Brevet FR2318354A1 — publié le 19770211

La présente invention due à la collaboration de M. Bruno DRESSLER concerne un mécanisme d'articulation compacte utilisable dans des structures déformables telles que robot manipulateur dans lequel les fonctions de pivot et de réducteur sont combinées. Les mécanismes articulation connus comportent deux parties mobiles, l'une relativement à I1 autre, autour d'un axe commun. Une première articulation connue utilise un vérin à mouvement linéaire pour déplacer la partie mobile de l'articulation par rapport à la partie fixe. Un tel dispositif a les inconvenients de présenter un faible débattement et une faible rigidité angulaires, et un encombrement notable. Une seconde articulation connue permet de faire pivoter autour dtun axe commun une partie mobile par rapport à une partie fixe. Le pivotement est obtenu grâce à un système à moteur rotatif et réducteur à engrenages. Si l'on veut que l'articulation soit capable à la fois de transmettre une puissance élevée et de fonctionner à une vitesse raisonnable, on est obligé de prévoir plusieurs étages d'engrenages. I1 en résulte une grande flexibilité pour l'articulation correspondante, du jeu dans les engrenages et un ensemble volumineux. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients. L' articulation suivant l'invention comporte une série de corps roulants qui assurent en meme temps les fonctions de palier et de réducteur dtentraî- nement. De ce fait, elle est compacte malgré un fort rapport de réduction. En outre, elle présente une grande rigidité et une absence de jeu grace à une pré'charge desdits corps roulants. Le mécanisme d'articulation compacte suivant l'invention qui est destiné à relier deux éléments de machine, de façon quI ils puissent effectuer l'un par rapport à l'autre une rotation inférieure à un tour et qui comporte un moyen d'entrainement du second élément par rapport au premier tel qu'un moteur hydraulique autonome incorporé à 1'articulation est caractérisé : en ce qu'il comporte un ensemble de corps roulants assurant simultanément la fonction de palier de l'articulation et de satellite d'un réducteur à train épicycloSdal, ces corps roulants étant régulièrement répartis autour de l'axe de l'articulation ; en ce que ces corps roulants sont entra1nés par un élément planétaire et guidés par une couronne solidaire de ltélément fixe de l'articulation, et en ce que ces corps roulants entraînent une couronne solidaire de l'élément mobile par le fait que le point de contact avec ladite couronne est en dehors de l'axe instantané de rotation de chaque corps roulant. Suivant un premier mode de réalisation, l'ensemble des corps roulants est constitué par des billes et les différents entraînements St effectuent par friction. Suivant un second mode de réalisation, l'ensemble des corps roulants est constitué par des pignons coniques et chaque pignon conique, qui est d'un seul tenant, comprend une partie centrale constituée également par un tronc de cone dont 1 'angle au sommet est différent de celui du tronc de cône formant les parties extremes ; les planétaires sont constitués chacun par un pignon conique dont la partie centrale est lisse et dimensionnée de façon à lui interdire d'engrener avec la partie centrale des corps roulants : la couronne dentée solidaire de ltélément secondaire et la couronne dentée solidaire de l'élément primaire engrènent respectivement avec la partie centrale et la partie extérieure de plus grand diamètre des pignons coniques. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qucà titre d'exemple. A cet effet, on se reportera au dessin joint dans lequel - ia figure 1 repre'sente, en section par un plan de symétrie axiale un premier mode de réalisation du mécanisme d'articulation suivant l'invention la figure 2 représente une vue partielle en section de la partie essentielle d'un second mode de réalisation. Suivant la figure 1, l'articulation compacte comprend une preIaiére partie fixe (36) qui est de révolution autour d'un arbre d'entraînement (37) terminé par un pignon conique droit (38). Le mouvement est fourni par un moteur à courant continu fixé en bout d'arbre (37) à ltextrémité opposée au pignon (38). Le pignon (38) engrène avec une couronne dentée (16) dans un rapport de réduction de trois. La couronne dentée (16) est rendue solidaire des galets de roulement (9) par l'intermédiaire d'une coulisse (10) et de vis (2) et (3) s'appuyant sur des clavettes inclinées (17). Les galets de roulement (9) sont solidaires d'un axe (21) autour duquel tourne la seconde partie de l'articulation comprenant, notamment, des plaques de serrage (20) prolongées par un bras (4).La première partie fixe (36) se termine par des bagues fixes (8) et les plaques de serrage (20) se terminent également par des bagues de roulement (7). Les bagues fixes (8) et mobiles (7) sont coaxiales avec l'axe (21). A l'exception de la couronne (16), on peut dire que l'articulation représentée au dessin est symétrique par rapport à l'arbre primaire (37). L'articulation comporte donc deux paires de couples de bagues fixe (8) et mobile (7) situées de part et d'autre, à egale distance de l'arbre (37), chacune face à un galet de roulement (9) rappelant la forme d'un diabolo. Entre chaque galet de roulement (9) et le couple de bagues fixe (8) et mobile (7) qui lui fait face > sont régulièrement répartis autour de l'axe (21) des corps roulants (6) qui, suivant l'illustration, sont des billes, mais qui pourraient être de toute autre forme appropriée.Les galets de roulement (9) constituent les planétaires du système d'entraînement ; les bagues mobile (7) et fixe (8) forment des couronnes qui sont respectivement solidaires de llélément secondaire mobile (204) et l'élément primaire fixe (36). Les corps roulants (6) assurent donc, en meme temps, la fonction de paliers de roulement entre les planétaires (9) et les couronnes mobiles (7) d'entraînement de ltélément secondaire mobile (20,4) et la fonction de réducteur d'entraînement entre les galets ou planétaires (9) et les couronnes fixes (8) solidaires de 1' l'élément primaire fixe (36). Chaque bille (6) touche son planetaire d'entraînement (9) en deux points (23) et (25). La forme conique des galets d'entraînement (9) est choisie de telle manière que la droite qui joint ces deux points coupe l'axe (21) en un point (33). Si lton considère le point (27) oU la bille (6) est en contact avec la couronne (8), la droite joignant les points (33) et (27) constitue l'axe instantané de rotation pour la bille (6) a' à 'instant considéré.Si l'on consi- dère, par ailleurs, le point (29) auquel la bille (6) touche la couronne mobile (7) et que l'on abaisse de ce point la perpendiculaire sur l'axe (21), cette perpendiculaire rencontre l'axe instantané de rotation en (30), la droite (23) (33) approximativement en (25) et l'axe (21) en (31). On peut démontrer mathe-' matiquement que le rapport de réduction est égal au rapport des segments suivants 29.30 31.25 30.25 31.29 On obtient facilement de la sorte des rapports de reduction compris entre îoe et 250. Les couronnes (8) restant fixes, le mouvement de rotation des billes (6) sur les couronnes (7) imprime un mouvement de rotation aux plaques de centrage (20) autour de l'axe (21) et par là-meme au bras (4) ce qui donne le résultat attendu. Le système est mis sous contrainte lors du montage suivant l'axe (21) au moyen d'écrous hexagonaux (5) et d'une tringle (21). Les vis (2) et (3) sont serrées et bloquées au travers d'une feutre de visite (18) après mise sous contrainte des billes (6) et réglage des pignons (38) et (16).Des joncs d'étanchéité (12) sont disposés entre les couronnes (7) et (8) de chaque couple si bien que l'articulation constitue un ensemble étanche, 11 est à la portée du technicien d'imaginer un entraînement tout différent de I'élement secondaire par rapport à ltélément primaire. Il apparlif au domaine de l'invention de supprimer l'arbre d'entraînement primaire (37) le pignon conique droit (38) et le moteur à courant continu d'entraînement, et d'insérer dans l'espace laissé libre entre ltélément primaire (36) et la coulisse (10) un moteur hydraulique dont le stator est solidaire de ltélément primaire (36), dont le rotor entralne les diabolos 09) et supportant un codeur de position angulaire. La figure 2 représente une variante dans laquelle les mêmes éléments portent les mêmes références qutà la figure 1 tandis que les éléments équivalents portent la meme référence précédée de cent. Chaque bille (6) est remplacée par un pignon conique (106) en forme de tronc de cône, le sommet du cône se trouvant au point (33) sur l'axe (21) tel que défini à propos de la figure 1.On remarquera que le pignon conique (106) comporte une partie centrale (129) dont l'angle au sommet est plus grand que celui des parties terminales (125) et (127; Les couronnes lisses, (7) solidaire de l'élément secondaire (20) et (8) solidaire de ltélément primaire (18) dans la première version, sont remplacées par des couronnes (107) et (i08) dentées à leur périphérieintérieure et solidaires, respectivement, des mêmes éléments. La couronne (107) engrène avec la partie centrale (129) du pignon conique (106) tandis que la couronne (108) engrène avec la partie terminale (127)du même pignon conique (106).Les planétaires (9) du système d'entraînement sont remplacés par des couronnes (109) ayant une section axiale en forme de tronc de cone de sommet au point (33). Ce tronc de cône se décompose en trois parties successives : deux parties terminales (125) et (123) dont les génératrices sont communes et une partie centrale lisse (124) de diamètre réduit de façon que la partie proéminente (129) formant la partie centrale du pignon conique (106) puisse tourner librement sans engrener avec cette partie centrale (124) tandis que les pignons extrêmes de la couronne dentée (109) engrènent respectivement en (123) et (125) avec les parties extrêmes du pignon conique (106). Quand la couronne dentée (109) entraîne en rotation l'ensemble des pignons coniques (106) qui engrènent avec elle en (123) et (125), ces pignons coniques (106) roulent en (127) sur la couronne dentée (108) solidaire de l'élé- ment