Brevet FR2304451A1 — publié le 19761015

LL Fresente invention concerne un maanpUleEeur, cest- b-dire un dispositif de manipulation d'objets qui, pour des raisons quelconques, ne peuvent ou ne doivent pas etre déplacés directement par une personne. Dans le sens le plus large, un manipulateur peut etre également constitué par une grue ou tout autre dispositif de levage comportant un appareil de commande associé. Par exemple, pour la manipulation de pièces coulées lourdes et encore chaudes, on doit se servir d'un tel manipulateur.Les appareils de commande classiquement utilisés à cet égard sont agencés de manière que, pour chacun des mouvements individuels-qui sont combinés entre eux lors de la manipulation- il soit prévu un organe de commande approprié, par exemple un levier manuel ou une péda- le.La manoeuvre d'un tel manipulateur nécessite une très forte concentration d'attention de la part de l'utilisateur pour la coordination de tous les mouvements nécessaires; plus on doit manoeu- vrer d'organes de commande, moins l'installation est rentable, car de toute manière on peut effectuer simultanément deux ou au maximum trois mouvements, mais non pas simultanément par exemple six mouve- monts. Le déroulement des mouvements est par conséquent décomposé temporellement en une séquence de différentes phases de déplace- ment au lieu que les différents mouvements soient combinés et exécutés simultanément. L'invention a pour premier objet un manipulateur comportant une flèche mobile par pivotement, comprenant plusieurs organes reliés de façon articulée entre eux et qui est pourvue à son extrémité libre d'un organe de préhension à articulation actionné par une force appropriée,comportant des dispositifs d'ontratnement respectivement associés à une articulation ou bien à un palier du manipulateur et pourvu d'un appareil de commande des différents dispositifs d'entratnerent, manipulateur dans lequel la commande s'effectue dans une large mesure "instinctivement", c'est-8-dire que l'opérateur peut assurer la coordination, programmée empiriquement en fonction de l'expérience acquise, des différents mouvements de sa main pour la commande du manipulateur.Il est alors possible, sans se préoccuper de difficultés d'utilisation, de pourvoir le manipulateur de dispositifs d'entratnement dont le nombre et la conception sont établis de façon optimale en fonction de l'application envisagée. Problème est résolu suivant l'invention, selon la- quelle l'appareil de commande est agencé sous la forme d'un modèle de la flèche déplaçable manuellement, en ce que chaque articu- lation ou palier de l'appareil de commande est associé à un capteur de valeur imposée d'angle alors que chaque articulation ou palier de manipulateur est associé à un capteur de valeur réelle d'angle et en ce que chaque capteur de valeur imposée est relié au capter de valeur réelle correspondant du dispositif d'entratnement associé dans un circuit de régulation d'asservissement particulier et indépendant dés autres. L'opérateur peut alors saisir la "pince" du modèle de l'appareil de commande à l'aide d'une main et, en observant la flèche avec laquelle il est en contact visuel, il peut préditermi- ner les mouvements désirés de la pince, c'est-à-dire faire déplacer la pince de manière qu'elle exécute dans le temps le plus court possible un mouvement désiré de levage, de transport et de dépose, de sorte que tous les mouvements nécessaires de rotation et de pivotement se déroulent simultanément.Lorsque le modèle est réalisé, ce qui est avantageux, avec correspondance d'échelle également en ce qui concerne les dimensions ( les angles sont réglés de manière à être identiques pour la flèche et pour le modèle), il n'est pas nécessaire que l'opérateur soit en liaison visuelle directe et il lui suffit de recevoir une image bidimensionnelle - à savoir une image fournie par l'intermédiaire d'un écran de tdlévision-. Comme capteur de valeur réelle et de valeur imposée, on peut utiliser d'une manière connue des signalisateurs électriques tournants dont les fils de signalisation sont reliés à un comparateur commun dans lequel le signal de réglage est déterminé en grandeur et en signe. Ce signal commande alors l'alimentation en énergie des dispositifs d'entratnement. Pour les entratnements de pivotement, on utilise avantageusement des cylindres hydrauliques qui sont commandés de façon sûre par l'intermédiaire de servo-distributeurs à l'aide des signaux électriques de régulation.Egalement, pour les entraînements de rotation, on utilise des moteurs hydrauliques, En variante, il est naturellement également possible d'utiliser, aussi bien pour les mouvements de pivotement que pour les mouvements de rotation, des dispositifs d'entratnement électriques et on peut raire intervenir, en fonction de la grandeur et du domai ne d'application du manipulateur, également des entraînements pneu attiques. I1 est essentiel que les entraînements soient réversibles. D'autres avantages et caractéristiques de 11 invention ressortiront de