FR3138421A1 - Dérouleur de câble motorisé - Google Patents
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Abstract
Dérouleur à tension constante avec un moteur configuré pour entrainer un tambour dans un sens de rotation de déroulement du câble et dans un sens de rotation d’enroulement du câble, une unité de contrôle configurée pour générer des commandes de pilotage du moteur, afin de maintenir une tension constante dans le câble. Figure 1 à publier
Description
L’invention concerne le domaine des enrouleurs/dérouleurs automatiques de câble, la fonction d’un tel dispositif consistant à enrouler et dérouler automatiquement un câble en intégrant différentes fonctions, comme celle de maintenir une tension constante dans le câble.
Les dispositifs d’enroulement automatique de câble selon l’art antérieur présentent l’inconvénient de ne pas gérer de manière optimale les situations dans lesquelles le véhicule qui transporte l’enrouleur automatique prend des virages. Dans ces situations le véhicule risque de rouler sur le câble, ce qui peut provoquer la destruction du câble.
Le document CN111960198A décrit un robot qui ramasse des déchets sous-marins avec un dispositif d’enroulement automatique du câble, cf. figures 1 à 3. CN111960198A dévoile un embrayage à poudre magnétique qui détecte la force de l'opérateur pour rétracter et dérouler le câble, ajuste la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, puis ajuste la vitesse de rotation de la bobine pour s'assurer que la force exercée par l'opérateur sur le câble est toujours constante, protégeant ainsi le câble et le moteur d'enroulement. Néanmoins, ce dispositif présente les inconvénients suivants : la détection de la force de traction s’effectue au niveau de l'embrayage à poudre magnétique, qui protège le moteur, mais rend le dispositif peu réactif. De plus, le moteur est toujours maintenu activé et il y a beaucoup de frottements dans l’embrayage, la gestion du moteur n’est pas progressive. Cette réalisation est lourde, complexe, consomme beaucoup d’énergie.
Le document WO8402430A1 décrit un système de commande pour un enrouleur de câble entraîné monté sur un véhicule, dans lequel l'enrouleur est adapté pour dérouler et dérouler un câble électrique pour alimenter le véhicule, comme une voiture de mine. Le système de commande modifie le couple fourni pour l'entraînement de la bobine de manière à maintenir une tension relativement constante sur le câble en utilisant un capteur qui détermine le diamètre de la bobine, cf. revendication 5. Néanmoins, ce dispositif présente les inconvénients suivants : le câble est enroulé et déroulé à vitesse constante, ce qui pose un problème si le véhicule accélère ou prend des virages. Cette réalisation ne permet pas de gérer la tension lors des situations d’accélération du véhicule.
Le document US4569489 décrit un dispositif de commande de tension de câble pour un véhicule minier électrique. Le véhicule est du type à câble électrique traînant enroulé sur un enrouleur de câble monté sur le véhicule. L'enrouleur de câble comporte un moteur pour faire tourner l'enrouleur dans le sens d'enroulement du câble lorsque le véhicule se déplace vers une source d'alimentation et pour empêcher l'enroulement libre de l'enrouleur lorsque ledit câble est déroulé lorsque le véhicule s'éloigne de la source d'alimentation. Le dispositif comprend un capteur pour mesurer la quantité de câble électrique sur la bobine et utilise cette quantité de câble détectée pour contrôler le couple d'entraînement du moteur en proportion directe avec la quantité de câble détectée sur la bobine. La même quantité de câble détectée est utilisée pour contrôler le couple de freinage développé par le moteur lorsque le moteur est entraîné par l'enrouleur que lorsque le câble est retiré pendant le déplacement du véhicule loin de la source d'alimentation. Néanmoins, ce dispositif présente les inconvénients suivants : le câble est enroulé et déroulé à vitesse constante, ce qui pose un problème si le véhicule accélère ou prend des virages. Cette réalisation ne permet pas de gérer la tension lors des situations d’accélération du véhicule.
Un objectif général visé par l’invention est de fournir un dispositif qui permet de solutionner les inconvénients identifiés, mettant en œuvre une conception simplifiée et permettant une réactivité accrue.
La présente invention concerne un module dérouleur à tension constante, ledit module dérouleur à tension constante comprenant un châssis, un tambour pourvu d’un corps cylindrique creux comportant une surface intérieure et une surface extérieure et limité axialement par deux flasques, un câble d’une longueur déterminée et configuré pour s’enrouler en spires autour du tambour, un moteur configuré pour entrainer le tambour dans un sens de rotation de déroulement du câble et dans un sens de rotation d’enroulement du câble, une unité de contrôle configurée pour générer des commandes de pilotage du moteur, un limitateur de couple, ledit limitateur de couple étant placé entre le tambour et le moteur, un collecteur tournant configuré pour connecter une extrémité du câble, un dispositif de fixation configuré pour appliquer un effort de traction sur une deuxième extrémité du câble et un dispositif de guidage du câble.
Selon la mise en œuvre de l’invention, l’unité de contrôle est connectée à un codeur et est configurée pour maintenir un effort de traction sensiblement constant sur le câble.
