Brevet FR2459112A1 — publié le 19810109

L'invention est relative à un dispositif de manipulation,no- tamment pour robots industriels, comportant un bras articulé monté sur un support et comprenant au moins un premier, un second et un troisième membres activables chacun par un organe moteur, le premier membre étant relié et articulé au support, le second relié et articulé au premier, et le troisième relié et articulé au second, le premier membre faisant partie d'un premier parallélogramme de leviers et le second et le troi- sième faisant partie d'un second parallélogramme de leviers, au moins une pince ou un outil étant monté sur le troisième membre. Un tel dispositif est déjà connu par le brevet US 3 703 968, mais dans ce cas aucun organe moteur particulier n'est prévu pour le troisième membre, si bien que celui-ci ne peut pas être déplacé indé- pendamment des autres membres. En outre dans ce dispositif connu les organes moteurs sont fixés aux membres ou leviers du bras articulé, si bien que celui-ci doit en supporter le poids. Ce dispositif connu a donc une mobilité limitée. Du fait du poids des organes moteurs existe également la tendance à la flexion, ce qui nuit considérablement à la précision de positionnement. De grandes vitesses de positionne- ment ne peuvent être atteintes du fait de la grande masse des parties à accélérer et du danger de vibrations indésirables. Un autre incon- vénient du dispositif connu consiste dans le fait qu'il présente des fonctions de mouvement compliquées, qui rendent difficiles la program- mation d'un mouvement menant la pince à une coordonnée prédéterminée. Ce dispositif n'a en outre pas été conçu pour un robot industriel mais pour une commande manuelle au moyen d'un système hydraulique, et o le manipulateur a la possibilité de commander la trajectoire de la pince jusqu'à l'endroit prédéterminé et le cas échéant de la corriger. L'invention propose de perfectionner un dispositif de ce genre connu, de sorte que les membres individuels suivent des trajectoires clairement observables qui puissent être facilement programmées et qu'une grande précision et une grande vitesse de positionnement puis- sent être atteintes. Conformément à l'invention ce but est atteint par le fait que le premier membre du bras articulé fait également partie d'un troisième parallélogramme de leviers, que les organes moteurs des divers membres sont montés sur le support, que le premier organe moteur est en relation fonctionnelle avec le premier membre, le second avec un levier du troi- sième parallélogramme et le troisième avec un levier du premier paral- 24591 1 2 lélogramme, le tout de sorte qu'un déplacement d'un des leviers sous l'action de l'organe moteur correspondant entraîne le même déplacement respectivement du second membre autour du centre de rotation et du troisième membre autour du centre de rotation. Grâce à ces relations cinématiques observables, le mouvement de la pince ou de l'outil est programmé. Comme, en outre, le système de leviers ne supporte pas la masse des organes moteurs, il est possible d'en faire une construction légère mais cependant largement exempte de flexion, ce qui garantit une grande précision de positionnement et permet des vitesses de position- nement élevées. De façon appropriée au but visé, le premier membre du bras, un levier du premier parallélogramme et un levier du troisième paral- lélogramme présentent sur le support un axe de rotation commun. Ceci permet une construction simple. Une autre simplification peut être obtenue par le fait que le premier et le second parallélogrammes ont un levier en commun. Une forme d'exécution avantageuse prévoit qu'en plus, à au moins un des parallélogrammes est associé un parallélogram- me auxiliaire décalé par rapport à celui-ci. Ainsi le domaine de mou- vement du dispositif peut être agrandi car les mouvements ne sont plus limités par le point mort d'un parallélogramme. Avantageusement le pa- rallélogramme auxiliaire éventuel a en commun avec le bras, un ou deux membres, et avec le parallélogramme, deux ou un leviers. Si un pa- rallélogramme auxiliaire est associé à chacun des premier et second parallélogrammes, ceux-ci peuvent présenter un levier en commun. De façon appropriée le levier commun des parallélogrammes représente également le levier commun des