aspect de l'invention peut comprendre, en outre, les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison.

La cellule robotisée peut comprendre un système d’entraînement motorisé apte à causer le déplacement du support de bac à glace le long d’un chemin guidé entre un poste de mesure profilométrique 3D de la cellule qui est équipé du profilomètre 3D, d’une part, et un poste de portionnage de la cellule où une portion de glace peut être prélevée dans le bac à glace par le robot, d’autre part.

Le profilomètre 3D peut comprendre un détecteur laser 2D à balayage, adapté pour scanner le contenu du bac à glace qui est maintenu dans le support de bac à glace lorsqu’il est immobilisé au niveau du poste de mesure profilométrique 3D.

Le détecteur 2D à balayage peut être monté sur une tête mobile agencée pour pouvoir se déplacer suivant la direction d’un axe Y perpendiculaire à l’axe X de déplacement du support de bac à glace le long du chemin guidé.

Le détecteur laser 2D à balayage peut comprendre un capteur laser à triangulation.

La cellule robotisée peut comprendre une pluralité de supports de bacs à glace respectifs aptes, chacun, à être entraîné par le chemin guidé et à maintenir un bac à glace respectif, et la cellule peut comprendre en outre des dispositifs d’identification respectivement associé à chacun desdits bacs à glace et adapté chacun pour stocker un identifiant unique dudit bac.

Le dispositif d’identification peut être lisible par un premier dispositif de lecture automatique agencé au niveau du poste de mesure profilométrique 3D, et le profilomètre 3D peut être configuré pour communiquer à l’ordinateur les informations relatives à la morphologie de la glace restante dans un bac à glace déterminé en référence à l’identifiant dudit bac à glace lu par le premier dispositif de lecture.

Des paramètres de fonctionnement du profilomètre 3D pour l’acquisition des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel dans le bac à glace peuvent être réglables en fonction de l’identifiant dudit bac à glace lu par le premier dispositif de lecture.

Les paramètres de fonctionnement du profilomètre 3D peuvent comprendre la durée d’exposition, la puissance d’émission de lumière laser incidente et/ou la sensibilité à la lumière laser réfléchie du détecteur laser 2D à balayage.

Le détecteur laser 2D à balayage peut comprendre une caméra optique dont le point focal est équipé d’un dispositif de mise au point automatique en fonction de la distance entre le détecteur laser 2D et le volume de glace résiduel dans le bac à glace.

Le dispositif d’identification peut en outre être lisible par un second dispositif de lecture automatique agencé au niveau du poste de portionnage et couplé à l’unité de commande, et l’ordinateur peut être configurée pour piloter le robot pour l’extraction de la portion de glace depuis le bac à glace, selon une trajectoire qui est déterminée par référence à l’identifiant dudit bac à glace lu par le second dispositif de lecture.

De plus, par rapport à la cellule robotisée décrite dans le document EP 3333815 A1 qui utilise deux bras robotisés dont un pour tenir le cornet, le changeur outils qui peut être utilisé avec le robot dans des modes de réalisation de la présente invention permet de réaliser cette tâche avec le même robot portant un autre outil, dédié à cette tâche. On économise donc un bras robotisé.

En outre, un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de pilotage du robot d’une cellule robotisée selon le premier aspect ci-dessus, comprenant :
- l’acquistion par le profilomètre 3D des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel dans un bac à glace, et la communication desdites informations à l’ordinateur ;
- la définition par l’ordinateur d’au moins une trajectoire de l’outil portionneur en fonction des informations acquises, en vue de l’extraction d’au moins une portion de glace depuis le bac à glace ; et,
- le pilotage du robot en fonction de la trajectoire définie, pour extraire la portion de la glace depuis le bac à glace au moyen de l’outil portionneur.

Un troisième aspect de l’invention concerne un programme informatique comprenant des instructions qui, lorsque le programme informatique est chargé dans la mémoire d’un ordinateur et est exécuté par un processeur dudit ordinateur, causent la mise en œuvre par l’ordinateur de toutes les étapes du procédé selon le deuxième aspect ci-dessus.

Enfin, un quatrième aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement tangible, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré de manière non-transitoire le programme informatique selon le troisième aspect ci-dessus.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue générale de la cellule robotisée selon des modes de réalisation de l’invention ;
La figure 2 est une vue du magasin à outils du robot de la cellule robotisée de la figure 1 ;
La figure 3 est une vue du porte-outil du robot de la cellule robotisée de la figure 1 ;
La figure 4 est une vue d’un premier outil du robot de la cellule robotisée de la figure 1, monté sur le porte-outil de la figure 3 ;
La figure 5 est une vue d’un deuxième outil du robot de la cellule robotisée de la figure 1, monté sur le porte-outil de la figure 3 ;
La figure 6 est une vue d’un troisième outil du robot de la cellule robotisée de la figure 1, monté sur le porte-outil de la figure 3 ;
La figure 7 est une vue en coupe du troisième outil de la figure 6 ;
La figure 8 est une vue du circuit d’entrainement de la cellule robotisée de la figure 1 ;
La figure 9 est une vue d’un mode de réalisation du profilomètre 3D de la cellule robotisée de la figure 1 ;
La figure 10 est un schéma fonctionnel qui illustre la détection de volume à partir de données 3D acquises par le profilomètre 3D de la figure 9 ;
La figure 11 est une vue du magasin à cornets de la cellule robotisée de la figure 1, illustrant la de prise d’un cornet par le robot ;
La figure 12 est une première vue du poste de délivrance de glace de la cellule robotisée de la figure 1, illustrant la dépose d’un cornet par le robot en vue de son remplissage par une ou des portions de glace ;
La figure 13 est une première vue du poste de portionnage de glace de la cellule robotisée de la figure 1 illustrant la prise d’une portion de glace dans un bac à glace par le robot, en vue du remplissage du cornet montré à la figure 12 ;
La figure 14 est une seconde vue du poste de délivrance de glace de la cellule robotisée de la figure 1, illustrant la délivrance à un consommateur d’un cornet à glace garni d’une ou plusieurs portions de glace par le robot ;
La figure 15 est une seconde vue du poste de renouvellement d’un bac à glace de la cellule robotisée de la figure 1 ; et,
La figure 16 est une deuxième vue du poste de portionnage de glace de la cellule robotisée de la figure 1, illustrant le remplacement d’un bac à glace par le robot.

Dans la description de modes de réalisation qui va suivre et dans les Figures des dessins annexés, les mêmes éléments ou des éléments similaires portent les mêmes références numériques aux dessins. A moins que ceci apporte un complément d’information utile à la clarté de l’exposé dans son ensemble, des éléments apparaissant plusieurs fois sur des figures différentes auxquelles il sera fait référence successivement, ne seront pas décrits à chaque fois en détail, afin de ne pas alourdir inutilement la description.

Les glaces sont des denrées alimentaires dans la composition desquelles peut entrer tout ingrédient alimentaire (dont les additifs et aromes) autorisé par la réglementation en vigueur. Les glaces sont d'une consistance pâteuse ou solide. Elles sont obtenues par congélation ou surgélation, et sont stockées, transportées, délivrées au consommateur, et consommées par lui sous la forme congelée.

Les glaces alimentaires se répartissent en plusieurs catégories, dont les principales sont les glaces, les crèmes glacées et les sorbets :
- la glace est obtenue par la congélation d'un mélange pasteurisé de lait et/ou d'ingrédients à base d'œufs et/ou d'ingrédients d'origine végétale et/ou de gélatine et de sucre, aromatisée aux fruits ou à d’autres saveurs. Ainsi, il est possible de trouver sur le marché des glaces à l’eau, des glaces au lait, des glaces aux œufs, et même des glaces végétales (ou glaces au soja) lorsque des protéines végétales sont utilisées, par exemple le tonyu (couramment appelé jus de soja) ;
- la crème glacée est obtenue par congélation d'un mélange pasteurisé de lait, de crème et de sucre, aromatisé aux fruits, éventuellement additionné de protéines laitières ; et, enfin,
- le sorbet est obtenu par congélation d'un mélange d'eau potable, de sucres, de fruits ou de légumes, et éventuellement d’alcool, d'épices ou de plantes, sans aucune matière grasse ajoutée.

