FR3113899A1

FR3113899A1 - Système anticollision destiné à une grue

Info

Publication number: FR3113899A1
Application number: FR2009085A
Authority: FR
Inventors: Vincent Thevenet; Adrien ROLLAND; Benoît GIUPPONI; Fabien BESSY; Sylvain CUENOT
Original assignee: Ascorel
Current assignee: Ascorel
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2022-03-11

Abstract

Système anticollision destiné à une grue La présente description concerne un système électronique anticollision d'une grue comportant au moins : un ensemble de capteurs de position ou de mouvement de constituants de la grue ; un calculateur électronique exécutant une configuration d'anticollision ; un contrôleur contrôlant des organes de commande de mouvements des constituants de la grue ; un outil de calibration exécutant une fonction de calibration (61) comportant plusieurs étapes (63, 65, 67, 69) de calibration de paramètres du système anticollision ; et une fonction de contrôle (75), exécutée par le calculateur ou l'outil de calibration et limitant (77) tout ou partie des mouvements des constituants de la grue en fonction des étapes de calibration effectuées. Figure pour l'abrégé : Fig. 6

Description

Système anticollision destiné à une grue

La présente description concerne de façon générale les grues à tour utilisées sur des chantiers et plus particulièrement un système anticollision électronique équipant une grue à tour. La présente description s'applique notamment aux systèmes de sécurité ou anticollision ou limitant les zones de survol de la flèche de la grue.

Les grues à tour sont particulièrement répandues dans les chantiers de construction ou de réfection. Elles sont généralement disposées aux mêmes emplacements pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines ou plusieurs mois en fonction de la durée du chantier.

Il existe différentes catégories de grues à tours, selon la nature du montage de la grue (à montage par éléments ou automatisé), le niveau de rotation (tournant du haut, tournant du bas), le type de flèche (horizontale, relevable, articulée, télescopique, en bec de canard) et la configuration (translation, stationnaire, hissage).

Une grue à tour peut faire plusieurs dizaines de mètres de haut et sa flèche peut faire plusieurs dizaines de mètres de long. De même, la charge suspendue à la flèche de la grue peut se retrouver en survol à plusieurs dizaines de mètres du sol.

L'environnement dans lequel se trouve la grue nécessite généralement de limiter les zones de survol du crochet de la grue, avec ou sans charge, afin notamment d'éviter les collisions avec des bâtiments ou d'autres grues (interférences entre grues) ou d’éviter des zones interdites de survol pour leur dangerosité en cas de chute de tout ou partie de la charge.

Il existe déjà des systèmes électroniques anticollision utilisant des capteurs de diverses natures afin d'assister le grutier dans la manoeuvre de la grue en respectant ces contraintes.

La mise en place d'une grue sur un chantier s'accompagne d'un paramétrage ou calibration de son système anticollision pour tenir compte, entre autres, de la configuration du chantier afin de déterminer les zones d'interférences entre grues (volume de travail susceptible d'être balayé par plusieurs grues ou leurs charges) et les zones ou volumes d'interdiction ou de limitation de survol (zones et volumes interdits).

Ce paramétrage est généralement une opération fastidieuse effectuée manuellement qui nécessite d'être réitérée à chaque fois que les caractéristiques de la grue (notamment la hauteur du mât et la longueur de la flèche) et les caractéristiques de son environnement (mise en place d'une autre grue avec interférence possible, avancée des constructions, etc.) changent.

Il existe un besoin pour une fonction d'aide au paramétrage ou à la calibration des systèmes anticollision.

Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des systèmes électroniques anticollision équipant des grues à tour.

Un mode de réalisation prévoit Système électronique anticollision d'une grue comportant au moins :
un ensemble de capteurs de position ou de mouvement de constituants de la grue ;
un calculateur électronique exécutant une configuration d'anticollision ;
un contrôleur contrôlant des organes de commande de mouvements des constituants de la grue ;
un outil de calibration exécutant une fonction de calibration comportant plusieurs étapes de calibration de paramètres du système anticollision ; et
une fonction de contrôle, exécutée par le calculateur ou l'outil de calibration et limitant tout ou partie des mouvements des constituants de la grue en fonction des étapes de calibration effectuées.

Selon un mode de réalisation, le calculateur ou l'outil de calibration envoie, au contrôleur, une ou plusieurs commandes de restriction des mouvements d'un ou plusieurs constituants de la grue.

Selon un mode de réalisation, le système comporte en outre un ensemble de capteurs de l'environnement de la grue.

Selon un mode de réalisation, la fonction de calibration comporte une étape de rechargement, depuis une mémoire, d'une configuration de paramètres précédente.

Selon un mode de réalisation, la fonction de calibration et/ou la fonction de contrôle comporte une ou plusieurs étapes de vérification de cohérence des paramètres entre eux.

Selon un mode de réalisation, la fonction de contrôle comporte une étape de validation de la configuration par un opérateur, désactivant la limitation de tout ou partie des mouvements des constituants de la grue.

Selon un mode de réalisation, la fonction de calibration comporte une étape de collecte de caractéristiques statiques et dynamiques de la grue.

Selon un mode de réalisation, la fonction de calibration comporte une étape de collecte de caractéristiques de l'environnement de la grue.

Selon un mode de réalisation, les caractéristiques comprennent tout ou partie des caractéristiques suivantes :
les dimensions d'un mât de la grue ;
les dimensions d'une flèche ;
les dimensions d'une contre-flèche ;
la position de la grue ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement de la flèche ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement d'un crochet suspendu à la flèche ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement le long de la flèche d'un chariot (14) portant le crochet ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement d'un socle portant le mat ;
les coordonnées et dimensions d'autres grues avoisinantes ; et
les coordonnées de zones et volumes interdits.

