Brevet FR2494618A1 — publié le 19820528

La présente invention a pour objet un bras flexible qui est destiné à être utilisé dans un robot ou dans un manipulateur à commande programmée. On a déjà proposé un robot auquel on peut enseigner un certain nombre d'opérations et qui les reproduit ensuite, ce robot comportant un pilier de support monté sur un plateau tournant, un bras étant monté à pivotement à l'une des extrémités de ce pilier et portant un pistolet de peinture, par exemple, à son extrémité libre, de sorte qu'il peut être automatiquement amené à la position voulue par des mouvements de pivote- ment appropriéset par des rotations de son pilier de sup- port, ce qui permet à ce bras d'exécuter des opérations de peinture. Or, étant donné que le bras utilisé dans les robotsde ce type n'est. généralement pas flexible, il est clair qu'il est relativement difficile de l'amener à la position voulue, de sorte que le robot équipé d'un tel bras ne peut être utilisé que pour des pièces ayant des formes relativement simples, et ne convient, par consé- quent, pas à un grand nombre d'applications. Par contre, au cours des dernières années on a proposé un certain nombre de bras du type "trompe d'élé- phant", qui ont tous des structures complexes. De plus, lorsque le bras est relativement long, il fléchit sous son propre poids, ce qui fait qu'il est difficile de le placer dans la position désirée. Pour remédier à cette difficulté on est amené à utiliser des éléments de bras très rigides, ce qui est impraticable. D'autre part, dans les bras flexibles classi- ques, il est difficile d'obtenir une déformation suffisante pour la manoeuvre conmandée par 1'actionneur ou le mnDteur, de sorte qu'il n'est pas possible de profiter de l'avantage de la flexibilité, dans la plupart des cas. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un bras flexible ayant la flexi- bilité désirée. En utilisant le bras flexible selon 249'4618 l'invention sur un robotil devient possible d'utiliser ce dernier sans difficulté dans des applications compor- tant des pièces ayant des formes compliquées. Un autre but de la présente invention est de réaliser un bras flexible qui donne les mêmes résultats que des bras similaires ayant une très grande rigidité, tout en présentant une structure relativement simple et sans avoir recours à des éléments extrêmement rigi- des, de sorte que son extrémité libre peut être placée avec précision sans fléchir. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre, qui n'a, bien entendu, aucun caractère limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue latérale d'un manipula- teur conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est également une vue latérale de ce manipulateur, mais qui montre plus en détail le bras flexible que l'on voit sur la figure 1; la figure 3 est une vue de dessous du bras flexible de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; et, les figures 5 et 6 sont des vues destinées à mieux faire comprendre le fonctionnement du bras flexi- ble représenté sur la figure 2. Le mode de réalisation qui va être décrit en regard du dessin annexé comporte un bras flexible construit de façon que des jlemr-nts de bras alternés sont reliés à pivotement par des organes de liaison, de telle sorte que le déplacement angulaire des seconds élaments de bras par rapport - aux -premierspar une tige d'actionnement est transmis comme celui des membres de bras suivants. Comme on le voit, le manipulateur 1 comprend une plateforme 2, un pilier de support 3 et un bras rigide allongé 4, le pilier droit étant monté sur un plateau tournant 5 disposé au-dessus de la plateforme 2, de façon à pouvoir tourner autour d'un axe 6 dans les directions indiquées par la flèche D, quand le plateau 5 tourne. A l'intérieur de la plateforme 2 est logé un moteur hydraulique qui entre en action pour faire tourner le plateau 5 dans les directions D. Le pilier 3, qui est relié au support du plateau 5 par un arbre 7, peut pivoter dans la direction de la flèche E dans un plan vertical sous l'action d'un cylindre