Une portion de glace désigne une quantité de glace de volume et de forme déterminées, obtenue à l’aide d’un outil portionneur particulier, appelé « portionneur à glace » tel qu’une cuillère à glace. Un tel portionneur à glace, qu’il soit eutectique ou non, permet de former des portions de glace à partir d’un pin de glace présent dans un bac à glace contenant de la glace en vrac. Une portion de glace courante est, typiquement, une boule de glace. La boule de glace a un diamètre déterminé qui dépend essentiellement de la forme du portionneur à glace qui l’a produite. En pratique, la qualité de la boule de glace (densité, volume, forme) dépend aussi du mouvement qu’on imprime à la cuillère à glace pour plonger dans le bac à glace et en extraire une portion de glace.

Les « glaces à boule » sont des produits comprenant de la glace sous forme de boules prélevées à l’aide d’un portionneur à glace de forme adaptée et plongé dans un bac à glace contenant de la glace en vrac, pour la formation de chaque boule, selon un mouvement déterminé. Les boules sont ensuite déposées dans un contenant alimentaire, qui est lui-même comestible ou non, en vue de leur délivrance et de leur consommation immédiate, sous la forme congelée, par le consommateur.

Plus précisément, la boule de glace est formée en plongeant le portionneur à glace vide dans un volume de glace présent dans le bac à glace, avec un mouvement comprenant une composante verticale vers le bas non nulle pour former une portion de glace dans le portionneur, d’une part, puis en retirant le portionneur chargé de glace du bac à glace afin d’extraire ladite portion de glace dudit bac à glace, d’autre part. Plusieurs portions de glace identiques peuvent être extraites successivement du même bac à glace, lors d’une même opération (c’est-à-dire pour emplir un même contenant en vue de sa délivrance à un consommateur déterminé) ou non, en répétant ce mouvements plusieurs fois avec, à chaque fois le portionneur à glace vide. L’homme du métier appréciera que ce mouvement répété doit toutefois être appliqué, à chaque fois, dans une zone du bac à glace différente d’une zone dont une portion de glace a déjà été précédemment extraite, afin d’atteindre un volume de glace résiduel dans le bac pour former une portion de glace effective (par exemple une boule de glace de forme complète et avec une densité de glace homogène). Une zone du bac à glace est ici considérée comme un volume, i.e. une zone à trois dimensions, comprise dans le volume interne du bac à glace.

Les contenants concernés peuvent être des cornets à glace, ou cônes. Les cornets peuvent être composés d’une fine gaufre moulée ou roulée, selon un modèle qui peut varier en longueur et/ou en diamètre pour répondre au mieux aux attentes des consommateurs. Par exemple, des cornets peuvent être disponibles dans trois formats pour une, deux ou trois boules (par exemple de diamètre égal à 50, 60, ou 80 millimètres, respectivement). En variante, les contenants peuvent être des coupes réalisées par exemple dans les mêmes matières comestibles que les cornets précités, ou en matières non comestibles comme des coupes de papier, de matière cartonnée, de verre ou de métal.

La crème glacée molle est un type de crème glacée très aérée, généralement préparée dans une machine réfrigérante qui la sert directement dans le cornet, sans formation de boule(s), et donc sans outil portionneur au sens indiqué plus haut. Comme il a été exposé en introduction, une machine adaptée pour préparer des glaces molles en cornet ou en coupelle comprend un bac ou une poche contenant de la glace en vrac, avec un robinet.

Contrairement aux machines pour crème glacée molle ci-dessus, l’invention propose une cellule robotisée pour la préparation automatique de glaces à boules à l’aide d’un outil portionneur, tel qu’une cuillère à glace, à partir de glace artisanale en vrac disposée dans un bac à glace. Plus particulièrement, l’outil est plongé dans le bac à glace avec une composante principale du mouvement correspondant qui est dirigée suivant l’axe vertical (axe Z), vers le bas.

Lafigure 1est une vue générale de la cellule robotisée selon des modes de réalisation de l’invention. Dans l’exemple représenté, la cellule comprend :
- un robot 1 piloté par une unité de commande (non représentée à la figure 1), elle-même pilotée par un ordinateur à usage général ou un calculateur dédié ;
- des supports de bac à glace 35 ;
- un carrousel 2 avec un système d’entraînement des supports de bac à glace 35 le long d’un chemin guidé déterminé ;
- un poste 3 de changement d’outil du robot, accessible par le robot ;
- un poste 4 de mesure profilométrique de la quantité résiduelle de glace dans un bac à glace ;
- un poste 5 de stockage de contenants vides accessibles par le robot ;
- un poste 6 de délivrance à un consommateur de contenants emplis de glace en portion(s), dont une partie est accessible par le robot ;
- un poste 8 de remplacement des bacs à glace, accessible par le robot ; et,
- un poste 9 de portionnage de glace, accessible par le robot, dans lequel le robot peut prélever (avec un outil de portionnage adapté) des portions de la glace présente en vrac dans un bac à glace.

Dans l’exemple représenté à la figure 1, le robot 1 possède un unique bras articulé, avec six axes. Ce bras a la possibilité de travailler dans l’espace selon six degrés de liberté avec un rayon de travail qui donne au robot accès à chaque poste de la cellule avec lequel il coopère, et notamment aux postes 3, 5, 6, 8 et 9. Des robots plus ou moins complexes, avec plus ou moins de degrés de liberté, sont aussi envisageables. En outre, la cellule peut comprendre deux tels robots ou plus, selon sa taille et la cadence de préparation et de délivrance des glaces propres à chaque application (ou un robot avec plusieurs brase, ce qui revient au même).

La zone de l’espace située autour du robot 1 dans laquelle peut se déplacer le bras du robot équipé d’un outil, est appelée « zone de sécurité » du robot. Il est en effet nécessaire qu’aucune personne ne pénètre dans cette zone sans que le robot soit stoppé, sinon on ferait courir à la personne un risque pour sa sécurité, c’est-à-dire son intégrité physique.

Dans l’exemple représenté à la figure 1, les supports de bacs à glace 35 sont au nombre de dix. L’invention n’entend toutefois pas être limitée par le nombre de supports 35. La cellule comprend au moins un tel support, et en général une pluralité de tels supports, adaptés pour recevoir chacun un bac à glace contenant de la glace en vrac d’un parfum déterminé. Le nombre des supports de bacs à glace 35 de la cellule dépend du nombre de parfums offerts aux consommateurs. Ce nombre n’est limité que par les dimensions de la cellule qui déterminent son encombrement total, dans le respect des contraintes propres à chaque application, et bien entendu par la taille des bacs à glace que les supports 35 doivent recevoir et qui détermine la taille desdits supports.

La carrousel 2 sert à faire circuler les bacs à glace par les différents postes de travail de la cellule où ils sont utilisés. Il sert également à les présenter aux yeux des consommateurs potentiels pour leur donner envie de commander de la glace du parfum correspondant. Généralement, la cellule est adaptée pour présenter plusieurs bacs à glace, car plusieurs parfums sont proposés à la vente, pour une meilleure satisfaction des consommateurs. Plus le nombre de supports 35 de bacs à glace est important, plus le chemin guidé du système d’entraînement du carrousel 2 est long et peut avoir une forme complexe. Dans l’exemple représenté, ce chemin est un anneau de forme oblongue, avec deux grands côtés rectilignes et parallèles entre eux, reliés à chaque extrémité par une portion en arc de cercle respective, dont l’une au moins coopère avec une roue d’entraînement, et dont l’autre peut coopérer avec une roue de renvoi.

Le robot 1 est disposé devant l’un des deux grands côtés du chemin guidé du système d’entraînement du carrousel 2, sensiblement au milieu dudit grand côté, en position légèrement décalée vers une extrémité dudit grand côté, vers le poste de portionnage 9 dans l’exemple représenté. L’autre grand côté peut s’étendre devant une vitre (non représentée, mais qui vient dans le prolongement d’une portion de paroi 1 montrée à la figure) à travers laquelle des consommateurs potentiels peuvent voir défiler les bacs à glace et leur contenu. Ceci peut aider les consommateurs à faire le choix d’un ou plusieurs parfums de glace à commander.