L’invention a pour but de fournir un fonctionnement optimal, réactif selon les circonstances de l’utilisation du dispositif.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un réducteur est agencé entre le moteur et le limitateur de couple.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moteur est agencé sur un axe qui coïncide sensiblement avec l’axe du tambour et préférablement le moteur et le limitateur de couple sont agencés axialement dans un espace formé par les deux flasques du tambour et la surface intérieure.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le câble comporte au moins une fibre optique, au moins un fil métallique, au moins un filin de résistance en traction, au moins une gaine ou une combinaison de deux ou plusieurs dédits éléments et le câble est connecté à une bride.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la longueur du câble peut varier entre 10 et 5000 mètres.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le dispositif de guidage comporte au moins un rouleau horizontal, au moins un rouleau vertical ou préférablement une combinaison d’une paire de rouleaux horizontaux et d’une paire de rouleaux verticaux et le dispositif de guidage comporte préférablement en outre un boitier de trancanage, ledit boitier de trancanage étant agencé en liaison de rotation avec le tambour préférablement au moyen d’une courroie crantée.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’unité de contrôle est paramétrée pour transmettre un jeu d’états de pilotage du moteur en fonction d’au moins un facteur parmi :
- une vitesse codeur V et une accélération codeur A, dérivés du signal provenant du codeur,
- une évaluation de la longueur du câble enroulé sur le tambour,
- un jeu de paramètres de fonctionnement du module dérouleur à tension constante,
- un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le jeu d’états de pilotage du moteur comprend les états suivants :
- A l’état initial sur un intervalle de vitesse codeur V entre Vd et Ve, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P1, (le moteur applique un couple inferieur au couple de désengagement du limiteur de couple, le moteur reste couplé au tambour)
- Si la vitesse du codeur V est inférieure à Vd, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P1 ;
- Si la vitesse codeur V est supérieure à Ve, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P2.
Selon une variante, le jeu d’états de pilotage du moteur comprend les états suivants :
- A l’état initial sur un intervalle de vitesse codeur V entre Vd et Ve, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P1,
- Si la vitesse du codeur V est inférieure à Vd :
- Si l’accélération codeur A est sensiblement nulle ou positive, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance nulle P0,
- Si l’accélération codeur A est négative, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P1 ;
- Si la vitesse codeur V est supérieure à Ve, l’unité de contrôle alimente le moteur avec une puissance P2.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le châssis est pourvu d’au moins une interface de fixation, ladite au moins une interface de fixation étant pourvue d’au moins un élément de connexion et préférablement de trois éléments de connexion, ladite au moins une interface de fixation étant agencée pour verrouiller de manière amovible le châssis du module dérouleur à tension constante sur un ou sur deux éléments extérieurs au module dérouleur à tension constante et dans lequel, ladite au moins une interface de fixation est agencée pour réaliser une connexion mécanique et préférablement en outre une connexion électrique et/ou fluidique.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la deuxième extrémité du câble est pourvue pour se connecter à un module distant.
La présente invention concerne également un robot pourvu d’une interface agencée pour verrouiller un module dérouleur à tension constante, ledit robot étant agencé pour communiquer avec ledit module dérouleur à tension constante, préférablement de manière bidirectionnelle, pour transmettre au moins un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante comprenant au moins une indication du mouvement du robot.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un détail de la partie centrale du module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un détail de la partie de guidage du câble.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un coté du module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention avec une courroie crantée de transmission.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un autre coté du module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un détail de la partie de guidage du câble.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un détail de la partie de guidage du câble.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un détail de la partie centrale du module dérouleur à tension constante selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, un schéma de fonctionnement du pilotage du moteur selon un mode de réalisation de l’invention.
Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
L’invention consiste à enrouler et dérouler automatiquement un câble, en maintenant une tension constante. En effet, lorsque le module dérouleur à tension constante est verrouillé sur un robot, il y a un risque à ce que, si le câble se trouve au sol pendant que le robot se tourne sur lui-même, le robot soit amené à rouler sur le câble, ce qui peut provoquer son endommagement. Le module dérouleur à tension constante de l’invention se propose de solutionner ce problème en maintenant le câble en l’air, tout du moins à proximité du robot. On peut identifier une série de difficultés pour atteindre cet objectif. En effet, la tension du câble est établie par l’effort de traction pour dérouler le câble et le couple de rotation appliqué au tambour. L’objectif de l’invention est de faciliter le déroulement du câble tout en maintenant une tension suffisante pour éviter que le câble arrive en contact avec les chenilles ou les roues du robot. Un autre objectif de l’invention est de réaliser un fonctionnement d’enroulement et de déroulement du câble avec des accélérations importantes, ce qui implique une réactivité importante. Ceci peut être atteint en réduisant l’inertie du dispositif et en assistant avec progressivité l’action d’enroulement et de déroulement du câble. La réduction de l’inertie peut être réalisée avec un mécanisme simplifié, plus compact, avec une miniaturisation du système et avec l’activation du moteur en roue libre. La réactivité progressive peut être atteinte par le biais d’une gestion fine des modes de fonctionnement, en réalisant une analyse fine de la vitesse et de l’accélération de l’écoulement du câble en sortie du module dérouleur à tension constante.
Si le domaine d’application de l’invention dans la présente description met l’accent sur les robots, il est évident que le module dérouleur à tension constante peut être utilisé sur tout véhicule avec des roues, des chenilles, des flotteurs et dans tout domaine d’application.
