Brevet FR2509066A1 — publié le 19830107

Système robotique hydraulique à distributeurs incrementaux On connait les systemes hydrauliques pour commande de robots. Ils font appel à la technique des servo valves ou distributeurs proportionnels. Ils sont composés d'un distributeur ou servovalve par degré de liberté pour la commande de l'actionneur de puissance correspondant. L'actionneur est souvent un verin hydraulique ou un moteur hydraulique. La commande du distributeur est assurée par un dispositif éléctronique qui fournit un courant proportionnel à une tension de commande. Le courant est dirigé sur un Solènoide qui provoque le déplacement proportionnel d'une ouverture laissant ainsi échapper le fluide hydraulique soit directement vers l'actionneur soit par l'intermédiaire d'un étage de puissance qui amplifie le débit. Les actionneurs sont solidaires d'un capteur de déplacement qui envoie les informations vers un calculateur qui lui même commande la'variation de la tension du dispositif éléctronique de commande en intensité. Cet ensemble forme un boucle d'asservissement dont les caracteristiques définissent la précision et dynamique du robot.Les distributeuzsproportionnels ou les servo valves ont la particularité d'avoir des orifices calibrés extremement fins; cequi implique les inconvenients suivants : - Un prix très élevé du à la grande précision de l'usinage. - Une filtration fine de l'huile due à la petitesse des orifices. Cette fil traction autre le fait qu'elle oblige l'emploi de filtres onereux, amène à prendre un grand nombre de précautions lors le l'entretien du robot. On estime que les problèmoede filtration sont à ltorigine d'un pourcentage important de pannes. - La finesse des orifices détermine une perte de charge importante dans le circuit hydraulique d'où un échauffement de l'huile et une dépense énergétique superflue. - La lincarité des servo valves implique des dispositifs de commande et de traitement du signal couteux. La présente invention permet d'eviter ces inconvénients. En effet le système robotiquehydrauliqueavec distributeurs incrementaux est simple et économique. La figure 1 represente un distributeur incremental avec son joint d'embase repère 20, les joints dynaniques repère 3, le coulisseau repère 2, il n'est pas représenté de fourrure pour simplifier le dessin mais il est bien précisé que cette adaptation fait partie des variantes qui accompagnent la présente invention. La plaque d'embase repère 33 est située à la partie supérieure du distributeur de manière à permettre l'evacuation des bulles d'air qui peuvent parvenir jusqu'au distributeur. Il est indiqué sur la figure 1. Les perçages qui sont utilisés pour les limiteurs de débit, Il est représenté 4 Limiteurs par sens du distributeur A = plus petit débit. B = débit plus important. C = gros débit D = plein débit. Les limiteurs de débit sont toujours disposés avec les plus petits débits vers le centre du distrubuteur. L'ensemble des débits est repris par un conduit repère 16 et dirigé vers le raccord de sortie repère 14 Les 2 raccords repère 14 sont branchés sur les 2 sorties d'un même vérin ou moteur. En disposition centrale sur le distributeur, une alimentation traversante est prévue pour l'amener du fluide et pour liaison des distributeurs entre eux. L'évacuation du fluide hydraulique est assurée par les raccords repère il versla bache. Sur la figure 2, les éléctro vannes repère 10 sont commandées par les bobines repère 1. Leur fonction est d'assurer à chaque impulsion sur la bobine l'injection à l'interieur de la chambre en pression repère 8, d'une quantité de fluide et du retrait de la même quantité de l'autre côté repère 7. Cette opération produit le déplacement du coulisseau repère 2 d'un cran ou increment. Il existe différents moyens d'obtenir ce déplacement par increment. Dans une variante de l'invention, on utilise des bobines d'éléctroaimant à noyau plongeur. Les noyaux sont reliés au coulisseau. Chaque alimentation en courant d'une bobine ou partie de bobinage provoque un état de positionnement du noyau et par suite du coulisseau. On peut aussi par couplage de plusieurs bobinages obtenir les positions AB CD à droite et à gauche de la position centrale. Il faut remarquer que l'accélération et la décélération d'après le principe constructif ne peuvent se faire que progressivement. En effet il n'est pas possible de passer du grand débit D qui correcpond à une grande vitesse du verrin du robot à une vitesse inverse sans être passé par les position intermédiaires. Cette disposition évite des mouvements saccadés des robots. De plus il est loisible de régler séparement la progression des débits c'est à dire des vitesses par simple changement des limiteurs de débit repère 13. Chaque perçage A B C D comporte un timiteur de débit qui peut être amovible et très simple comme un ajustage par exemple, un dispositif de maintien comme un ressort ou un joint et un opercule qui éventuellement peut servir de réglage au limiteur de débit. Ce dispositif assure la possibilité de régler, pour des débits différants correspondants à l'aller retour, à des vitesses identiques de la tige, le remplissage des vérins. De plus une adaptation à une cimématique par exemple vitesse très faible en A, Faiblie en B, grande en B, et m timum en D. Il est prévu de remplacer l'un des limiteur D par un clapet anti retour de manière à pouvoir limiter le débit dans un sens tout en laissant le plein passage pour le retour à la bâche en vitesse maximum dans l'autre sens. De même il est prévus de disposer de limiteur de débit avec clapet pour passage inverse. Une variante particulièrementinteressante de l'invention consiste à utiliser pour la vitesse A, un conduit dans le corps du distributeur repère 5 qui soit superieur en diamètre à la largeur de contact du joint re pére 3 et à diviser le déplacement du coulisseau en 2 parties correspondant à deux vitesses suivant le dégagement de l'orifice. Une autre variante de l'invention consiste à utiliser des distributeurs clas Si que couplés en entrée du fluide avec un demi distributeur incremental présentement decrit. Déplacement du coulisseau au droit du conduit en deux