la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : Fig. 1 représente en vue latérale, très schématisée, la flèche du manipulateur. Fig. 2 représente l'appareil de commande associé, et Fig. 3 représente un des six circuits de réglage à l'aide duquel l'appareil de commande et la flèche sont reliés entre eux. La flèche de la figure 1, comporte un socle 11 qui a été représenté stationnaire dans ce cas, mais qui peut évidemment être également monté sur un chariot ou un dispositif similaire et qui est supporté sur le bras de flèche mobile par rotation à l'aide d'un support 20. A la base, le bras de flèche porte une couronne dentée 22 qui est en prise avec le pignon 24 monté sur l'arbre d'un .oteur hydraulique d'entrainement 12 réversible. La position correspondante du bras de flèche par rapport au socle est représentée de façon univoque par le signal de sortie d'un capteur de position 18'. La couronne dentée 22 est reliée à un support 10 qui comporte un palier de pivotement en 26 et en 28. Le palier 26 porte le premier élément 9 du bras de flèche tandis qu'un cylindre hydraulique 8 est articulé en 28; sa tige de piston 65 est articulée à l'aide d'un palier de pivotement 30 sur l'élément 9. La position angulaire relative de l'élément 9 par rapport au support 10 est déterminée de façon univoque à l'aide d'un capteur de position 17'. Sur le premier élément 9 est articulé un second élément 7, à l'aide d'un palier de pivotement 32. La position relative des deux éléments est déterminée par la longueur de déploiement d'un autre cylindre hydraulique 6, qui est articulé en 34 sur le premier élément 9 et en 36 sur le second élément 7. La position relative des deux éléments est déterminée à l'aide du capteur de position angulaire 16'. Un troisième élément 40 est monté de façon pivotante en 42 à l'extrémité du second élément 7; pour l'entraînement, il est prévu un autre cylindre hydraulique 5 qui s'accroche d'une part sur le palier de pivotement 36 et d'autre part sur un autre palier de pivotement 38. Le capteur 15' détermine la position relative de l'élément 7 et de l'élément 40. Dans le troisième élément 40 est montée à rotation une pince 1.Un moteur hydraulique 4 peut raire tourner la pince 1 autour de l'axe longitudinal 44 du troi sième élément 40, le capteur 14' déterminant de façon univoque la position relative des deux éléments l'un par rapport à l'autre.te mouvement d'ouverture et de fermeture de lance 1, qui est agencée à la façon de ciseaux et qui comporte des mâchoires de retenue 3 à suspension élastique, est assuré à l'aide d'un cylindre hydraulique 12, auquel cas la position relative des mâchoires par rapport à l'axe 4 est déterminée par le capteur de position 13'. I1 est évident que, dans d'autres applications, on pourrait avoir, à la place de lapine comportant des mâchoires de préhension, également une structure comportant des bennes de manutention de matières en vrac, des crochets, des électro-aimants, etc...Il est en outre clair qu'on pourrait prévoir un élément permettant d'exécuter un mouvement de pivotement autour d'un axe orienté d'une part perpendiculairement aux axes 26, 32 et 42 et d'autre art perpendieulairement à l'axe 44. L'appareil de commande selon la figure 2 est un modèle à correspondance d'échelle du dispositif de la figure 1. Cela signifie que toutes les dimensions linéaires du dispositif de la figure 1 sont réduites du mEme facteur dans l'appareil de commande tandis que les angles sont identiques, comme cela va être encore précisé dans la suite. Il existe par conséquent une "similitude géométriquen entre la flèche et l'appareil de commande. L'appareil de commande comporte par conséquent un socle 50 monté sur une table ou partie similaire et sur lequel est monté à rotation un support 52. Un premier bras de levier 54 correspond à l'élément 9,un second bras de levier 56 correspond à l'élément 7 et un troisième bras de levier 58 correspond à l'élément 40. Dans le bras de levier 58 est montée à rotation une poignée 60 de forme coudée,qui permet à l'opérateur de pouvoir saisir sans diffi- culté une pince 62 en deux parties,qui forme une partie de la poignée 60 et qui constitue un modèle de la pince de manutention l.On peut prix r un ressort 64 pour maintenir la pince oe en position d'- ouverture. Chaque palier de rotation et chaque point de pivotement est également associé à un capteur de position, corme indiqué sur la figure I pour la flèche.En conséquence, les capteurs 18 et 18', 17 et 17', 16 et 16', 15 et 15', 14 et 14' et 13 et 13' se correspondent. I1 peut Entre avantageux de prévoir dans l'appareil de commande un dispositif de contre-poids pour les différents éléments, en vue d'éliminer toutes fatigues de manoeuvre chez I'utilisateur. Sur la figure 3, on a représenté à titre d'exemple un dispositif de réglage qui est associé aux capteurs 17 et 17'. Les signaux de sortie des capteurs sont comparés entre eux à L'aide d'un comparateur 70, qui transmet par un conducteur 72 un signal d'erreur dont le signe correspond à la