Pour des raisons de simplification, le module enrouleur et dérouleur à tension constante sera dénommé par la suite simplement module dérouleur à tension constante.
Les véhicules et les robots en particulier peuvent être opérés à distance. Cependant, il y a des applications qui nécessitent l’emploi d’un câble. Pour rappel, la connectique filaire peut être utilisée pour sécuriser la liaison entre l’opérateur et le robot, par exemple lorsque le robot évolue dans des tunnels, des souterrains, des bâtiments, des parkings, des endroits présentant un risque pour l’humain comme le nucléaire, le déminage, le militaire et autres.
En prenant l’exemple du nucléaire, un besoin évident est d’éviter l’exposition des humains à la radioactivité. De plus, on peut identifier un besoin spécifique, qui consiste à ne pas embarquer de l’électronique dans le robot, ce qui signifie notamment l’interdiction d’utiliser une carte de transmissions sans fils.
Dans le domaine du déminage, il est souvent nécessaire de piloter le robot lorsqu’il y a brouillage de fréquence. De nouveau, l’utilisation d’une communication sans fil est incompatible avec ce cas d’usage.
Lorsque le robot évolue dans des endroits où la transmission sans fil peut être perturbée, comme les tunnels, les souterrains, les bâtiments ou les parkings, il est indispensable de sécuriser la liaison avec le robot en utilisant une liaison filaire.
De plus, la liaison filaire peut être utile pour le transfert de flux de données important, comme par exemple un ou plusieurs flux vidéo en qualité haute définition, sachant que certaines applications de robot peuvent nécessiter de transmettre le flux de données de 8 à 12 caméras, des capteurs de tout type comme par exemple infrarouge, électromagnétique, de radioactivité, etc.
Le câble ou la liaison filaire peut également être utilisé comme un fil d’Arianne, pour naviguer le robot dans des tunnels avec des ramifications, dans des immeubles avec des parcours sur plusieurs niveaux, avec des bifurcations ou tout simplement si le robot évolue dans un espace a visibilité réduite comme le théâtre d’un incendie. De plus, le câble peut être utilisé également par les humains, en se connectant comme à une ligne de vie, pour retrouver le chemin qui permet de revenir au point de départ.
C’est donc pour ces raisons que la liaison filaire reste plus sûre et plus performante.
La présente invention concerne un module dérouleur à tension constante comprenant un châssis (1). Le châssis peut avoir une forme géométrique globale du type parallélépipède, voir en et mais toute autre forme générale comme des formes plus arrondies, tronconiques, pyramidales ou autres peuvent également être choisies selon les besoins. Ce châssis peut être réalisé en matière plastique, métallique, non métallique ou un assemblage de plusieurs matériaux. La réalisation du châssis peut mettre en œuvre des procédés comme la mécanosoudure, l’impression 3d, boulonnage, rivetage, etc.
Les choix des matériaux ainsi que les choix technologiques de fabrication concernent également individuellement chaque sous-ensemble composant le module.
Le module selon l’invention comporte également un tambour pourvu d’un corps cylindrique creux (3) comportant une surface intérieure (4) et une surface extérieure (5) et limité axialement par deux flasques (2). Le tambour est illustré dans les à 9. Selon un mode de réalisation de l’invention, les flasques peuvent être symétriques ou asymétriques. Ce dernier cas de figure permet l’intégration optimale des composants. En effet, la montre la particularité du flasque gauche, qui est en creux. Un flasque creux peut accueillir certains dispositifs afin de les protéger d’une exposition à des risques comme le frottement, les intempéries, etc.
Le module selon l’invention comporte également un câble (6) d’une longueur déterminée et configuré pour s’enrouler en spires autour du tambour. Le dimensionnement du tambour est interdépendant des caractéristiques du câble prévu s’enrouler en spires. Généralement, plus le câble est rigide, plus le diamètre du corps cylindrique creux sera important.
Le module selon l’invention comporte également un moteur (7). Le moteur est de type électrique synchrone ou asynchrone et est configuré pour entrainer le tambour dans un sens de rotation de déroulement du câble (6) et dans un sens de rotation d’enroulement du câble (6).
Le module selon l’invention comporte également une unité de contrôle (8) configurée pour générer des commandes de pilotage du moteur (7). Cette unité de contrôle peut être équipée d’au moins un microprocesseur, de circuits spécialisés pour envoyer des commandes logiques et/ou de puissance au moteur, de circuits pour des entrées analogiques et/ou logiques, de circuits de communication de type BUS CAN avec d’autres dispositifs, de circuits de cryptage, de protection et tout autre circuit selon les besoins de mise en œuvre.
Le module selon l’invention comporte également un limitateur de couple (9), ledit limitateur de couple (9) étant placé entre le tambour et le moteur (7). Ce limitateur de couple peut être de tout type par exemple purement mécanique, électromécanique, à poudre magnétique, à circulation d’huile ou autre, selon le besoin de la mise en œuvre. Le limitateur de couple peut être calibré pour présenter un seul seuil de désaccouplement ou bien plusieurs seuils de désaccouplement selon différents modes de fonctionnement, il peut présenter une plage de glissement progressif ou peut se désaccoupler sèchement. Dans une variante, le limitateur de couple peut également être piloté par l’unité de contrôle.
