Brevet FR2436907A1 — publié le 19800418

La présente invention concerne une articulation pour bras de manipulateur. Dans de nombreux domaines techniques, on utilise des manipulateurs automatiques, comportant chacun au moins un bras, portant à son extrémité un support d'outil . Des moyens sont prévus pour animer ce bras, généralement rigide, de mouve ments divers ; il est cependant souvent indispensable d'accou- pler le support d'outil avec l'extrémité du bras, rigide, par l'intermédiaire d'une articulation, permettant de donner à l'outil des orientations très variées par rapport à l'axe longi tudinal du bras rigide. On connaît déjà une articulation pour bras de manipulateur, qui est susceptible d'ébattements de grande ampli tude , mais qui, présentant une structure complexe, est par suite coûteuse et peu fiable ; cette articulation connue est en effet constituée essentiellement par des sortes de "vertèbres", articulées les unes sur les autres ; on conçoit que la motcrisation d'une telle articulation, pour la commande automatique de l'orientation de l'outil, nécessite des moyens complexes et difficiles à mettre en oeuvre. Tout en permettant des ébattements de grande amplitude ff l'articulation pour bras de manipulateur selon la présente invention offre une structure très simple, qui lui confère une grande robustesse, et un prix de revient réduit. L'articulation pour bras de manipulateur selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement deux plateaux, par exemple deux couronnes, reliées entre elles par trois biellettes, dont les extrémités, de préférence coudées, sont accouplées avec lesdites couronnes par six joints de Cardan. En raison de la simplicité de sa structure, l'articulation pour bras de manipulateur selon la présente invention peut être facilement motorisée : pour commander des déplacemets de la première couronne par rapport à la seconde, deux tiges de commande, par exemple les tiges de deux vérins, peuvent être disposées de manière à traverser librement la seconde couronne, et à attaquer respectivement, par l'tinter médiaire de joints de Cardan, des appendices coudés des extrémités correspondantes de deux des trois biellettes.En outre dans une forme de réalisation préférée de l'articulation selon la présente invention, la première couronne porte en son centre un support d'outil , monté sur un premier pivot, coaxial à et traversant ladite première couronne, l'axe d'un vérin rotatif attaque un second pivot, coaxial à et porté par la seconde couronne, en son centre, et lesdits premier et second pivots sont accouplés l'un à l'autre par l'intermédiaire de deux joints de Cardan et de tiges télescopiques, de manière à commander des rotations du support d'outil autour de l'axe de ladite première couronne. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'articulation pour bras manipulateur selon la présente invention. La figure 1 est une vue en perspective de l'extrémité d'un bras manipulateur, à laquelle un outil, notamment un pistolet de peinture, et son support sont réunis par l'intermédiaire d'une articulation selon la présente invention. Les figures 2 et 3 montrent la structure interne de l'articulation représentée sur la figure 1, pour deux positions différentes de l'outil par rapport au bras du manipulateur. Sur la figure 1, 1 désigne l'extrémité du bras rigide d'un manipulateur, par exemple d'un automate de peinture ce bras 1 est constitué par exemple par un tube métallique, à l'intérieur duquel sont disposés différents organes de commande, qui seront précisés ultérieurement. Un support 2, auquel est fixé un pistolet de peinture 3, d'un type courant, est accouplé avec l'extrémité du bras 1 du manipulateur par l'intermédiaire d'une articulation selon la présente invention, dont l'ensemble a été désigné par 4 sur la figure 1.Cette articulation selon la présente invention comporte essentiellement une première couronne 5 (voir aussi les figures 2 et 3), au centre de laquelle est monté le support 2 du pistolet 3, une seconde couronne, 6, qu est fixée dans l'extrémité ouverte du bras tubulaire 1, par exemple au moyen de boulons engagés dans des perçages appropriés (7 sur les figures 2 et 3) de ladite couronne 6, ainsi qu'un manchon déformable 8, dont les extrémités sont fixées, par tous moyens appropriés, aux faces en regard des couronnes 5 et 6 ; ce manchon déformable 6 est seulement destiné à protéger les organes mécaniques de 11 articulation 4, qui sont visibles sur les figures 2 et 3 ; il n'est pas nécessaire d'en décrire la constitution en détail, car il en existe plusieurs réalisations connues, équivalentes. Comme visible sur les figures 2 et 3, les deux couronnes 5 et 6 de l'articulation