Brevet FR2504441A1 — publié le 19821029

La présente invention concerne un robot industriel comportant plusieurs axes de liberté de déplacement et plus particulièrement un système de commande pour le mouvement de levage vertical du bras de travail du robot. Les robots industriels sont des machines de tra- vail destinées à déplacer de façon commandée une tête ou un outil de travail pour l'amener dans n'importe quelle position dans une zone prédéterminée de fonctionnement ou de travail et pour donner une orientation désirée à la tête ou à l'outil de travail En général la tête portant l'ou- til peut se déplacer le long de deux ou trois axes de coor- données dans l'espace et peut être également orientée sui- vant deux ou trois systèmes de coordonnées angulaires Par conséquent les robots industriels possèdent habituellement quatre, cinq ou six axes indépendants de déplacement, com- mandés chacun par un dispositif d'actionnement De nombreu- ses structures cinématiques ont déjà été proposées en vue d'obtenir tous les mouvementsdésirés et, en général, ces structures obtiennent le résultat désiré grâce à une com- binaison de déplacements linéaires et angulaires Alors que les déplacements linéaires sont en général obtenus au moyen de chariots commandés par des vér ns hydrauliques ou électropneumatiques par exemple du type possédant une vis et un écrou guide, pour obtenir les déplacements angulaires on utilise une grande variété de dispositifs, tels que des chaînes et des roues à chaînes, des engrenages réducteurs à vis sans fin, des engrenages réducteurs connus sous la dénomination commerciale "Harmonic Drive" et analogues. Un type très usuel de robot industriel comporte une colonne montée sur une base fixe pour un mouvement de translation ou de rotation et supportant un bras oscillant mobile autour d'un axe horizontal en vue d'effectuer un mouvement de levage A son tour, ce bras supporte un cha- riot permettant d'obtenir un troisième déplacement liné- aire et sur lequel est montée une tête porte-outil. Cependant les dispositifs d'actionnement utilisés -2 jusqu'à présent pour obtenir le mouvement de levage du bras oscillant ne sont pas entièrement satisfaisants, principalement par le fait que le couple d'éntraînement appliqué au bras oscillant pour le faire pivoter autour de son axe horizontal de rotation doit vaincre un moment d'inertie très élevé dû à la présence de dispositifs re- lativement lourds portés par le bras oscillant à une dis- tance considérable de son axe de rotation Ce problème se complique encore du fait que cette distance est variable et que par conséquent le moment d'inertie varie également lors du déplacement du chariot le long du bras oscillant. C'est pour cette raison que les dispositifs clas- siques d'actionnement tels que des vis sans fin et des en- grenages à vis sans fin ainsi que d'autres dispositifs classiques utilisant des engrenages, qui agissent avec un bras transmettant une faible force aux organes devant être pivotés, ne sont pas capables de garantir la précision re- quise dans un robot de travail du type utilisé dans l'in- dustrie moderne. C'est pourquoi un objet de la présente invention est de fournir un robot industriel du type décrit ci-des- sus, qui est équipé de moyens permettant de commander le mouvement de levage du bras oscillant de manière à assu- rer une position précise de ce dernier même s'il est char- gé par des organes lourds distants de l'axe de rotation du bras et même si le moment d'inertie agissant sur le bras varie par suite du déplacement du chariot le long dudit bras. Un autre objet de la présente invention est de fournir un robot industriel comportant des moyens de com- mande du mouvement de levage du bras oscillant et qui soit particulièrement résistant à l'usure et aux conséquences de l'usure sur la précision de positionnement. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'actionnement électromécanique fai- sant partie constitutive des moyens de commande du mouve- 2 O A 441 ment de leva ge du bras oscillant dans le robot industriel du type décrit ci-dessus. La présente invention fournit un robot industriel possédant plusieurs axes de liberté de mouvement et com- portant un bras supportant des organes de travail et mon- té de façon à pouvoir pivoter sur l'extrémité supérieure d'une colonne de support de manière à permettre un mouve- ment angulaire autour d'un axe horizontal à partir d'une position angulaire moyenne horizontale, caractérisé par le fait que le positionnement angulaire du bras de support est commandé par un vérin de levage dont une extrémité est reliée de façon à pouvoir pivoter au bras de support, dans une position distante de l'axe horizontal du mouvement