Le module selon l’invention comporte également un collecteur tournant (14) configuré pour connecter une extrémité du câble (6). Le collecteur tournant permet de réaliser une liaison électrique entre une partie statique et une partie mobile, en rotation. Le collecteur tournant est placé sensiblement sur l’axe de rotation du tambour, cf . Avantageusement on peut placer entre l’extrémité du câble et le collecteur tournant un convertisseur pour convertir les signaux transmis par une fibre optique vers un protocole du type RJ45. Avantageusement on peut placer le convertisseur dans un espace creux du flasque gauche sur la , où on peut également voir un orifice pour le passage du câble entre un coté où le câble est logé en spirales, au centre de la vers le côté où on retrouve cet espace creux.
Le module selon l’invention comporte également un dispositif de fixation (11) configuré pour appliquer un effort de traction sur une deuxième extrémité du câble (6). Ce dispositif de fixation est visible sur la et peut, avantageusement, comprendre un mousqueton pour permettre un arrimage simple, rapide et sécurisé. Evidemment, tout autre moyen de fixation peut être utilisé afin d’assurer l’arrimage du câble à un point stable.
Le module selon l’invention comporte également un dispositif de guidage du câble (12). Un tel dispositif de guidage est représenté en . Le dispositif de guidage guide le câble afin d’assurer un enroulement du câble de manière optimale sur le tambour.
Le module selon l’invention comporte également un codeur (18). Le rôle de ce codeur est de renseigner sur l’écoulement du câble dans un sens d’enroulage et de déroulage. Ce codeur peut être du tout type, par exemple optique ou magnétique.
Le module selon l’invention comporte également en ce que l’unité de contrôle est configurée pour maintenir un effort de traction sensiblement constant sur le câble (6). L’unité de contrôle intègre au moins le signal provenant du codeur. En l’occurrence, l’unité de contrôle peut détecter dans quel sens s’écoule le câble, à savoir enroulage ou déroulage. L’unité de contrôle peut comporter différents modes de pilotage du moteur qui sont activés selon l’analyse du signal du codeur. Ces états de pilotage permettent d’obtenir le maintien en traction sensiblement constant du câble.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un réducteur (13) est agencé entre le moteur (7) et le limitateur de couple (9). La représente une possible implémentation du réducteur, qui a un rôle d’adapter les caractéristiques intrinsèques du moteur aux besoins de couple et vitesse de rotation du tambour. Le réducteur est du type mécanique et peut comporter tout type de mécanisme, par exemple avec un train épicycloïdal, hypocycloïde ou hélicoïdales, à roues droites, etc. Avantageusement le réducteur est très compact pour permettre un positionnement aisé dans un espace réduit. Selon une variante de ce mode de réalisation, le moteur (7) est agencé sur un axe qui coïncide sensiblement avec l’axe du tambour et préférablement le moteur (7) et le limitateur de couple (9) sont agencés axialement dans un espace formé par les deux flasques (2) du tambour et la surface intérieure (4). Cette variante permet de loger au centre du tambour l’ensemble formé du moteur, réducteur et limitateur de couple. Cette variante permet de réaliser un montage compact, léger, solide et fiable. Dans la suite de la description, on parlera du couple moteur qui représentera le couple du moteur ou le couple en sortie du reducteur, selon le cas.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le câble (6) comporte au moins une fibre optique, au moins un fil métallique, au moins un filin de résistance en traction, au moins une gaine ou une combinaison de deux ou plusieurs dédits éléments et le câble (6) est connecté à une bride (23), cf . Sur cette on peut voir que la bride est montée à l’abri, à l’intérieur de la flasque gauche. Une variante de ce mode de réalisation est d’employer une fibre de verre qui confère une résistance mécanique satisfaisante, tout en offrant un flux de données suffisant tout en permettant d’avoir un câble avec un rayon réduit. Une variante de ce mode de réalisation est de mettre en œuvre une longueur du câble (6) qui peut varier entre 10 et 5000 mètres. Selon la technologie du câble, et dans la mesure ou on peut utiliser un câble de rayon réduit, on peut enrouler une longueur très importante, offrant ainsi un rayon du champ d’opération du robot très large. Selon ce mode de réalisation, on peut également connecter le robot électriquement. Ceci peut être particulièrement avantageux dans des circonstances où on envisage d’alimenter le robot en électricité et/ou si on veut communiquer avec le robot par le moyen de signaux électriques. Alternativement, on peut également envisager un transfert de la puissance électrique dans le sens contraire, du robot vers la base.