Brevet FR2435329A1 — publié le 19800404

La présente invention concerne un manipulateur, en particulier un automate de peinture, susceptible d'apprentissage. On connaît déjà des manipulateurs, en particulier des automates de peinture1 susceptibles d'apprentissage, comportant chacun au moins un bras à plusieurs degrés de liberté, une poi gne-e servant en particulier à commander manuellement les déplacements de ce bras, une mémoire pour enregistrer les déplacements manuels du bras, et des moteurs, commandes à partirlde ladite mémoire, pour déplacer automatiquement le bras. En phase d'appre tissage , l'opérateur déplace manuellement le bras au moyen de la poignée, et des signaux, produits par des capteurs des dépla céments du bras, sont enregistrés dans la mémoire.En phase de fonctionnement automatique, les signaux de lecture de la mémoire sont utilisés pour commander les moteurs du manipulateur de façon que son bras effectue automatiquement des déplacements rigoureusement identiques à ceux que l'opérateur lui avait précédemment communiqués manuellement, au cours de la phase d'apprentissage. Ces manipulateurs connus, susceptibles d'apprentissage sont cependant d'un emploi malaisé en phase d'apprentissage en raison de ce que les moteurs, par exemple des vérins, restent accouplés en permanence au bras du manipulateur, ce qui accroît l'inertie de ce bras et les forces ou couples résistants qui lui sont appliqués , si bien que l'opérateur doit développer des efforts importants pour déplacer le bras. Cet inconvénient empêch notamment de réaliser des manipulateurs de grandes dimensions, en particulier pour des travaux automatiques de peinture sur de grandes surfaces, car de tels manipulateurs nécessiteraient des bras lourds et des moteurs très puissants, à forte inertie. La présente invention permet de réaliser desmanipula- teurs, en particulier des automates de peinture, susceptibles d'apprentissage,qui ne présentent pas cet inconvénient, et qui peuvent être par suite munis de bras de grandes dimensions,carman- dés par des moteurs, notamment des vérins, puissants, sans que les efforts nécessaires aux déplacements manuels du bras, en phase d'apprentissage,dépassent les possibilités musculaires d'un opérateur moyen. Le manipulateur, en particulier l'automate de peinture, susceptible d'apprentissage, selon la présente invention, est du type connu,indique précédemment, et il est caractérisé par des moyens pour capter les efforts appliqués à la poignée de commande manuelle, et par des moyens pour transformer les signaux desdits capteurs en signaux de commande des moteurs, ces signaux de commande étant adaptes pour que lesdits moteurs assistent les efforts manuels de l'opérateur pour déplacer le bras. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, la poignée de commande manuelle est articulée sur le bras, ou un appendice de celui-ci, par exemple par l'intermédiaire d'une rotule autorisant un coulissement axial limité de la poignée, et les capteurs d'efforts sont associés directement à la poignée. Par exemple, la poignée de commande manuelle est accouplée mécaniqueà la partie centrale d'une membrane déformable à bords encastrés, sur laquelle sont assujettis des capteurs plats de déformation ou de contrainte, tels que des jauges extensométriques. Cette forme de réalisation de l'invention est particulièrement avantageuse par la conception simple, intégrée, et fiable de la poignée de commande manuelle et des capteurs d'efforts qui y sont associés. Son prix de revient est peu élevé ; elle ne nécessite pratiquement aucun entretien. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'invention, consistant en un automate de peinture susceptible d'apprentissage. La figure 1 est une vue en élévation des organes mécaniques de cet automate de peinture, dont les organes électriques sont schématisés sous la forme de blocs sur la partie droite de ladite figure. La figure 2 est une vue en plan des principaux organes mécaniques de l'automate de peinture de la figure 1. La figure 3 montre la poignée de commande manuelle de l'automate de peinture des figures 1 et 2, ainsi que les capteurs d'efforts auxquels elle est associée, en coupe par un plan axial de ladite poignée. La figure 4 est une vue en plan de la membrane dé for- mable à laquelle est accouplée mécaniquement la poignée de commande manuelle illustrée sur la figure 3. L'autpmate de peinture, susceptible d'apprentissage, qui est illustré schématiquement sur les figures 1 et 2, comporte de façon connue en soi, un boîtier 1, reposant sur le, sol, et renfermant divers organes d'alimentation des moteurs, qui seront décrits ci-après. Sur la face supérieure du boîtier 1, une tourelle 2- est montee de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical a; cètte tourelle est accounlée par un système biellemanivelle avec un vérin (non représenté), qui est logé à l'int6- rieur du boîtier 1,et qui peut être alimenté par l'intermédiaire