Brevet FR2354861A1 — publié le 19780113

La présente invention due à la collaboration de François PRUVOT et Claude ORLUC est relative à un organe de préhension pour robot ou automate permettant à ce dernier de saisir une pièce pour la changer de placet 0W la présenter à une machine, ou la disposer sur une surface, sur un support quelconque ou dans un conteneur. Elle concerne plus particulièrement les organes de préhension destines à prendre des pièces "en vrac", ctest-à-dire des pièces disposées sans ordre dans un conteneur et dont on ne connaît par conséquent, ni la position, ni l'orientation. L'organe de préhension objet de l'invention s'applique donc tout particulièrement à la manutention de pièces mécaniques telles qu'elles viennent d'être"formées" en sortie de forge ou de fonderie et que l'on doit les présenter à une machine d'usinage. Des qutune pièce reçoit un usinage relativement précis, on ne peut plus la laisser au contact d'autres pieces car elles se détério- reraient l'une l'autre. On est dans l'obligation de les disposer rapidement dans une position et une orientation données sans qu'elles puissent se toucher. Les "mains" utilisées åusqu'à présent dans les robots comportent généralement plusieurs doigts articulés. Ceux-ci sont en général simplement articulés, clest-à-dire que chaque doigt s'articule par un seul axe sur la partie fixe de lanmain". Tous les doigts sont en général actionnés simultanément par un actionneur commun mais on connaît également des mains comportant autant d'actionneurs que de doigts. Cela ne présente pas d'intérêt pratique et présente par contre l'inconvénient que la position de la pièce par rapport aux axes de références du robot n'est pas connue, à moins que chaque'Qoigt" reçoive un organe de mesure de sa position.De toute façon l'organe de préhension résultant est cher Quand les doigts sont actionnés simultanément, il faut au minimum deux doigts et éventuellement trois. Mais ces doigts sont obligatoirement relativement minces si l'on veut qu'ils puissent saisir une pièce, ctest-à-dire pénétrer entre deux pièces "en vrac". Celà rend ces "doigts" fragiles. De plus, la minceur des doigts fait qu'une prise à deux doigts n'est guère stable7 la pièce pouvant avoir diverses positions entre les deux doigts, glisser, pivoter, même une fois qu'elle est saisie. C'est pourquoi en général on préfère les mains à trois doigts. Mais cela ne ccrrige en rien la fragilité et accroît la difficulté de pénétration des doigts entre les pièces.La probabilité pour qu'un doigt bute sur une pièce sans pouvoir pénétrer dans le tas de pièces est très élevée. En outre-, la simple articulation entraine, pour parvenir à une ouverture assez large de la main, des débattements angulaires des doigts relativement élevés. Leur commande par l'actionneur est fragile et complexe. On connaît aussi des mains a doigts polyartlculés, ce qui supprime certains inconvénients des doigts monoarticulés. Souvent, ekaXue articulation d'un doigt comporte son propre moteur. De telles mains sont ieascoup trap complexes et fragiles pour être utilisées sur des robots. Enfin, les extrémités des doigts qui viennent en contact avec les pièces peuvent recevoir différents dispositifs. Elles peuvent comporter u revêtement en un matériau souple, généralement en élastomère, donnant une bonne adaptation de la forme du bout du doigt à la forme de la pièce à prendre et un coefficient de frottement élevé, ce qui permet de réduire la force à appliquer pour saisir la pièce. Parfois, l'extrémité des doigts reçoit un dispositif mécanique propre à assurer une bonne prise de pièze, par exemple une protubérance en forme de V, ou une pointe, ou une touche comportant un moletage. Dans tous les cas, ces protubérances diminuent la capacité des doigts à pénétrer dans le tas de pièces en vrac. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients L'organe de préhension pour robot ou automate suivant la présente invention, qui est particulièrement destiné à la manutentiom de pièces en vrac, est caractérisé en ce que sur la partie du robot devant recevoir ledit organe de préhension est fixée une pièce support à laquelle sont attachés : de façon rigide un doigt fixe amovible et au moins un doigt polyarticuie- composé de plusieurs phalanges, doigt polyarticulé qui est articulé sur la pièce support autour d'un premier axe sensiblement perpendiculaire à l'axe 22' du doigt fiz et qui est actionné par un vérin prenant appui par une de ses extrémités sur ladite pièce support, si bien que, lorsque le vérin est alimente en fluide, l'extrémité ou dernière phalange du doigt polyarticulé se rapproche du doigt fixe de façon à constituer une pince capable de saisir une pièce à manutentionner. Un tel organe de préhension pénètre facilement dans an tas de pièces en vrac grace à son doigt dont l'extrémité est fixe et qui est ea même temps d'une grande robustesse. L'invention permet la réalisation d'une main à deux doigts dont un, celui qui permet la pénétration, est très mince, tandis que 1'2autre, de préférence polyarticulé est large et de forme telle qu'il assure cet Groins deux points de contact avec la pièce, ce qui garantit la stabilité de la pièce. Suivant une caractéristique de réalisation, chaque doigt polyarticulé est composé de N phalanges successives, chaque phalange de rang n est articulée à la fois avec la phalange de rang n - 1 et avec la phalange de rang n + 1, toutes ces phalanges peuvent pivoter respectivement autour i'twos parallèles, chaque phalange de rang n est munie de dentures sur ses faces terminales qui engrènent avec les dentures correspondantes portées par les faces en regard de la phalange de rang n - 2 et de la phalange de rang n + 2 et toutes ces phalanges sont commandées par un même moteur situé dans la partie fixe de la main, ce qui permet d'avoir un doigt de section relativement faible et un encombrement réduit sans que cela nuise à la robustesse du doigt. L'enseignement de la présente invention permet la réalisation d'organes de préhension à plusieurs doigts polyarticulés tous commandés par le même actionneur ou commandés chacun par un actionneur différent. Suivant une autre caractéristique de réalisation, le moteur de commande est constitué par un vérin dont le corps ou cylindre s'appuie à une de ses extrémités sur la pièce support de l'organe de préhension tandis que son piston traverse cette pièce support et se raccorde par un axe à l'extrémité d'une des branches d'une chape double en forme de L dont l'autre branche constitue la première phalange du doigt polyarticulé. Avantageusement chaque doigt polyarticulé peut recevoir un revêtement souple pour protéger son mécanisme des corps étrangers et en même temps permettre une prise souple des pièces4 Le doigt fixe peut encore avantageusement comporter un revêtement souple qui soit disposé à l'abri des dommages causés par une pénétrationrépétée du doigt fixe entre les pièces à saisir. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation et partiéllement en section d'un mode de réalisation de 11 organe de préhension suivant l'invention ; - la figure 2 est une représentation en vue de dessus d'un mode de réalisation d'un doigt polyarticulé suivant l'invention ; - la figure 3 est une représentation en vue de face d'un mode de réalisation du doigt fixe suivant l'invention - la figure 4 représente schématiquement un doigt polyarticulé dans son gant protecteur. Suivant l'illustration de la figure 1, l'organe de préhension objet de la présente invention est composé d'une partie 10 fixée par des moyens non représentés,à un bras de robot ou d'automate dont les déplacements permettent à la "main" de se présenter au droit des pièces à saisir. Sur cette partie fixe10, un doigt 2 est fixé rigidement. Le doigt 2 présente à son extrémité supérieure une partie cylindrique 3 centrée dans un