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de guidage (12) comporte au moins un rouleau horizontal (15), au moins un rouleau vertical (16) ou préférablement une combinaison d’une paire de rouleaux horizontaux et d’une paire de rouleaux verticaux. La montre une mise en œuvre du mode de réalisation préférentiel, avec une paire de rouleaux horizontaux et une paire de rouleaux verticaux. Sachant que le câble qui sort du module peut être orienté dans toute direction et à tout angle par rapport à une face du module, les deux paires de rouleaux permettent de centrer le câble sensiblement vers le centre d’une face du module, ce qui permet un enroulement ordonné en spires sur le tambour. Une alternative serait d’employer un seul rouleau dans certains modes de réalisation. Alternativement, on peut envisager de positionner le ou les rouleaux de manière dynamique, en fonction de l’angle que le câble fait avec une face du module et /ou en fonction du positionnement de la spire sur la largeur du tambour. Selon une variante de ce mode de réalisation, le dispositif de guidage (12) comporte préférablement en outre un boitier de trancanage (17). Avantageusement ledit boitier de trancanage (17) peut être agencé en liaison de rotation avec le tambour préférablement au moyen d’une courroie crantée. Cette variante est visible sur la . On peut y voir une poulie située sur l’axe du tambour, en bas de la et une deuxième poulie située sur un axe du boitier de trancanage. Dans cette variante, le rapport de rotation entre les deux axes est de 1 :1. Ce rapport peut être différent dans une autre configuration de montage. Le trancanage est l'action d'enrouler de manière ordonnée un objet, dans notre cas le câble, voir détails dans les , , et . L'action de trancaner consiste à enrouler spire par spire et couche par couche le câble. Il est réalisé grâce à un retard de l'angle de quelques degrés du câble sur l'enroulement avec une vitesse d'enroulement dépendant de ce retard d'angle. Concrètement, le câble s'enroule spire après spire, le retard d'angle diminue à l'arrivée de l'une des deux extrémités du support d'enroulement, on diminue alors sa vitesse d'enroulement. En touchant le bord, l'angle de retard du câble est alors de 0°, on réduit la vitesse d'enroulement au plus bas, le câble va alors s'enrouler dans l'autre sens sur la couche inférieure et ainsi de suite. Le but de cette action est d'économiser la place sur le support et aussi de permettre un déroulement automatique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’unité de contrôle (8) est paramétrée pour transmettre un jeu d’états de pilotage du moteur (7) en fonction d’au moins un facteur parmi :
a. une vitesse codeur V et une accélération codeur A, dérivés du signal provenant du codeur (18),
b. une évaluation de la longueur du câble (6) enroulé sur le tambour,
c. un jeu de paramètres de fonctionnement du module dérouleur à tension constante,
d. un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante. Dans ce mode de réalisation, l’unité de contrôle effectue une intégration du signal reçu du codeur. Cette intégration permet d’obtenir dans un premier temps la vitesse et respectivement l’accélération positive ou négative du mouvement d’écoulement du câble. L’unité de contrôle peut intégrer en outre d’autres paramètres comme la longueur du câble enroulé. Cette longueur peut être calculée à partir de l’information reçue du codeur, qui permet d’indexer le nombre de tours du tambour et sur la base de la longueur totale du câble. La longueur de câble ainsi calculée peut, par exemple, donner des indications sur l’inertie du tambour, qui est plus importante lorsqu’une partie importante de câble se trouve enroulé, sur le risque d’avoir une flèche importante si une longueur importante de câble est déroulée. Dans cette variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement. Dans une autre variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement en intégrant des paramètres internes au module comme la température environnante, un mode d’avertissement lorsque le tambour se vide, etc. Dans une autre variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement en intégrant des paramètres externes au module, comme par exemple des informations concernant l’accélération du robot, sa vitesse, les variations angulaires de sa trajectoire comme lorsqu’il tourne, prend des virages, monte ou descend une pente, s'arrête en mode d’arrêt d’urgence, etc.
a. une vitesse codeur V et une accélération codeur A, dérivés du signal provenant du codeur (18),
b. une évaluation de la longueur du câble (6) enroulé sur le tambour,
c. un jeu de paramètres de fonctionnement du module dérouleur à tension constante,
d. un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante. Dans ce mode de réalisation, l’unité de contrôle effectue une intégration du signal reçu du codeur. Cette intégration permet d’obtenir dans un premier temps la vitesse et respectivement l’accélération positive ou négative du mouvement d’écoulement du câble. L’unité de contrôle peut intégrer en outre d’autres paramètres comme la longueur du câble enroulé. Cette longueur peut être calculée à partir de l’information reçue du codeur, qui permet d’indexer le nombre de tours du tambour et sur la base de la longueur totale du câble. La longueur de câble ainsi calculée peut, par exemple, donner des indications sur l’inertie du tambour, qui est plus importante lorsqu’une partie importante de câble se trouve enroulé, sur le risque d’avoir une flèche importante si une longueur importante de câble est déroulée. Dans cette variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement. Dans une autre variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement en intégrant des paramètres internes au module comme la température environnante, un mode d’avertissement lorsque le tambour se vide, etc. Dans une autre variante, l’unité de contrôle peut ajuster un jeu d’états de pilotage du moteur plus finement en intégrant des paramètres externes au module, comme par exemple des informations concernant l’accélération du robot, sa vitesse, les variations angulaires de sa trajectoire comme lorsqu’il tourne, prend des virages, monte ou descend une pente, s'arrête en mode d’arrêt d’urgence, etc.
Le moteur est piloté par l’unité de contrôle, qui est en communication avec le moteur. En effet, dans un mode de réalisation, le moteur peut renseigner l’unité de contrôle sur sa vitesse de rotation. On peut ainsi éviter de placer un capteur sur l’axe du moteur.