an- gulaire, et dont l'autre extrémité opposée est reliée de façon à pouvoir pivoter à la colonne de support. Le vérin de levage peut être un dispositif d'ac- tionnement électromécanique qui, conformément à la pré- sente invention, comporte une broche filetée-mont"e de façon à pouvoir tourner, au niveau de ses deux extrémités opposées, dans des paliers raccordés l'un à l'autre par des parois rigides constituant au moins un organe de gui- dage linéaire, un écrou guide engrenant avec la broche filetée et étant équipé d'au moins un appendice saillant destiné à contacter, avec possibilité de glissement, l'or- gane de guidage linéaire, et une enveloppe extérieure tu- bulaire fixée rigidement audit appendice saillant de l'écrou guide et possédant au moins un dispositif d'extré- mité permettant un raccordement avec possibilité de pivo- tement, audit bras de support. Il va maintenant être décrit une forme de réali- sation préférentielle de l'invention à l'aide d'un exem- ple et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: Za figure 1 est une vue en élévation latérale schématique d'un robot industriel conforme -à l'invention. la figure 2 est une vue en coupe axiale du vé- rin de levage mécanique utilisé dans le robot de la fi- -4- gure 1; et ta figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la figure 2. La figure 1 représente le robot industriel con- forme à l'invention en trait plein dans sa position neu- tre ou d'inactivité Ce robot porte une tête porte-outil, prévue par exemple pour le soudage Pour obtenir de plus amples détails concernant la tête porteoutil, on pourra se référer à la demande de brevet italien no 68 126-A/77 déposée le 19 mai 1977 par la Demanderesse Pour donner une illustration plus complète du mécanisme cinématique du robot, on a représenté par des traits mixtes le bras de support oscillant du robot dans une position relevée et dans une position abaissée Naturellement, hormis l'opé- ration de soudage, ce robot peut être également utilisé dans d'autres buts, par exemple pour manipuler des pièces à usiner ou analogues. Comme cela est représenté sur la figure 1, le robot est monté sur une base fixe 10 par l'intermédiaire d'une colonne de support 14 qui peut être entraînée en ro- tation par des dispositifs d'entraînement non représentés. Cependant la colonne de support 14 peut être également montée de manière à être entraînée en translation sur la base 10 au moyen de rails de guidage appropriés, non re- présentés La base 10 repose sur le sol au moyen de pieds réglables 12. Un bras de support oscillant 16 est monté à l'ex- trémité supérieure de la colonne de support 14 de manière à permettre un déplacement angulaire autour d'un axe hori- zontal de rotatîon 18 Le bras de support oscillant 16 comporte un berceau et des rails de guidage ou glissières pour un chariot 20 monté de manière à pouvoir se déplacer en translation linéaire le long de ces glissières Su-r une extrémité du chariot 20 est montée une tête porte-outil 22 possédant plusieurs degrés de liberté de déplacement, par exemple comme cela est décrit dans la demande de brevet mentionnée précédemment L'outil supporté par la tête 22 z L Jz O 4 1 - peut être par exemple constitué par des pinces à souder classiques 24 à résistance électrique Le courant élec- trique est envoyé aux pinces à souder 24 par'l'intermé- diaire d'une tête 22, à partir d'un transformateur à champ tournant 26 alimenté par des câbles flexibles blin- dés 28, comme cela est décrit dans ladite demande de bre- vet citée. Pour réaliser le positionnement commandé du bras de support oscillant 16 en vue de l'amener dans la posi- tion angulaire désirée, la présente invention prévoit un dispositif d'actionnement linéaire constitué par un vérin électromagnétique 32 dont une extrémité est reliée de fa- çon à pouvoir pivoter à une console 30 faisant saillie sur un côté de la colonne de support 14 Le vérin électro- mécanique 32 est entraîné par un moteur électrique 34, qui est fixé au vérin et qui sera décrit ci-après de façon plus détaillée L'extrémité opposée du véri N électroméca- nique 32 est reliée de façon à pouvoir pivoter en 36 au bras de support oscillant 16 à une distance prédéterminée de son axe de rotation 18. Le dispositif d'actionnement 32 est disposé par rapport à la colonne de support 14 et au bras de support oscillant 16 de manière que les-points de réaction des forces transmises entre ces trois-organes au cours du mou- vement du bras 16 soient situés aux sommets d'un triangle qui, bien que sa forme change au cours de la rotation du bras 16, comportera néanmoins des côtés approximativement égaux de sorte que la force de refoulement ou de pression exercée par le dispositif d'actionnement 32 restera en per- manence approximativement égale au poids de la tête porte- outil 22 et de l'outil 24 porté par cette dernière. Bien que le dispositif d'actionnement 32 puisse être de différents types et bien qu'il puisse s'agir par exemple d'un vérin hydraulique ou analogue, conformément à l'invention ce dispositif est de type électromagnétique comme cela sera décrit ci-après Ce type de dispositif 250444 1 -6- garantit la rigidité maximale du dispositif d'actionne- ment sous l'action d'une charge de compression à laquelle il est soumis dans certaines de ses positions de travail. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on voit *qu'un dispositif d'actionnement selon la forme de réalisation préférée de l'invention comporte une plaque munie de pivots 42 permettant un raccordement, avec possibilité d'oscillation, de la console 30 sur la colon- ne de support 14 (figure 1) et servant de base à un orga- ne tubulaire 44 fixé à la plaque 40 par une bague 46 qui peut être soudée en position Le moteur électrique 34, représenté'sur la figure 1, est fixé latéralement à la plaque 40 L'extrémité de l'organe tubulaire 44 opposée à celle qui est adjacente au moteur, est équipée d'un ca- puchon de fermeture 48, et à la fois la plaque 40 et le capuchon de fermeture 48, sont équipés de paliers respec- tifs 50 et 52, permettant un mouvement, avec possibilité de rotation, des deux extrémités d'une broche filetée ou vis sans fin 54, dont une extrémité s'étend au-delà de la plaque 40 et porte une poulie 56 entraînée par le moteur électrique 34 de'la figure 1, par l'intermédiaire d'une courroie crantée 35. Le moteur électrique 34 peut être un moteur à collecteur à courant continu ou un moteur à induction à courant alternatif et est commandé de façon précise d'une manière connue en soi par des dispositifs de commande nu- mérique tels qu'un calculateur de processus, non repré- senté. L'ensemble formé par la plaque 40, l'organe tu- bulaire 44 et le capuchon 48 définit par conséquent un logement rigide dans lequel la broche filetée 54 est mon- tée de façon à pouvoir pivoter Le logement ainsi défini contient un écrou guide 58 engrenant avec la broche file- tée 54 et équipé d'appendices saillants ou de clavettes 60 et 62 diamétralement opposées et fixées en position par des vis 63 et faisant saillie à partir de l'organe 2,SO 4441 tubulaire 44 à travers des fentes longitudinales 64 et 66 ménagées à cet effet dans cet organe De préférence l'en- semble de l'écrou guide 58 et de la broche filetée 54 est constitué par une unité comportant-un écrou guide et une vis sans fin contenant des billes en circulation, comme cela est connu dans la technique, de manière à améliorer la précision du positionnement et à réduire l'usure. Les clavettes 60, 62 de l'écrou guide 58 sont fixées à l'aide de vis 67 à une enveloppe extérieure tu- bulaire 68 s'étendant coaxialement à la broche filetée 54 et fermée au niveau de son extrémité distale par un couver- cle 70 de préférence soudé sur ladite enveloppe et équipé d'appendices saillants de raccordement 72 permettant un raccordement, avec pivotement possible, au bras de sup- port oscillant 16 de la figure 1, par l'intermédiaire d'une goupille 74 L'enveloppe extérieure tubulaire 68 est munie, à l'une de ses extrémités, d'une bague coulis- sante 76 montée de manière à pouvoir glisser sur la sur- face de l'organe tubulaire 44 et, à son autre extrémité, le capuchon de fermeture 48 comporte un disque 78 fixé au couvercle par des vis 49 et équipé d',une garniture d'étan- chéité 82 destinée à servir de guide pour le déplacement de l'enveloppe extérieure tubulaire 68, et simultanément de piston d'étanchéité. Comme cela ressortira à l'évidence de la des- cription qui précède, lorsque la poulie 56 pivote, l'écrou guide 58 se déplace le long de la broche filetée ou de la vis sans fin 54 à billes et décale l'enveloppe tubulaire extérieure 68 qui est guidée sur la bague 76 et le disque 78 qui servent de paliers coulissants, de manière à modi- fier la distance entre les points des raccordements pivo- tants 42 et 74 du dispositif d'actionnement De préféren- ce l'extrémité de l'enveloppe extérieure tubulaire 68 est raçcordée à la plaque 40 à l'aide de soufflets de protec- tion 80. Il est évident que la structure décrite possé- 2 c 104441 8- de une grande rigidité par suite de la distance importante existant entre les points de support de l'enveloppe 68 et que sa rigidité sera substantiellement conservée même dans la position d'extension maximale du dispositif d'actionne- ment En outre le pourtour de la surface de support possè- de un diamètre important de sorte que la force de support se répartit en exerçant une faible