On va maintenant décrire le poste 3 de changement d’outil du robot, en référence à lafigure 2. Dans le mode de réalisation montré à cette figure, le poste de changement d’outil 3 se confond avec un magasin à outils installé à une position dans la cellule qui est accessible par le robot 1, de manière que les outils soient à la portée du robot. Le magasin à outils 3 comprend trois outils dans l’exemple représenté : un outil portionneur 13, ou cuillère à glace ; une pince à cornet 14 ; et une pince à bac à glace 15. Chacun des outils est adapté pour être couplé de manière opérationnelle à l’extrémité du bras du robot 1, dont ils sont les accessoires. Les outils sont interchangeables, c’est-à-dire qu’un seul outil à la fois peut être couplé à l’extrémité du bras du robot, et que chacun d’eux peut être couplé à ladite extrémité du bras du robot pour être utilisé indépendamment des deux autres outils. La combinaison de ces trois outils interchangeables, qui sont accessibles dans le magasin à outils 3, permet au robot d’assurer le fonctionnement de la cellule d’une manière autonome. Cela signifie que le fonctionnement de la cellule a lieu sans intervention d’un opérateur humain pour les opérations courantes de préparation et de délivrance d’une glace à un consommateur. Bien entendu, la cellule et le magasin à outils 3 du robot 1 peuvent comprendre plus ou moins d’outils de types différents, le nombre de trois outils n’étant qu’un exemple. Le nombre et le type des outils dépendent des fonctions que le robot doit effectuer conformément aux modes de réalisation envisagés. En outre, un même magasin à outils peut comprendre un nombrend’exemplaires de chaque outil (ou au moins de certains des outils), oùnest un nombre supérieur à l’unité, par exemple si la cellule possèdenrobots distincts qui peuvent opérer simultanément. Dit autrement, les outils du magasin à outils 3 peuvent être partagés par plusieurs robots de la cellule auquel le magasin est accessible, et en outre le magasin peut comporter plusieurs fois un outil du même type afin que plusieurs de ces robots puissent utiliser le même type d’outil en même temps.

Comme montré à lafigure 3, une première partie 11 d’un changeur d’outil est fixé sur un flasque à l’extrémité du bras du robot 1. Le changeur d’outil permet au robot de changer d’outil automatiquement. Le changeur outils se compose de la partie 11 côté robot et d’une autre partie 12 du côté de chaque outil, laquelle est visible à la figure 2. Ces deux parties 11 et 12 sont complémentaires l’une de l’autre. Dit autrement, chacun des outils 13, 14 et 15 comprend une partie 12 d’un changeur d’outil du robot 1 qui est adaptée pour coopérer avec une partie 11 correspondante dudit changeur d’outil côté robot. Un piston de verrouillage à entraînement pneumatique garantit une connexion sûre entre la partie 11 du changeur d’outil coté robot et la partie 12 du changeur d’outil coté outil. Après le couplage des deux parties 11 et 12 du changeur d’outil, les passages pneumatiques alimentent automatiquement l'outil monté sur le robot 1, ce qui permet de piloter les vérins installés sur les différents outils.

Comme il a déjà été dit plus haut, plusieurs outils sont à la disposition du robot 1 dans le magasin à outils 3, procurant une flexibilité importante des tâches assurées par le robot dans le fonctionnement de la cellule. Principalement, dans l’exemple de réalisation considéré ici, le robot peut assurer les fonctions suivantes :
- portionnage de la glace présente, en vrac, dans un bac à glace au niveau du poste de portionnage 9, grâce à l’outil portionneur 13 ;
- collecte d’un cornet ou coupelle à glace dans le poste 5 de stockage de contenants vides, grâce à la pince 14, en vue de son remplissage avec de la glace en portion(s) ; et,
- remplacement d’un bac à glace vide par un bac à glace plein au niveau du poste 8 de remplacement des bacs à glace, grâce à la pince 15.

En référence à lafigure 4, l’outil 14 est équipé d’une pince parallèle avec deux mors élastiques qui permet de tenir un cornet délicatement sans le casser, pour l’apporter du poste de stockage 5 jusqu’au poste de délivrance 6. L’homme du métier appréciera qu’il est possible d’apporter une coupelle avec un outil ayant le même principe de pince et un mors de dimensions et/ou de forme adaptées aux dimensions et à la forme de la coupelle, respectivement.

En référence à lafigure 5, l’outil 15 est également équipé d’une pince parallèle avec deux mors, qui permet d’enlever un bac à glace 36 vide de son support sur le circuit guidé et de mettre un autre bac à glace plein à sa place. Le bac à glace plein arrive par le poste de replacement de bacs à glace 8, sans un accès humain dans la cellule. Ceci procure une fluidité de fonctionnement dans la cellule, puisque si le remplacement d’un bac vide par un bac plein était effectué par un opérateur, il conviendrait d’arrêter le fonctionnement du robot pendant l’intervention dudit opérateur pour des raisons de sécurité. Les bacs 36 sont par exemple équipés de deux oreilles 114 qui permettent au robot 1 de le saisir avec l’outil 15 et de déplacer un bac vide depuis le poste de portionnage 9 vers le poste de remplacement 8 puis, inversement, de déplacer un bac plein depuis le poste de remplacement 8 vers le poste de portionnage 9 afin de le déposer dans un support de bac à glace sur le carrousel 2.

La cuillère à glace 13 est représentée à lafigure 6dans une vue à trois dimensions, et à lafigure 7dans une vue en coupe longitudinale. Comme l’homme du métier pourra l’apprécier au vu de ces figures, l’outil 13 est piloté pneumatiquement par un vérin rotatif 22, de 180°de rotation. Un flasque 21 (ou bride) lie ensemble la partie 12 du changeur d’outil coté outil et le vérin rotatif 22. Un axe 24, qui s’étend à l’intérieur d’un tube support 25, transmet sélectivement la rotation de l’axe 23 du vérin 22 à une raclette de démoulage 28, pour détacher une portion de glace prélevée par le robot dans un bac à glace à l’aide d’une partie demi-sphérique 27 de la cuillère à glace, afin que cette portion de glace soit déposée dans un cornet ou une coupelle à glace au niveau du poste de délivrance 6. Un coussinet 26 permet d’avoir un centre de rotation rigide, pour éviter des frottements et favoriser la rotation de l’axe 24. Ce coussinet 26 est fixé sur le tube-support 25, en y étant mis en place, par exemple, par une insertion à force. Le tube-support 25 permet de coupler le coussinet 26 d’un côté, et la cuillère demi-sphérique 27 de l’autre côté. Au moment de la dépose de la glace dans le cornet, le vérin rotatif 22 tourne, ce qui permet à la raclette de démoulage 28 de tourner du même angle de rotation. Pour des raisons d’hygiène et de qualité de présentation de la qualité délivrée, il est possible d’avoir une cuillère à glace correspondant à chaque parfum. Dans ce cas-là, toutes les cuillères à glace ont avantageusement les mêmes dimensions afin de ne pas nécessiter de décalage des trajectoires du robot lors du portionnage.

En référence au schéma de lafigure 8, la glace est mise disposition dans des bacs à glace 36, qui peuvent être déposés par le robot dans des supports 35 de forme adaptée, sensiblement conforme à celle des bacs à glace 35 qu’ils sont destinés à, et adaptés pour recevoir. Plusieurs systèmes d’entrainement linéaires ou rotatifs peuvent être utilisés pour déplacer les supports 35 de bacs à glace de manière que lesdits bacs circulent entre les postes (ou stations) de travail de la cellule. Par exemple, on peut citer les solutions suivantes, qui peuvent être utilisées pour déplacer les supports 35 de bacs à glace dans la cellule :
- un système d’entraînement linéaire (ou XTS, de l’anglais « ex tended transport syst e m ») ;
- une table tournante ;
- un circuit entrainé ou circuit de guidage motorisé, avec un chemin d’entraînement de forme quelconque.

Dans l’exemple non limitatif qui est montré à la figure 8, chaque support 35 est fixé sur un chariot 37 à galets qui peut se déplacer sur un circuit de guidage motorisé formant le carrousel 2. Ce circuit est motorisé par un moteur d’entrainement qui coopère avec un bloc pallier 113 pour entraîner une courroie d’entrainement à forte résistance à la traction.

Un tel circuit entrainé est une solution économique, simple et qui répond au besoin d’une facile adaptation à toutes les applications particulières qui se distinguent par les dimensions et la forme de la cellule. Ce circuit est composé d’un châssis, un bloc-palier 113 formant une poulie avec roulements, un motoréducteur 111 comprenant le moteur d’entrainement, un rail de guidage 38 pour le guidage de précision des chariots 37 à galets, et la courroie d’entrainement qui transmet le mouvement de l’axe de sortie du motoréducteur aux chariots 37. L’homme du métier appréciera que les chariots 37 sont rigidement guidés par le rail de guidage 38.