primaire fixe (18). La partie centrale des pignons coniques (106) engrène en (129) avec la couronne dentée (107) solidaire du secondaire (20) et entraîne ce dernier à vitesse réduite. Les tensions nécessaires au bon fonctionnement de l'ensemble sont obtenues grâce à l'axe (21) et aux écroux (5). Les pignons coniques (106) sont maintenus en place par le fait que les faces latérales de la partie centrale sont guidées par les faces latérales des pignons extrêmes de la couronne dentée (109). Par ailleurs, le fonctionnement du mécanisme de la figure 2 est le meme que celui de la figure 1 et les propriétés géométriques sont les mêmes. On a décrit et illustré à ltaide de la figure 2 le cas de pignons coniques (106) dans lesquels le tronc de cône central (129) a un angle au sommet supérieur à celui des troncs de cône extrêmes (123) et (125). On comprendra que la présente invention entend également protéger le cas où le tronc de cone ventral (129) a un angle au sommet inférieur à celui des troncs de cône extrêmes (123) et (125). Dans ce cas > chaque planétaire (109) est de conception plus simple. Il peut être constitué par un tronc de cône unique dont la partie centrale est lisse pour éviter tout engrènement avec la partie (129) des pignons coniques (106). I1 suffit qu'il y ait une dent de différence entre les pignons (129) et (127) dans un sens ou dans l'autre pour que le dispositif correspondant fonctionne conformément à ltenseignement de la présente invention. On voit bien à la lumière de la description qui précede que le mécanisme d'articulation suivant l'invention constitue un ensemble compact, sans jeu par élimination des engrenages intermédiaires, par conséquent de grande rigidité et présentant un rapport de réduction elevé compris entre 100 et 250. REVE;NTICATIONS 10) Mécanisme d'articulation destiné à relier deux éléments de machine de façon qu'ils puissent effectuer l'un par rapport à l'autre une rotation inférieure à un tour et comportant un moyen dlentraînement du second élément par rapport au premier tel qu'un moteur hydraulique autonome incorporé à l'arti- culation caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de corps roulants (6, 106) assurant simultanément la fonction de palier de l'articulation et de satellite d'un réducteur à train épicycloïdal (7, 8, 9 ; 107, 108, 109), ces corps roulants (6, 106) étant régulièrement répartis autour de l'axe (21) de l'articulation ; en ce que ces corps roulants (6 106) sont entraîne's en rotation par un élément planétaire (9, 109) et guidés par une couronne (8, 108) solidaire de l'élément fixe (36, 37, 38 > 18) de ltarticulation et en ce que ces corps roulants (6, 106) entraînent une couronne (7, 107) soli- daire de ltélément mobile (20, 04) par le fait que le point de contact avec ladite couronne est en dehors de l'axe instantané de rotation de chaque corps roulant (6, 106). 20) Mécanisme d'articulation suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation (37) si bien que lt articulation proprement dite comprend deux chemins de roulement (9, 7 ; 109, 107) disposés de part et d'autre dudit plan de symétrie, chaque chemin de roulement comportant un roulement intérieur (9, 109) conique et un roulement extérieur constitue par une couronne (7, 107) solidaire de ltélé- ment mobile (20,.4). 30) Mécanisme d'articulation suivant la revendication 22 caractérisé en ce que parallèlement au chemin extérieur (7, 107) et à proximité immédiate de ce dernier se trouve une couronne fixe (8 108) solidaire du premier élément (36) et appuyant fortement sur chacun des corps roulants constituant cet ensemble. 40) Mécanisme d'articulation suivant l'une quelconque des revendications précé~ dentes, caractérisé en ce qu'il est mis en état de fonctionnement par mise sous contrainte des corps roulants (6) en rapprochant les plaques de serrage (20), qui font partie de ltélément mobile,l'une de 11 autre au moyen d'écrous (5) serrés le long de l'axe (21) de l'articulation. 50) Mécanisme d'articulation suivant ltune quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que 11 ensemble de corps roulants (6) est constitué par des billes et que les différents entraînements s'effectuent par friction. 60) Mécanisme d'articulation suivent ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque corps roulant (106), qui est d'un seul tenant et constitué par un pignon conique en forme de tronc de corne, comprend une partie centrale (129) constituée également par un tronc de cône dont l'angle au sommet est différent de celui du tronc de cône formant les parties extrêmes (125 127) ; en ce que les planétaires (109) sont constitués par des pignons coniques en forme de tronc de cône dont la partie centrale est lisse et dimensionnée de façon à lui interdire d'engrener avec la partie centrale (129) des corps roulants (106) et en ce que la couronne dentée (ils) solidaire de ltélément secondaire (20) et la couronne dentée (108) solidaire de l'élément primaire (18) engrènent respectivement avec la partie centrale (129) et la partie extérieure de plus grand diamètre des pignons coniques (106).