Brevet FR2461556A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un bras de manipulation à distance, du type comportant un ensemble articulé reliant un organe de manipulation à un support, ledit ensemble articulé étant constitué à partir d'élé- ments standards et autonomes reliés entre eux selon une articulation permettant la transmission d'un mouvement indépendant en vue d'un mouvement prédéterminé dudit organe de manipulation par rapport audit support. De tels bras de manipulation sont bien décrits dans le brevet français 1 459 250, dans lequel d'ailleurs l'un des inventeurs mentionnés est le même que pour la présente demande. L'une des applications les plus importantes de tels bras de manipulation réside dans l'équipement de télémanipulateurs de puissance pour des laboratoires nucléaires à haute activité. Le milieu radioactif' entraîne de nombreuses contraintes pour la conception des bras de manipulation tant pour leur conception que pour leurs performances. En particulier, les différentes possibilités de degrés de liberté, dispositions spatiales relatives, et de capacités de charge et/ou de portée sont autant de qualités recherchés par les utilisateurs. Il faut cependant que ces performances ne débouchent pas sur un accrois- sement excessif de l'encombrement radial et du poids de l'ensemble, paramètres également importants. La présente invention a pour but de perfectionner la conception des bras de manipulation antérieurs, en améliorant les performances de charge et d'encombrement radial, tout en conservant les autres avantages des techniques antérieures, cette conception visant à combiner autant que faire ce peut les avantages des bras à deux éléments standards et ceux des bras à trois élements standards. Il s'agit plus particulièrement d'un bras de manipulation à distance comportant un ensemble articulé reliant un organe de manipu- lation à un support, ledit ensemble articulé étant constitué à partir d'éléments standards et autonomes reliés entre eux selon une articulation permettant la transmission d'un mouvement indépendant en vue d'un mouvement prédéterminé dudit organe de manipulation par rapport audit support, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments présente en outre au moins un organe de liaison intermédiaire permettant une liaison latérale rigide à 900 avec l'extrémité d'un des éléments adjacents audit élément, ladite liaison intermédiaire préservant les mêmes possibilités de mouvements relatifs entre les éléments ainsi reliés. 2 4615 5 6 -2 - Le bras de manipulation de l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes: - l'un au moins des éléments présente deux organes de liaison intermédiaire selon des axes perpendiculaires, permettant deux types de liaison latérale rigide selon l'une des deux positions angulaires relatives désirées des éléments ainsi reliés, - l'un au moins des éléments présente un organe de liaison intermédiaire fixé sur un anneau encerclant cet élément et pouvant tourner sur lui-même, la rotation dudit anneau autour de l'axe longi- tudinal dudit élément permettant des types multiples de liaison latérale rigide selon la position angulaire relative prédéterminée des éléments ainsi reliés, - l'organe de liaison intermédiaire est un connecteur du même type que ceux prévus en bout des éléments, de façon à assurer simulta- nément la liaison mécanique et la connexion des circuits de commande électriques et/ou pneumatiques associés aux éléments à relier, - pour un bras comportant trois éléments de bras dont le premier est un élément de base relié au support, le deuxième un élément inter- médiaire et le troisième un élément terminal portant l'organe de manipulation, la liaison entre les premier et deuxième éléments est une liaison latérale rigide à 900 réalisée au moyen d'un organe de liaison intermédiaire prévu sur le deuxième élément, tandis que les liaisons entre support et premier élément d'une part, et entre deuxième et troisième éléments d'autre part sont des liaisons en bout connues en soi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif, mais nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé, o: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un bras de manipulation conforme à la technique antérieure, à deux éléments de bras standards, - la figure 2 est une vue schématique en élévation d'un bras de manipulation conforme à l'invention, à trois éléments de bras standards, présentant une disposition classique en