parallélogrammes auxiliaires. De cette manière on peut faire l'économie de pièces supplémentaires et mainte- nir faible la masse du bras. De façon appropriée au but à atteindre, le dispositif de ma- nipulation est conçu de manière que le premier membre, de m'me que les leviers présentant avec le premier membre un axe de rotation commun sur le support, possèdent chacun un secteur denté en prise avec un pi- gnon de l'organe moteur correspondant. Sur chaque secteur denté peut être monté un second secteur denté qui peut se déplacer par rapport au premier autour de son axe de rotation sous l'action de la force d' un ressort, ceci pour garantir une transmission de force sans jeu dans les deux sens. Pour permettre une exécution aussi résistante que possible en torsion du bras articulé, l'un au moins des membres présente deux bras ou pièces en forme de bielles, parallèles entre eux,séparés par un inter- 2459 1 12 valle et reliés entre eux par une entretoise. De façon avantageuse le support est monté avec possibilité de rotation ou de basculement sur une colonne, et sur le support, est prévu un quatrième organe moteur pour positionner celui-ci dans une position prédéterminée. Pour les organes moteurs, des moteurs à commande numérique sont particulièrement appropriés, notamment des moteurs pas à pas. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit et pour l'intelligence de laquelle on se référera aux dessins parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de manipulation comportant un bras à trois membres et une pince, - la figure 2 est une représentation schématique correspondante o est représenté le mouvement du premier membre, articulé sur le support, la figure 3 représente le mouvement correspondant du second membre, - la figure 4, celui du troisième membre, - la figure 5 est une représentation schématique du dispositif dans la position de départ de la figure 4, mais o, en outre, des parallé- logrammes auxiliaires non encore représentés, sont figurés, - la figure 6 est une vue en perspective du dispositif de manipulation, - la figure 7, une autre vue en perspective mais d'un autre cote. Le bras 10 représenté schématiquement à la figure 1 se compose d'un premier 11, d'un second 13 et d'un troisième 15 membres. Ceux-ci, 11,13, 15 pour les différencier des autres leviers sont figurés en gras pour autant qu'ils constituent des parties du bras 10. Ils font égale- ment partie de trois parallélogrammes de leviers 17,19,21. Le premier parallélogramme de leviers 17 se compose du membre 11 et des leviers 22, 23,29 avec les axes de rotation 25 à 28. Le second parallélogramme 19 se compose des membres 13,15 et des leviers 29 et 31 avec les axes de rotation 26 et 33 à 35. Il apparatt que le premier et le second parallélogrammes 17,19 ont en commun le levier 29. Le troisième paral- lélogramme 21 se compose du membre 11, d'un prolongement du membre 13 et des leviers 37 et 38. Le troisième parallélogramme 21 a ainsi, avec le premier le membre 11, et avec le second le membre 13 en commun. Il possède les axes de rotation 25,26,39 et 41. De manière usuelle se trouve à l'extrémité du bras 10, une pince qui peut être de construction connue. Au lieu de la pince 40 peut évidemment se trouver tout autre outil ou organe similaire. 24591 12 Il y a lieu de considérer que le membre 11 et les leviers 22 et 38 ont le même axe de rotation 25 sur le support 43. Il est donc pos- sible, et c'est souhaitable, de prévoir sur le support 43 des organes moteurs 45,47 et 49 qui mènent des segments dentés 65,67,69 par l'in- termédiaire de pignons 55,57,59. Ainsi le poids des organes moteurs ne charge pas le bras 10. De plus, des moyens (non représentés) peuvent être prévus pour faire tourner le support 43 autour d'un axe 70. Pendant le fonctionnement du dispositif de manipulation, les divers organes moteurs 45,47,49 peuvent, selon le besoin, travailler de façon isolée ou simultanée. Pour une meilleure compréhension du mode de fonctionnement du dispositif, les déplacements des membres 11,13 et 15 commandés par celui du membre ou levier 11,38 et 22,sont représentés séparément sur les figures 2 à 4, étant supposé que cha- que fois deux membres ou leviers sont bloqués. Ainsi, à la figure 2, les leviers 22 et 38 sont bloqués. Il en est de même à la figure 3 pour le membre 