d'une servo-valve (non représentée), comme on l'indiquera ultérieuremen Un bras 3 a son extrémité inférieure articulée en 3a sur la tourelle 2, de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe horizontal b. Sur l'extrémité supérieure du bras 3, un avant-bras 4 a l'une de ses extrémités articulée,en 3b, de façon a pouvoir pivoter autour d'un axe horizontal c.Deux vérins hydrauliques, 5 et 6, ont leurs extrémités inférieures articulées sur la tourelle 2, respectivement en 5a et 6a, de part et d'autre de l'articulation 3a du bras 3 ; les extrémités des tiges respective: 5b et 6b, des vérins 5 et 6 sont articulées respectivement en5c sur le bras 3 et en 6c sur l'avant-bras 4, de façon a commander leurs pivotements autour des articulations 3a et 3b respectivement. A chacun des vérins 5 et 6 est associé un potentiomètre linéaire,7 ou8i dont le curseur, 7a ou 8a, est accouplé mécaniquement avec la tige du vérin, Sb ou 6b. Chacun des vérins 5 et 6 est alimenté, à partir d'une source de liquide hydraulique sous-pression (non représentée), par l'intermédiaire de conduits 5d et 6d, et de servo-valves, 5e et 6e. L'extrémité de l'avantbras 4, opposée à l'articulation 3b, supporte un pistolet de peinture 9, muni d'une crosse de manoeuvre 9a, par l'intermédiair -d'un support 10, de type connu, autorisant les pivotements du pistolet 9 par rapport à l'avant-bra:: 4 autour de trois axes perpendiculaires les uns aux autres, d, e et f.Un support 10 de ce genre, à trois degrés de liberté, est susceptible de diverses réalisations-connues, qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail. I1 suffit de préciser que ce support 10 doit etre muni de trois capteurs, produisant, sur les conducteurs d'un câble 20a, des signaux correspondants aux pivotements autour des trois axes mentionnés, d, e, f, dudit support 10 Selon la présente invention un appendice tubulaire 11 se détache de l'avant-bras 4, à une petite distance de son extrémité à laquelle est fixé le support 10 du pistolet 9 ; cet appendice tubulaire 11 est conformé de façon à présenter une partie descendante, sensiblement verticale, lla, qui est prolongée vers le bas par une poignée de commande manuelle 12 ; l'ensemble est disposé de telle façon qu'un même opérateur Fuisse saisir, avec sa main droite, la crosse 9a du pistolet de peinture 9, et, avec sa main gauche, la poignée de commande manuelle 12. Comme visible sur la figure 3, l'extrémité supérieure de la poignée 12 est montée coulissante dans une rotule 13, logée elle-même dans un boîtier 14, fixé à l'extrémité inférieure de l'appendice tubulaire 11, et notamment de sa partie verticale descendante, lla. Les pivotements de la poignée 12 autour de son axe longitudinal sont empochés par des ergots, 15a et 15b, qui sortent radialement de la partie supérieure de la poignée 12, et qui sont engagés dans des fentes horizontales, 16a et 16b, de la partie inférieure du boîtier 14. La tige 17, qui prolonge vers le haut la poignée 12, et qui est montée coulissante dans la rotule 13, est également accouplée mécaniquement, au-dessus de ladite rotule 13, avec la partie centrale d'une membrane déformable 18, laquelle, dans cette forme de réalisation, est en forme de croix, comme visible sur la figure 4.Près des bases des quatre bras de la membrane 18 en forme de croix sont collées,sur ses deux faces, des jauges extensométriques, 19a à 19d, de type connu, dont les connexions de sortie sont rasseinble-es dans un câble commun 20b, aboutissant à l'intérieur de l'avant-bras 4 nar le canal intérieur de l'appendice tubulaire 11. L'automate de peinture selon la présente invention comporte en outre une mémoire 21, d'un type connu, par exemple à bande ou disque magnétique, ainsi qu'un dispositif de commande automatique 22, comprenant essentiellement un microprocesseur, 23, ainsi que les interfaces suivants : un interface 24a, par lequel les valeurs des résistances des jauges extensométriques 19a à 19d, amenées par le câble 20b, sont transmises sous ia forme de signaux électriques appropriés, à des entrées correspondantes du microprocesseur 23 ; un interface 24b, auquel sont connectés électriquement, par le câble 20a, les capteurs des déplacements autour des trois axes d, e, f, et, par un câble 20c, les capteurs des déplacements autour de trois axes a, b, c (notamment les connexions des potentiomètres linéaires 7 et 8, constituant les capteurs des déplacements autour des axes b et c),cet interface 24b élaborant des signaux électriques à partir des grandeurs de position, ainsi reçues, et les transmettant au microprocesseur 23 ; un interface 24c ayant les deux fonctions suivantes : lorsqu l'interface 24a transmet au microprocesseur 23 des signaux corres pondant aux résistances des jauges extensométriques 19a à 19d, ledit microprocesseur 23 les retransmet à llinterface 24c, qui le; met sous une forme appropriée à leur enregistrement dans la mémoire 21 ; lorsque le contenu de cette mémoire 