Brevet FR2083314A1 — publié le 19711217

-i- 2083314 L'invention se rapporte aux bras manipulateurs convenant à l'usage sur les véhicules sous-marins. Il est de pratique courante dans les constructions de bras manipulateurs à l'usage sous-marin d'utiliser une ferrure 5 à chape ou une charnière- déportée aux articulations des sections du bras. Dans l'un ou l'autre cas, il est difficile de passer les câbles de commande et /ou de manoeuvre dans les articulations. Si l'on fait passer les câbles extérieurement, ils sont susceptibles de se détériorer ou de toucher un écueil, à moins d'être 10 blindés, ce qui est difficile à réaliser. Afin d'obtenir des mouvements d'articulations dépassant 90&, on a utilisé des manoeuvres hydrauliques du type rotatif qui sont situées directement aux axes de pivotement des articulations. Ce type d'installation de manoeuvre entrave également le 15 passage des câbles de commande et/ou de manoeuvre. Les constructions d'articulations de bras permettant le repliement d'une section du bras contre une autre étaient jusqu'à présent difficiles sinon impossible à réaliser. Il s'ensuit que le degré de compacité des bras pendant l'arrimage a été indésira-20 blement limité, de sorte que l'espaÊe d'emmagasinage du bras exigé était plus grand qu'il n'était désirable. .. Dans certaines constructions d'articulations de bras existantes, les manoeuvres se trouvent à découvert et/ou dépassent quand le bras assume une position repliée. Cet agencement les 25 rend susceptibles de détérioration lorsqu'ils sont arrimés à l'extérieur du véhicule et/ou augmente le volume requis pour 1* arrimage. De même, certaines constructions d'articulation de bras existantes n'assurent qu'un usage inefficace des éléments de 30 construction, et par suite ont tendance à contribuer à l'augmentation de poids en raison de la plus grosse dimension requise pour compenser le mauvais rendement. Pour les manipulateurs de faible puissance, il eèt~dési~ rable de situer les manoeuvres à la section d'épaule du bras 35 plutôt qu'à l'articulation entraînée, car ceci réduit le poids parasitaire que le bras doit soulever durant son fonctionnement. Il est difficile d'assurer une telle manoeuvre à distance des articulations dans les constructions antérieures de bras. 71 09060 -2- 2083314 L'invention a pour objet de réaliser un bras manipulateur à l'usage des véhicules sous-marins, qui supprime les susdites limitations de la technique antérieure. A cette fin, l'invention réside dans un bras manipula-5 teur pourvu d'une section supérieure réunie à une section inférieure par une articulation de coude et une section de poignet portant une main, réunie a la section inférieure du bras par une articulation de poignet, ces articulations étant toutes deux capables de prendre une position angulaire suffisante pour permet-10 tre le repliement simultané de la section inférieure du bras sur la section supérieure, et de la section de poignet sur la section inférieure, afin de permettre un arrimage de faible encombrement, chaque articulation étant caractérisée par une paire de biellet-tes de manoeuvre parallèles s'étendant le long de l'extérieur 15 du bras entre les extrémités des sections adjacentes, un arbre de commande s'étendant entre cette paire de biellettes parallèles de manoeuvre à une première extrémité desquelles il est fixé, et tourillonné dans l'une des extrémités de commande de la section adjacente du bras, un arbre commandé s'étendant entre cette paire 20 de biellettes à l'êxtrémité opposée desquelles il est fixé, et tourillonné dans une extrémité entraînée de cette section adjacente de bras, les parties immédiatement adjacentes de ces extrémités de sections de bras présentant des surfaces arrondies disposées en opposition entre la paire de biellettes parallèles de 25 manoeuvre, et entre les arbres de commande et commandé par rapport auxquels ces surfaces sont concentriques, respectivement, un dispositif de couplage associé à ces surfaces arrondies pour obtenir entre celles-ci un mouvement de roulement en réponse au mouvement angulaire des biellettes autour de l'axe de l'arbre de commande, 30 et un dispositif de manoeuvre pour faire tourner cet arbre de commande. L'invention ressortira mieux de la description