charge unitaire et avec une configuration géométrique évitant la flexion. Conformément à une autre caractéristique avan- tageuse de l'invention, comme cela est représenté par la garniture d'étanchéité 82 sur la figure 2, l'enveloppe ex- térieure tubulaire 68 et l'organe tubulaire 44 forment en- semble un dispositif à piston et cylindre, dans lequel l'air situé dans l'espace compris entre le disque 78 et le couvercle 70 est soumis à une compression ou à une di- latation conformément à la contraction ou à l'extension du dispositif d'actionnement Dans ce but, un trou calibré 88 est ménagé dans le couvercle 70 de sorte que cet effet peut être utilisé pour réaliser une absorption des chocs pendant le fonctionnement du dispositif d'actionnement, en particu- lier lorsqu'un moteur tombe en panne brusquement, de mani- ère à ralentir le déplacement libre de l'écrou guide En' tant que disposition supplémentaire de-sécurité destinée à éviter une chute libre du bras de support oscillant 16 dans le cas d'une défaillance du moteur 34, un jeu de res- sorts amortisseurs Belleville 84 et 86 est monté à chaque extrémité de la broche filetée 54. Bien que l'on ait décrit de façon détaillée mais illustrée sur les dessins annexés une forme de réali- sation préférée de l'invention, on comprendra que cette dernière n'est pas limitée à cette forme précise et que de nombreux changements et modifications évidentes aux spé- cialistes de la technique peuvent y être apportés sans sor- tir du cadre de la présente invention. 2 '.; O)4, 1 -9 - REVENDICATIONS 1. Robot industriel possédant plusieurs axes de déplacement libre et comportant un bras supportant des organes de travail ( 24), monté de façon à pouvoir pivoter sur l'extrémité d'une colonne de support ( 14) de manière à permettre un déplacement angulaire autour d'un axe ho- rizontal ( 18) à partir d'une position angulaire médiane horizontale, caractérisé en ce que le positionnement an- gulaire du bras de support ( 16) est commandé par un vérin de levage ( 32) possédant une extrémité reliée de façon à pouvoir pivoter, par rapport audit bras de support dans une position distante dudit axe horizontal ( 18) du dépla- cement angulaire, tandis que son autre extrémité est re- liée de façon à pouvoir pivoter par rapport à la colonne de support ( 14). 2. Robot industriel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur moyenne du vérin de le vage ( 32) est approximativement égale à la distance entre l'axe horizontal ( 18) du déplacement angulaire et le point de raccordement avec pivotement du vérin de levage à la colonne de support ( 14) et le point de raccordement avec pivotement du vérin de levage ( 32) au bras de support ( 16). 3 Robot industriel selon la revendication 1, caractérisé en ce que levérin de levage ( 32) comporte une broche filetée ( 54) montée à ses deux extrémités opposées dans des paliers raccordés l'un à l'autre par des parois rigides formant au moins un organe de guidage linéaire, un écrou guide ( 58) engrenant avec la broche filetée ( 54) et étant équipé d'au moins un appendice. saillant ( 60,62) destiné à contacter avec possibilité de glissement l'organe de guidage linéaire, et une enveloppe extérieure tubulaire ( 68) fixée audit appendice saillant ( 60,62) de l'écrou guide ( 58) et comportant, sur l'une de ses extrémités, des moyens ( 72,74) de raccordement avec pivotement au bras de suppport ( 16). 04441 - 4 Robot industriel selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écrou guide ( 58) engrenant avec la broche filetée ( 54) y est accouplé avec l'interpo- sition de billes en circulation. Robot industriel selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un des paliers ( 48,52) de la broche filetée ( 54) est réalisé sous la forme d'un piston relié, de façon étanche, à ladite enveloppe tubulaire extérieure ( 68) et que cette dernière possède un fond équipé d'un trou calibré ( 88) communiquant avec l'atmos- phère. 6 A titre d'application du robot selon l'une des revendications précédentes, un dispositif d'actionne- muent électromécanique, caractérisé en ce que il comporte un verrin constitué par une broche filetée ( 54) et un écrou guide ( 58) se déplaçant sur ladite broche, dont les extrémités tourillonnent dans des paliers ( 50,52) reliés entre eux par des parois rigides concentriques ( 44,68) formant organe de guidage linéaire, ledit écrou étant porteur d'appendices saillants ( 60,62) pouvant glisser dans ledit organe de guidage ( 44) et l'enveloppe tubulaire extérieure ( 68) fixée à ces appendices et possédant au moins à I'une de ses extrémités, des moyens ( 72,74) permet- tant le raccordement articulé à un bras oscillant ( 16) supportant des organes de travail.