21 est ensuite lu, les signaux de lecture correspondants sont traités par l'interfac 24c pour etre transmis au microprocesseur 23 sous une forme appro priée ; enfin, un interface 24d, qui reçoit, de certaines sorties du microprocesseur 23, des signaux électriques de commande, et qui les adapte, notamment par amplification, en vue de leur trans mission par un câble 20e-aux servo-valves, telles que 5e et 6e, contrôlant les alimentations des vérins 5 et 6, ainsi que du vérin rotatif de commande de la tourelle 2. Le dispositif de commande automatique 22 et ses différents organes, notamment le microprocesseur 23, sont susceptibles de différentes formes de réalisation, adaptes aux fonc tisons que doit remplir ce dispositif de commande automatique ; il n'est pas nécessaire de décrire en détail ces différentes formes de réalisation du fait qu'elles utilisent exclusivement des moyens connus de l'homme de l'art, en particulier du spécialiste des automatismes numériques. L'automate de peinture selon la présente invention, qui vient d'être décrit, est utilisé de la façon suivante Pour "apprendre" à l'automate de peinture un travail de peinture déterminé, par exemple la mise en peinture d'une ail de carrosserie d'automobile, assujettie à un support, l'opérateu saisit avec sa main droite la crosse 9a du pistolet 9 et avec sa main gauche la poignée de commande manuelle 12 ; en agissant sur la poignée 12, il tente d'amener l'extrémité de l'avant-bras 4, supportant le pistolet 9, en un point de l'espace approprié pow pouvoir commencer l'opération de peinture dans une zone prédéterminée de l'objet à peindre.Les efforts qu'il exerce manuellement,pour celà, sur la poignée 12, ont pour effet de faire couli ser et pivoter celle-ci dans ici rotule 13 (fiqurc 3), si bien que la tige 17, solidaire de ladite poignée 12, déforme le membrane 18 avec laquelle elle est accouplée mécaniquement, de telle façon que certaines au moins des jauges extensométriques 19a à 19d sont le siège de variations de résistance électrique, que les différents conducteurs du câble 20b transmettent à des circuits électriques correspondants, faisant partie par exemple de l'interface 24a ; ce dernier comporte également des moyens connus pour convertir ces variations de résistance électrique en signaux électriques, qui sont caractéristiques des efforts manuels appliqués à la poignée 12, et qui sont alors transmis au micorprocesseur 23, éventuellement après amplification, adaptation d'impédance et/ou conversion analogique/numérique, par des circuits électriques correspondants, faisant partie également de l'interface 24a. Simultanément, les valeurs des résistances des potentiomètres 7 et 8, et du troisième potentiomètre, non représenté (associé au vérin rotatif commandant la tourelle 2), sont transmis au microprocesseur 23 par l'intermédiaire de l'interface 24b, qui les a transformées en signaux électriques appropriés, dans les conditions précédemment décrites à propos de l'interface 24a.En comparant à chaque instant les signaux électriques qu'il reçoit des interfaces 24a et 24b, le microprocesseur 23 élabore des signaux électriques de commande, qui sont transmis aux servo-valves 5e, 6e et à celle contrôlant l'alimentation du vérin accouplé avec la tourelle 2,par l'intermédiaire de l'interface 24d,lequel peut avoir aussi notamment des fonctions de conversion numérique/analogique, d'adaptation d'impédance et/ou d'amplification de puissance. Le microprocesseur 23 est évidemment programmé de manière que les vérins précédemment mentionnés, notamment les vérins 5 et 6, appliquent aux différents organes mobiles 2, 3 et 4, des forces produisant, autour des différents axes d'articulation a, b et c, des couples respectifs, proportionnels, mais notablement supérieurs aux valeurs instantanées des couples produits, autour des mêmes axes, par l'effort communiqué à la poignée 12 par la main gauche de l'opérateur ; ces couples étant en outre de même sens deux à deux, on comprend que les vérins mentionnés assistent les efforts manuels de l'opérateur pour déplacer l'avant-bras 4 au moyen de la poignée 12.Grâce à cette assistance, l'opérateur peut amener le support 19 du pistolet 9 en un point prédéterminé de l'espace, sans avoir à développer des efforts très importants, même si les organes 2 à 6 sont relativement lourds etsi les vérins mentionnés, notamment 5 et 6, opposent des inerties et des résistances importantes aux pivotements des organes mobiles autour des axes a, b et c.Lorsque le support 10 a été amené au point prédéterminé de l'espace, l'opérateur peut alors orienter le pistolet de peinture 9, avec sa main droite qui en tient la crosse 9a, de telle façon que, s'il actionne alors la gachette dudit pistolet 9, le jet de peinture vient frapper la zone de l'objet à peindre qui a été choisie comme origine du travail de mise en peinture; en effet, l'orientation mentionnée du pistolet 9 est autorisée par les trois axes de