Brevet FR2378612A1 — publié le 19780825

La présente invention, due à la collaboration de E Pierre PARDO et M. François PEUVOX, est relative aux robots et plus particulièrement aux robots de peinture au pistolet. Dlune manière plus particulière encore l'invention concerne un bras polyarticulé destiné à équiper un robot de peinture au pistolet. Un robot de peinture doit, dans certaines conditions d'utilisation, pouvoir peindre à l'intérieur d'un volume creux. Clest le cas, par exemple, pour une carros- serie de véhicule automobile. Dans ce dernier cas, le robot doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la carrosserie par des ouvertures de dimensions limitées correspondant aux portes. Enfin il doit pouvoir éviter des obstacles, des portières ouvertes par exemple. Tout cela fait que le robot doit en général posséder au moins six degrés de liberté et même plus, étant donné que pour peindre, le pistolet de peinture doit avoir son axe sensiblement normal à la surface à peindre et doit en être à une distance sensiblement constante. Un système à plusieurs articulations indépendantes et commandées séparément peut ne pas être suffisant et il peut s'avérer nécessaire de faire porter le pistolet par un bras polyarticulé ne présentant que deux degrés de liberté et capable de prendre une courbure allant de zéro à une valeur maximale dans n'porte quel plan contenant l'axe de l'avant-bras du robot. De cette façon, le bras peut balayer un volume beaucoup plus grand qu'il ne le ferait stol était rigide, compte tenu de la dimension des ouvertures de la carrosserie. La présente invention concerne un bras polyarticulé pour robot ou automate, particulièrement destiné à recevoir un pistolet à peinture, de réalisation relativement facile et économique, présentant l'équivalent de deux degrés de liberté et, de plus, facile à commander à l'aide d'au moins deux vérins, de préférence hydrauliques. Suivant l'invention, le bras polyarticulé pour robot ou automate, qui est particulièrement destiné à recevoir un pistolet à peinture, est caractérisé en ce que sur la partie du robot devant recevoir ledit bras polyarticulé, est montée une pièce fixe appelée phalange d'ordre zéro à l'intérieur de laquelle est monté à pivotement autour d'un axe, un anneau formant un premier-croisillon de cardan, ledit croisillon recevant à son tour une biellette appelée première phalange montée à articulation autour d'un axe dudit croisillon, perpendiculaire à l'axe d'articulation dudit croisillon sur ladite pièce fixe ladite biellette étant articulée sur un deuxième croiseillon de cardan monté à pivotement dans une pièce de forme sensiblement de révolution formant deuxième phalange, les extrémités de ladite pièce fixe et de ladite deuxième phalange se faisant vis-à-vis recevant des surfaces sphériques concaves sensiblement de mtme centre, celui-ci étant sur l'axe de la pièce fixe de révolution, deux pièces coulissant l'une par rapport à l'autre par l'intermédiaire dtune surface cylindrique et portant des surfaces sphériques sensiblement de meme centre étant pressées respectivement sur les portées sphériques concaves de la pièce fixe et de la deuxième phalange, obligeant ainsi la pièce fixe et ladite deuxième phalange à avoir un mouvement sensiblement de rotation autour dudit centre desdites surfaces sphériques tandis que l'autre extrémité de ladite deuxième phalange comporte une surface sphérique en vis-à-vis d'une autre surface sphérique appartenant à une quatrième phalange qui est reliée par ailleurs à la deuxième phalange par une biellette formant troisième phalange montée par des croisillons de cardan aussi bien dans ladite deuxième que dans ladite quatrième phalange de la mme façon que la biellette appelée première phalange est montée à cardan dans la pièce fixe appelée phalange d'ordre zéro et la première phalange, ladite troisième phalange étant synchronisée avec ladite première phalange au moyen d'une sphère que porte coaxialement à son axe l'une de ces dites phalanges et qui coulisse avec un jeu très réduit dans ladite autre phalange, le meme processus se reproduisant