Dans un mode de réalisation, les chariots 37 sont positionnés à intervalles réguliers suivant le chemin du carrousel 2. En outre, sur chaque chariot 37 on peut prévoir un indexeur représenté par le support de bac à glace 35, qui est fixé fermement sur ledit chariot et qui permet d’avoir une position précise du bac à glace 36 sur le chariot 37. Dans le contexte de la présente description, un « indexeur » est donc de manière générale un dispositif d’indexage qui permet de positionner précisément un équipage mobile sur les chariots 37 ou de positionner un bac à glace au niveau du poste 8 de remplacement des bacs vides. Cette procédure sera décrite en détail plus loin, en référence aux schémas des figures 15 et 16

Le bac à glace 36, une fois déposé dans un support de bac 35, a juste la possibilité de bouger selon l’axe Z, et vers le haut seulement. Les efforts pour prélever la glace sont dans les directions X ou Y, avec une composante non nulle dans la direction de l’axe Z, vers le bas. Il s’ensuit que, comme il est montré dans la partie droite de la figure 9, le bac à glace 36 est totalement bridé ou moment du prélèvement d’une portion de glace par la cuillère à glace 13 portée par le robot 1.

L’homme du métier appréciera que le circuit entrainé du carrousel 2 est disposé dans une chambre froide, ou une chambre refroidie, qui peut correspondre à l’enceinte de la cellule. La température dans cette chambre est une température de congélation adaptée à la conservation de la glace alimentaire. On protège ainsi la crème glacée des bacs 36 d’une température ambiante éventuellement trop élevée à l’extérieur de la cellule, notamment si la cellule est installée dehors en été, ou bien dans un bâtiment chauffé, par exemple une galerie d’un centre commercial, un hall d’aéroport ou de gare, etc.

Le carrousel 2 dessert au moins le poste de mesure profilométrique 4 et ensuite le poste de portionnage de la glace 9. Le carrousel peut avoir la possibilité de tourner dans les deux sens, pour optimiser le trajet du bac à glace 36 jusqu’au poste de mesure profilométrique 4, selon sa position courante dans le carrousel 2. De cette manière, un bac à glace déterminé passe par le poste de mesure profilométrique 4 juste avant d’arriver au poste de portionnage 9. En passant au niveau du poste de mesure profilométrique 4, le bac est scanné par un profilomètre 3D, par exemple un profilomètre laser 3D, pour détecter le volume de la glace qui reste à ce moment-là dans le bac. Plus particulièrement, le profilomètre 3D est adapté pour acquérir des informations relatives à la morphologie du volume de glace résiduel dans le bac à glace, et pour communiquer lesdites informations à l’unité de commande du robot 1, afin de permettre le pilotage en conséquence du robot muni de l’outil portionneur pour prélever une ou plusieurs portions de glace dans le bac. Ainsi, lorsque le bac est stoppé au niveau du poste de portionnage 9 par l’arrêt de l’entrainement du carrousel 2, l’unité de commande du robot 1 dispose de données à jour relativement au volume résiduel de glace dans le bac 36 et à sa répartition spatiale dans ledit bac. Cela permet à l’unité de commande de définir des trajectoires pour l’outil 13 du robot 1 qui sont adaptées pour prélever une ou plusieurs portions de glace dans le bac à l’aide de l’outil portionneur 13.

Dans un mode de réalisation, le poste 4 de mesure profilométrique 3D et le poste 9 de portionnage de la glace sont indexés pour avoir une précision de positionnement. Un dispositif d’indexage des chariots 37, par exemple un système d’indexage pneumatique, peut être prévu à cet effet. Ceci permet de positionner les chariots 37 (et donc les supports de bacs à glace 35 fixés sur les chariots, et donc les bacs à glace 36 contenus dans lesdits bacs) avec précision en référence aux index des postes 4 et 9 sur le carrousel 2, pour réaliser avec précision la mesure profilométrique et le portionnage de la glace, respectivement.

Dans le mode de réalisation représenté aux figures, c’est le circuit entrainé du carrousel 2 qui fait tourner les bacs à glace 36 pour les ramener dans la zone de travail du robot 1 comprenant les postes 4 et 9 après défilement devant la vitrine d’exposition aux clients. L’homme du métier appréciera toutefois que, en variante, les bacs à glace peuvent être fixes et le robot peut se déplacer sur un axe linéaire, qui constitue alors un septième degré de liberté du robot. Dans une telle variante, on prévoit que le système de mesure profilométrique 3D se déplace aussi sur un axe en X ou en Y, pour balayer linéairement tout le contenu d’un bac à glace.

Dans un mode de réalisation, on peut prévoir tant au niveau du poste 4 que du poste 9, une unité d’interrogation radiofréquence (RF) qui est adaptée pour la lecture d’une puce électronique formant étiquette de radio-identification, ou RFID (de l’anglais « Radio Frequency Identification »), qui est agencée sur chaque support 35 de bac à glace. Chaque étiquette RFID contient un identifiant numérique unique du support de bac à glace concerné. Au niveau du poste de mesure profilométrique 4, la lecture de cet identifiant permet de mémoriser, dans une mémoire de l’unité de commande du robot 1, les données provenant de la mesure profilométrique du contenu d’un bac à glace 36 disposé dans ledit support 35, en association avec l’identifiant du bac qui est ainsi lu par l’unité d’interrogation correspondante. Au niveau du poste de portionnage 9, la lecture de cet identifiant par l’unité d’interrogation correspondante permet au robot 1 de prélever chaque portion de glace en suivant une trajectoire définie par l’unité de commande du robot à partir des données profilométriques préalablement mémorisées en association avec l’identifiant qui est lu, et qui sont les informations pertinentes pour le bac à glace 36 concerné.

Dit autrement, sur chaque support de bac à glace 35 il peut être est fixé une puce électronique formant radio-étiquette RFID, qui est adaptée pour répondre aux requêtes radio émises par une unité d’interrogation RF, tant au niveau du poste 4 que du poste 9, en retournant un identifiant unique. Ceci permet d’identifier le bac à glace 36 qui est spécifiquement contenu dans ledit support 35, et ainsi d’effectuer l’opération correspondante (mesure profilométrique ou portionnage, respectivement) en référence spécifiquement audit bac à glace 36. On appréciera que, en variante, l’étiquette RFID peut être fixée sur chaque chariot 37, ou bien sur chaque bac à glace 36, au lieu d’être fixée sur le support 35 de bac à glace.

En outre, l’homme du métier appréciera qu’un capteur d’image tel qu’un imageur CMOS par exemple, peut aussi être utilisé à la place d’une unité d’interrogation d’une étiquette RFID en coopération avec un logiciel d’analyse d’image exécuté dans l’unité de commande du robot 1, pour identifier les bacs avec une suite de caractères, un numéro, un motif, une couleur, etc. On peut aussi prévoir un lecteur de code-à-barres, ou un lecteur de QR-code. Dit autrement, l’étiquette RFID mentionnée plus haut n’est qu’un exemple non limitatif de dispositif d’indentification. On peut lui préférer une suite de caractères, un numéro, un motif, une couleur, un code-à-barres, un QR-code, etc.

Dans un mode de réalisation, le détecteur laser 32 est géré par un contrôleur qui enregistre un certain nombre de mesures. Les mesures sont déclenchées aux instants d’échantillonnage correspondant au nombre défini de pulses de l’encodeur couplé au servomoteur dans la tête mobile 31. Ces données sont ensuite envoyées vers un ordinateur 10 ou tout appareil similaire sur lequel des programmes appropriés sont exécutés. Le traitement d’image est mis en œuvre dans l’ordinateur 10 pour définir la morphologie de la glace résiduelle dans le bac. Par ailleurs, un algorithme de calcul est exécuté dans l’ordinateur 10 pour définir les coordonnées d’une portion de glace à prélever par le robot à partir du résultat de traitement d’image effectué. Ensuite, ces coordonnées sont envoyées à l’unité de commande du robot (qui n’est pas représentée sur les figures) pour réaliser les trajectoires appropriées afin de former une portion de glace au niveau du poste de portionnage 9. Dans d’autres modes de réalisation, le traitement d’image peut aussi être réalisé par le contrôleur qui gère le détecteur laser 32 et le résultat peut ensuite être envoyé à l’ordinateur 10. Il est toutefois plus avantageux que ce soit l’ordinateur 10 qui réalise le traitement d’image, car sa puissance de calcul et sa rapidité de calcul peuvent être beaucoup plus élevées que celles du contrôleur du détecteur laser.