qui va suivre d'une forme préférée de réalisation représentée, à titre d'exemple seulement, aux dessihs annexés, sur lesquels î 35 La Figure 1 est une vue en élévation montrant schémati- quement en silhouette un bras manipulateur construit selon la présente invention et associé à la coque extérieure d'un véhicule 71 09060 -3- 2083314 sous-marin; diverses positions du bras étant représentées en traits interrompus à titre d'exemples; La Figure 2A est une vue de dessus d'une nouvelle construction d'articulation faisant partie du bras manipulateur de la 5 présente invention, et utilisant un cylindre hydraulique local à va-et-vient pour la manoeuvre; La Figure 2B est une vue verticale de l'articulation du bras de la Figure 2A suivant la ligne de coupe IIB-IIB; Les Figures 3A et 3B sont des vues similaires aux 10 Figures 2A et 2B, respectivement, mais utilisant un agencement de manoeuvre à câble flexible au lieu du dispositif de manoeuvre hydraulique local à va-et-vient; et La Figure 4 est une élévation de côté, partie en silhouette et partie en coupe, montrant l'intérieur d'un bras mani-15 pulateur construit selon la présente invention et comportant des manoeuvres hydrauliques rotatives a l'intérieur des diverses sections de bras pour actionner ses articulations. En référence à la Figure 1, le bras manipulateur 5 se compose de préférence de sections qui correspondent d'une façon 20 générale aux sections d'un bras humain, selon la pratique courante, et comprend les sections d'épaules, supérieure de bras, inférieure d'avant-bras, de poignet et de main 6, 7, 8, 9 et 1C respectivement, articulées àux jonctions d'épaule, du coude et du poignet, 11, 12 et 13, respectivement, les sections d'épaule et de poignet 25 6 et 9 pouvant habituellement être animés d'un degré choisi de rotation. Selon la présente invention, les articulations du coude et du poignet 12 et 13, sont capables de tourner de 180® par rapport à une attitude recti|igne du bras, en sens opposés, une articulation par rapport a l'autre, afin d'obtenir une disposition 30 de double repliement des sections du bras, de l'avant-bras et du poignet 7, 8 et 9, pour un arrimage compact à l'intérieur de la coque extérieure 15 d'un véhicule sous-marin 16, ainsi que pour offrir une pLus grande facilité de manoeuvre en cours d'usage. Par rapport a l'attitude rectiligne, les possibilités préférées de 35 positions angulaires des articulations sont de plus et moins 90® pour l'articulation 11 d'épaule, plus 180® et moins 0° pour l'articulation 12 du coude^ et plus 90® et moins 180® pour l'articu 71 09060 -4- 2083314 lation 13 du poignet. En outre, il est désirable de supporter de manière pivotante la section 6 d'épaule a son angle d'extrémité supérieure, ainsi qu'au point 17, à l'intérieur de la coque 16, afin de faciliter l'introduction du bras replié dans cette 5 coque, pour arrimage. En référence aux Figures 2A et 2B, la construction d'articulation du bras manipulateur de la présente invention utilise une paire de biellettes de manoeuvres 20, agencées parallèlement, disposées sur l'extérieur du bras, sur ses bords 10 latéraux opposés, et s'étendant entre les extrémités de sections adjacentes. Une extrémité de chaque paire de biellettes 20 dé manoeuvre est traversée par un arbre 21 fixé au moyen de goupilles 22 et tourilloné dans une section du bras à proximité de son extrémité, et l'extrémité opposée de cette paire de biellettes est traversée par un second arbre 24 fixé au moyen de goupilles 25 et tourillonné dans l'extrémité de la section adjacente du bras. Une extrémité de commande de la paire de biellettes 20 est destinée à tourner autour de l'axe 27 de l'arbre 21 grâce à la rotation de cet arbre au moyen d'un couple de bras de manivelle 20 29 accouplé à l'arbre par l'intermédiaire de cannelures 30, ainsi que représenté à la Figure 2B. Un cylindre hydraulique 32, par exemple, pourvu d'une tige de piston 33 articulée à son extrémité à l'extrémité du bras de manivelle 29 assure le fonctionnement de celui-ci. 25 Selon une caractéristique de la présente invention, les sections de bras présentent, à leurs extrémités d'articulation adjacentes, des surfaces arrondies 30 qui sont concentriques aux axes des arbres 21 et 24 de ces