identiquement pour un nombre quelconque de phalangeS D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui est donnée qutà titre exemple. A cet effet on se reportera au dessin joint illustrant un mode de réalisation non limitatif du dispositif suivant l'invention. Suivant l'illustration, un bras 73 de robot est équipé dtune pièce 19 fixée à son extrémité libre. Cette pièce 19 se termine à son extrémité libre par une surface sphérique concave 40. Sur cette pièce 19 un anneau 1 est articulé suivant un axe 41. Cet anneau 1 formant premier croisillon de cardan peut pivoter autour de l'axe 41. Ce croisillon de cardan reçoit un deuxième axe de pivotement 42 représenté de bout sur le dessin et autour duquel pivote une biellette 2. Ladite biellette 2 est articulée et reçoit à son autre extrémité une autre articulation 43 parallèle à l'axe de pivotement 42 et par laquelle elle pivote dans un anneau 44 formant deu xième croisillon de cardan.Ledit deuxième croisillon est articulé autour d'un axe 45 perpendiculaire à l'articulation 43 sur une pièce 46 terminée par une surface sphérique concave 47 dont le centre de courbure 48 est sensiblement confondu avec le centre de courbure 49 de la surface sphérique concave 40 terminant la pièce 19. La pièce 46 supporte un deuxième croisillon de cardan 50 possédant un axe 51 parallèle à l'axe 43. La distance entre les axes 43 et 51 est sensiblement égale à la distance entre les axes 43 et 42. La première biellette 2 porte à une de ses extrémités une sphère 55 dont le centre est sensiblement à égale distance des axes 43 et 51. Le deuxième croisillon de cardan 50 supporte une deuxième biellette 52 qui porte à son extrémité 3 concentrique à son axe 51 un alésage 53 qui reçoit une pièce portant une empreinte sphérique 54 qui est maintenue en pression sur la sphère 55 par un ressort 56. De plus les portées sphériques 40 et 47 des pièces tubulaires 19 et 46 reçoivent respectivement des portées sphériques mules 57 et 58 portées respectivement par deux pièces 16 et 17 qui coulissent coaxialement l'une par rapport à l'autre. Les deux portées sphériques 57 et 58 sont respectivement mises en pression sur les portées 47 et 40 par un ressort 18. Ainsi, si la biellette 2 constitue une première phalange, la biellette 52 constitue une troisième phalange et la pièce tubulaire 46 constitue une deuxième phalange. On voit qu'une phalange, la seconde 46 par exemple, est articulée sur la première 2,d'une part, et sur la troisième 52, d'autre part, mais que son mouvement est un pivotement par rapport à la phalange d'ordre zéro 19 qui est le bras fixe. La loi qui vient d'être dégagée s'étend facilement à un nombre quelconque de phalanges jusqu'à une dernière phalange 23 qui reçoit elle-même un dispositif portant un pistolet à peinture par exemple. Cette liaison d'une phalange avec celle qui la précède ainsi qu'avec celle qui la suit et aussi avec une phalange d'ordre plus élevé de deux unités ou inférieur de deux unités, fait que l'ensemble comme on le voit sur la figure, peut prendre une courbure variable dans le plan de la figure ou dans tout plan contenant l'axe 59 de la pièce fixe 19 portée par le bras 73 du robot. On voit donc que l'ensemble comporte deux degrés de liberté, le premier pouvant ventre représenté par la courbure du bras polyarticulé et le second par le plan contenant l'axe 59. Pour commander l'un de ces degrés de liberté, deux cibles 60, 61 sont rigidement fixés par une de leurs extrémités à une phalange, de préférence la dernière phalange 23. Ces cibles sont guidés par toutes les phalanges de meme parité que la dernière phalange jusqu'à la pièce fixe 19. Chacune de ces phalanges reçoit un élément de gaine 62 et 63 dans lequel les cibles coulissent respectivement.Chacun de ces cables est mis en tension respectivement par des vérins 64 et 65 à simple effet, alimentés l'un et l'autre par une même servovalve. En augmentant la pression dans le vérin 64 et en la diminuant dans le vérin 65, le bras polyarticulé se courbe, comme représenté dans le plan de la -figure. On dispose deux autres cibles non représentés dans un plan