hydraulique 8 qui est interposé entre le pilier 3 et le plateau tournant 5 et qui joue le rôle de moteur. Le bras 4 est relié au pilier 3 par un arbre 9,de telle sorte qu'il peut pivoter librement dans la direction de la flèche F dans un plan vertical, sous l'action d'un cylindre hydraulique 10 interposé entre le bras 4 et le pilier 3 et qui joue également le rôle de moteur hydraulique. A l'extrémité antérieure du bras 4 est fixé un bras flexible 12 qui est couvert d'un manchon en accordéon 11. Au bras 12 est fixée une poignée 13 qui peut être saisie par l'opérateur afin d'enseigner le programme de commande au manipulateur 1. Un pistolet à peinture 16 est fixé à un organe de support 15 sur une tige 14 qui s'avance du bras 12. Le bras 12 est pourvu d'un élément de base cylin- drique 18 ui est montée à rotation sur le bras 4, c'es t- à- dire de manière à tourner librement dans les directions de la flèche G autour de l'axe 17,et à laquelle sont fixes par l'une de leurs extrémités deux premiers éléments de de bras Y, de manière-que leurs grands plans. soient en regard. Les deux premiers éléments de bras plats 19 sont pontés par un élément l9a. Une tige d'actionnement 20, qui traverse 1'élément 18 de façon à pouvoir se déplacer suivant une direction parallèle à l'axe 17; est reliée par un arbre 21 aux extrémités antérieures de deux éléments d'articu- lation 22 qui se font face. L'arbre 21 comporte une partie centrale 23 qui a la forme d'une bille, et à laquelle est reliée l'extrémité annulaire 24 de la tige 20, de sorte que celle-ci peut pivoter dans toutes les direc- tions par rapport à l'arbre 21. Ainsi, un joint à ro- tule est réalisé entre la partie centrale 23 et l'extré- mité annulaire 24. Aux deux extrémités d'un arbre 25 qui s'étend à-rotation à travers -les éléments d'articula- tion 22, sont reliés à rotation deux seconds éléments de bras plats 26 dont l'une des extrémités est reliée à rotation, du côté de l'élément 18, à la tige 20 par les arbres 21 et 25 et les éléments d'articulation 22. Les seconds éléments de bras 26 sont reliés à rotation, à leun partiescentral%,aux premiersélément de bras 19 par des arbres 27. Une troisième paire d'éléments de bras 2 dont les grandes faces sont en regard, sont reliés à rotation, à leurs parties centrales aux seconds élément de bras 26 par des arbres 29 et sont en outre reliés à rotation à leurs autres extrémités, du côté de l'élément 18, à l'une des extrémités de deux éléments d'articulation 31 par des arbres 30. Les autres extrémi- tés des deux éléments d'articulation 31 qui se font face sont rel à rotation aux autres extrémités des premiers éléments de bras 19 par des arbres 32. Les troisièmes éléments de bras 28 sont pontés par éléments 33. Les autres extrémités des seconds éléments de bras 26 sont reliés à rotation, par des arbres 34, à l'une des extrémités d' éléments d'articulation 35 dont les autres extrémités sont reliées à rotation par des arbres 36 à l'une des extrémités d'une paire de quatrièmesélé- mentsde bras 37, du côté de l'élément 18. Les paires de quatrièmes él&ments de bras 37, qui sont relativement larges,sont relies à rotation à leur partie centrale aux troisièmes éléments de bras 28 par des arbres 38. Une paire de cinquième élémentsde bras 39, qui sont large tout comme les précédents, et qui se font face, sont reliés par l'une de leurs extrémités,du côté de l'élément 18, à des arbres 41 à une des extrémités dl éléments d'articula- tion 40, dont les autres extrémités sont reliées par des arbres 42 aux autres extrémités des troisièmes élé- ments de bras 28. La cinquième paire d'éléments de bras plats 39 est pontée par deux éléments 42a. Les cinquièmes éléments de bras 39 sont reliés à rotation, à leur partie centrale, aux autres extrémités des quatrièmes éléments de bras 37 par des arbres 43. Un mécanisme de rotation de pistolet 44, qui s'étend pratiquement sur la ligne médiane 17 du bras 12, se compose d'une tige d'articulation 46 qui est reliée à un actionneur 45, et de tige d'articulation 47 à 50. La tige d'articulation 4E qui est