ligne, mais compre- nant un élément de bras intermédiaire particulier, 246 1556 - les figures 3A et 3B sont deux vues, à échelle agrandie, avec arrachements partiels, détaillant la conception de l'élément de bras intermédiaire particulier de la figure 2, - les figures 4A et 4B sont deux vues, respectivement en élévation et de dessus, du bras de manipulation de la figure 2, mais présentant une disposition en équerre tout à fait originale, - la figure 5 est une vue, à échelle agrandie, avec arrachements partiels, détaillant une variante de conception de l'élément de bras intermédiaire qui présente ici deux organes de liaison latérale, les figures 6A et 6B sont deux vues, respectivement en élévation et de dessus, d'un bras de manipulation comportant un élément de bras intermédiaire à double liaison latérale conforme à la figure 5, selon l'une des deux dispositions en équerre possibles, - la figure 7A est une vue, à échelle agrandie, illustrant encore une autre variante de conception de l'élément de bras intermédiaire qui présente ici un anneau mobile auquel est fixé un organe de liaison latérale, et la figure 7B est une vue selon F de la figure 7A. Figure 1, un bras de manipulation à distance classique à deux éléments de bras comporte un élément support 1, vertical en utilisation et mobile autour de son axe de rotation 2, se terminant en son extrémité inférieure par une épaule 3 portant une portion de liaison articulée 4 pour le raccordement à l'élément de bras suivant; ledit élément support comporte un moteur schématisé en 5 commandant la rotation autour de l'axe vertical 2, et un moteur schématisé en 6 commandant la rotation de la portion de liaison 4, donc de la partie aval restante du bras. Un élément de base 7, standard et autonome, est monté par son écrou 8 sur la portion de liaison 4 de l'élément support; il est autonome en ce sens qu'il comporte un moteur 9 commandant la rotation de son extrémité aval, donc de la partie aval restante du bras, par rapport à une chape 10. L'élément suivant, qui est ici un élément de manipulation 11 mais pourrait être un élément de bras identique à l'élément de base 7 pour un bras à trois éléments de bras, également standard et autonome est monté par son écrou 12 sur la portion articulée de l'élément de bras précédent, son extrémité libre étant un organe de manipulation, ici un outil pince 13; l'élément de manipulation 11 est autonome en ce sens qu'il comporte un moteur 14 commandant la rotation de l'outil 13 autour de l'axe dudit élément, un moteur 15 commandant l'ouverture ou la fermeture de l'outil, et 246 1556 -4- un moteur 16 commandant un avancement ou un recul télescopique dudit outil. Les liaisons mécaniques entre éléments de bras permettent simultanément la connexion pneumatique et/ou électrique pour une commande globale des mouvements du bras de manipulation à partir de l'extérieur d'une cellule de travail étanche. De tels bras sont actuellement en service, et offrent une capacité de charge de l'ordre de 100 kg sur deux éléments et 50 kg sur trois éléments. En outre, les débattements ne sont possibles que dans des plans verticaux, ainsi que cela a été schématisé en figure 1 avec les trajectoires représentées en pointillés. L'objet de l'invention est d'améliorer les possibilités du bras représenté en figure 1, grâce à la présence d'au moins un élément de bras de conception particulière. Conformément à l'invention, l'un au moins des éléments présente en outre au moins un organe de liaison intermédiaire permettant une liaison latérale rigide à 900 avec l'extrémité d'un des éléments adjacents audit élément, ladite liaison intermédiaire préservant les même possibilités de mouvements relatifs entre les éléments ainsi reliés; cette conception permet ainsi de faire varier le nombre d'éléments et les dispositions relatives entre eux, de façon à obtenir un encombrement minimum, et à obtenir des agencements différents des axes d'articulation les uns par rapport aux autres suivant l'utili- sation envisagée. De plus, le fait de diminuer les encombrements totaux et d'équilibrer les masses en mouvement permet d'améliorer les performances de levage dans le cas o l'on utilise les agencements les plus compacts, car la liaison intermédiaire procure un recul du centre de gravité, de sorte que l'ensemble de ces dispositions permet de répondre à une gamme maximum de problèmes. Figure 2, un bras de manipulation conforme à l'invention comporte un élément support 1, un élément