perpendiculaire au plan de la figure et qui sont commandés de la même manière que les cibles 60 et 61 par deux autres vérins. Ceux-ci permettent alors de commander la courbure du bras polyarticulé dans un plan perpendiculaire au plan de la figure. En combinant l'action sur les vérins représentés et sur les vérins non représentés, on peut alors incurver le bras polyarticulé dans tout plan contenant l'axe 59 du bras du robot 73. Pour mesurer la courbure et le plan de courbure du bras polyarticulé, il suffit de connaître les déplacements des vérins commandant ladite courbure dans le plan de la figure et dans le plan perpendiculaire à ladite figure et contenant l'axe 59 du bras du robot. On peut donc, par exemple, mesurer directement les déplacements de ces vérins à l'aide de dispositifs connus ou non tels que potentiomètres ou trains formateurs différentiels linéaires. Un tel dispositif aurait pour inconvénient que les mesures seraient affectées par les variations de longueur des cibles tels que 60 et 61. Selon une disposition particulière de l'invention la mesure est faite à l'aide de potentiomètres linéaires ou transformateurs différentiels linéaires non représen- tés mais portés par le bras 73 du robot.Lesdits capteurs sont commandés à l'aide d'autres cabales tels que 60 et 61 disposés à d'autres endroits autour du bras polyar ticuSé. De cette façon, ces câbles, qui peuvent être avantageusement remplacés par un fil d'acier unique fin, ne subissent aucun effort et de ce fait ne subissent aucun allongement. On a donc une mesure constante de la position dudit bras polyarticulé sans influence de l'allongement des câbles de commande de mouvement tels que 60 et 61. Ces cibles de mesure peuvent être fixés à n'importe quelle phalange et en particulier à la phalange qui reçoit les câbles de traction commandés par les vérins, mais ils peuvent aussi etre fixés à des phalanges d'ordre inférieur de façon à diminuer la course des capteurs de déplacement sans toutefois amoindrir sensiblement la précision de la mesure. Le système n'ayant que deux degrés de liberté, on aurait aussi bien pu commander n'importe quelle phalange et en particulier la deuxième phalange 46. Les mouvements de celle-ci sont d'amplitude beaucoup plus restreinte. Cela constitue en fait un inconvénient important car, pour accélérer une charge disposée en bout du bras polyarticulé, les forces de commandes seraient beaucoup plus importantes de ce fait que celles qui sont appliquées par les câbles 60 et 61 à la dernière phalange 23. Enfin, l2ensemble du bras polyarticulé peut être protégé par un soufflet qui met tout son mécanisme et les cibles de commande à l'abri de la peinture ou d'autres pollutions. Bien des variantes, qui ne sauraient sortir du cadre de la présente invention, sont possibles mais ne sont pas décrites. En particulier, on a supposé que la pièce fixe 19 était la phalange d'ordre "zéro'2. On aurait tout aussi bien pu avoir une pièce du type des biellettes 2, 52. De même, on a supposé que les pièces telles que 46 recevaient deux portées sphériques concaves 40 et 47 et qu'une sphère formée de deux parties 16 et 17 portant des portées sphériques convexes 57 et 58 était engagée avec 40 et 47. On aurait pu rendre la pièce 17 solidaire de la pièce 19 et cette pièce aurait reçu une seule pièce 16 comportant a portée sphérique 57 s'engageant dans la portée sphérique concave 47 et ainsi de suite sur toutes les phalanges telles que 46 qui auraient reçu à une extrémité une partie sphérique concave et à l'autre une partie cylindrique sur laquelle coulisserait une pièce ayant une portée sphérique. REVENDICAlIONS 1 -Bras polyarticulé pour robot ou automate, particulièrement destiné à recevoir un pistolet à peinture, caractérisé en ce que sur la partie du robot devant rece voir ledit bras polyarticulé, est montée une pièce fixe (19) appelée phalange d'ordre zéro à l'intérieur de laquelle est monté à pivotement autour d'un axe (41) un anneau formant premier croisillon de cardan (1), ledit croisillon (1) re cevant à son tour une biellette (2) appelée première phalange montée à articula tion