Selon un mode de réalisation, les constituants de la grue dont les mouvements sont limités comportent un ou plusieurs constituants parmi :
la flèche de la grue ;
la contre-flèche de la grue ;
le crochet de la grue ;
le chariot mobile le long de la flèche ; et
le socle de la grue.

Selon un mode de réalisation, l'outil de calibration est intégré au calculateur ou à une interface utilisateur.

Un mode de réalisation prévoit un procédé de calibration d'un système anticollision d'une grue comportant au moins :
un ensemble de capteurs de position ou de mouvement de constituants de la grue ;
un calculateur électronique exécutant une configuration d'anticollision ;
un contrôleur contrôlant des organes de commande de mouvements des constituants de la grue ;
un outil de calibration,
dans lequel le procédé comprend :
une fonction de calibration comportant plusieurs étapes de calibration de paramètres du système anticollision ; et
une fonction de contrôle, exécutée par le calculateur ou l'outil de calibration et limitant tout ou partie des mouvements des constituants de la grue en fonction des étapes de calibration effectuées.

Un mode de réalisation prévoit un programme d'ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un microcontrôleur ou un ordinateur, mettent en oeuvre le procédé décrit.

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

la figure 1 représente, de façon très schématique, un exemple de grue à flèche horizontale, équipée d'un système électronique anticollision ;

la figure 2 représente, de façon très schématique, un exemple de grue à flèche relevable du type auquel s'appliquent également les modes de réalisation décrits ;

la figure 3 représente, de façon très schématique, un exemple d'implantation de grues sur un chantier ;

la figure 4 représente, de façon très schématique, un autre exemple d'implantation d'une grue sur un chantier ;

la figure 5 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un système électronique anticollision ; et

la figure 6 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de mise en oeuvre d'une fonction d'aide et de contrôle à la calibration du système anticollision.

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la technologie des capteurs et actionneurs utilisés pour la mise en oeuvre des modes de réalisation décrits n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les capteurs et actionneurs usuels équipant les grues et les systèmes anticollision.

Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à une grue dans une position normale d'utilisation.

Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % ou 10° près, de préférence à 5 % ou 5° près.

La figure 1 représente, de façon très schématique, une grue à tour horizontale 1, équipée d'un système électronique anticollision.

Une grue à tour horizontale 1 est constituée d'un fût ou mât vertical 11, reposant sur un socle 12 et portant une flèche 132.

Le socle 12 est soit posé au sol, soit mobile sur des rails (non représentés) ou sur roues. Le socle 12 est généralement lesté (lest 122).

Le mât 11 comporte une partie basse ou inférieure 112, fixée au socle 12, et, dans l'exemple représentée, une partie haute ou supérieure 114 (ou tourelle) mobile en rotation par rapport à la partie basse 112. La partie 114 est susceptible de tourner autour de l'axe du mât 11, avec une amplitude angulaire limitée ou non, de façon à faire tourner la structure 13. En variante, le mât 11 peut être tournant, le mécanisme d'orientation de la flèche se trouvant au niveau du socle 12 au lieu d’être en haut du mât.

Dans le cas d'une grue à flèche horizontale 1 telle que représentée en figure 1, une structure horizontale 13 s'étend de part et d'autre de la partie haute 114 du mât 11 avec laquelle elle est solidaire. Une partie avant de cette structure horizontale 13 constitue la flèche 132 de la grue. Une partie arrière de la structure horizontale 13 constitue la contre-flèche 134. La contre-flèche sert de stabilisateur ou contre-poids et porte généralement un lest 136.

La flèche 132 porte, dans l'exemple représenté, un chariot 14, mobile en translation le long de la flèche 132, en étant actionné par un mécanisme de distribution 142. Dans l'exemple représenté, un crochet 144, qui constitue l'outil de levage de charges, est suspendu au chariot 14 par un système de câbles 146, actionnés par un treuil de levage 148. D'autres mécanismes de levage peuvent être présents sur le chariot 14 et les positions du mécanisme de distribution 142 et du treuil de levage 148 le long de la partie horizontale 13 peuvent varier d'une grue à une autre. Par ailleurs, certaines grues ne comportent pas de chariot, la position longitudinale du crochet 144 par rapport à la flèche 132 étant alors fixe.

La tourelle 114 porte une cabine 116 destinée au grutier du côté de la flèche 132.

La grue 1 est équipée d'un système électronique de commande ou contrôleur (symbolisé par un bloc 21) comportant un ou plusieurs automates et interfaces, contrôlant les différents mouvements de la flèche 132 (rotation par l'intermédiaire d'une rotation de la tourelle 114), du chariot 14 (translation horizontale le long de la flèche 132), du crochet 144 (translation verticale commandée par treuil) et, le cas échéant, du socle 12 (translation horizontale sur rails ou mobilité sur roues). Ce contrôleur 21 est, entre autres, actionné par le grutier depuis la cabine 116.

Selon les modes de réalisation décrits, le système de commande est associé à, ou inclut, un système électronique anticollision. Ce système comporte, entre autres, un calculateur ou microcontrôleur (symbolisé par un bloc 23) et une ou plusieurs interfaces utilisateurs 25 (clavier/écran, afficheur, etc.) situées, par exemple, dans la cabine 116 et à d'autres endroits de la grue 1. Le calculateur 23 exploite des résultats de mesures fournis par différents capteurs environnementaux, de position et/ou de mouvement de la grue 1 et de ses constituants, afin d'assister le grutier à respecter les zones et volumes interdits de survol et à éviter les collisions.