Dans un mode de réalisation, les informations mémorisées dans l’unité de commande du robot 1 en association avec l’identifiant lu dans la puce RFID peuvent comprendre, au moins :
- le parfum de la glace dans le bac à glace 36 déposé dans le support de bac à glace 35 concerné ; et,
- la quantité de la glace résiduelle dans le bac et sa morphologie, c’est-à-dire la répartition spatiale du bloc de glace correspondant dans le bac à glace concerné, repérée par un ensemble de nuages de points comme il sera exposé en détail dans ce qui suit.

Selon les modes de réalisation de l’invention considéré ici, la quantité de la glace résiduelle dans le bac et sa morphologie sont acquises en scannant le bac à glace par le dessus, afin de déterminer l’enveloppe en 3D du volume de glace résiduel dans le bac à glace. Plusieurs technologies peuvent être utilisées comme scanner 3D pour avoir les coordonnées 3D d’un objet quelconque. On peut citer, par exemple : la caméra matricielle 3D, deux caméras stéréo, le scanner par triangulation, la combinaison d’un laser et d’une caméra, le scanner par temps de vols, le scanner par décalage de phase, le scanner 3D à lumière structurée, le scanner à lumière modulée, etc. Dans des modes de réalisations présentés ici en référence à lafigure 9et à lafigure 10, le profilomètre 3D selon des modes de réalisation de la cellule selon l’invention utilise principe de la triangulation. Cet exemple n’est toutefois pas limitatif.

En référence à lafigure 9, le poste de mesure profilométrique 4 selon des modes de réalisation est équipé d’un profilomètre laser 3D. Le principe de fonctionnement d’un tel équipement consiste à émettre suivant la direction de l’axe vertical Z vers une cible, à savoir le volume de glace 30 contenu dans le bac à glace 36 dans l’application envisagée ici, un faisceau laser 33 élargi par des moyens optiques sous forme d’une ligne de lumière laser s’étendant suivant la direction de l’axe longitudinal X. Cette lumière laser incidente 33 est en partie réfléchie par la surface de la cible. La lumière laser ainsi réfléchie 34 est focalisée sur un capteur d’image, pour mesurer la forme de la cible, grâce à la détection des changements de la hauteur (suivant la direction de l’axe Z) de points de réflexion de la lumière incidente 33.

Le profilomètre laser 3D est mis en place au-dessus du chemin d’entrainement du carrousel 2, de manière à être au-dessus d’un bac à glace 36 (en considérant la direction de l’axe vertical Z) qui peut circuler sur ce chemin, lorsque ledit bac est immobilisé dans la position définir par un indexeur du poste de mesure profilométrique 4. Ce système de mesure 3D comprend un détecteur 32 qui est par exemple un détecteur laser 2D à balayage (ou scanner laser). Dans l’exemple représenté, en effet, le scanneur laser 32 peut effectuer des mesures de profils dans un plan comprenant les axes X et Z. Il est installé sur une tête mobile 31 à déplacement linéaire motorisé, ce qui lui permet de balayer la zone à l’intérieur du bac à glace 36 dans la troisième direction, à savoir la direction de l’axe transversal Y, comme indiqué en outre sur le schéma fonctionnel de la figure 10 (en haut, au centre de cette figure). Ce balayage suivant la direction de l’axe transversal Y, par une source laser éclairant le contenu du bac à glace suivant la direction de l’axe vertical Z (vers le bas) à l’aide d’un faisceau laser en forme de ligne s’étendant suivant la direction de l’axe longitudinal X, revient à scanner le contenu du bac à glace, par le dessus. Dit autrement, la cible du scanner laser est la surface supérieure du volume de glace résiduel présent dans le bac à glace au moment du scan.

En référence toujours à lafigure 10, lorsqu’une mesure profilométrique est lancée en 41 après que le support de bac contenant le bac à glace à analyser ait été arrêté à la position indexée au niveau du poste de mesure profilométrique 4, le détecteur laser 2D à balayage décrit ci-dessus permet d’obtenir, en 42, une série 40 de profils échantillonnés du volume de glace résiduel 30 dans le bac à glace 36. Cette série de profils est acquise, en fonction du temps t, à mesure que la tête motorisée 31 qui porte le détecteur laser 32 avance suivant la direction de l’axe transversal Y. Les données échantillonnées ainsi acquises à chaque instant d’échantillonnage définissent un nuage de points qui est transmis, en 43, à l’ordinateur 10. Par reconstruction 3D effectuée dans l’ordinateur 10 à partir des nuages de points ainsi acquis à chaque échantillonnage, l’enveloppe 3D du volume de glace 30 résiduel dans le bac 36 scanné peut être reconstruite. En outre, les coordonnées suivant les axes X, Y et Z de chaque point de ces nuages de points sont mémorisées dans l’ordinateur 10. Dit autrement, l’information acquise qui code les nuages de points représente le relief de l’enveloppe supérieure du volume de glace 30 existant dans le bac 36 lors de l’acquisition des informations par le profilomètre laser 3D. Par « relief » on entend l’altitude, suivant la direction de l’axe vertical Z, de chaque point de cette enveloppe supérieure. Ceci correspond aussi à la morphologie du volume de glace 30 résiduel dans le bac à glace 36, dont les limites en X et en Y sont déterminées par les dimensions du bac, et dont la limite basse en Z est également connue du calculateur.

Ce système de mesure profilométrique est donc « l’œil » du robot 1, qui permet audit robot de savoir comment la glace restante 30 est répartie précisément dans le bac à glace 36 juste avant le portionnage d’une (ou plusieurs) boule(s) de glace à effectuer à partir de ce bac à glace pour préparer une nouvelle glace selon la demande d’un consommateur. En référence à nouveau à la figure 10, l’ordinateur 10 est configuré pour, sur la base de ces informations, définir une trajectoire précise de l’outil portionneur 13 dans le bac à glace 36 concerné, et pour transmettre les informations correspondantes à l’unité de commande du robot qui est chargée de commander le robot 1 en conséquence, en 44. Ceci permet au robot 1 de réellement prélever de la glace pour former une boule de glace complète, et la déposer ensuite sur le cornet au niveau du poste de délivrance 6.

Plus particulièrement, l’ordinateur 10 peut être configuré pour exécuter un traitement d’image adapté pour exploiter les données acquises par le profilomètre laser 3D. Ce traitement d’image permet de reconnaître le volume de la glace dans le bac 36 scanné. Le processus de numérisation 3D consiste à créer une forme en 3D du volume de glace 30 existant dans le bac 36 scanné. Plusieurs étapes successives sont mises en œuvre, au rythme des échantillonnages, pour construire le modèle 3D et créer les reliefs de cette forme en 3D, qui correspond au volume réel de glace 30 restant dans le bac. Plus précisément, à chaque étape d’échantillonnage du volume de glace 30 par le laser 2D à balayage on réalise à l’aide du système de mesure profilométrique laser une mesure 2D du profil, qui donne des informations représentant une ligne, dans un plan X-Z, de la surface à modéliser.

Le détecteur laser 32, étant fixé sur la tête motorisée 31, peut se déplacer linéairement, ce qui permet au scanner de balayer dans la direction de l’axe transversal Y et d’acquérir les informations d’une mesure en 2D à chaque instant d’échantillonnage. On notera que, dans les modes de réalisation considérés ici, l’objet scanné (à savoir le volume de glace dans le bac à glace considéré) est fixe pendant la mesure profilométrique réalisée au poste 4 alors que le détecteur laser 32 bouge linéairement suivant la direction de l’axe transversal Y. Ceci procure une meilleure précision à la mesure, car le bac à glace n’a pas de degré de liberté suivant la direction Y puisqu’il est maintenu par le rail qui guide le support de bac 37 et son chariot 37 suivant la direction de l’axe longitudinal X. L’incertitude sur la position transversale du bac à glace scanné est donc très faible, voire nulle. Mais d’autres formes de réalisation sont envisageables, dans lesquelles, par exemple le balayage par la tête motorisée 31 du laser 32 peut être effectué suivant la direction de l’axe longitudinal X. Également, la tête du laser 32 peut être fixe, le balayage provenant du déplacement du bac à glace 36 suivant la direction de l’axe longitudinal X pendant la mesure profilométrique.

Quel que soit l’agencement selon les variantes possibles envisagées ci-dessus, le balayage par un scanner 2D du contenu du bac à glace 36 permet de scanner, ligne par ligne, toute la surface supérieure du volume de glace 30 à détecter. La combinaison des lignes correspondant aux échantillonnages successifs permet de reconstruire le profil 3D de la surface de la glace dans le bac. L’homme du métier appréciera que plus le temps d’exposition est court, plus le nombre d’échantillonnages est important et plus la reconstruction 3D de la surface du volume de glace est précise.