parties. Ce qui revieat à obtenir une vitesse supplementaire. Dans le cas où l'on ne commande pas le déplacement du coulis seau repère 6 par des éléetroaimarXts ou vu autre disposés tif mécanique ou déctromecanique possédant des positions stables et bien définies on utilisera pour les distributeurs à pilotage par pression d'huile comme il est représenté sur la figure 1 un dispositif de boucle d' asservissement pour obtenir une meilleure précision et une sécurité acrue. Cette précision et sécurité est très importante dans le cas de robot de puissance élevé. Le dispositif comprend un composant repère 19 qui contient dans le même boitier une diode luminescente un photodetecteur au silicium, un tansistor amplicateur et un système optique de focalisation comportant deux demi-lentilles en verre. Le composant qui peut être un lecteur de code batonnet est moulé dans la pièce repère 18 qui assure l'étanchéité à la pression,une prise de connection repère 15 permet la liaison avec les autres dispositifs. Ta detection de la position du distributeur se fait par la lecture des gravures repère 1 à l'aide du composant repère 19. Ces gravures sont de simples traits, une alternance de parties claires et foncées espacées d'environ 1 mm. Le distributeur incremental présentement décrit est prévu pour la basse préssion de l'ordre de 10 à 25 bars avec un fluide comme de l'huile hydraulique à faible viscosité ou vn mélange polyglycol et eau; Pour des pressions supérieures une variante consiste à suprimer les joints dynamiques repère 3. Naturellement des tolérances d'usinage de l'ordre de quelques dixaines de microns sont alors nécessaires. Une autre variante pour les pressions plus élevées consiste à disposer la succession de chambres de pression entre les joints dynamiques en configuration circulaire. On se rapproche alors des distributeurs rotatifs qui sont actionnés par des moteurs couple. Mais dans cette variante circulaire, le dispositif de vitesse et de déplacements incrementaux reste le même. La figure 3 représente le schema de fonctionnement de trois degrés de liberté d'un robot suivant l'intervention. Il est naturellement possible de porter à 6 ou 7 le nombre de degrés de liberté. Sur cet exemple le 1 er degrés de liberté repére 27 est un vérin rotatif il est couplé mécaniquement à un codeur incremental repère 26. Le vérin rotatif commande par exemple le poignet d'un robot. Les deux cotés de la palette du vérin rotatif sont reliés aux sorties repére 14 d'un distributeur incrémental. Les deux sorties repère 11 du dis tributeur vont au retour bâche repère 32. l'alimentation du distributeur repère 17 est assurée par une pompe hydraulique repère 26. A l'arret le distrubuteur est en position centrale, par l'intermédiaire du composant repère 19, la position du coulisseau du distributeur est envoyée sur le circuit 24 QLci traite le signal et transmet au microprocesseur. Celui ci stocke cette valeur positionnement dans la mémoire repère 23 et compare la valeur du positionnement du capeur repère 26 avec la position de consigne. Si cette position est à une distance supérieure au BD fixé par programme, alors le-microprocesseur envoie une impulsion sur l'interface de sortie repère 25. Celle ci envoie une impulsion sur les bobines de l'éléctrovanne pour déplacement du coulisseau. Un déplacement du coulisseau fait passer le fluide qui arrive sous pression en 18 au travers de A ou A + B ou A + B + C ou A + B + C + D ce qui correspond à des débits consécutifs au limiteurs respectifs et induisent des vitesses d'actionneurs correcspondantes. Les vitesses définissent à chaque instant des positions qui sont percues par les capteurs 26, 28, 30 et bouclent la stratégie robotique de l'engin. Un tel système peut être utilisé pour la fabrication des robots industriels ou des machines automatiques ou spéciales. Les deux bobines qui commandent le distributeur sont reliées à l'interface de sortie repère 25. Le lecteur de position repère 18 est reliées ainsi que le codeur de rotation incremental à l'interface d'entrée repère 24. Les interfaces d'entrée et de sortie sont des dispositifs connus qui traitent le signal pour le rendre compatible avec le comparateur repère 21 qui peut être microprocesseur par exemple. - Le dispositif repère 22 est un clavier avec afficheurs qui permet le dialogue avec le circuit 21. Le circuit repère 23 est une mémoire qui contient le programme de gestion des mouvements du robot ainsi que les positions des differents actionneurs Le deuxième degrés de liberté est figuré par un convertisseur de couple repère 29 equipé d'un capteur de rotation à codeur incrémental repère 28. Le troisième degré de liberté est figuré par un verin pour mouvement de translation, la tige du vérin est solidaire d'une gravure repère 30 qui fournit un repère au lecteur de code batonnet lui également cablé sur l'interface 24 A partir de cette structure la programmation du robot fait partie des régles de l'art. REVENDICATIONS 1 - Système robotique hydraulique composé d'un microprocesseur, d'un interface d'entrée - sortie, d'une mémoire et d'un clavier afficheur, d'actionneurs et de capteurs caracterisé par l'intégration d'un distributeur hydraulique incremental. 2 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 caractérisé par un capteur de déplacement du coulis seau du distributeur. 3 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le distributeur incremental comporte plusieurs limiteurs de débit disposés en quinquonce. 4 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 caractérisé par la disposition de limiteurs de débit amovibles, le plus petit débit étant placé au plus près de l'arrivée de préssion dans le distributeur. 5 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 Caractérisé par un lecteur de code batonnet utilisé en capteur de positionnement coulisseau ou verin. 6 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 caractérisé par un clapet anti retour sur au moins l'un des limiteurs 7 - Système robotique hydraulique suivant la revendication 1 Caractèrisé par le perçage de la première canalisation vers le centre supérieur en diamétre à la largeur de contact du joint dynamique.