Plus particulièrement, la grue 1 est équipée de capteurs de différentes natures à différents endroits. Par exemple, la grue 1 est équipée de plusieurs capteurs, parmi :
un ou plusieurs capteurs de hauteur 32, ou d'altitude de la pointe, de la flèche 132 par rapport au sol et/ou à un bâtiment et/ou objet à son aplomb ;
un ou plusieurs capteurs 33 d'orientation de la flèche 13 (position angulaire par rapport à une orientation de référence ou à une orientation cardinale) ;
un ou plusieurs capteurs (capteur de distribution) 34 de position du chariot 14 le long de la flèche 132 (généralement déduite de la longueur de câble du mécanisme de distribution 142 déroulée) ;
un ou plusieurs capteurs 35 de position du crochet 144 en hauteur par rapport à la flèche 132 et/ou par rapport au sol (généralement un capteur de longueur de câble 146 déroulée) ;
un ou plusieurs capteurs de charge 36 fournissant une indication sur la présence ou non d'une charge suspendue au crochet 144 (par exemple déduite d'une mesure d'effort du brin de câble) ;
un ou plusieurs capteurs 37 de détection d'obstacles latéraux, par exemple deux capteurs placés aux deux pointes ou extrémités de la structure horizontale 13 ;
un ou plusieurs capteurs 38 de translation du socle 12 ou de déplacement de la grue 1 (par rapport à une position de référence ou coordonnées GPS) ; et
un ou plusieurs capteurs de position, type GPS, par exemple en tête de flèche 132 pour en déduire à la fois la position et la hauteur de la flèche.

D'autres capteurs peuvent être prévus selon le type de grue et la nature de l'environnement de la grue. Par exemple, on pourra prévoir des capteurs d'angle de la flèche relevable, un altimètre, un baromètre, un anémomètre, une girouette, une ou plusieurs centrales inertielles (ou accéléromètres, capteurs de vitesse, gyroscopes, magnétomètres) pour obtenir des informations dynamiques de déplacement des différents constituants de la grue (par exemple, vitesses, accélérations, etc.) et environnementales. Ces grandeurs peuvent, en variante, être déduites des changements de position par le calculateur ou microcontrôleur 23.

Les différents constituants du système anticollision sont reliés au calculateur 23 par des liaisons (non représentées en figure 1) filaires ou sans fil. Le calculateur 23 communique avec le contrôleur 21 de commande de la grue (ses automates, son unité centrale, etc.) afin de fournir les consignes issues de la mise en oeuvre du programme d'anticollision qui exploite des paramètres de calibration associés à la grue.

Le système anticollision comporte en outre un ou plusieurs émetteurs radio 27 destinés à permettre des communications avec d'autres grues et/ou avec une centrale de gestion du chantier (disposant des caractéristiques associées à l'ensemble des grues du chantier) afin de transmettre des informations sur les caractéristiques de l'environnement de la grue 1 et de recevoir des consignes ou informations des autres grues ou de la centrale de gestion. Par ailleurs, des indicateurs sonores et/ou visuels (non représentés en figure 1) et autres interfaces utilisateurs sont généralement prévus.

Les différents constituants du système anticollision dépendent du type de grue et des fonctions et mouvements que peut faire celle-ci.

La figure 2 représente, de façon très schématique, un exemple de grue à flèche relevable 1' du type auquel s'appliquent également les modes de réalisation décrits.

La principale différence entre une grue à flèche relevable 1' et une grue à flèche horizontale 1 (figure 1) est l'inclinaison verticale (variable) de la flèche par rapport au mât. La hauteur maximale du crochet est alors conditionnée par l'angle de la flèche.

Pour le reste on retrouve, dans une grue à flèche relevable 1', sensiblement les mêmes constituants que dans une grue à flèche horizontale, typiquement :
un socle stationnaire ou mobile (pour simplifier, seule la partie haute de la grue 1' a été représentée en figure 3) ;
un mât 11' (tournant ou non par rapport au socle) ;
un mécanisme d'orientation de la partie haute du mât ;
une cabine 116'
une flèche 132', ici relevable par rapport au mât 11' en fonction de la longueur d'un câble de relevage 145' actionné par un mécanisme de relevage 142' ;
une contre-flèche 134' lestée (lest 136') ;
un crochet 144' associé à un câble de levage 146' et à un treuil 148' ;
etc.

Une grue à flèche relevable, comme une grue à flèche horizontale, et plus généralement toute grue à tour (à flèche articulée, télescopique, à bec de canard), mobile ou stationnaire, à montage automatique ou non, etc., peut être équipée de capteurs et d'un système électronique anticollision. Le type de capteurs équipant la grue dépend généralement du type de grue et de la mobilité de ses différents constituants.

La figure 3 représente, de façon très schématique, un exemple d'implantation de grues sur un chantier.

Dans cet exemple, on illustre les positions respectives de deux grues 1A et 1B sur un chantier. Chaque grue a un volume de travail (ou zone d'action de la grue) défini par la zone ou volume balayée par le crochet et/ou la partie supérieure tournante de la grue. Dans l'exemple représenté, on considère que le crochet peut se trouver à l'extrémité de la flèche de chaque grue. Les positions des grues 1A et 1B sont alors telles qu'elles présentent une zone d'interférence 42, définie dans l'exemple représenté par l'intersection des cercles virtuels respectifs 41A et 41B décrits par les structures horizontales 13A et 13B lors d'une rotation complète. Plus précisément, la zone d'interférence 42 correspond au volume de travail dans lequel au moins deux grues sont susceptibles d'entrer en collision, ce qui correspond, dans l'exemple représenté, à la surface de l'intersection des cercles 41A et 41B par la hauteur de la structure horizontale la plus basse parmi les structures horizontales 13A et 13B. D'autres zones d'interférence peuvent exister en fonction des implantations et configurations (par exemple, une zone d'interférence avec la contre-flèche de la grue basse, une zone d'interférence fonction de la translation d'une grue mobile, etc.).

Dans l'exemple de la figure 3, on suppose que la grue 1A est la grue basse et que la grue 1B est la grue haute.