pivotement, d, e et f du support 10.L'opérateur communique ensuite des déplacements continus, prédéterminés, au jet de peinture,de façon à enduire complètement l'objet à peindre par exemple suivant un trajet prédéterminé, en agissant, alternativement- ou simultanément, sur la poignée 12, pour déplacer l'ensemble du support 10 dans l'espace, et sur la crosse 9a pour modifier éventuellement l'orientation du jet du pistolet 9.Simultanément, l'interface 24b reçoit, d'une part, des capteurs de déplacement associés aux trois axes du support 10 du pistolet 9, des grandeurs d'orientation de ce dernier1 et, d'autre part, des potentiomètres tels que 7 et 8, associés aux vérins tels que 5 et 6, des grandeurs de position du bras 3 et de l'avant-bras 4, à partir desquelles ledit interface 24b élabore des signaux électriques que le processeur 23 et l'interface 24c transmettent à la mémoire 21, pour y être enregistres. Après cette phase d'apprentissage, le contenu de la mémoire 21 peut être lu et les signaux de lecture, transmis sous une forme appropriée par l'interface 24c au microprocesseur 23, peuvent être traités par ce dernier pour transmettre au servo-valves tels que 5e et 6e, par l'intermédiaire de l'interface 24d, des signaux de commande appropriés pour que les organes mobiles 2, 3, 4 effectuent automatiquement des déplacements sucessifs rigoureusement identiques à ceux qui leur ont été précédemment communiqués au cours de la phase d'apprentissage. La présente invention ntest pas limitée à la forme de réalisation précédemment décrite; elle englobe toutes ses variantes. Les-vérins 5 et 6 peuvent etre remplacés par des vérins rotatifs, agissant respectivement sur les articulations 3a et 3b ; dans ce cas, les potentiomètres linéaires 7 et 8 doivent être évidemment remplacés par des potentiomètres rotatifs. Au lieu de vérins, linéaires ou rotatifs, des moteurs appropriés d'un autre type peuvent être utilisés, par exemple des servo-moteurs électriques, des moteurs électriques linéaires, des moteurs électriques pas à pas... etc. La membrane 18 (figures 3 et 4) sur laquelle sont fixées des jauges extensométriques, peut avoir une forme quelconque, par exemple ronde ou carrée. Les jauges extensométriques elles-memes peuvent être remplacées par d'autres capteurs de déformation ou de contrainte, de fonction équivalente. Au lieu de capteurs plats, assujettis sur une membrane, on peut utiliser tous types appropriés de capteurs d'efforts, associés à une partie mobile de la poignée 12. Au lieu d'être montée sur un appendice tubulaire de l'avant-bras 4, la poignée 12 pourrait être montée directement sur l'avant-bras 4. REVENDICATIONS 1. Manipulateur, en particulier automate de peinture, susceptible d'apprentissage, comportant au moins un bras à plusieurs degrés de liberté, une poignée servant en particulier à commander manuellement des déplacements de ce bras, une mémoire pour enregistrer les déplacements manuels du bras, et des moteurs, commandés à partir de ladite mémoire, pour déplacer automatiquement le bras manipulateur, caractérisé par des moyens pour capter les efforts appliqués à la poignée de commande manuelle, et par des moyens pour transformer les signaux desdits capteurs en signaux de commande des moteurs, ces signaux de commande étant adaptés pour que lesdits moteurs assistent les efforts manuels de l'opérateur pour déplacer le bras. 2. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poignée de commande manuelle est articulée sur le bras, ou un appendice de celui-ci, par exemple par l'interm6- diaire d'une rotule, autorisant un coulissement axial limité de la poignée, et que les capteurs d'efforts sont associés directement à ladite poignée. 3. Manipulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la poignée de commande manuelle est accouplée mécaniquement avec la partie centrale d'une membrane déformable à bords encastrés, sur laquelle sont assujettis des capteurs plats de déformation ou de contrainte, tels que des jauges extensométriques. 4. Manipulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la membrane est en forme de croix, des jauges extensométriques étant collées respectivement près des bases des bras de la membrane. 5. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moteurs sont des vérins, à chacun desquels est associé un potentiomètre dont le curseur est accouplé à la tige du vérin, les valeurs des résistances poten tiométriques pouvant être introduites, comme grandeurs de position du bras, d'une part dans la mémoire, et d'autre part dans un dispositif de Commande automatique, qui comporte par exemple un microprocesseur et des interfaces, ce dispositif de commande recevant en outre soit, en phase d'apprentissage, les signaux des capteurs d'efforts, soit, en phase de fonctionnement automatique, les signaux de lecture de la mémoire, et transmettant dans les deux cas des signaux de commande appropriés aux servo-valves d'alimentation desdits vérins.