alésage 4 et immobilisée à l'aide d'une vis 5. Le doigt 2 est formé d'une tige, de préférence en acier, de forme générale cylindrique, dont l'axe ZZ' (figure 3) est confondu/ avec celui de la partie cylindrique 3. L'extrémité inférieure 33 du doigt 2 qui doit pénétrer entre les pièces en vrac a la forme d'un cone terminé par une partie arrondie 6. Un plat 7 formé sur sensiblement toute la hauteur du doigt 2 sert à délimiter une zone d'appui de la pièce à saisir. Ce plat possède lui-même- un embrèvement 8 qui reçoit une pièce en élastomère 9. Le doigt 2 peut ainsi pénétrer entre des pièces à saisir sans que le revêtement en élastomère 9 ne soit détruit puisqu'il est protegé par l'embrèvement 8. L'organe de préhension suivant l'invention comporte en outre un doigt polyarticulé 40. qui est représenté allongé en vue de dessus à la fig. 2. Sur cette figure 2, on retrouve la partie fixe 10 de la figure 1. Un axe 11 perpendiculaire à l'axe ZZ' du doigt 2 traverse cette partie fixe 10. L'extrémité 12 de la pièce 10 reçoit une denture 13 en développante de cercle, taillée concentriquement à l'axe 11. Cette partie constitue un segment d'un engrenage d'axe. 11. De part et d'autre de l'extrémité 12 de la pièce 10 et articulée autour de l'axe il tourillonne une chape en deux parties 14 et 14' conformément à la réalisation représentée, les deux parties étant solidaires l'une de l'autre par l'aie 11. Les deux parties de la chape 14 14' qui sont identiques ont une forme générale en L (fig. 1), ce L pivotant : par son sommet autour d'un premier axe tl traverse sant l'extrémité 12 de la pièce 10 et par l'extrémité libre de sa branche quasiverticale autour d'un second axe 15 par l'intermédiaire duquel il est solidaire de la tige 39 d'un vérin 16 qui commande les mouvements du doigt polyarticulé4O. La seconde branche du L 14, 14' enserre la partie 12 de la pièce 10 (fig. 2) et se poursuit de part et d'autre de la seconde phalange 21 du doigt polyarticulé 40 jusqu'à être traversée, ainsi que cette seconde phalange 21, par un troisième axe 18. Le second axe 15 permet de solidaliser avec la chape 14 14' ctest-à-dire avec le doigt polyarticulé 40,l'actionneur 16 de la main suivant l'invention. Suivant le mode de réalisation des figures 1 à 3 cet actionneur 16 est un vérin ou cylindre, pneumatique ou hydraulique dont le corps extérieur est solidaire d'une pièce 17 solidaire elle-même de la pièce 10, la tige du piston 39 du vérin 16 traversant la pièce 17 par une ouverture 38 ménagée dans cette dernière. Quand la tige 39 du vérin 16 entre et sort, la chape 14, 14' pivote dans. un sens ou dans l'autre autour du premier axe 11. Comme on l'a dit précédemment, la seconde branche du L 14, 14' enserre la partie 12 de la pièce 10 et se poursuit jusqu'à être traversée par un troisième axe 18 parallèle à l'axe 11 et situé à une distance de -celui-ci sensiblement égale au double du rayon primitif de la denture 13 portée par la pièce 12. L'éxtrémité 19, 19' de la seconde branche du L 14, 14' au delà de l'axe 18- porte à son tour une denture 20, 20' en développante de cercle faisant d'elle une partie de pignon d'axe 18. Le rayon primitif de 1' engrenage 20, 2Q' a une valeur voisine de celui de la denture 13. Entre les deux secondes branches 14 et 14' de la chape ec L, une pièce allongée 21 constituant la seconde phalange du doigt polyarticulé 40 est articulée sur le troisième axe 18. Elle s'ajuste avec un jeu réduit entre les extrémités 19, 19' de la chape en L 14, 14' constituant la première phalange. Sa face,en regard de la partie 12 de la pièce 10,porte une denture 23 qui engrène avec la denture 13 de la partie fixe 12. Le pignon,à l'extrémité 22 de la seconde phalange 21 dont l'axe est en 18 a donc même rayon primitif que le pignon de la denture 13 de la partie fixe 12 avec lequel il engrène.On voit alors facilement que si l'on fait subir à la chape on L 14, 14' une rotation d'angle