On définit également un volume 43B, autour de l'aplomb du chariot 14B ou crochet de la grue haute 1B. Ce volume 43B, fonction de la position du crochet de la grue haute, est interdit d'accès pour la grue basse afin de ne pas entrer en collision avec la charge ou le crochet de la grue haute.

On définit également, pour la grue basse 1A, des secteurs angulaires 44A et 45A depuis l'axe du mât 11A jusqu'aux extrémités de la structure horizontale 13A (flèche et contre-flèche), soit jusqu'au cercle 41A. Les zones définies par ces secteurs constituent des zones interdites de survol pour le crochet de la grue haute 1B.

On définit, en outre, pour chaque grue du chantier, des zones de sécurité autour des différents éléments constituant la grue, tenant compte de leur longueur, largeur, hauteur.

Ces zones ou volumes définissent, pour chaque grue, des zones ou volumes interdits (zones ou volumes définis dans lesquels le crochet et/ou la partie supérieur tournante de la grue est interdite). Ainsi, lors de la mise en place d'une grue, on définit l'ensemble des zones et volumes autour de cette grue devant être considérés comme à interdire de survol. Cette mise en place d'une grue sur un chantier s'accompagne généralement également d'une redéfinition des zones et volumes interdits des grues avoisinantes.

La figure 4 représente, de façon très schématique, un autre exemple d'implantation d'une grue sur un chantier.

Dans cet exemple, on suppose l'implantation d'une grue 1C se déplaçant en translation sur des rails 15 à proximité de bâtiments 51, 53 et d'une voie ferrée 55. A chaque position de la grue 1C sur les rails 15, correspond un cercle 43C à l'aplomb de la pointe de sa structure horizontale 13C définissant son volume de travail. On définit des zones 46 et 47 interdites de survol au crochet 144 (non visible en figure 4) autour des bâtiments 51 et 53. et à la verticale de la voie ferrée 55.

D'autres zones et volumes que ceux décrits en relation avec les figures 3 et 4 peuvent être définis sur un chantier. Certains volumes interdits sont fixes (bâtiments par exemple). D'autres sont mobiles (par exemple, le volume interdit pour une grue basse autour du crochet d'une grue plus haute).

La gestion de ces zones et volumes s'effectue, dans les applications visées par la présente description, par les systèmes anticollision équipant les grues.

La figure 5 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un système anticollision.

On retrouve les constituants décrits en relation avec la figure 1, à savoir que le calculateur 23 (µC) du système anticollision exploite des mesures fournies par divers capteurs et fournit des informations à l'opérateur et des consignes au contrôleur de commande 21 (CONTROL) de la grue.

Dans l'exemple de la figure 5, on suppose que la grue est équipée, en partie haute du mât 11, c'est à-dire au niveau de la tourelle 114 et de la flèche 132 :
d'un capteur 35 de hauteur H du crochet 144 (directement ou par l'intermédiaire de la longueur du câble déroulé) ;
d'un capteur de charge 36 fournissant une indication sur la présence ou non d'une charge suspendue au crochet 144 ;
d'un capteur 33 d'orientation de la flèche 132 ;
d'un capteur 34 de la position du chariot 14 le long de la flèche 132 ;
de deux émetteur/récepteurs radio 272 et 274 ;
d'une première interface utilisateur 254 de type clavier/écran permettant à l'opérateur ou au grutier d'interagir avec le calculateur 23 ; et
d'un ou plusieurs indicateurs visuels 256 de type flash ou autre, indicateur de l'état actif ou non du système anticollision, indicateur de la présence de défauts, etc.

Dans l'exemple de la figure 5, on suppose en outre que la partie basse (ou pied) de la grue est équipée :
d'un capteur 38 de translation du socle 12 ;
d'un ou plusieurs indicateurs visuels ou afficheurs 256', par exemple de défaut, de la vitesse du vent au sommet de la grue, etc. ; et
d'une deuxième interface utilisateur 254', de type clavier/écran, permettant à l'opérateur ou au grutier d'interagir avec le calculateur 23 depuis le sol.

Tous les constituants sont, dans l'exemple représenté, reliés au calculateur 23, soit directement, soit par l'intermédiaire de bus multiplexés 29 (illustrés par des blocs en pointillés), soit sans fil, selon que l'on souhaite partager ou non certaines liaisons entre plusieurs constituants. Le recours à des bus dépend, par exemple, du nombre de ports d'entrée-sortie du calculateur 23 et du nombre de constituants à y raccorder. De même, selon la nature des informations échangées, les liaisons peuvent être des liaisons unifilaires ou multifilaires (bus série ou parallèle). Selon un mode de réalisation, le calculateur 23 fait partie de l'interface utilisateur 254.

L'ensemble est alimenté électriquement, par exemple, par les sources d'alimentation usuelles (non représentées) des organes de commande de la grue. De plus, le contrôleur de commande 21 et le calculateur 23 peuvent exploiter d'autres ports d'entrée-sortie pour communiquer avec d'autres constituants, par exemple un modem radio, un bus RS485, etc.

Bien entendu, on pourra prévoir d'autres capteurs et actionneurs en fonction des conditions environnementales, de position et de mouvement que les systèmes de commande et anticollision exploitent. En particulier, selon le type de grue, le calculateur 23 ou le contrôleur 21 envoient des signaux de commande à des actionneur commandés électroniquement et/ou électriquement pour contrôler les mouvements et actions des constituants de la grue.

Le fonctionnement du système de commande de la grue et du système anticollision est en lui-même usuel et diverses versions de ces systèmes existent selon le type de grue et les fonctionnalités souhaitées.