direction de l'cart entre les angles qui sont mesurés par les capteurs 17 ou 17'. Par exem- plue, le signe du signal transmis par le conducteur 72 est positif lorsque l'angle indiqué par le capteur 17 est supérieur à l'angle a' indiqué par le capteur 17'. L'amplificateur 74 amplifie le signal et produit un signal de commande d'une grandeur constante, qui est transmis en ronction de son signe dans le conducteur 76 ou dans le conducteur 78.Chacun de ces conducteurs est relié à une bobine d'un double solénotde 80, qui sert de dispositif d'entraînement pour un distributeur-inverseur 82. Le distributeurinverseur 82 commande le sens d'écoulement du fluide hydraulique vers les chambres 84 et 86 du cylindre hydraulique 8. La tige de piston 65 est alors déplacée et produit un mouvement de pivotement de l'élément 9. La pression est engendrée à l'aide d'une pompe 88 et le circuit hydraulique est complété par l'lntermédiaire du réservoir 90. Dans la position représentée, le capteur 17 indique un angle a, entre le support 52 et le bras de levier 54, qui est plus petit que la valeur indiquée par le capteur 17' pour l'angle a' existant entre le support 10 et le premier élément 9. En conséquence, il se produit dans le comparateur 70 un signal négatif, qui est amplifié dans l'amplificateur 74 et qui est transmis par le conducteur 76. I1 en résulte que le distributeur-inverseur est amené dans la position représentée où la chambre 84 du cylindre hydraulique est mise en pression. La pompe débite alors du fluide dans la chambre de cylindre; la longueur hors-tout duqylindre hydraulique diminue et il en résulte une réduction de l'angle exis @@@@@@@ @@@@@ le premier élément 9.Dès que les angles entre les éléments 10/9 et 52/54 concordent, le signal d'erreur est supprime et les conducteurs 72 et 76 sont désexcités, de même que le conducteur 78. Le solénotdest alors amené sous l'action du ressort 92 dans une position médiane où l'alimenta tion en fluide du cylindre est complètement bloquée. On voit que, dans cet exemple de réalisation, on a affaire à wne régulation intégrale simple. Pour obtenir des conditions optimales de ronctionnement, il peut être avantageux de prévoir d'une manière connue une régulation proportionnelle ou bien également une régulation combinée proportionnelle-difrérentielle- intégrale. Il est évident qu'on associe des circuits de régulation similaires à chaque paire de capteurs 13/13' à 18/18', auquel cas la pompe et le réservoir peuvent alimenter en commun tous les circuits de régulation. Les différents composants de type connu qui font partie d'un tel(système de régulation composite électrohydraulique sont bien connus des spécialistes et n'ont par consé- quent pas été représentés. Lorsque les opérations à exécuter à l'aide du manipulateur doivent Entre répétées fréquemment, on peut enregistrer les mouvements qui ont été prédéterminés la première fois par l'o- pérateur dans la séquence correcte, et cela sur un support de mé morisation,tel que par exemple une bande magnétique, en vue de leur répétition ultérieure. REVENDICATIONS 1. Manipulateur comportant une flèche mobile par pivotement comprenant plusieurs organes reliés de façon articulée entre eux et qui est pourvue à son extrémité libre d'un organe de préhension à articulation, actionné par une force appropriée, comportant des dispositifs d'entraînement respectivement associés à une articulation ou àunpalier du manipulateur, et pourvu d'un appareil de commande des différents dispositifs d'entraînement, caractérisé en ce que l'appareil de commande est agencé sous la forme d'un modèle de la flèche déplaçable manuellement, en ce que chaque articulation ou palier de 1 'appareil de commande est associé à un capteur de valeur imposée d'angle, alors que chaque articulation ou palier de manipulateur est associé à un capteur de valeur réelle d'angle et en ce que chaque capteur de valeur imposée est relié au capteur de voleurrréelle correspondant du dispositif d'entraînement associé dans un circuit de régulation d'asservissement particulier et indépendant des autres. 2. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs d'angle sont agencés sous la forme de signalisateurs électriques tournants. 3. Manipulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu des dispositifs d'entraînement hydrauliques réversibles. 4. Manipulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu des dispositifs d'entraînement électriques réversibles. 5. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la flèche est réalisée en trois éléments dont les trois axes d'articulation sont parallèles entre eux. 6. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 å 5, caractérisé en ce que l'appareil de commande est réa- lisé sous la forme d'un modèle à correspondance d'échelle. 7. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif d'enregistrement des signaux produits dans les circuits de réglage, de façon à pouvoir les reproduire d'une manière répétée en vue d'une répétition d'un mouvement exécuté une première fois.