de base 7 et un élément de manipula- tion 11 identiques à ceux décrits en regard de la figure 1, mais comporte un élément de base intermédiaire 17 de conception particulière. En effet, outre un écrou de liaison amont 18, une chape de liaison aval 19 et un moteur autonome 20 commandant la rotation de l'élément de bras aval, cet élément 17 présente un organe de liaison intermédiaire 21 permettant une liaison latérale rigide à 900. Le montage en ligne de la figure 2, tout à fait classique, ne sert qu'à illustrer l'incorpo- ration possible, avec liaisons en bout, de l'élément intermédiaire 17 246 1556 -5- au sein de la panoplie existante; naturellement, ce type de montage ne procure pas les avantages qui vont être mentionnés plus loin avec la disposition en équerre. Signalons en particulier que, comme pour un bras classique, l'ensemble du bras de la figure 2 se déplace dans un même plan vertical. L'élément de bras 17 est détaillé aux figures 3A et 3B. Il est essentiellement constitué par un corps 22, terminé d'un côté par un écrou 18 et de l'autre par une chape 19 sur laquelle s'articule une portion de liaison 23, renferme un groupe moto-réducteur classique avec limiteur de couple mécanique à friction (donc de grande longévité car ne fonctionnant qu'en cas de dépassement du couple prédéterminé), et possibilité de désolidarisation pour une extraction du bras désarticulé hors de la cellule en cas de panne; la connexion, ici purement élec- trique (ce qui est le plus économique du point de vue de la consommation), se fait par connecteurs mâle 124 (ici c8té écrou) et femelle 125 (ici côté chape): la liaison mécanique est très simple, et se fait par vissage de l'écrou sur la partie filetée 24 correspondante de la portion 23, après engagement d'abord des pions de centrage 26 dans les trous borgnes correspondants 27 puis du bord 22A du corps 22 dans le joint 23A, la connexion électrique étant simultanément réalisée. La portion mobile 23 se déplace par l'effet du dernier engrenage 25 de la chaîne, de façon connue en soi. Conformément à l'invention, le corps de l'élément 17 porte un organe de liaison intermédiaire 21 présentant également un écrou 18 et un connecteur électrique 124, comme pour une liaison en bout, de sorte qu'un élément standard peut immédiatement s'accoupler par la portion articulée c8té chappe et procurer ainsi une liaison latérale rigide à 900. Un capot 28 de protection peut être prévu sur l'organe de liaison 21 en cas de non- utilisation, par exemple lors d'un montage en ligne. En 29, on a schématisé la sortie extérieure du dispositif de désolidarisation, qui n'est autre ici que le limiteur de couple (non représenté). Figures 4A et 4B, on a illustré un montage en équerre du bras de l'invention, rendu possible grâce à la présence d'un organe de liaison intermédiaire 21 prévu sur l'élément de bras 17. Du point de vue des mouvements relatifs, on a un débattement vertical de l'élément de base 7 et de l'élément intermédiaire 17, et un débattement horizontal de l'élément de manipulation 11 autour d'un axe vertical 30: ce 246 1556 -6 - dernier débattement, que l'on ne pouvait obtenir avec les bras de manipulation antérieurs, peut s'avérer très intéressant en combinaison avec la rotation du support 1 autour de son axe 2. Par ailleurs, le centre de gravité de l'élément de bras 17 se trouve reporté vers l'arrière par rapport à la disposition de la figure 2; de plus, la distance entre l'axe d'articulation principal et la charge en pince étant diminuée, les capacités de levage sont donc augmentées, de sorte que l'on pourra pratiquement retrouver avec un bras à trois éléments les possibilités de charge d'un bras à deux éléments. Signalons que cette disposition présente en outre l'avantage de ne pas faire travailler directement l'articulation entre élément intermédiaire et élément de manipulation lors d'un transport de charges, ce qui accroît encore les capacités possibles du bras. Il est possible de perfectionner le principe qui vient d'être expliqué en prévoyant un élément intermédiaire à deux organes de liaison intermédiaire selon des axes perpendiculaires, permettant deux types de liaison latérale rigide selon l'une des deux positions angulaires relatives désirées des éléments ainsi reliés; un tel élément 31 a été illustré en figure 5: le corps 22 porte alors deux organes de liaison latérale identiques 21, de préférence à 900. Cet élément permet, soit le montage en équerre des figures 4A, 4B avec