Le système anticollision doit être paramétré ou calibré en fonction des caractéristiques propres de la grue et de son environnement. En effet, les zones et volumes interdits, les risques de collision de la flèche 132 ou de la contre-flèche 134, du mât 11, du chariot 14, du câble 146, du crochet 144 ou de la charge, dépendent des caractéristiques propres et environnementales de la grue 1. Les caractéristiques propres de la grue incluent des caractéristiques statiques (hauteur du mât et longueur de flèche notamment) et des caractéristiques dynamiques (par exemple, accélération et vitesse de déplacement de la flèche, du chariot, du crochet). Les caractéristiques environnementales incluent par exemple les caractéristiques de grues avoisinantes et de bâtiments à proximité de la grue considérée, la topographie du terrain.

La calibration impose aujourd'hui un paramétrage manuel du système anticollision afin d'obtenir une nouvelle configuration reprenant l'ensemble des paramètres. Or, il existe de nombreuses conditions d'implantation de la grue 1 qui peuvent nécessiter une recalibration de son système anticollision, donc une nouvelle configuration. Par exemple et de façon non limitative, il peut s'agir de la mise en place d'une autre grue sur le chantier avec une zone d'interférence avec la grue 1, de la progression de la construction d'un bâtiment, etc.

De plus, l'oubli d'un paramètre de la configuration lors de la calibration peut avoir des effets impactant la sécurité du chantier, ses personnels et matériels.

On aurait pu penser mémoriser, à la fabrication, dans la centrale 23, l'ensemble des configurations possibles (c'est-à-dire, l'ensemble des combinaisons possibles de valeurs des paramètres) et demander à l'opérateur de sélectionner l'une d'entre elles lors d'un changement des caractéristiques environnementales de la grue. Toutefois, le nombre de paramètres à prendre en compte et les environnements différents dans lesquels est susceptible de se trouver la grue sont tellement nombreux que les valeurs des différents paramètres conduiraient à un nombre de configurations trop important. En outre, les caractéristiques propres (dimensions du mât, dimensions de la flèche et de la contre-flèche, position de la grue sur le chantier, etc.) d'une grue équipée d'un système anticollision sont susceptibles de varier, ce qui accroît encore le nombre de configurations possibles. En particulier, le système anticollision peut être démontable et le nombre et la nature des capteurs peuvent varier d'une installation à une autre. Il n'est donc pas réalisable en pratique de déterminer toutes les combinaisons possibles.

Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit d'adjoindre au système anticollision, un outil de calibration 9 (CAL) du système anticollision combinant une fonction d'aide à la calibration et une fonction de contrôle de la calibration effectuée.

L'outil de calibration 9 peut être un dispositif distinct du calculateur 23 ou intégré à celui-ci. Dans le cas d'un dispositif distinct, il peut s'agir d'un outil électronique de diagnostic, d'une valise-outil équipée d'un ordinateur, d'un smartphone, d'un serveur internet et plus généralement un outil, intégré ou exécuté sous forme de programme, dans tout dispositif adapté de la grue ou communiquant avec celle-ci.

On considère par la suite que l'outil de calibration 9 est intégré au calculateur 23 (mode de réalisation préféré), mais tout ce qui va être décrit s'applique, sauf précision contraire, également au cas d'un outil de calibration distinct, communiquant avec le calculateur 23 du système anticollision. L'outil de calibration peut également être intégré à un dispositif d'interface utilisateur 254 ou 254'.

Les fonctions d'aide et de contrôle à la calibration sont ainsi, mises en oeuvre, de préférence, par le calculateur 23 (par l'exécution d'un programme stocké ou téléchargé dans ce calculateur) en utilisant, comme interface utilisateur, l'interface 254 ou 254'. L'interface utilisateur peut, plus généralement, être tout dispositif comportant un clavier/écran (par exemple, un smartphone, une valise-outil, etc.) communiquant avec l'outil de calibration 9 (calculateur 23 ou autre).

Typiquement, une configuration du système anticollision comporte plusieurs paramètres parmi :
une ou plusieurs plages d'utilisation de tous les mouvements des constituants de la grue 1, par exemple, une ou plusieurs plages de translation autorisées pour le chariot 14, qui peuvent être conditionnées par d'autres paramètres parmi, par exemple, la présence d'une charge suspendue au crochet 144, la hauteur du crochet 144, l'orientation de la flèche 132 (et/ou son élévation dans le cas d'une grue à flèche relevable), la position du socle 12 ;
une ou plusieurs zones ou volumes interdits de survol qui restreignent le déplacement angulaire possible de la flèche 132 et de la contre-flèche 134 et, plus généralement tous les mouvements et combinaisons de mouvements (l'élévation de la flèche dans le cas d'une grue à flèche relevable, le déplacement du chariot 14, le déplacement sur socle 12, etc.) qui feraient pénétrer notamment le crochet dans une zone ou volume interdit ;
une ou plusieurs zones ou volumes interdits dont le survol et/ou l'accès est conditionné par d'autres paramètres parmi la présence d'une charge suspendue au crochet 144, la hauteur du crochet 144, la position du chariot 14, etc. ; et
une ou plusieurs plages de translation du socle 12 de la grue conditionnées par d'autres paramètres parmi la présence d'une charge suspendue au crochet 144, la hauteur du crochet 144, la position du chariot 14, l'orientation de la flèche 132, etc.

Les zones et volumes interdits sont généralement interdits de survol et/ou d'accès pour le crochet 144 et/ou pour la flèche 132. Cela peut également dépendre de normes, de règlementations, ou autres contraintes dictées pas le chantier concerné.

La liste de paramètres d'une configuration ci-dessus n'est pas limitative et toute plage de mouvements d'un des constituants de la grue peut conditionner un paramètre. Les paramètres tiennent en outre compte des caractéristiques statiques et dynamiques de la grue, que ces caractéristiques soient fournies par des capteurs ou saisies par l'opérateur.