sections, respectivement, entre lesquelles se produit un mouvement de roulement au cours de la 30 rotation de la paire correspondante de biellettes 20. Ainsi que représenté à titre d'exemple aux Figures 2A et 2B, les extrémités arrondies 30 des sections adjacentes du bras sont séparées par : une légère tolérance radiale pour tenir compte de l'extension des deux paires de bandes identiques de mince métal flexible 32 et 34 35 qui sont fixées, par exemple, au moyen de vis mécanique 35 aux extrémités opposées de ces deux sections du bras, respectivement, et s'étendent le long de la surface arrondie 30 de l'une des extrémités du bras jusqu'au point le plus proche de cette surface 71 09060 -5- 2083314 avec la surface arrondie correspondante 30 de l'extrémité adjacente du bras, point auquel elles se croisent sur cette surface correspondante et continuent le long de cette dernière jusqu'à la position de fixation sur cet extrémité adjacente du bras. Une 5 paire de bandes 32, s'étend de la partie supérieure d'une extrémité du bras à la partie inférieure de l'extrémité adjacente, et l'autre paire de bandes, 34, s'étend en sens inverse, c'est à dire de la partie inférieure d'une extrémité du bras à la partie supérieure de l'extrémité adjacente. Au cours de la rotation de 10 la paire de biellettes 20 de manoeuvre sur l'axe de l'arbre 21, les bandes 32 et 34 agissent sur l'extrémité de la section de bras renfermant l'arbre commandé 24 afin de faire rouler, en fait, l'extrémité de la section renfermant l'arbre de commande 21 comme réaction à cet arbre commandé entraîné par 1 a paire de biellettes 15 20 suivant un parcours circulaire autour de l'axe de l'arbre de commande 21. Au cours de ce mouvement de "roulement" d'une section de bras sur l'autre, les bandes passent des surfaces arrondies 30 de l'une à celles de l'autre, lorsque leur point de croisement se déplace le long de la région arrondie d'une extrémité 20 de bras correspondant au mouvement de leur point de contact, si une véritable action de roulement se produit entre ces surfaces arrondies. A la Figure 4, les câbles flexibles 38 et 39, représentés partiellement à l'articulation d'épaule, remplacent les bandes 32 et 34 des Figures 2A et 2B, et sont agencés de manière 25 similaire pour assurer ce mouvement analogue à un roulement de l'extrémité entraînée de la section du bras et autour de l'extrémité d'entraînement de la section. Aux Figures 3A et 3B, l'action de roulement est obtenue au moyen de secteurs dentés 40 associés aux extrémités arrondies des sections adjacentes de bras afin 30 de remplacer les bandes et les câbles. Selon les principes de fonctionnement de la construction d'articulation de bras que l'on vient de décrire, il est évident que le mouvement de roulement d'une extrémité de section de bras sur l'autre, permet d'obtenir la rotation de 180a d'une section 35 par rapport à l'autre, dans l'un et l'autre sens par rapport à une attitude d'alignement, En outre, la position angulaire de la section manoeuvrée est multipliée par rapport à la position angulaire de commande de la paire de biellettes 20 de manoeuvre. "Lorsque, ainsi que représenté à titre d'exemple aux diverses fiçu- 71 09060 -6- 2083314 res des dessinsr les rayons des extrémités arrondies de sections adjacentes du bras d'une articulation donnée sont égaux, le degré de position angulaire de la section entraînée est double de celle de la paire de biellettes de manoeuvre, par suite le double du 5 mouvement rotatif de l'arbre de commande 21, est obtenu de sorte qu'il suffit d'un mouvement rotatif de commande de 90® seulement pour obtenir une position angulaire de 180® de la section entraînée. Ceci permet de faire tourner l'arbre 21 de commande au moyen du bras de manivelle 29 ainsi qu'à la Figure 2B, laquelle 10 est actionnée par un cylindre hydraulique linéaire 32, ou au moyen d'une paire de tels bras de manivelle ainsi qu'aux Figures 3A et 3B, auquel cas la traction appliquée aux extrémités de ces bras de mznivelle au moyen des câbles 42 fait tourner l'arbre de commande 21 en sens opposés au moyen d'une manoeuvre à distance 15 située à l'épaule, par exemple. D'autres de ces câbles 42a peuvent passer le long du bras jusqu'aux bras manivelles des autres articulations et dans les