11 et le levier 22, et à la figure 4 pour le levier 38 et le membre 11. On voit à la figure 2 que pour une rotation du membre 11 d'un angleQ(, le membre 15 se déplace parallèlement à lui-même. De même à la figure 3; pendant le mouvement représenté du levier 38 d'un an- gle (, le membre 15 est guidé en restant parallèle à lui-meme, et le membre 13 décrit dans sa rotation autour de l'axe 26 un angle de m9me grandeur que le levier 38. On voit enfin à la figure 4, que lors d'un déplacement du levier 22 d'un angle X,le membre 15 décrit un angle de même grandeur autour de l'axe 33. Il s'agit donc ainsi dans tous ces mouvements, de déplacements faciles à décrire mathématiquement et par suite faciles à programmer. Selon l'amplitude ou le domaine des déplacements que doit subir le dispositif de manipulation, des moyens doivent être prévus pour éliminer l'effet des points morts dans le système de leviers. Des parallélogrammes auxiliaires associés aux précédents y pourvoient de manière avantageuse. Deux tels parallélogramnmes auxiliaires sont re- présentés à la figure 5. Les éléments considérés jusqu'à présent y sont figurés en gras et les nouveaux 72,79 en traits fins. Les surfa- ces hachurées montrent les centres de rotation que les leviers ou membres précédents doivent présenter en plus. Ainsi, le levier 22 possède l'axe de rotation additionnel 73, le levier 29 les axes addi- tionnels 75 et 80, et le membre 15, l'axe additionnel 81. 2 45 9 1 1 2 Le parallélogramme auxiliaire 71 correspondant au parallélogram- me 17 présente essentiellement le levier supplémentaire 72. Celui-ci est articulé en 73 au levier 22 et en 75 au levier 29, et s'étend parallèle- ment au membre 11. De manière correspondante, le second parallélogramme auxiliaire 77 associé au parallélogramme 19, présente un levier supplémentaire 79. Celui-ci est articulé en 81 au membre 15 et en 80 au levier 29 et s'é- tend parallèlement au membre 13. Le parallélogramme auxiliaire concerné a ainsi en commun avec le parallélogramme correspondant un ou deux mem- bres du bras et deux ou un leviers. Le levier 29 sert aussi bien aux deux parallélogrammes 17 et 19 qu'aux deux parallélogrammes auxiliaires 71 et 77, ce qui se traduit par une construction particulièrement simple. Les figures 6 et 7 montrent une forme d'exécution pratique du dispositif de manipulation décrit en référence aux figures 1 à 4 et équipé de parallélogrammes auxiliaires conformément à la figure 5. Sur les figures 6 et 7, les membres, leviers, axes de rotation et autres sont désignés par les mêmes signes de référence que précédemment, si bien qu'il suffit maintenant de se limiter à décrire plus en avant les formes particulières. Le support 43, avec le bras 10 et les organes moteurs 45,47,49 et 82 est monté sur une colonne 83, avec possibilité de rotation ou de basculement. Pour faire tourner ou basculer le support 43 est prévu un organe moteur 82, qui comme les autres organes moteurs peut être un moteur pas à pas et dont le pignon est en prise avec la roue ou le segment denté 87. La roue ou le secteur denté se compose d'un premier et d'un second plateaux 87', 87", pouvant être déplacés en rotation l'un par rapport à l'autre-à l'encontre d'un ressort armé non représen- té, si bien que la prise du pignon 85 se fait sans jeu. La précision de positionnement en est ainsi accrue. Les segments dentés 65,67,69 ont également une conformation similaire. Les membres 11,13,15 se présentent sous la forme de deux bielles ou pièces 11',11",13',13",15',15" séparées par un intervalle et reliées entre elles par une entretoise 11"',13"',15"'. Les membres du bras 10 possèdent ainsi une construction légère mais cependant une bonne Portée sur les axes de rotation 25,26,33 si bien qu'une haute résistance à la torsion du bras 10 est ainsi obtenue. Sur les figures 6 et 7, la pince n'est pas représentée. Elle peut être fixée à l'axe 93. Pour la faire tourner, est prévue la roue dentée 90 qui peut être menée par l'organe moteur 91, un petit moteur pas à pas par exemple,par l'inter-. médiaire d'un pignon 92. L'axe 93 est relié à la roue dentée 90. 