Les données de profil mesurées sont mémorisées en continu dans l’ordinateur 10, étape d’échantillonnage après étape d’échantillonnage. L’ordinateur 10 exécute alors le traitement d’image appliqué à ces données, ainsi qu’il a déjà été exposé plus haut. Ce traitement d’image a pour effet de convertir les données correspondant à la hauteur (suivant la direction de l’axe vertical Z) de chaque point des nuages de points en une image 3D.

En résumé, la réalisation d’un traitement d’image à partir des données acquises par le détecteur laser 2D à balayage permet d’obtenir une représentation 3D du volume de glace 30 effectivement présent dans le bac à glace 36. Et cette représentation 3D est utilisée pour définir la (ou les) trajectoire(s) de l’outil portionneur 13 du robot 1 pour former une (ou plusieurs) boule(s) de glace à partir du contenu effectif du bac à glace considéré lorsqu’il est arrêté dans la position d’indexage du poste de portionnage 9.

Dit autrement, le robot 1 est piloté selon un système en boucle fermée avec, pour chaque glace en cours de préparation et pour chaque bac à glace utilisé à cet effet, un asservissement de la trajectoire de l’outil portionneur 13 du robot 1 en fonction de la morphologie du volume de glace résiduel 30 effectivement présent dans le bac à glace, qui reste après l’utilisation dudit bac pour la préparation d’une glace précédente. Cette boucle d’asservissement est illustrée par le schéma fonctionnel de la figure 10. A cet effet, l’ordinateur 10 dispose d’outils logiciels pour effectuer la modélisation 3D du volume de glace effectivement présent dans le bac à glace scanné, et pour générer la (ou les) trajectoire(s) de l’outil portionneur 13 qui permettront d’obtenir un (ou des) boule(s) de glace avec la bonne forme et la bonne densité de glace.

L’homme du métier appréciera que plusieurs paramètres de la chaîne peuvent être pris en compte pour avoir une mesure profilométrique de précision et de stabilité (pour des mesures successives) déterminées. Il s’agit notamment du temps d’exposition à la lumière laser, de la puissance de la source laser, et de la sensibilité de la cible à la lumière. Comme plusieurs parfums de glace sont susceptibles de se trouver dans des bacs à glace différents de la cellule, et la glace de chacun de ces parfums pouvant avoir différentes propriétés (couleur, texture, brillance, etc.) qui affectent le coefficient de réflexion de la lumière laser incidente 33, la quantité de la lumière réfléchie 34 n’est pas identique d’un bac à l’autre. Pour cette raison, des réglages de paramètres de la chaîne de mesure du volume de glace résiduel et/ou des paramètres de pilotage du robot sont effectués pour chaque parfum, c’est-à-dire pour chaque bac identifié par son identifiant comme exposé plus haut. Les valeurs réelles de ces paramètres sont fixées en fonction, par exemple, du résultat de tests réalisés en usine.

En outre, la distance entre la tête 31 du laser et la cible est variable selon la quantité de la glace restant dans le bac, ce qui peut être compensé en modifiant le point focal de la caméra optique qui acquiert la lumière réfléchie 34. A cet effet, ladite caméra optique peut être équipée d’un dispositif de mise au point automatique, ce qui permet d’avoir des images de la cible dans l’intégralité de la plage de mesure.

Plus généralement, la quantité et la répartition, dans le bac à glace concerné, de la glace présente dans chaque bac à glace peuvent être reconstituées graphiquement et mémorisées dans l’ordinateur 10 pour servir de base à la commande du robot afin d’extraire des portions de glace dudit bac et/ou de prendre en compte le fait que le bac à glace est vide, le cas échéant. Dans ce contexte, un bac à glace vide est un bac à glace qui ne contient plus assez de glace pour permettre au robot, à l’aide de l’outil portionneur 13, d’extraire des portions de glace dudit bac ayant la forme et la densité voulues. Bien entendu, il peut rester une certaine (et petite) quantité de glace dans un bac considéré comme vide au sens de ce qui précède, dès lors que cette quantité est trop faible ou est trop dispersée dans le bac pour permettre à l’outil portionneur 13 de former une boule de glace de forme et/ou de densité satisfaisante. Dans ce cas, le bac à glace est considéré comme vide et est remplacé.

Un algorithme de prise de décision permet de piloter le robot pour vider le bac à glace prioritairement de haut en bas (dans la direction de l’axe Z). A partir du moment où la zone de glace à prélever est définie pour une portion, i.e., pour une quantité donnée de glace, ces coordonnées sont ensuite envoyées au robot. Un programme du robot reçoit ces informations et génère des trajectoires pour prélever la portion de glace souhaitée. L’homme du métier appréciera que le scanner 3D doit être calibré dans le repère de coordonnées du robot afin de générer des trajectoires cohérentes et réalisables par le robot.

Cet algorithme peut aussi être adapté pour différencier des trajectoires réalisables et des trajectoires non réalisables, et éliminer celles qui sont non réalisables. Ainsi, le robot peut choisir d’effectuer des trajectoires qui évitent les configurations dites « singulières » dans lesquelles le robot perd un degré de liberté, ou plus, et qui empêchent le robot de réaliser ses trajectoires, ce qui en définitive peut bloquer le robot et nécessiter l’intervention d’un opérateur. A cet égard, l’homme du métier peut s’appuyer sur les résultats dans ce domaine qui sont présentés dans les articles suivants, qui ont été publiés par l’inventeur dans des revues scientifiques internationales :
- Anas Hijazi, Jean-François Brethé and Dimitri Lefebvre, « Singularity Loci and Kinematic Induced Constraints for an XY-Theta Platform Designed for High Precision Positioning »,15th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2018), 29-31 Juillet 2018, Porto, Portugal ; et,
- Anas Hijazi, Jean-François Brethé and Dimitri Lefebvre, « Singularity analysis of a planar robotic manipulator: Application to an XY-Theta platform », Mechanism and Machine Theory 100 (2016), pp. 104-119.

En outre, les trajectoires sont générées de manière à faire en sorte d’éviter une collision du bras du robot et/ou de l’outil qu’il porte avec le bac à glace cible.

Pour chaque type de tête de mesure 31, il y a une plage de mesures définie par des coordonnées suivant les axes X et Y. En cas de besoin d’une largeur suivant la direction de l’axe longitudinal X qui dépasse la limite de ce qu’il est possible d’obtenir avec la tête 31, il est envisageable de rajouter une deuxième tête de mesure, ou plus. Le cas échéant, une synchronisation entre les mesures par les deux têtes, ou plus, est réalisée. En cas de besoin d’une plus grande profondeur suivant la direction de l’axe vertical Z, la tête peut être montée sur un axe linéaire qui bouge la tête suivant la direction de l’axe vertical Z, pour pouvoir prendre des mesures au-delà des limites en Z du dispositif de mesure statique décrit plus haut.

En référence maintenant au schéma de lafigure 11, le poste 5 de stockage des cornets ou des coupelles (ou d’autres contenants similaires) est installé de manière à être à la portée du robot 1. Les cornets 52 peuvent ainsi être saisis par le robot 1 équipé de l’outil 14, à savoir la pince à cornet déjà présentée plus haut en référence aux schémas des figures 2, 3 et 4, dans une goulotte 51 dans laquelle un nombre N de cornets peuvent être stockés, empilés les uns au-dessus des autres. Plus particulièrement, le robot 1 récupère le cornet 53 qui est le plus en bas dans la goulotte 51, avec l’outil 14. Grâce aux deux mors élastiques installés sur une pince parallèle pilotée pneumatiquement, le cornet 53 peut être pris délicatement, sans le casser. Ensuite, la pile des cornets restant dans la goulotte 51 descend vers le bas dans ladite goulotte 51, par l’effet de la gravité. L’homme du métier appréciera qu’un bloqueur élastique peut être fixé en bas de la goulotte 51 pour empêcher les cornets de tomber, sans empêcher la sortie du cornet le plus en bas par le robot comme décrit ci-dessus.