Pour des raisons d’aisance de compréhension, on va détailler les états de fonctionnement du moteur à l’aide du schéma en . Selon ce schéma, on va discuter trois états de fonctionnement, numérotés dans les cercles 1, 2 et 3, selon des intervalles de variation de la vitesse codeur V. Pour simplifier les explications, on prend trois niveaux de puissance distincts, à savoir P0, P1 et P2. Sur le schéma de la ces niveaux de puissance sont constants. Cependant l’unité de contrôle peut être prévue pour appliquer les puissances P1 et P2 de manière variable, sous forme de sinusoïde, variation arithmétique, logarithmique, parabolique ou tout autre variation selon les paramètres à optimiser. Les paramètres à optimiser peuvent être la recherche d’un enclanchement progressif du limiteur de couple, une anticipation de l’inertie du tambour, ou autre. L’inertie du tambour peut être estimée, à son tour, en fonction de la longueur du câble restant sur le tambour.
Dans un mode de réalisation, on peut placer un capteur de détection de la tension du câble dans l’espace entre le dispositif de trancanage et les cylindres de guidage du câble, dans une zone centrale sur la . Ce capteur peut être de la forme d’un doigt articulé, avec une extrémité en contact avec le câble, préférablement fixé sur le dispositif de trancanage, afin de suivre en translation le mouvement du câble, et peut exercer une pression en flexion sur le câble, afin de détecter les changements dans la tension du câble. Le signal de ce capteur peut être intégré dans l’unité de contrôle afin d’optimiser la gestion du module dérouleur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le jeu d’états de pilotage du moteur (7) comprend les états suivants :
a. A l’état initial sur un intervalle de vitesse codeur V entre Vd et Ve, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1. Dans cet état de fonctionnement, le moteur applique un couple inferieur au couple de désengagement du limiteur de couple et donc le moteur reste couplé au tambour. Le câble est statique ou en déroulage ou en enroulage à très faible vitesse. L’unité de contrôle applique au moteur la puissance P1. Dans cet intervalle de vitesse de tambour, la moindre variation de tension du câble dans un sens ou dans l’autre va soit :
- Entrainer le tambour et le moteur si un opérateur tire sur le câble ou
- Enrouler le câble lentement si la tension diminue faiblement.
- Entrainer le tambour et le moteur si un opérateur tire sur le câble ou
- Enrouler le câble lentement si la tension diminue faiblement.
b. Si la vitesse du codeur V est inférieure à Vd : Dans cet état, le câble est retiré du dérouleur et on peut imaginer un opérateur qui est en train de dérouler le câble. Il applique donc au câble une tension supérieure au couple limite. Dans cet état, le couple du tambour est supérieur au couple du moteur donc le limiteur découple le moteur. Si l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1, le moteur va continuer à tourner. L’avantage de ce mode fonctionnement est que si on relâche la tension dans le câble, le limiteur de couple va reconnecter immédiatement le moteur au tambour, rétablissant ainsi une tension dans le câble. Le désavantage de ce mode de fonctionnement est que le limitateur de couple est continuellement en frottement. Une variante de cet état permet de faire fonctionner le moteur en roue libre. Ainsi, on distingue deux cas de figure comme suit :
b1. Si l’accélération codeur A est sensiblement nulle ou positive, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance nulle P0. Dans cette variante le moteur n’est plus alimenté, il est en roue libre, le limiteur couple le moteur au tambour. Dans d’autres mots, le moteur est arrêté et est électroniquement débrayé, ce qui signifie qu’il ne produit pas de contre-couple. Cette variante permet d’éviter une usure prématurée du limiteur de couple et réduit l’inertie du tambour.
b2. Si l’accélération codeur A est négative, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1. Dans d’autres mots, lorsque le tambour décélère, ce qui est synonyme de réduction de la tension dans le câble, alors l’unité de contrôle applique la puissance de commande P1 au moteur. Cela permet de rétablir rapidement la tension du câble.
c. Si la vitesse codeur V est supérieure à Ve, alors l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P2, supérieure à P1. Dans cet état, on veille à éviter que la tension dans le câble soit trop faible, donc le limitateur de couple recouple le moteur au tambour. A titre d’exemple, on peut imaginer que le câble est en train de s’enrouler plus rapidement que la vitesse Ve. Dans d’autres mots, on peut rencontrer cet état lorsque le module, monté sur un robot, revient vers le point de départ.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le châssis (1) est pourvu d’au moins une interface de fixation (20, 21). Sur la on peut voir une telle interface 21 en dessous du module et une autre interface 20 au-dessus du module. Ladite au moins une interface de fixation (20, 21) est pourvue d’au moins un élément de connexion et préférablement de trois éléments de connexion. Sur la on peut distinguer une configuration avec trois éléments de connexion. Avantageusement, les éléments de connexion peuvent comporter une ou plusieurs cannelures afin de réaliser un blocage en rotation. Avantageusement, les éléments de connexion peuvent avoir une forme générale conique, plus préférablement tronconique. Ceci permet de réaliser un centrage aisé avec d’autres éléments de connexion du type male/femelle. En l’occurrence, l’interface de fixation 21 peut comporter des éléments de connexion femelle et l’interface de fixation 20 peut comporter des éléments de connexion male. Evidemment, les éléments de connexion femelle et male peuvent être invertis, selon les besoins du montage. Ladite au moins une interface de fixation (20, 21) est agencée pour verrouiller de manière amovible le châssis du module dérouleur à tension constante sur un ou sur deux éléments extérieurs au module dérouleur à tension constante et dans lequel. Dans d’autres mots, une interface de fixation est utilisée pour connecter le module à un autre dispositif, comme par exemple un robot. Une deuxième interface de fixation peut être utilisée pour connecter un autre dispositif sur le dessus du module. Ladite au moins une interface de fixation (20, 21) est agencée pour réaliser une connexion mécanique et préférablement en outre une connexion électrique et/ou fluidique. En effet, on peut placer au centre des éléments de connexion des connexions électriques, de puissance et de signal, ainsi qu’une connexion fluidique, par exemple pour combattre un feu. L’interface 21 peut être utilisée pour fixer le module dérouleur sur un robot.