selon la présente invention sont reliées entre elles par trois biellettes, 9A à 9C, dont les extrémités sont coudées (par exemple 9Aa et 9Ab pour la biellette 9A),et sont accouplées respectivement avec les couronnes 5 et 6 par six joints de Cardan ; on voit clairement par exem ple sur la figure 2 que les extrémités coudées 9Aa et 9Ab de la biellette 9A sont accouplées respectivement avec les couronnes 5 et 6 par les joints de Cardan lOAa et lOAb. Selon une autre caractéristique de l'invention, les supports, llAa et llBa,de deux des trois joints de Cardan, associés à la couronne 5 de l'articulation 4, sont montés sur ladite couronne 5 de façon à pouvoir pivoter autour d'axes, A et B respectivement, qui sont sensiblement parallèles à l'axe Z5 de ladite couronne 5. Par contre, le support lîCa du troisième joint de Cardan, lOCa, associé à la même couronne 5, est fixé rigidement, par tous moyens appropriés, sur ladite couronne 5. Il en va de même pour les supports des trois joints de Cardan, lOAb à lOCb, qui sont fixés sur la couronne 6. Pour commander des déplacements de la couronne 5 par rapport à la couronne 6, deux tiges de commande, par exemple les tiges 12B et 12C de deux vérins hydrauliques, 13B et 13C, traversent le bras tubulaire 1 (où lesdits vérins 13B et 13C sont éventuellement montés), ainsi que la couronne 6 ; les extrémités desdites tiges de commande, 12B et 12C, attaquent respectivement, par l'intermédiaire de joints de Cardan 14B et 14C, des appendices coudés, 15B et 15C, des extrémités corres pondantes, 9Bb et 9Cb, des deux biellettes 9B et 9C. D'autre part, dans la forme de réalisation considérée, le support d'outil 2 (figure 1) est fixé sur un premier pivot 1S, qui est monté tournant autour de l'axe Z5 de la couronne 5, dans un palier 17, supporté lui-même, au centre de ladite couronne 5, par exemple par deux bras radiaux 18a et 18b. Un second pivot 19 est monté de la même façon au centre de la couronne 6, coaxialement à son axe Z6 L'extré mité de ce second pivot 19, qui se trouve du côté de la couronne 6 opposé à l'articulation 4, et par suite à l'intérieur du bras tubulaire 1, est accouplée en rotation, par tous moyens appro priés, par exemple par un pignon 20,avec un organe de commande en rotation, par exemple l'axe d'un vérin rotatif (non représenté). Les extrémités des premier et second pivots,16 et 19, qui sont tournées l'une vers l'autre, c'est-à-dire vers l'intérieur de l'articulation 4, sont accouplées l'une avec l'autre par l'inter médiaire de deux joints de Cardan, 21 et 22, et de deux tiges téles copiques, 23 et 24 ; plus précisément, dans la forme de réali sation considérée, le joint de Cardan 21 est inséré entre l'extrémité intérieure du premier pivot 16 et l'extrémité cor respondante de la tige creuse 23, tandis que le joint de Cardan 22 est inséré entre l'extrémité intérieure du second pivot 19 et l'extrémité correspondante de la tige 24, dont l'autre extré mité est montée librement coulissante dans la tige creuse 23. L'ensemble 20-19-22-24-23-21-16 constitue un joint homocinétique, par l'intermédiaire duquel une rotation d'un angle quelconque de l'axe du vérin rotatif (non représenté) est transmise au support 2 du pistolet 3 sous la forme d'une rotation de même angle dudit support 2 autour de l'axe Z5 de la couronne 5. Comme on le voit en comparant les figures 2 et 3, les mouvements de translation des deux tiges de vérin 12B et 12C, parallèlement à l'axe Z6 de la couronne 6,comman dent des déplacements de la couronne 5 par rapport à ladite couronne 6, par l'intermédiaire des trois biellettes 9A à 9C et des six joints de Cardan associés à leurs extrémités res pectives.Ces déplacements de la couronne 5, portant le pistolet 3 et son support 2, permettent de donner à l'axe dudit support (l'axe Z5 de la couronne 5),et par suite à la direction de visée du pistolet 3, une orientation choisie à volonté par rap port à celle de l'axe, Z6 du bras 1 du manipulateur ; un degré de liberté supplémentaire est obtenu en faisant pivoter le pistolet 3 et son support 2 sur le premier pivot 16 (c'est-à-dire autour de l'axe z5),grâce à un actionnement approprié du vérin rotatif attaquant le pignon 20. L'articulation selon la présente invention, qui vient d'être décrite, autorise des ébattements de grande amplitude du pistolet 3 et de son support, lorsque notamment ladite articulation est munie de joints de Cardan dont chaque articulation permet elle-même un ébattement angulaire important. L'articulation pour bras de manipulateur selon la présente invention est susceptible d'autres formes de réalisation, entrant toutes dans le cadre de l'invention. Les couronnes 5 et 6 pourraient être remplacées