interposée entre les deux éléments de bras 19, est supportée par l'élément 18 de telle sorte qu'elle peut tourner, grâce à un palier 51, dans la direction G sur la ligne médiane 17. La tige d'articulation 46 et la tige d'articulation 47 interposées entre les deux éléments de bras 26, la tige d'articulation 47 et la tige d'articulation 48 interpo- sées entre des paires d'éléments de bras 28, la tige d'articulation 48 et la tige d'articulation 49 interpo- sées entre les paires d'élément de bras 37 et la tige d'articulation 49 et la tige d'articulation 50 inter- posée entre la paire d'éléments de bras 39,sont reliées par des joints universels 52 à 55,de telle sorte que quand le bras 12 se plie, les mécanismes de rotation 44 du pistolet se plient de la même manière. Les joints universels 52 à 55 sont universellement connus dans la technique. La tige d'articulation 48 est supportée à rotation par un palier 57 sur un élément de support 56 qui est fixé aux éléments de pontage 33. De même, la tige d'articulation 50 est supportée à rotation, par 249'4618 un palier 59, sur un élément de support 58 qui est fixé aux éléments de pontage 42a. La tige 14 est fixée à la tige d'articulation 50, de sorte qu'elle tourne dans la direction G quand le mécanisme de rotation 44 du pistolet tourne dans cette direction G. A la tige 20 est relié un actionneur ou un moteur hydraulique 60 au moyen duquel cette tige 20 se déplace alternativement dans la direction de la flèche A ou B, c'est--dirè, parallèlement à laligne médiane 17. Un actionneur ou moteur hydraulique 61 est relié à l'élément lB,de façon à pouvoir faire tourner ce dernier dans la direction G sur la ligne médiane 17. Ainsi l'élément 18 et la tige 46 peuvent tourner séparément l'un de l'autre. Le fonctionnement du manipulateur 1 comportant le bras en trompe d'éléphant 12 qui vient d'âtre décrit est le suivant: le pilier 3 peut tourner autour de l'axe 6 sous l'action du moteur hydraulique logé dans la plate- forme 2 et peut pivoter dans le plan vertical autour de l'arbre 7 sous l'action du cylindre hydraulique 8, cepen- dant que le bras 4 peut pivoter dans le plan vertical autour de l'arbre 9 sous l'action du cylindre hydraulique 10. Quand l'élément 18 tourne autour de la.ligne médiane 17 sous l'action du moteur 61, le bras 12 tourne également autour de l'axe 17 et quand la tige 46 tourne autour de la ligne médiane 17 sous l'action du moteur , la tige 14 tourne également, faisant ainsi tourner le pistolet 16. Quand la tige 20 se déplace dans la di- rection B, par exemple, sous l'action de l'actuateur 60, les seconds éléments de bras 26 pivotent dans la direc- tion de la flèche C autour des axes des arbres 27. Quand les éléments de bras 26 pivotent dans la direction C, les éléments d'articulation 31 pivotent également dans la direction C autour des arbres 32, et les troisièmes éléments de bras 28 pivotent dans la direction C autour des arbres 29. Quand les troisièmes éléments de bras 28 pivotent dans la direction C, les éléments d'articula- tion 35 pivotent dans la direction C autour des arbres 34 et les quatrièmes éléments de bras 37 pivotent aussi dans la direction C autour des arbres 38.Quand les quatrièmes éléments de bras 37 pivotent dans la direc- tion C, les éléments d'articulation 40 pivotent dans la direction C autour des arbres 42 et les cinquièmes éléments de bras 39 pivotent aussi dans la direction C autour des arbres 43. Il en résulte que le bras 12 se plie de la manière présentée sur la figure 5. Quand le bras 12 est ainsi plié, le mécanisme de rotation 44 du pistolet est également plié d'une ma- nière correspondante. Même dans cette situation, la tige 14 peut être tournée en faisant tourner la tige 46 grâce au moteur 45. De plus, le bras 12 lui-même peut aussi être tourné par l'actionneur 61. Par contre, lorsque la tige 20 a été déplacée dans la direction A par l'action- neur 60, le bras 12 se plie dans la direction opposée à celle de la figure 5,; c'est-à-dire comme représenté sur la figure 6. Même quand le bras est plié comme représen- té sur la figure 