24591 12 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de manipulation, notamment pour robots industriels, com- portant un bras de préhension(10) articulé, monté sur un support(43), et comprenant un système de leviers ayant au moins un premier(1i) un second(13) et un troisième(15) membres pouvant tre actionnés chacun par un organe moteur(45,47,49), le premier membre (11) étant relié au support(43) et articulé à celui-ci, le second(13) étant relié et arti- culé au premier(11) et le troisième (15) relié et articulé au second (13), le premier membre(11) faisant partie d'un premier parallélogramme de leviers(17), et le second(13) et le troisième(15) partie d'un se- O10 condparallélogranmme de leviers(19), au moins une pince(40) ou un outil étant monté sur le troisième membre(15), caractérisé par le fait que, le premier membre(11) du bras articulé(10) fait également partie d'un troisième parallélogramme de leviers(21), que les organes moteurs (45, 47,49) des différents membres(11,13,15) sont montés sur le support(43), que le premier organe moteur(45) est en relation fonctionnelle avec le premier membre(11), le second organe moteur(47) avec un levier(38) du troisième parallélogramme(21) et le troisième organe moteur(49) avec un levier du premier parallélogramme, le tout de manière qu'un dépla- cement (, y) d'un des leviers(38,22) actionné par l'organe moteur correspondant, entrafne respectivement le même déplacement (, >) du second membre(i3) autour du centre de rotation(26) ou du troisième membre(15) autour du centre de rotation(33). 2/ Dispositif de manipulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier membre(11) du bras(10), un levier(22) du premier parallélogramme(17) Lt un levier(38) du troisième parallélo- gramme (21) présentent un axe de rotation commun(25) sur le support(43). 3/ Dispositif de manipulation selon la revendication i ou la revendi- cation 2, caractérisé par le fait que le premier(17) et le second(19) parallélogramnmes de leviers présentent un levier en commun(29). 4/ Dispositif de manipulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caraetérisé-par le fait qu'à au moins un des parallélogrammes de leviers (17,19) est associé un parallélogramme auxiliaire(71,77) décalé par rapport à celui-ci. / Dispositif de manipulation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le parallélogramme auxiliaire (71,77) a en commun un ou deux membres(11;13,15) avec le bras(1O) et deux ou un leviers(22, 29;29) avec leparallélogramme de leviers(19,17). 6/ Dispositif de manipulation selon la revendication 4 ou la revendica- tion 5, caractérisé par le fait qu'à chacun des premier(17) et second parallélogrammes de leviers(17,19) est associé un parallélogramme au- xiliaire(71,77), ces derniers ayant un levier(29) en commun. 7/ Dispositif de manipulation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le levier commun(29) des parallélogrammes de leviers (17,19) représente également le levier commun (29) des parallélogram- mes auxiliaires(71,77). 8/ Dispositif de manipulation selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par le fait que le premier membre(11) de meme que les leviers(38,22) possédant sur le support(43) un axe de rotation(25) commun avec le premier membre(11), portent chacun un secteur denté(65,67, 69) dont les dents sont en prise avec un pignon (55,57,59) de l'organe moteur correspondant(45,47,49). 9/ Dispositif de manipulation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que sur le secteur denté est monté un second secteur den- té mobile en rotation par rapport au premier à l'encontre de la force d'un ressort pour permettre une transmission de mouvement sans jeu dans les deux sens. / Dispositif de manipulation selon l'une quelconque des revendica- tions là 9, caractérisé par le fait qu'au moins un des membres (11, 13,15) se présente sous la forme de deux bielles ou pièces parallèles (11',11", 13',13",15',15") séparées l'une de l'autre et reliées entre elles par une entretoise(11[",13"',15"'). 11/ Dispositif de manipulation selon l'une quelconque des revendica- tions 1.à 10, caractérisé par le fait que le support(43)est monté avec possibilité de rotation ou de basculement sur une colonne(83), et que, sur le support(43) est monté un quatrième organe moteur(82) pour dépla- cer le support vers une position prédéterminée. 12/ Dispositif de manipulation selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé par le fait que les organes moteurs(45,47,49, 82) sont des moteurs à commande numérique.