articulations, ces câbles n'ont pas besoin de passer, par l'intermédiaire des poulies-guides 44, tournant sur les arbres 21 et 24, entre lesquelles ces câbles se 20 glissent entre la partie supérieure et la partie inférieure pour permettre leur passage au cours de la rotation de l'articulation sans affecter la longueur des câbles. Dans les agencements des Figures 2A, 2B et 4, dans lesquels les manoeuvres hydrauliques d'une forme ou d'une autre 25 sont montées à l'intérieur des sections d'entraînement du bras pour le fonctionnement des arbres de commande 21 de paires respectives de biellettes 20, les conduites hydrauliques 47 pour le fonctionnement des manoeuvres, et les lignes électriques des soupapes asservies électro-hydrauliques 46 commandant le fonction-30 nement des manoeuvres, et/ou pour 1'information de position angulaire de la section entraînée du bras fournie par les potentiomètres 48, s'étendent le long de l'intérieur des sections du bras à partir de l'épaule 6, puis passent dans les articulations en se glissant vers le haut et/ou vers le bas entre les paires de biel-35 lettes 20 qui les protègent de toute détérioration ou accrochage. A la Figure 4, les manoeuvres hydrauliques 50 sont du type rotatif à ailettes de forme générale cylindrique agencées concentriquement autour des arbres de commande 21 et dont la ou les ailettes mobiles sont directement fixées à ce dernier. 71 09060 -7- 2083314 REVENDICATIONS 1. Bras manipulateur pourvu d'une section supérieure de bras réunie à une section inférieure d'avant-bras a une articulation de coude, et d'une section de poignet portant une main, 5 réunie à la section inférieure d'avant-bras à une articulation de poignet, ces deux articulations étant capables de prendre une position angulaire suffisante pour replier simultanément la section inférieure sur la section supérieure et la section de poignet sur la section inférieure pour assurer un arrimage de faible en-10 combremént, chaque articulation étant caractérisée par une paire de biellettes parallèles de manoeuvre s'étendant le long de l'extérieur du bras entre les extrémités de sections adjacentes, un arbre de commande s'étendant entre cette paire de biellettes parallèles de manoeuvre à une extrémité desquelles il est fixé, et 15 tourillonné dans l'extrémité d'entraînement des sections adjacentes, un arbre commandé s'étendant entre cette paire de biellettes parallèles de manoeuvre à l'extrémité opposée desquelles il est fixé, et tourillonné dans l'extrémité entraînée de ces sections adjacentes, les parties immédiatement adjacentes de ces extrémités 20 de sections présentant des surfaces arrondies disposées en opposition entre les paires de biellettes et entre l'arbre de commande et l'arbre commandé par rapport auxquels ces surfaces sont concentriques, respectivement, un dispositif d'accouplement associé à ces surfaces arrondies pour obtenir entre elles un mouvement ana-25 logue-à un roulement en réponse au mouvement angulaire des biellettes de manoeuvre autour de l'axe de l'arbre de commande, et un dic-[,ositif de manoeuvre pour faire tourner cet arbre de commancfe . 2. Bras manipulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de manoeuvre est un disposi- 30 tif hydraulique monté dans la section correspondante du bras, adjacent à l'arbre de commande. 30 Bras manipulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que des câbles pour le dispositif de manoeuvre s'étendent dans l'ihtérieur du bras et présentent 35 au moins des sections flexibles s'étendant longitudinalenent et verticalement entre les extrémités des sections adjacentes dans les limites des biellettes parallèles de manoeuvre aux articulations du bras. 71 09060 -8- 2083314 40 Bras manipulateur selon l'une ou l'autre des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le dispositif d'accouplement prend la forme d'éléments flexibles fixés aux extrémités opposées des extrémités de sections adjacentes, respec-5 tivement, et s'étendant de la partie supérieure d'une extrémité de section a la partie inférieure de l'autre. 5. Bras manipulateur, selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dispositif d'accouplement prend la forme de dents d'engrenage disposée le 1C long de ces surfaces arrondies.