par des plateaux de forme quelconque, présentant éventuellement des évidements appropriés pour le passage des tiges de commande 12B et 12C, et des paliers pour les pivots 16 et 19. Le nombre et la disposition de ceux des six joints de Cardan, associés aux deux couronnes 5 et 6, dont les supports sont montés sur lesdites couronnes de façon à pouvoir pivoter, sont matières à option.Il en va de même de la disposition, sur le pourtour de chacune des couronnes 5 et 6, des supports des trois joints de Cardan qui lui sont associés : dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 2 et 3, les supports des trois joints de Cardan associés à une même couronne, 5 ou 6, sont disposés sensible ment aux somBets d'un triangle équilatéral ; à titre de variante, ils pourraient être disposés aux sommets d'un triangle rectangle isocèle, ou d'un triangle d'une autre forme.Au lieu d'être commandés à partir de vérins ou de moteurs équivalents, les organes de commande 12B, 12C et 20 pourraient être actionnés manuellement, au moyen d'unetringlerie, ou de cêbles- coulissant dans des gaines fixes, de façon connue en soi ; ces dernières réalisations ne sont évidemment utilisables que pour commander les déplacements d'outils relativement légers. Le montage à pivot du support 2 de l'outil et les moyens de commande de ses pivotements sont facultatifs.Enfin, l'articulation selon la présente invention peut être également utilisée en l'absence d'organes de commande, motorisée ou manuelle,notamment, lorsque l'outil, par exemple le pistolet 3, doit être guidé directement par la main de l'opérateur, l'articulation 4 servant alors seulement à le relier en permanence à un bras de contrôle ou d'alimentation ; dans ce dernier cas, s'il s'agit d'un outil lourd, l'effort de l'opérateur peut être soulagé par un dispositif ressemblant à celui illustré sur les figures 2 et 3,et précédemment décrit, mais dans lequel les cylindres 13B et 13C correspondent a des amortisseurs, par exemple hydrauliques, dimensionnés de façon à équilibrer le poids de l'articulation et de l'outil. Avec cette dernière disposition, lorsque l'opérateur lâche l'outil, celui-ci est maintenu dans la position qu'il occupait précédemment. Un amortissement analogue peut être prévu pour la rotation du support 2 de l'outil sur son pivot 16. L'articulation selon la présente invention peut être adaptée au bras d'un manipulateur quelconque, par exemple d'un automate de peinture, d'oxydécoupage de soudure.. etc. En outre, elle peut non seulement être insérée entre l'extré- mité du bras, et le support d'outil (à la façon d'un poignet), mais aussi être insérée entre deux parties rigides d'un même bras (à la façon d'un coude) ou encore entre un bras rigide et son support fixe (à la façon d'une épaule). REVENDICATIONS 1. Articulation pour bras de manipulateur, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement deux plateaux, par exemple deux couronnes, reliés entre eux par au moins deux biellettes, dont les extrémités sont accouplées avec lesdits plateaux par des joints à deux degrés de liberté. 2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux couronnes sont reliées entre elles par trois biellettes, dont les extrémités sont coudées, et accouplées avec lesdites couronnes par six joints de Cardan. 3. Articulation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les supports de deux des trois joints de Cardan, associés à l'une des deux couronnes, sont montés sur celle-ci de fa çon à pouvoir pivoter autour d'axes sensiblement parallèles à celui de ladite couronne. 4. Articulation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que, pour commander des déplacements de la première couronne par rapport à la seconde, deux tiges de commande, par exemple les tiges de deux moteurs linéaires tels que des vérins, traversent librement la seconde couronne et attaquent respectivement, par l'intermédiaire de joints de Cardan, des appendices coudés des extrémités correspondantes de deux des trois biellettes. 5. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier plateau porte en son centre un support d'outil, monté sur un premier pivot, coaxial à et traversant ledit premier plateau, que l'axe d'un moteur rotatif tel quVun vérin rotatif, attaque un second pivot, coaxial à et porté par le second plateau, en son centre, et que lesdits premier et second pivots sont accouplés l'un avec vautre par l'intermédiaire dVarl moins deux joints de Cardan et dVau moins une tige, de manière à commander des rotations du support d'outil autour de l'axe dudit premier plateau. 6. Articulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la tige d'accouplement des deux pivots est une tige télescopique.