6, la tige 14 et le bras 12 peuvent tourner séparément. Dans le mode de réalisation décrit à ce point, les éléments d'articulation et les éléments de bras vont par paire, mais il convient de noter que l'invention n'est nullement limitée à cette forme de réalisation et que les éléments d'articulation, ainsi que les élé- ments de bras, pourraient être des composants simples, au besoin.De plus, la tige 14 pourrait s'avancer à l'ex- térieur des troisièmes éléments de bras, par exemple. De plus, le bras flexible pourrait être construit en reliant ensemble un nombre supérieur d'éléments de bras et d'éléments d'articulation, tels que des sixièmes éléments de bras. En outre, bien que le bras 12 soit relié au bras 4 dans le mode de réalisation ci-dessus, oe bras pourrait être tout entier flexible et relié au pilier 3 ou à la plateforme 2. En outre, la présente invention s'applique non seulement aux manipulateurs de peinture et aux manipulateurs de soudage commandés par une machine de traitement de données, mais également aux manipu- lateurs qui peuvent appréhender des pièces. IEVENDICATIONS 1. Bras flexible caractérisé en ce qu'il comprend une base (18), une tige d'actionnement (20) montée à mouvement sur cette base (18), un premier élément de bras (19) fixé à ladite base (18), un second élément de bras (26) relié à rotation au premier élé- ment de bras (18) et relié à pivotement, par l'une de ses extrémités, à ladite tige d'actionnement (20) , un troisième élément de bras (28) relié à rotation au second élément de bras (26), et un élément d'articu- lation relié à pivotement, à l'une de ses extrémités à ce premier élément de bras (18) et, par son autre extrémité, à l'une des extrémités dudit troisième élé- ment de bras (28). 2. Bras flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première, une seconde et une troisième tiges d'articulation (46-50) juxtaposées auxdits éléments de bras (18-26) respecti- vement et reliées aux tiges l'une à l'autre par des joints universels (52-55), ladite première tige d'ar- ticulation (46) étant supportée à rotation par ladite base (18), ladite troisième tige d'articulation (48) étant reliée par la seconde tige d'articulation (47) à la première tige d'articulation (46) et étant suppor- tée à rotation par ledit troisième élément de bras (28). 3. Bras flexible selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un premier action- neur ou moteur (60) pour déplacer ladite tige d'ac- tionnement (20) dans la direction de la ligne médiane (17) dudit bras par rapport à la base (18), un second actionneur ou moteur (61) pour tourner ladite base (18) qui est rotative et un troisième actionneur ou moteur (45) pour tourner ladite première tige d'arti- culation (46) par rapport à ladite base (18). 4. Bras flexible selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé en ce qu'un deuxième élément de bras est associé à chacun desdits premiers à troisièmes éléments de bras (19- 26-28), pour former des paires d'éléments de bras dis- posés deux à deux l'un en face de l'autre. 5. Bras flexible selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, caractérise en ce que chacun desdits premiers à troisièmes éléments de bras (19-26-28) comprend une paire d'éléments plats dont les grandes faces sont en regard. 6. Bras flexible selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chacun desdits premiers à troisièmes éléments de bras (19-26-28) comprend une paire d'éléments plats dont les grandes faces sont en regard, chacune des tiges d'articulation (46-50) étant interposée entre les éléments plats correspondants. 7. Bras flexible selon l'une quelconque des revendications précédentes I à 3, caractérisé en ce que ladite tige d'actionnement (20) et ledit second élé- ment de bras (26) sont reliés l'un à l'autre par un autre élément d'articulation (31), ladite tige d'ac- tionnement (20) et cet autre élément d'articulation (31) étant reliés à pivotement l'un à l'autre, ledit autre élément d'articulation (31) et ledit second élément de bras (26) étant reliés à pivotement l'un à l'autre.