Parmi les caractéristiques propres de la grue, on tient compte de plusieurs caractéristiques statiques parmi :
les dimensions du mât 11 ;
les dimensions de la flèche 132 ;
les dimensions de la contre-flèche 134 ;
la position de la grue dans le chantier (grue fixe) et/ou les début et fin de voie de translation (dans le cas d'une translation sur rails),
et dynamiques parmi :
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement (orientation et/ou élévation) de la flèche 132, 132' (et de la contre-flèche 134, 134') ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement du chariot 14 ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement du crochet 144 ; et
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement du socle 12.

Parmi les caractéristiques environnementales de la grue, on tient compte de plusieurs caractéristiques parmi :
les positions respectives d'autres grues sur le chantier et leurs caractéristiques propres statiques et dynamiques (dimensions et vitesses notamment) ;
les positions, encombrements et hauteurs des bâtiments ;
la présence de zones et volumes interdits ; et
le cas échéant d'autres caractéristiques de l'environnement de la grue selon le chantier concerné.

La mise en oeuvre du système ou des fonctions d'aide et de contrôle de la calibration est effectuée par l'outil de calibration 9.

Une première étape (bloc 63, COLLECTE CARACTERISTIQUES) de la fonction d'aide à la calibration (bloc 61, CALIBRATION) consiste à collecter les différentes caractéristiques propres et environnementales de la grue 1. De préférence, un maximum de caractéristiques est collecté automatiquement. Par exemple, les positions et caractéristiques (au moins la hauteur du mât, longueur de flèche et de contre-flèche) des autres grues 1D, 1E, 1F, 1G, 1H du chantier et des bâtiments 55, 57, 59 sont importées ou téléchargées à partir d'un serveur ou ordinateur central (non représenté) du chantier qui fournit et met périodiquement à jour une carte 81 des caractéristiques du chantier en fonction de son avancement. Il s'agit, par exemple d'une liaison avec un système informatique de suivi du chantier (de type modélisation des informations de chantier – "Building Information Modeling" BIM) fournissant périodiquement (par exemple quotidiennement) des informations sur l'état d'avancement du chantier. La carte 81 contient, de préférence, également les zones et volumes interdits (coordonnées caractéristiques de ces zones et volumes, directes ou déduites). Les caractéristiques propres de la grue 1 (dimensions du mât 11, dimensions de la flèche 132 et de la contre-flèche 134) sont, par exemple, saisies par l'opérateur à l'aide de l'interface 254 ou 254'. Le cas échéant, l'outil de calibration collecte automatiquement, de préférence séquentiellement, certaines caractéristiques de capteurs 3 (CAPTEURS) de la grue 1. Par exemple, on fait tourner la flèche pour déduire la vitesse de rotation de la grue. Selon un autre exemple, on prévoit de calibrer les capteurs pour déduire la plage de tensions correspondant à la plage de valeurs mesurées.

La collecte des caractéristiques de la grue peut également faire appel à une base de données 83, préchargée dans le système ou téléchargée, avec différents modèles de grues.

Cela peut permettre de recharger (bloc 65, RECHARGE CARACTERISTIQUES) des caractéristiques propres d'une grue dont les caractéristiques varient peu. Cela peut également aider l'opérateur à l'entrée, dans l'outil de calibration, des caractéristiques propres de la grue en contenant, par exemple, des plages de valeurs possibles pour le type de grue donné. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant dans le cas de grues démontables dont les caractéristiques, notamment statiques (dimensions) peuvent varier d'un chantier à un autre.

En variante, l'outil de calibration exploite (étape non illustrée) les caractéristiques des autres éléments (grues et bâtiments) dans l'environnement de la grue 1 pour fixer au moins certains paramètres de la configuration. Il s'agit, par exemple, d'utiliser un mécanisme de positionnement relatif de la grue à calibrer par rapport à d'autres grues du chantier, ou encore l'utilisation de la position du crochet afin de définir des points clés de fonctionnement (par exemple, des coordonnées de points d'une zone interdite sont collectées en déplaçant le crochet autour d'un bâtiment).

L'entrée des caractéristiques et paramètres dans le système anticollision se poursuit, de préférence, par une étape de saisie guidée (bloc 67, SAISIE GUIDEE PARAMETRES) de paramètres (au moins des paramètres manquants) via une interface utilisateur (dans cet exemple le clavier/écran 254 ou 254'). Cette saisie guidée revient à demander à l'opérateur de saisir successivement divers paramètres qui n'ont pu être téléchargés, détectés ou calculés à partir des caractéristiques collectées.

La saisie 67 peut, selon les modes de réalisation, forcer l'opérateur à saisir ou vérifier tous les paramètres ou seulement certains paramètres considérés comme critiques (par exemple les calibrations des capteurs, les paramètres d'arrêt dynamiques, les zones et volumes interdits). De préférence, la calibration ou saisie des paramètres s'effectue par page affichée sur l'interface utilisateur de façon que l'opérateur balaye séquentiellement toutes les pages de calibration nécessaires à la nouvelle configuration de la grue.

De préférence, mais optionnellement, l'outil de calibration effectue ensuite une vérification de cohérence (étape 69, VERIFICATION COHERENCE) des paramètres de la configuration obtenue. Cette vérification consiste non seulement à détecter que des paramètres saisis par l'opérateur sont cohérents avec les caractéristiques de la grue (par exemple que celui-ci n'indique pas une plage de translation du chariot 14 supérieure à la longueur de la flèche 132), mais également que des paramètres saisis sont cohérents avec le reste des paramètres (par exemple, qu'une zone interdite soit cohérente avec une caractéristique collectée automatiquement de la hauteur d'un bâtiment). Selon un autre exemple, l'outil de calibration s'assure que, dans les plages saisies, les valeurs minimales soient bien inférieures aux valeurs maximales, ou compare les valeurs saisies à des valeurs collectées par certains capteurs. On peut également utiliser cette étape pour guider l'opérateur (par affichage d'information sur l'écran de l'interface utilisateur) afin de compléter des paramètres qui sont détectés comme étant non calibrés, en défaut ou incohérents avec un autre paramètre.