En outre, plusieurs goulottes peuvent être prévues, comme dans l’exemple représenté pour procurer plus d’autonomie de fonctionnement à la cellule. Également, on peut prévoir deux postes de stockage de contenants identiques au poste 5 tel que montré à la figure 11, par exemple sur une table tournante. Le premier poste est positionné coté robot et le deuxième est fixé avec le même indexage mais avec une position angulaire décalée de 180°, de manière à se trouver à l’extérieur de la zone de sécurité autour du robot 1. L’avantage est de pouvoir faire tourner la table tournante lorsque le poste situé du côté du robot 1 est vide et de permettre à un opérateur de le recharger manuellement avec des cornets, ou de la remplacer par un poste déjà chargé manuellement. Cela permet de préserver la fluidité de fonctionnement en automatique, sans entrer dans la zone de sécurité autour du robot 1 à l’intérieur de la cellule, pour effectuer le rechargement manuel en contenants de la cellule.

Dans des modes de réalisation, un poste supplémentaire de même nature et opérant selon le même principe peut être prévu dans le cas de l’utilisation simultanée de coupelles par le robot. En variante, des cornets ou des coupelles de tailles respectives différentes peuvent être chargés dans des postes de stockage respectifs, ou bien dans des goulottes respectives (de tailles respectives adaptées) d’un même poste de stockage, le robot pouvant alors saisir le bon cornet selon la demande de l’utilisateur de la cellule.

En référence à lafigure 12, à lafigure 13et à lafigure 14, la cellule comprend au moins un poste 6 de délivrance d’une glace à un consommateur. Ce poste 6 permet à un utilisateur de la cellule de récupérer le cornet prêt, en toute sécurité, via une trappe 67 ménagée dans une paroi 61 de la cellule. Le poste 6 comprend à cet effet un vérin linéaire 64, de préférence un vérin sans tige, dont une première extrémité est éloignée de la trappe, à portée du robot 1 mais hors d’atteinte par un consommateur via la trappe 67, et dont inversement la seconde extrémité est proche de la trappe 67, accessible par le client via ladite trappe mais en dehors de la zone de sécurité autour du robot 1. Le poste 6 comprend aussi une pince parallèle pneumatique 66 montée sur un chariot mobile 65, avec des mors élastiques qui permet de tenir, sans le casser, un cornet 53 chargé par le robot avec l’outil 14. Le chariot 65 avec la pince 66, est fixé sur la partie mobile du vérin 64.

Le robot dépose le cornet 53 qui est alors bridé sur la pince mobile 66, alors que le vérin est dans la première position dans laquelle la pince mobile est à la portée du robot 1, et est éloignée de la trappe 67, comme représenté à la figure 12. Le robot, dépose alors, dans le cornet 53 ainsi bridé dans la pince 66, la ou les boules de glace correspondant à la demande du client, comme illustré par lafigure 13. Une fois que ceci est terminé, le vérin linéaire 64 se déplace et le cornet 53 tenu sur la pince 66 se dirige vers la seconde position du vérin 64, près de la trappe 67 et hors de la zone de sécurité du robot 1, comme illustré par lafigure 14. La trappe 67 s’ouvre alors pour permettre à l’utilisateur de récupérer le cornet prêt en toute sécurité, à distance suffisante du bras du robot 1.

Des barrières immatérielles 62 et 63 de sécurité peuvent être mises en place en arrière de la trappe 67 (i.e., dans la cellule à une certaine distance de la trappe) pour permettre de bloquer Des barrières immatérielles de sécurité 62 et 63 peuvent être mises en place afin de bloquer tout mouvement du robot si la main de l’utilisateur traverse ces barrières pour entrer dans la zone de sécurité autour du robot. En effet, le robot 1 n’a pas l’accès à la zone où l’utilisateur peut passer la main pour attraper son cornet de glace, mais il convient de bloquer tout mouvement du robot 1 si la main de l’utilisateur entre au-delà de cette zone, dans la zone de sécurité autour du robot 1.

Un écran d’affichage (non représenté) peut être installé, du côté extérieur à la cellule, sur la paroi 61 de la cellule au niveau du poste de délivrance 6, par exemple près de la trappe 67, pour afficher le numéro de la commande qui permet à l’utilisateur de savoir que le cornet de glace qui est disponible correspond à sa commande. Pour accélérer le temps de cycle du robot et ainsi limiter l’attente par les autres consommateurs, un deuxième poste de délivrance de glace, ou plus, peut être ajouté qui est aussi à la portée du robot, dans lequel le robot peut déposer le cornet de glace sans même attendre que le consommateur ait prélevé son cornet de glace.

Également, l’homme du métier appréciera que, en variante ou en complément, il est possible de libérer le robot 1 de la contrainte consistant à délivrer le cornet de glace 53 au niveau du poste de délivrance 6. La délivrance du cornet 53 empli de glace peut en effet être réalisée par un opérateur, une machine spéciale ou un autre robot. Cela permet de gagner du temps, pouvant aller jusqu’à un doublement de la productivité de la cellule. Le cas échéant, le robot 1 se concentre juste sur la tâche consistant à prélever la glace dans le bac à glace 36 au niveau du poste de portionnage 9, et à la déposer sur le cornet 53 dans la première position du vérin 64 illustrée par lafigure 12et lafigure 13.

En référence au schéma de lafigure 15, on va maintenant décrire le poste 8 de renouvellement des bacs à glace vides. Ce poste 8 comprend un vérin 92, de préférence un vérin sans tige, et deux indexeurs 93 et 94. Le premier indexeur 93 est fixe et le second indexeur 94 est mobile, étant fixé à la partie mobile du vérin 92. Le vérin 92 est positionné entre la zone de sécurité autour du robot 1, d’une part, et un espace à l’extérieur de cette zone, d’autre part, où l’opérateur peut intervenir sans danger. Le premier indexeur mobile 94, qui est fixé sur le vérin 92, peut être associé à un support de bac similaire aux supports 35 de bacs à glace du carrousel 2, qui peut se déplacer entre la zone de sécurité autour du robot 1 et l’espace en dehors de cette zone de sécurité. Le deuxième indexeur 93 est fixe et il est utilisé pour repérer la position de dépôt temporaire d’un bac à glace, accessible par le robot 1, où se trouve un autre support de bac similaire aux supports 35 de bacs à glace du carrousel 2, lequel support est donc fixe.

Lorsqu’un bac à glace 36 sur le circuit entrainé du carrousel 2 est vide, le robot 1 est chargé de le remplacer automatiquement par un autre bac à glace plein, via le poste 8 de remplacement de bac à glace. Une alarme est déclenchée et l’identifiant du bac à glace vide correspondant au parfum concerné est affiché sur un écran de contrôle, du côté opérateur. Tout en étant ainsi à l’extérieur de la zone de sécurité autour du robot 1, l’opérateur peut déposer dans l’indexeur mobile 94 un bac plein contenant de la glace du parfum concerné, et valider cette opération par exemple par un bouton de validation. Le vérin 92 se déplace alors vers le robot 1 et il amène ainsi le bac plein à l’intérieur de la cellule. Le robot suit alors un cycle de fonctionnement particulier, sous la commande de l’ordinateur 10. En effet, il change son outil courant par l’outil 15, à savoir la pince à bac à glace, pour récupérer dans un premier temps le bac vide. Ensuite, le robot dépose le bac vide sur l’indexeur fixe intermédiaire 93, toujours à l’aide de l’outil 15. Et le robot collecte alors, toujours à l’aide de l’outil 15, le bac plein au niveau de l’indexeur mobile 94 positionné sur le vérin 92, pour le déposer dans un support de bac à glace 35 au niveau du poste de portionnage 9 comme illustré par lafigure   16. Enfin, le robot 1 reprend le bac vide qui est toujours sur l’indexeur fixe 93, et le dépose sur l’indexeur mobile 94 couplé au vérin 92. Le vérin 92 se déplace alors pour ramener le bac vide de l’autre côté de la cellule, à savoir du côté de l’opérateur en dehors de la zone de sécurité autour du robot 1. Cette opération permet de maintenir la cellule 100 en fonctionnement automatique, car elle évite de couper le mode automatique de la cellule afin de permettre à l’opérateur de pénétrer sans risque dans la zone de sécurité autour du robot 1.

Un magasin de stockage de bacs à glace plein peut être prévu dans la cellule, dans une zone maintenue à température de congélation pour préserver la qualité de la glace, à la portée du robot 1. Le cas échéant, le poste associé à ce magasin peut se substituer au poste 8 de remplacement des bacs à glace vides, et le robot 1 peut remplacer le bac à glace vide avec un autre bac plein à partir de ce magasin de stockage.