autour du premier axe 11 par rapport à la pièce 10 - 12 - 17 grâce au fonctionnement du vérin 46 - 39, la seconde phalange 21 du fait des dentures 13 - 23 subit une rotation d'angle par rapport àIa chape 14, 14' c'est-à-dire une rotation de 2 &alpha; par rapport àIa pièce fixe 10 - 17-12. On poursuit la réalisation du doigt polyarticulé 40 par l'utilisation de plusieurs étages identiques à ceux qui viennent d'être décrits et que l'on met bout à bout. Ainsi la seconde branche 19, 19' de la chape 14, ,4' est prolongée par une chape 24, 24' formant la troisième phalange montée à pivotement autour d'un axe 25 solidaire de la deuxième phalange 21, parallèle à l'axe 18 et distant de celui-ci d'une valeur sensiblement égale à deux fois le rayon primitif des pignons formés par les dentures 13 et 23. L'extrémité 26 de la deuxième phalange 21 comporte une denture 27 centrée sur l'axe 25 et de rayon primitif sensiblement égal aux rayons primitifs des dentures 17 et 23. Une extrémité 28, 28' de la-chape 24, 24' comporte une denture 29, 29' qui engrène avec le minimum de jeu avec la denture 20, 20' portée par l'extrémité 19, 19' de la seconde branche du L de la chape 14, 14'. Les pièces 24. 24' formant la troisième phalange comportent un deuxième axe 30 parallèle à l'axe 25 et tel que la distance entre eux soit sensiblement égale à la distance séparant les axes 18 et 25, d'une part, les axes 11 et 18,, d'autre part.Cet axe 30 reçoit entre les chapes 24 et 24' une pièce 31 constituant la quatrième phalange du doigt polyarticulé 40, phalange qui s'articule donc autour de l'axe 30 et qui porte à son extrémité tournée vers la seconde phalange 21 une denture 32 engrenant avee un jeu minimum avec la denture 27,portée par l'extrémité 26 de la deuxième phalange 21 On continue ainsi un certain nombre de fois pour donner au doigt polyarticulé 40 la longueur désirée et quand ce résultat est obtenu on parvient finalement à la dernière phalange 34. Si est la rotation imposée par l'acticnneur 16 - 39 à la première phalange, la deuxième phalange tourne/comme on l'a vu précédommant de 2 par rapport à la partie fixe 10 - 17 de la main et la nième - phalange tourne de n . &alpha;, à la condition que les axes successifs 11, 18, 25, 30 ....~soient équidistants ou que les rapports entre les engrenages formés par les couples de dentures 23 et 13, 29 et 20, 32 et 27.. soient égaux. Il résulte de ce -qui précède une particularité de l'invention : il suffit de choisir des rayons primitifs différents pour les dentures 23 et 13, 29 et 20... pour obtenir la rotation désirée d'une phalange par rapport à la phalange qui la précède et à la phalange qui la suit. Les figures 1 et 3 montrent que le doigt fixe 2 est relativement étroit et la figure 2 montre au contraire que le doigt polyarticulé 40 est par contre relativement large. Un tel choix a l'avantage de donner une prise stable de la pièce et de permettre une construction extrèmement robuste du doigt polyarticulé. Le moteur 16 peut commander un nombre quelconque de phalanges. Si on en utilise un grand nombre, l'angle de rotation d'une phalange par rapport à la suivante est faible et ltépaisseur 1 (figure i) du doigt 40 est également faible qu'il soit en position étendue ou repliée. Du fait de la forte largeur du doigt, sa robustesse reste grande. De l'enseignement qui précède, on déduit facilement la manière de réaliser une main à plusieurs doigts polsrarticulés commandés tous par un seul actionneur ou commandés ehacun par un actionneur différent. Ces extensions sont évidentes pour le technicien sans qu'il soit nécessaire d'ajouter quoi que ce soit. Du fait de la construction polyarticulée, un faible angle de rotation de la première phalange entraîne un déplacement important de la dernière phalange, si bien que seul le doigt fixe 2 au moment de la tentative de prise de pièce pénètre entre les pièces à prendre. Comme on l'a fait remarquer