autour d'un axe (42) dudit croisillon, perpendiculaire à l'axe d'articula tion (41) dudit croisillon sur ladite pièce fixe (19), ladite biellette (2) étant articulée sur un deuxième croisillon de cardan (44) monté à pivotement dans une pièce de forme sensiblement de révolution (46) formant deuxième phalange, les extrémités de ladite pièce fixe (19) et de ladite deuxième phalange (46) se faisant vis-à-vis, recevant des surfaces sphériques concaves (40, 47) sensible ment de meme centre, celui-ci étant sur l'axe de la pièce fixe de révolution (19), deux pièces (16), (17) coulissant l'une par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'une surface cylindrique et portant des surfaces sphériques (57, 58) sensible ment de m8me centre étant pressées respectivement sur les portées sphériques con caves (40, 47) de la pièce fixe (19) et de la deuxième phalange (46), obligeant ainsi la pièce fixe (19) et ladite deuxième phalange à avoir un mouvement sensi blement-de rotation autour dudit centre desdites surfaces sphériques (40, 47, 57, 58) tandis que l'autre extrémité de ladite deuxième phalange (46) comporte une surface sphérique en vis-à-vis d'une autre surface sphérique appartenant à une quatrième phalange qui est reliée par ailleurs à la deuxième phalange par une biellette (52) formant troisième phalange, montée par des croisillons de cardan aussi bien dans ladite deuxième que ladite quatrième phalange de la même façon que la biellette (2) appelée première phalange est montée à cardan dans la pièce fixe (19) faisant office de phalange d'ordre zéro et la première phalange (2), ladite troisième phalange étant synchronisée avec ladite première phalange au moyen d'une sphère (55) que porte coaxialement à son axe l'une (2) de ces dites phalanges et qui coulisse avec un jeu très réduit dans ladite autre phalange (52) le m8me processus se reproduisant identiquement pour un nombre quelconque de pha langes. 2 - Bras polyarticulé pour robot ou automate, particulièrement destiné à recevoir un pistolet à peinture, suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que deux paires de cibles (60, 61) sont fixées parallèlement à l'axe de la dernière phalange (23) par l'une de leurs extrémités dans deux plans perpendiculaires con tenant l'axe de ladite dernière phalange, chacun de ces cibles étant guidé par des morceaux de gaine (62, 63) fixés sur des phalanges intermédiaires jusqu'à des morceaux de gaine fixés sur la pièce (19) fixe, fixée sur la partie du robot (73) devant recevoir ledit bras polyarticulé, chacun des cibles étant à sa deuxième extrémité attaché à la tige coulissante d'un vérin (64, 65) dont le corps est lui-meme fixé sur ladite partie du robot (73) recevant ledit bras polyarticulé deux vérins diamétralement opposés étant alimentés par une même servovalve de fa çon que la tige de piston de l'un puisse sortir tandis que l'autre rentre. 3 - Bras polyarticulé pour robot ou automate, particulièrement destiné à recevoir un pistolet à peinture, suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position dans l'espace dudit bras polyarticulé est me surée à l'aide d'au moins deux cibles attachés à ladite dernière phalange (23) et guidés par des morceaux de gaine (62, 63) attachés aux phalanges intermédiaires jusqu'à un morceau de gaine solidaire de la pièce fixe (19) chacun de ces dits cibles étant par ailleurs relié à la partie coulissante d'un appareil de mesure dont la partie fixe est solidaire de la partie du robot devant recevoir ledit bras polyarticulé et en ce que les deux cibles sont dans des plans contenant l'axe de la dernière phalange et faisant de préférence 900 entre eux, lesdits plans étant différents des plans recevant les cibles de commande dudit bras po lyarticulé. 4 - Bras polyarticulé pour robot ou automate, particulièrement destiné b recevoir un pistolet à peinture suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca ractérisé en ce que la commande des deux degrés de liberté dudit bras ainsi que la mesure de sa position se font à partir de ntimporte quelle phalange comprise entre la première (2) et la dernière (23).