La présente invention concerne un robot pourvu d’une interface agencée pour verrouiller un module dérouleur à tension constante. L’interface de fixation du robot est compatible avec l’interface de fixation du module. En d’autres mots, le robot est pourvu, sur son dessus, d’une interface du type de l’interface 20, qui est ramenée en contact avec l’interface de fixation 21 lorsque le module est monté sur le robot. Une fois le contact réalisé entre les deux interfaces, un dispositif permet de réaliser un verrouillage du module sur le robot. Lorsque le verrouillage est réalisé, le robot peut commencer à communiquer avec le module dérouleur à tension constante. Cette communication peut suivre des protocoles standards comme le CAN BUS, préférablement de manière bidirectionnelle. Parmi les jeux de paramètre qui sont alors communiqués, on peut mentionner ceux extérieurs au module dérouleur à tension constante. De manière avantageuse, le robot peut renseigner le module avec au moins une indication du mouvement du robot. Cette indication du mouvement peut consister en la vitesse et l’accélération. En outre, des indications angulaires concernant l’inclinaison du robot par rapport au plan horizontal, des vibrations, des modes de fonctionnement en défaut peuvent être communiquées entre le robot et le module, afin d’ajuster une tension du câble différente de celle du mode de fonctionnement normal. Par exemple, le câble peut être tellement détendu pour être mis à terre ou au contraire, l’unité de contrôle peut être amenée à provoquer des à-coups dans le câble en cas de besoin.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la deuxième extrémité du câble (6) est pourvue pour se connecter à un module distant (22), cf . Le module distant peut comporter un switch de conversion entre la fibre optique et un protocole du type RJ45, qui permet de réaliser la liaison avec un ordinateur de contrôle ou une télécommande.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot comprend en outre des moyens de transmission sans fil. Dans ce mode de réalisation de l’invention, le câble est utilisé pour des raisons autres que la communication de données. Par exemple le câble peut être utilisé pour le transfert de puissance électrique, en tant que fil d’Arianne pour faciliter le retour d’un opérateur, etc.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le robot peut être pourvu de moyens de déplacement qui sont adaptés à se déplacer à la surface d’un sol ou d’un fluide, en sous-marin dans un fluide ou dans l’air. Selon les besoins, on peut envisager également une combinaison de deux ou plus desdits moyens de déplacement. En effet, le robot peut être amené à évoluer dans des immeubles, dans des tunnels, sur des bateaux, dans des centrales nucléaires, sur un sol dur mais aussi à la surface de l’eau ou même sous la surface de l’eau. Selon un mode de réalisation, les moyens de déplacement comprennent au moins une roue, au moins une paire de roues, un dispositif de flottaison et/ou des chenilles. Dans un mode préférentiel de réalisation, le robot peut être équipe de chenilles.
Les avantages du dispositif selon l’invention apparaissent plus clairement à la lecture de l’exemple d’application ci-après.
Afin de mettre en œuvre le robot, on peut décrire les étapes suivantes :
a. Verrouiller le module dérouleur à tension constante sur le robot ;
b. Fixer l’extrémité du câble avec le dispositif de fixation, par une boucle agencée sensiblement à proximité de son extrémité, à un point d’accroche fixe, préférablement par le biais d’un mousqueton ;
c. Connecter le module distant ;
d. Selon le cas, connecter la ligne de vie d’au moins un operateur au câble ;
e. Guider le robot sur un parcours de mission et le ramener au point de départ ;
f. Détacher le câble du point d’accroche fixe, du module distant ;
g. Déverrouiller le module dérouleur à tension constante du robot.
a. Verrouiller le module dérouleur à tension constante sur le robot ;
b. Fixer l’extrémité du câble avec le dispositif de fixation, par une boucle agencée sensiblement à proximité de son extrémité, à un point d’accroche fixe, préférablement par le biais d’un mousqueton ;
c. Connecter le module distant ;
d. Selon le cas, connecter la ligne de vie d’au moins un operateur au câble ;
e. Guider le robot sur un parcours de mission et le ramener au point de départ ;
f. Détacher le câble du point d’accroche fixe, du module distant ;
g. Déverrouiller le module dérouleur à tension constante du robot.
Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation des évidements, décrits ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Claims (12)
- Module dérouleur à tension constante comprenant un châssis (1), un tambour pourvu d’un corps cylindrique creux (3) comportant une surface intérieure (4) et une surface extérieure (5) et limité axialement par deux flasques (2), un câble (6) d’une longueur déterminée et configuré pour s’enrouler en spires autour du tambour, un moteur (7) configuré pour entrainer le tambour dans un sens de rotation de déroulement du câble (6) et dans un sens de rotation d’enroulement du câble (6), une unité de contrôle (8) configurée pour générer des commandes de pilotage du moteur (7), un limitateur de couple (9), ledit limitateur de couple (9) étant placé entre le tambour et le moteur (7), un collecteur tournant (14) configuré pour connecter une extrémité du câble (6), un dispositif de fixation (11) configuré pour appliquer un effort de traction sur une deuxième extrémité du câble (6), un dispositif de guidage du câble (12), caractérisé en ce que l’unité de contrôle est connectée à un codeur (18) et ladite unité de contrôle est configurée pour maintenir un effort de traction sensiblement constant sur le câble (6).
- Module dérouleur à tension constante selon la revendication précédente, dans lequel un réducteur (13) est agencé entre le moteur (7) et le limitateur de couple (9).
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur (7) est agencé sur un axe qui coïncide sensiblement avec l’axe du tambour et préférablement le moteur (7) et le limitateur de couple (9) sont agencés axialement dans un espace formé par les deux flasques (2) du tambour et la surface intérieure (4).
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble (6) comporte au moins une fibre optique, au moins un fil métallique, au moins un filin de résistance en traction, au moins une gaine ou une combinaison de deux ou plusieurs dédits éléments et le câble (6) est connecté à une bride (23).
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la longueur du câble (6) peut varier entre 10 et 5000 mètres.
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de guidage (12) comporte au moins un rouleau horizontal (15), au moins un rouleau vertical (16) ou préférablement une combinaison d’une paire de rouleaux horizontaux et d’une paire de rouleaux verticaux et le dispositif de guidage (12) comporte préférablement en outre un boitier de trancanage (17), ledit boitier de trancanage (17) étant agencé en liaison de rotation avec le tambour préférablement au moyen d’une courroie crantée.
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de contrôle (8) est paramétrée pour transmettre un jeu d’états de pilotage du moteur (7) en fonction d’au moins un facteur parmi :
- une vitesse codeur V et une accélération codeur A, dérivés du signal provenant du codeur (18) ;
- une évaluation de la longueur du câble (6) enroulé sur le tambour ;
- un jeu de paramètres de fonctionnement du module dérouleur à tension constante ;
- un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante.
- Module dérouleur à tension constante selon la revendication précédente, dans lequel le jeu d’états de pilotage du moteur (7) comprend les états suivants :
- A l’état initial sur un intervalle de vitesse codeur V entre Vd et Ve, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1, (le moteur applique un couple inferieur au couple de désengagement du limiteur de couple, le moteur reste couplé au tambour) ;
- Si la vitesse du codeur V est inférieure à Vd (le couple du tambour est supérieur au couple du moteur donc le limiteur découple le moteur et) l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1 (pas de roue libre) ;
- Si la vitesse codeur V est supérieure à Ve, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P2 (le couple du tambour est inférieur au couple du moteur donc le limiteur couple le moteur).
- Module dérouleur à tension constante selon la revendication 7, dans lequel le jeu d’états de pilotage du moteur (7) comprend les états suivants :
- A l’état initial sur un intervalle de vitesse codeur V entre Vd et Ve, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1, (le moteur applique un couple inferieur au couple de désengagement du limiteur de couple, le moteur reste couplé au tambour)
- Si la vitesse du codeur V est inférieure à Vd (le couple du tambour est supérieur au couple du moteur donc le limiteur découple le moteur et) :
- Si l’accélération codeur A est sensiblement nulle ou positive, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance nulle P0, (roue libre, le limiteur couple le moteur)
- Si l’accélération codeur A est négative, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P1 ;
- Si la vitesse codeur V est supérieure à Ve, l’unité de contrôle (8) alimente le moteur (7) avec une puissance P2 (le couple du tambour est inférieur au couple du moteur donc le limiteur couple le moteur).
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le châssis (1) est pourvu d’au moins une interface de fixation (20, 21), ladite au moins une interface de fixation (20, 21) étant pourvue d’au moins un élément de connexion et préférablement de trois éléments de connexion, ladite au moins une interface de fixation (20, 21) étant agencée pour verrouiller de manière amovible le châssis du module dérouleur à tension constante sur un ou sur deux éléments extérieurs au module dérouleur à tension constante et dans lequel, ladite au moins une interface de fixation (20, 21) est agencée pour réaliser une connexion mécanique et préférablement en outre une connexion électrique et/ou fluidique.
- Module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième extrémité du câble (6) est pourvue pour se connecter à un module distant (22).
- Robot pourvu d’une interface agencée pour verrouiller un module dérouleur à tension constante selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit robot étant agencé pour communiquer avec ledit module dérouleur à tension constante, préférablement de manière bidirectionnelle, pour transmettre au moins un jeu de paramètres extérieurs au module dérouleur à tension constante comprenant au moins une indication du mouvement du robot.
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| Country | Link |
|---|---|
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2022
- 2022-08-01 FR FR2207990A patent/FR3138421A1/fr active Pending
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