Selon un autre mode de réalisation non représenté, une fois les caractéristiques collectées, l'outil de calibration 9 effectue une recherche de similitude, de préférence d'identité, des caractéristiques avec celles de configurations mémorisées dans une mémoire interne à l'outil de calibration, ou externe à celui-ci et importées ou téléchargés. Dans le cas où les caractéristiques correspondent à une configuration déjà mémorisée, cette configuration est rechargée dans le calculateur 23. Un tel cas peut se produire, par exemple, lorsqu'une autre grue est implantée temporairement sur le site. La configuration antérieure à l'implantation de cette autre grue ayant été mémorisée, lors d'une calibration précédente du système, on peut se contenter de la recharger. Dans ce cas, l'étape 67 peut ne pas être effectuée.

Une fois la configuration terminée, celle-ci est, de préférence, mémorisée (bloc 71, MEMORISATION CONFIGURATION) dans la mémoire 83 en étant associée aux caractéristiques correspondantes afin de pouvoir la recharger ultérieurement le cas échéant. Cette mémorisation "complète" à des fins de rechargement ultérieur est additionnelle à la mémorisation effectuée au fur et à mesure de la collecte et saisie des caractéristiques et paramètres qui est stockée en interne et rechargé à chaque mise en route du système anticollision. La mémorisation 71 sert, par exemple, dans le cas où une étape de recherche de similitude est effectuée à partir d'une base de données.

Dans le séquencement de la figure 6, l'outil de calibration met alors en oeuvre une autre fonction de contrôle (bloc 75, CONTRÔLE) consistant à valider la configuration et, selon les cas, à interdire ou restreindre (bloc 77, VALIDATION/RESTRICTION) certains mouvements de la grue et de ses constituants (socle 12, flèche 133, chariot 14, crochet 144). Cette étape revient, pour l'outil de calibration 9 ou le calculateur 23, à indiquer à des constituants de la grue (de préférence par l'intermédiaire du contrôleur 21) des limites de fonctionnement plus restrictives que celles qui ne seraient dictées que par les caractéristiques propres de la grue et celle de son environnement. Cette restriction peut prendre la forme de réduction de la vitesse de mouvement, de restriction de plage angulaire, etc., voire de blocage complet du fonctionnement de la grue. Le contrôleur 21 ou le calculateur 23 utilise pour cela, par exemple, les actionneurs électromécaniques équipant les constituants de la grue ou leurs interfaces numériques.

Cette étape de contrôle peut mettre en oeuvre une vérification de cohérence (69) des paramètres saisis, notamment, si cette vérification n'a pas été effectuée en temps réel lors de la saisie des caractéristiques et paramètres.

En variante, l'exécution des fonctions de calibration et de contrôle peut être imbriquée, c'est-à-dire que la validation, interdiction, ou restriction de mouvements de certains constituants de la grue peut être déterminée au fur et à mesure de la saisie des étapes de collecte, chargement, saisie de la configuration.

Si les paramètres saisis ne sont pas cohérents entre eux ou avec les caractéristiques de la grue, l'outil ou fonction d'aide et de contrôle à la calibration peut exécuter différentes actions. Selon un mode de réalisation, tant qu'une configuration complète et cohérente n'est pas saisie, tout mouvement de la grue est bloqué. Selon un autre mode de réalisation, par exemple, lorsque certains capteurs sont utilisés pour déterminer certains paramètres, certains mouvements de la grue sont limités ou restreints. C'est le cas, par exemple, pour déterminer la vitesse maximum par une révolution complète de la flèche, pour déterminer la décélération d'un mouvement par mesure de distance parcourue entre l'instant où l'on demande l'arrêt (commande) et l'arrêt effectif (capteur). Selon encore un autre mode de réalisation, la vitesse des mouvements de la grue 1 est limitée tant que la cohérence et la validation des paramètres ne sont pas obtenues.

Selon un mode de réalisation préféré, la configuration complète est mémorisée (utilisation de la mémorisation de l'étape 71 ou étape supplémentaire) en étant associée à une validation de l'opérateur. Cette configuration est alors considérée comme étant celle ayant servi à la "réception" et à la mise en route de la grue et de son système anticollision sur le chantier concerné. Cette étape d'identification ou de marquage de la configuration peut déverrouiller l'ensemble des limitations aux mouvements de la grue (l'opérateur prend la responsabilité de la configuration) à l'exception, de préférence, des cas où lors du fonctionnement, l'étape de contrôle 75 détecte un problème.

Diverses autres étapes peuvent être prévues dans la fonction d'aide et de contrôle à la calibration en fonction des caractéristiques de la grue. Par exemple, dans le cadre d'une calibration guidée (étape 67), on peut prévoir de réinitialiser tout ou partie des pages de calibration du système et de forcer l'opérateur à reparamétrer tout ou partie de ces pages. Selon un autre exemple, on prévoit de forcer/guider pas à pas l'opérateur pour qu'il valide toutes les séries de paramètres.

L'écriture d'un programme informatique, capable de faire exécuter les étapes d'aide à la calibration et de contrôle de la calibration, à un microcontrôleur, automate programmable, ordinateur, etc., afin que ce dernier mette en oeuvre les fonctions souhaitées, est à la portée de la personne du métier à partir des indications données ci-dessus.

Un avantage des modes de réalisation décrits est que la mise en oeuvre de la fonction ou des fonctions d'aide et de contrôle à la calibration optimise le temps de l'opérateur qui est guidé dans les étapes de calibration à effectuer.

Un autre avantage des modes de réalisation décrits est que leur mise en oeuvre participe à améliorer la sécurité des chantiers. En particulier, cela permet d'éviter les erreurs ou oublis de calibration susceptibles de se produire en raison du grand nombre de paramètres.

Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de diminuer le temps de calibration, donc le temps d'installation des systèmes anticollision et par conséquent les périodes pendant lesquelles les grues ne peuvent pas être utilisées.

Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que les modes de réalisation décrits fassent plus particulièrement référence à une grue à tour à flèche horizontale, ils se transposent à toute grue, et notamment toute grue à tour (notamment à flèche relevable) pour laquelle des problèmes similaires se posent.

De plus, la nature et le nombre de capteurs dépendent de l'application et seront déterminés notamment en fonction des contraintes du chantier et caractéristiques de la grue. De même, la détermination des paramètres du système anticollision peut prendre toute forme adaptée à l'application et aux contraintes du chantier. Par ailleurs, la limitation ou restriction de tout ou partie des mouvements de constituants de la grue peut varier d'un chantier à un autre, pourvu que le système mis en oeuvre ait une fonction automatique d'actionnement ou de déclenchement d'une interface de commande d'un des constituants de la grue afin d'en provoquer le blocage ou la restriction de mouvements.

Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims

Système électronique anticollision d'une grue (1 ; 1') comportant au moins :
un ensemble de capteurs de position ou de mouvement de constituants (12, 132, 14, 144 ; 132', 144') de la grue ;
un calculateur électronique (23) exécutant une configuration d'anticollision ;
un contrôleur (21) contrôlant des organes de commande de mouvements des constituants de la grue ;
un outil de calibration (9) exécutant une fonction de calibration (61) comportant plusieurs étapes (63, 65, 67, 69) de calibration de paramètres du système anticollision ; et
une fonction de contrôle (75), exécutée par le calculateur (23) ou l'outil de calibration (9) et limitant (77) tout ou partie des mouvements des constituants de la grue en fonction des étapes de calibration effectuées.
Système selon la revendication 1, dans lequel le calculateur (23) ou l'outil de calibration (9) envoie, au contrôleur (21), une ou plusieurs commandes de restriction des mouvements d'un ou plusieurs constituants (12, 132, 14, 144 ; 132', 144') de la grue (1 ; 1').
Système selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre un ensemble de capteurs de l'environnement de la grue (1 ; 1').
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (65) de rechargement, depuis une mémoire (83), d'une configuration de paramètres précédente.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la fonction de calibration (61) et/ou la fonction de contrôle (75) comporte une ou plusieurs étapes (69) de vérification de cohérence des paramètres entre eux.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la fonction de contrôle (75) comporte une étape de validation de la configuration par un opérateur, désactivant la limitation de tout ou partie des mouvements des constituants (12, 132, 14, 144 ; 132', 144') de la grue.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (63) de collecte de caractéristiques statiques et dynamiques de la grue (1 ; 1').
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (63) de collecte de caractéristiques de l'environnement de la grue (1 ; 1').
Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les caractéristiques comprennent tout ou partie des caractéristiques suivantes :
les dimensions d'un mât (11 ; 11') de la grue (1 ; 1') ;
les dimensions d'une flèche (132 ; 132') ;
les dimensions d'une contre-flèche (134 ; 134') ;
la position de la grue ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement de la flèche (132 ; 132') ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement d'un crochet (144 ; 144') suspendu à la flèche ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement le long de la flèche (132) d'un chariot (14) portant le crochet (144) ;
l'accélération/décélération et la vitesse de déplacement d'un socle (12) portant le mat (11 ; 11') ;
les coordonnées et dimensions d'autres grues avoisinantes ; et
les coordonnées de zones et volumes interdits.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les constituants de la grue (1 ; 1') dont les mouvements sont limités comportent un ou plusieurs constituants parmi :
la flèche (132 ; 132') de la grue ;
la contre-flèche (134,134') de la grue ;
le crochet (144 ; 144') de la grue ;
le chariot (14) mobile le long de la flèche ; et
le socle (12) de la grue.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'outil de calibration (9) est intégré au calculateur (23) ou à une interface utilisateur (254, 254').
Procédé de calibration d'un système anticollision d'une grue (1 ; 1') comportant au moins :
un ensemble de capteurs de position ou de mouvement de constituants (12, 12, 132, 134, 14, 144 ; 132', 144') de la grue ;
un calculateur électronique (23) exécutant une configuration d'anticollision ;
un contrôleur (21) contrôlant des organes de commande de mouvements des constituants de la grue ; et
un outil de calibration (9),
dans lequel le procédé comprend :
une fonction de calibration (61) comportant plusieurs étapes (63, 65, 67, 69) de calibration de paramètres du système anticollision ; et
une fonction de contrôle (75), exécutée par le calculateur (23) ou l'outil de calibration (9) et limitant (77) tout ou partie des mouvements des constituants de la grue en fonction des étapes de calibration effectuées.
Procédé selon la revendication 12, dans lequel le calculateur (23) ou l'outil de calibration (9) envoie, au contrôleur (21), une ou plusieurs commandes de restriction des mouvements d'un ou plusieurs constituants (12, 13, 14, 144 ; 132', 144') de la grue (1 ; 1').
Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (65) de rechargement, depuis une mémoire (83), d'une configuration de paramètres précédente.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la fonction de calibration (61) et/ou la fonction de contrôle (75) comporte une ou plusieurs étapes (69) de vérification de cohérence des paramètres entre eux.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel la fonction de contrôle (75) comporte une étape de validation de la configuration par un opérateur, désactivant la limitation de tout ou partie des mouvements des constituants (12, 132, 14, 144 ; 132', 144') de la grue.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (63) de collecte de caractéristiques statiques et dynamiques de la grue (1 ; 1').
Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel la fonction de calibration (61) comporte une étape (63) de collecte de caractéristiques de l'environnement de la grue (1 ; 1').
Programme d'ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un microcontrôleur ou un ordinateur, mettent en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 18.