précédemment, une main à plusieurs doigts monoarticulés aurait les plus grandes chancesqu'un ou plusieurs doigts viennent buter sur des pièces au moment de la tentative de prise interdisant toute pénétration, donc toute prise de pièce.La nontrepartie de cet avantage est que la force que l'on exerce en bout de doigt 34 est plus faible que la force développée par le vérin 16 - 39, dans le rapport L1 (figure 1) dans lequel L1 est sensiblement égal à la course du vérin et L2 est sensiblement égal au déplacement correspondant de l'extrémité de la dernière phalange 34. Pour un doigt monoartieulé de longueur L4, la force exercée en bout de doigt serait égale à la force développée par le vérin multipliée par L3tL4 dans lequel L3 est la distance comprise entre les axes 11 et 15. La main polyarticulée suivant l'invention a donc une course plus grande mais une force plus faible que la main monoarticulée de même longueur de doigts. Ceci ne représente pas un inconvénient car on peut tqujours dimensionner l'actionneur 16 en fonction de la force de serrage désirée. On veit-aussi que la force de serrage ne varie pas linéairement avec la distance L séparant l'axe 11 et le point d'application de la force sur le doigt polyarticulé du fait des rotations des phalanges qui s'additionnent. La force croît plus vite au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'axe 11. La description qui précède montre aussi la-robustesse du doigt fixe 2 qui pénètre entre les pièces à saisir. Ce doigt est facilement interchangeable. Enfin, l'actionneur 16 situé en dehors de la partie de la main en contact avec les pièces contribue à donner à celle-ci une grande solidité. Pour réduire la fragilité de la construction polyarticulée et éviter que des corps étrangers puissent pénétrer dans les dentures des phalanges et les user, suivant une réalisation préférée de l'invention et conformément à la représentation de la figure 4; on dispose sur le doigt polyarticulé 40, un gant 100 enveloppant complètement le doigt et la pièce fixe 10 et laissant passer le doigt fixe 2 par une ouverture 101. Ce gant 100 est en une matière souple, par exemple une matière plastique ou un polymère. Il met à l'abri axes et dentures qui peuvent même fonctionner dans la graisse qui est retenue à l'intérieur du gant. De plus, le gant est de préférence en matière résistant à l'usure, par exemple en polyuréthane, pour permettre une prise de pièce souple.A cet effet, son épaisseur peut être localement augmentée en 102, 103, 104 pour augmenter sa compressibilité et sa résistance. La main suivant la présente invention possède encore d'autres caractéristiques qui améliorent ses conditions d'utilisation. Par exemple,-on voit aux figures 1 et 3 que le doigt fixe 2 est plus long çu'il ne serait théoriquement nécessaire- pour saisir une pièce. Cette disposition a pour but d'empê- cher que la pénétration du doigt fixe 2 entre les pièces à saisir ne gêne la fermeture du doigt polyarticulé 40. D'autre part, le doigt fixe 2 peut être muni d'un organe de détection de la présence dés pièces à laisir. Cet organe peut être un capteur de proximité électromagnétique ou pneumatique-logé en 105 à la figure 1 parallèlement à l'axe ZZt du doigt 2. Cela. permet de détecter l'instant où le bout du doigt 6 passe devant une pièce,de déclencher l'arrêt de la pénétration et la fermeture du doigt polyarticulé 40. On peut encore remplacer les engrenages de synchronisation des phalanges par un doigt formant tenon ajusté dans un logement ou une rainure, ou encore par des biellettes. - REVNT)ICBTIONS - 1 ) Organe de préhension pour robot ou automate particulière ment destiné à la manutention de pièces en vrac, dans lequel une pièce support est fixée sur la partie du robot devant recevoir le dit organe de préhension et sur laquelle sont fixés de façon rigide un doigt fixe amovible et au moins un doigt polyarticulé composé de plusieurs phalanges et qui est articulé