deux débattements verticaux et un débattement horizontal, soit le montage en équerre des figures 6A et 6B avec trois débattements verticaux. Avec ce dernier montage, tous les axes d'articulation sont certes à nouveau parallèles, mais néanmoins, l'ensemble ayant une longueur moindre que dans la disposition de la figure 2, les capacités de levage sont augmentées comme dans le cas ci-dessus illustré aux figu- res 4A, 4B. Il est possible de généraliser encore le principe précédent, pour accroître encore les possibilités de montage, en prévoyant un élément intermédiaire à organe de liaison latérale fixé sur un anneau encerclant cet élément et pouvant tourner sur lui-même, la rotation dudit anneau autour de l'axe longitudinal dudit élément permettant des types multiples de liaison latérale rigide selon la position angulaire relative prédéterminée des éléments ainsi reliés; un tel élément 32 a été illustré aux figures 7A, 7B: le corps 22 porte alors un anneau mobile 33, duquel est solidaire un organe de liaison latérale 21 du type de ceux décrits précédemment, et dont 246 1556 -7- la position angulaire relativement audit corps peut être déterminée par un organe extérieur 34, de sorte que plusieurs positions intermé- diaires soient envisageables avec un seul organe de liaison (il faudra bien sûr prévoir un mou de fil suffisant pour qu'une rotation de 900 soit possible pour l'anneau sans risque de rupture des connexions électriques). Le bras de manipulation de l'invention est naturellement pourvu de multiples sécurités destinées à surmonter tous les cas possibles de pannes, donc de blocage d'un organe, à quelque niveau du bras que ce soit; ces sécurités sont classiques et bien connues de l'homme de métier. De même, on pourra choisir tout type d'alimentation: pneumatique, électrique, hydraulique, ou encore mixte (par exemple électrique jusqu'à la pince et pneumatique pour la pince). Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés à titre purement illustratif, mais comprend toute variante reprenant avec les moyens équivalents la définition générale figurant aux revendications. 246 1556 REVENDICATIONS 1/ Bras de manipulation à distance comportant un ensemble articulé reliant un organe de manipulation à un support, ledit ensemble articulé étant constitué à partir d'éléments standards et autonomes reliés entre eux selon une articulation permettant la transmission d'un mouvement indépendant en vue d'un mouvement prédéterminé dudit organe de manipulation par rapport audit support, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments présente en outre au moins un organe de liaison intermédiaire permettant une liaison latérale rigide à 900 avec l'extrémité d'un des éléments adjacents audit élément, ladite liaison intermédiaire préservant les même possibilités de mouvements relatifs entre les éléments ainsi reliés. 2/ Bras selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments présente deux organes de liaison intermédiaire selon des axes perpendiculaires, permettant deux types de liaison latérale rigide selon l'une des deux positions angulaires relatives désirées des éléments ainsi reliés. 3/ Bras selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments présente un organe de liaison intermédiaire fixé sur un anneau encerclant cet élément et pouvant tourner sur lui-même, la rotation dudit anneau autour de l'axe longitudinal dudit élément permettant des types multiples de liaison latérale rigide selon la position angulaire relative prédéterminée des éléments ainsi reliés. 4/ Bras selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'organe de liaison intermédiaire est un connecteur du même type que ceux prévus en bout des éléments, de façon à assurer simulta- nément la liaison mécanique et la connexion des circuits de commande électrique et/ou pneumatiques associés aux éléments à relier. 5/ Bras selon l'une des revendications 1 à 4, comportant trois éléments de bras dont le premier est un élément de base relié au support, le deuxième un élément intermédiaire et le troisième un élément terminal portant l'organe de manipulation, caractérisé par le fait que la liaison entre les premier et deuxième éléments est une liaison latérale rigide à 900 réalisée au moyen d'un organe de liaison intermédiaire prévu sur le deuxième élément, tandis que les liaisons entre support et premier élément d'une part, et entre deuxième et troisième éléments d'autre part sont des liaisons en bout connues en soi.