Pour finir, l’homme du métier appréciera qu’une borne de commande peut être mise à la disposition des utilisateurs de la cellule, avec un écran et un clavier (ou un écran tactile associé à un clavier virtuel), et un terminal de paiement. Via cette borne, l’utilisateur peut choisir s’il souhaite un cornet ou une coupelle comme contenant, et sélectionner la taille (en nombres de portions) et le (ou les) parfum(s) de la glace qu’il souhaite obtenir, ce qui détermine aussi la taille du contenant qui sera utilisé. La validation de sa commande est faite par le paiement correspondant à l’aide du terminal de paiement. Un numéro de commande est délivré à l’utilisateur avec la facture, qui lui permet de savoir plus tard que le cornet de glace délivré par le robot au niveau de la trappe 67 correspond bien à sa commande.

Le fonctionnement général de la cellule robotisée 100 est le suivant. Un utilisateur commande un cornet de glace sur la borne de commande de la cellule en choisissant le type de contenant, la taille en nombre de portions de glace, et le parfum de la (ou des) portion(s). Une fois que la commande est validée par le paiement correspondant effectué par l’utilisateur, le robot 1 reçoit la demande et va chercher le cornet sur le distributeur des cornets 5 avec l’outil 14, et le dépose sur la pince 66 au niveau du poste de la délivrance 6. Pendant cette manipulation, le bac à glace concerné est scanné sur le poste 4 de profilométrie laser, et la morphologie du volume de glace 30 effectivement présent à ce moment-là dans le bac à glace est déterminée par traitement d’image, par l’ordinateur 10. Les coordonnées du volume de la glace dans le bac sont alors directement envoyées par l’ordinateur 10 à l’unité de commande du robot 1, et le bac ainsi scanné se déplace sur le poste de portionnage 9. Le robot 1 change alors son outil pour porter la culière à glace 13. Ensuite, le robot 1 exécute la manœuvre consistant à suivre une trajectoire élaborée par l’unité de commande afin de viser la glace effectivement présente dans le bac, du plus haut vers le plus bas, couche par couche, pour récupérer une portion de glace et la déposer dans le cornet 53 sur le poste de délivrance 6. Une fois que le cornet est prêt, le vérin 64 du poste de délivrance 6 se déplace pour amener le cornet vers la fenêtre 67 de délivrance. Puis, finalement, la fenêtre 67 s’ouvre afin que l’utilisateur récupère en toute sécurité et le cornet de glace commandé.

La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente description détaillée et dans les figures des dessins annexés, dans des formes de réalisation possibles. La présente invention ne se limite pas, toutefois, aux formes de réalisation présentées. D’autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des dessins annexés.

Dans le présent exposé, le terme "comprendre" ou "comporter" n’exclut pas d’autres éléments ou d’autres étapes. Les différentes caractéristiques présentées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans des parties différentes de la présente demande de brevet, n’excluent pas cette possibilité. Les signes de référence aux dessins ne sauraient être compris comme limitant la portée de l’invention.

Claims (14)

1. Cellule robotisée (100) pour préparer et délivrer à un consommateur de la glace alimentaire en portions de manière automatique, comprenant :
   - un ordinateur (10) ;
   - un poste (6) de délivrance de la glace, où une ou plusieurs portions de glace peuvent être délivrées à des consommateurs dans un contenant (53) déterminé ;
   au moins un support de bac à glace (35), apte à maintenir un bac à glace (36) qui est adapté pour contenir de la glace en vrac ;
   - au moins un robot (1) piloté par l’ordinateur, et adapté pour extraire au moins une portion de la glace présente dans le bac à glace au moyen d’un outil portionneur (13) porté par le robot, sous la commande de l’unité de commande, le mouvement dudit outil portionneur comprenant une composante verticale vers le bas non nulle pour plonger dans le bac à glace afin de prélever la portion de glace dans le bac à glace, le robot étant en outre adapté pour déposer la portion de glace prélevée dans un contenant (53) qui peut être rendu accessible par le consommateur au niveau du poste de délivrance ; et,
   - un profilomètre 3D adapté pour acquérir des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel (30) dans le bac à glace, et pour communiquer lesdites informations à l’unité de commande pour le pilotage du robot selon une trajectoire de l’outil portionneur qui est définie par ladite unité de commande en fonction desdites informations, en vue de l’extraction de la portion de glace depuis le bac à glace.
2. Cellule robotisée selon la revendication 1, comprenant un système d’entraînement motorisé (2,37) apte à causer le déplacement du support (35) de bac à glace le long d’un chemin guidé entre un poste (4) de mesure profilométrique 3D de la cellule qui est équipé du profilomètre 3D, d’une part, et un poste de portionnage (9) de la cellule où une portion de glace peut être prélevée dans le bac à glace par le robot, d’autre part.
3. Cellule robotisée selon la revendication 2, dans laquelle le profilomètre 3D comprend un détecteur laser 2D à balayage (32), adapté pour scanner le contenu du bac à glace qui est maintenu dans le support de bac à glace lorsqu’il est immobilisé au niveau du poste de mesure profilométrique 3D.
4. Cellule robotisée selon la revendication 3, dans laquelle le détecteur 2D à balayage est monté sur une tête mobile (31) agencée pour pouvoir se déplacer suivant la direction d’un axe (Y) perpendiculaire à l’axe (X) de déplacement du support de bac à glace le long du chemin guidé.
5. Cellule robotisée selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, dans laquelle le détecteur laser 2D à balayage comprenant un capteur laser à triangulation.
6. Cellule robotisée selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de supports de bacs à glace respectifs aptes, chacun, à être entraîné par le chemin guidé et à maintenir un bac à glace respectif, et comprenant des dispositifs d’identification respectivement associé à chacun desdits bacs à glace et adapté chacun pour stocker un identifiant unique dudit bac.
7. Cellule robotisée selon la revendication 6, dans laquelle le dispositif d’identification est lisible par un premier dispositif de lecture automatique agencé au niveau du poste de mesure profilométrique 3D, et dans laquelle le profilomètre 3D est configuré pour communiquer à l’ordinateur les informations relatives à la morphologie de la glace restante dans un bac à glace déterminé en référence à l’identifiant dudit bac à glace lu par le premier dispositif de lecture.
8. Cellule robotisée selon la revendication 7, dans laquelle des paramètres de fonctionnement du profilomètre 3D pour l’acquisition des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel dans le bac à glace sont réglables en fonction de l’identifiant dudit bac à glace lu par le premier dispositif de lecture.
9. Cellule robotisée selon la revendication 8, limitée en ce qu’elle correspond à une cellule robotisée selon la revendication 3, dans laquelle les paramètres de fonctionnement du profilomètre 3D comprennent la durée d’exposition, la puissance d’émission de lumière laser incidente et/ou la sensibilité à la lumière laser réfléchie du détecteur laser 2D à balayage.
10. Cellule robotisée selon l’une quelconque des revendications 3 à 9, dans laquelle le détecteur laser 2D à balayage comprend une caméra optique dont le point focal est équipé d’un dispositif de mise au point automatique en fonction de la distance entre le détecteur laser 2D et le volume de glace résiduel (30) dans le bac à glace.
11. Cellule robotisée selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, dans laquelle le dispositif d’identification est lisible par un second dispositif de lecture automatique agencé au niveau du poste de portionnage et couplé à l’ordinateur, et dans laquelle l’ordinateur est configuré pour piloter le robot pour l’extraction de la portion de glace depuis le bac à glace, selon une trajectoire qui est déterminée par référence à l’identifiant dudit bac à glace lu par le second dispositif de lecture.
12. Procédé de pilotage du robot d’une cellule robotisée selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    - l’acquisition (42) par le profilomètre 3D des informations relatives à la morphologie d’un volume de glace résiduel (30) dans un bac à glace, et la communication (43) desdites informations à l’ordinateur(10) ;
    - la définition par l’ordinateur d’au moins une trajectoire de l’outil portionneur en fonction des informations acquises, en vue de l’extraction d’au moins une portion de glace depuis le bac à glace ; et,
    - le pilotage (44) du robot en fonction de la trajectoire définie, pour extraire la portion de la glace depuis le bac à glace au moyen de l’outil portionneur (13).
13. Programme informatique comprenant des instructions qui, lorsque le programme informatique est chargé dans la mémoire d’un ordinateur et est exécuté par un processeur dudit ordinateur, causent la mise en œuvre par l’ordinateur de toutes les étapes du procédé selon la revendication 12.
14. Support d'enregistrement tangible, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré de manière non-transitoire le programme informatique selon la revendication 13.