sur la pièce support autour d'un premier axe sensiblement perpendiculaire à l'axe (ZZI) du doigt fixe et qui est actionné par un moteur prenant appui sur la dite pièce support, si bien que lorsque le moteur est alimenté en fluide, l'extrémité ou dernière phalange du doigt polyarticulé se rapproche du doigt fixe de façon à former une pince capable de sai sir une pièce à manutentionner ; dans lequel chaque doigt polyarti culé est composé de N phalanges successives, chaque phalange de rang n est articulée à la fois avec la phalange de rang n - 1 et la pha lange de rang n + 1, toutés les phalanges peuvent pivoter respecti vement autour d'axes parallèles, chaque phalange de rang n est munie de dentures sur ses faces terminales qui engrènent avec les dentures correspondantes portées par les faces en regard de la phalange de rang n - 2 et de la phalange de rang n + 2 si bien que toutes ces phalanges sont actionnées à partir dudit moteur situé dans la pièce support fixe, caractérisé en ce que chaque doigt polyarticulé est constitué dans le sens longitudinal par une rangée de phalanges cen trales engrenant entre elles (12, 21, 31, 34) bordée de part et d'autre par une rangée de phalanges latérales (14, 14', 24, 24') quL ; sont identiques entre elles Si bien que le plan de symétrie longi tudinal de la rangée de phalanges centrales est un plan de symétrie du doigt polyarticulé considéré (40). 2.) Organe de préhension suivant la revendication 1, carac térisé en ce qu'un secteur denté (12) est formé concentriquement au dit premier axe (11) sur la pièce support (10) du doigt articulé (40) et en ce que ce secteur denté (12) engrène avec une denture (13) portée sur la face terminale en regard de la seconde phalange (21). 30) Organe de préhension suivant la revendication 2, dans le 5 quel la première phalange est constituée par une pièce en L qui pi vote autour dudit premier axe par son sommet et par l'extrémité libre d'une de ses branches autour d'un second axe par l'intermé diaire duquel il est solidaire du moteur de commande, caractérisé en ce que cette première phalange comprend deux parties parallèles (14, 19, 24 ; 14', 19' 24t) disposées de part et d'autre de la partie fixe (10) et de son secteur denté (13)- et en ce que la seconde branche du L est traversée par un troisième axe (18) de pivotement de la seconde phalange du doigt articulé (40) et se termine par une denture (20) engrenant avec une denture correspondante portée par la face terminale en regard de la partie (24, 24') formant troisième phalange prolongeant la seconde branche L de la~chape de part et d'autre de la rangée de phalanges centrales (12, 2f, 31). 40) Organe de préhension suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la distance séparant le premier axe (1t) du troisième axe ( est sensiblement égale au double du rayon primitif de la denture (23) de la seconde phalange (21) qui engrèné avec la partie fixe (12). 5o) Organe de préhension suivant lune quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le doigt polyarticulé (40) est de relativement grande largeur de façon à fournir au moins deux points de contact avec la pièce à saisir, un troisième point de contact étant fourni par le doigt fixe (2). 60) Organe de préhension suivant la revendication 1, caracté risé en ce que le doigt fixe (2) est plus long qulil ntest néces saire pour assurer une prise correcte avec le doigt polyarticulé (40) et en ce qu'il est aminci à son extrémité libre (6). 70) Organe de préhension suivant la revendication 6, caracté risé en ce que le doigt fixe (2) supporte un détecteur de proximité (t05) disposé sensiblement parallèlement à l'axe du doigt (ZZ') et à proximité de son extrémité libre (6). 80) Organe de préhension suivant la revendication 6 ou 7, ca ractérisé en ce que le doigt fixe (2) reçoit un revêtement épais (9) en une matière souple et résistante à l'abrasion, encastré dans ledit doigt fixez