Brevet FR2519576A1 — publié le 19830718

ROBOT A PATTES GRIMPEUR La présente invention concerne les robots qui se déplacent sur les parois verticales ou en plafond Elle permet d'effectuer, sans présence humaine directe, des taches dangereuses, difficiles, fastidieuses, sans usage d'échafaudage. 5 Dans les dispositifs connus de ce genre, une série de lignes de ventouses assure, par reptation, la progression d'une machine articulée. tais ce dispositif a l'inconvénient d'un poids important et d'une com- plexité qui engendrent un coût élevé De plus, il ne possède pas de po- sition de travail particulière assurant une stabilité maximum aux ef- 10 forts résultant de l'action des outils de travail. Le robot, selon l'invention, permet d'éviter ces inconvénients. Il est constitué d'une structure de travail et d'un équinage mobile par rapport à cette structure, chacun de ces deux éléments pouvant supnorter l'autre pendant leur déplacaeent relatif. 15 Cette disposition assure une grande stabilité et permet un fonc- tionnement avec, uniquement, une translation et une rotation. La figure 1 représente un robot vu de dessus avec quatre vérins sur la structure principale, et deux modules de travail. 20 La figure 2 représente le même robot vu en élévation* Les figures 3 et 4 représentent une succession de six positions nécessaires pour effectuer un pas. La figure 5 représente l'organisation électronique de commande du robot. 25 La figure 6 représente le schéma de câblage pneumatique du robot. La figure 7 représente une variante du robot avec une seule poutre centrale et deux ventouses avant sur un seul vérin. La figure 8 représente un dispositif de translation et de rotation de l'équipage mobile dans la variante de la figure 7. 30 Selon une première variante, quatre vérins ( 1) sont munis, en bout de tige, d'une ventouse pneumatique ou magnétique ( 2) par l'intermédiai- re d'une rotule ( 3). Les vérins sont rendus solidaires par l'intermédiaire d'une struc- ture principale comportant deux poutres longitudinales ( 4) et deux poutres transversales ( 5). Cette structure de travail est nécessaire pour obtenir une stabili- té suffisante du robot lors de travaux mettant en oeuvre des efforts -2- La structure de travail sert de chemin de roulement sur les poutres longitudinales ( 4) afin d'assurer la translation de l'équipage mobile ( 8). Celui-ci, guidé sur les poutres par un dispositif coulissant ( 6), est doté d'un système motorisé de translation par crémaillère, vérins, chat- 5 nes , afin d'assurer le déplacement entre les deux poutres ( 5). Un actionneur, constitué, par exemple, par un moto-réducteur ( 7), assure la rotation du palonnier ( 48) sur un axe vertical Le palonnier comporte des ventouses ( 2) reliées par l'intermédiaire de rotules ( 3). Ces ventouses sont du type magnétique ou pneumatique suivant la nature 10 de la paroi - Sur les poutres (S), il est prévu un dispositif de fixation pour les bras de travail ( 9) Ces bras, du type à articulation robotique avec poignet à changement automatique d'outils, permettent au robot d'effectuer ses missions Un ratelier porte-outils est prévu dans le 15 coffret du bras de travail ( 9). Les vérins sont actionnés pneumatiquement, la structure de travail formée par les poutres ( 4) et ( 5) permet, dans une autre variante-, de fixer des vérins à vis Ces vérins sont actionnés par un seul moteur avec une transmission par chaines, câbles, courroies 20 Pour avancer dans une direction, le robot peut effectuer successi- vement les opérations suivantes (voir figures ( 3) et ( 4): A) Position de départ, ventouses de vérins ( 1) en prise, vérins ( 1) en position basse, ventouses de l'équipage mobile en contact avec la paroi. 25 B) Action des vérins ( 1), arrât de la dépression dans les ventou- ses de l'équipage mobile Les vérins ( 1) sont en position haute. C) Translation de l'équipage mobile d'un côté à l'autre du robot. C'est la longueur de cette translation qui détermine le pas du robot. 30 D) Les vérins ( 1) sont rentrés en position basse de manière à ame- neibes ventouses de l'équipage mobile en contact avec la parois et mise des ventouses de l'équipage mobile en dépression. (Dans le ces de ventouses magnétiques, cela correspond à l'ai- mantation maximum). 35 E) Vérins ( 1) en position sortie (position haute), le robot reste an appui uniquement sur les ventouses de l'équipage mobile. F) Translation de la structure principale, par rapport à l'équipa- ge mobile, d'un c 8 té à l'autres Après cette action, on se re- -3- trouve dans la position initiale (A), et le processus peut recommencer. Il est à noter que la position de travail en maximum de stabilité est la position o les quatre vérins extérieurs sont en prises Pour des 5 travaux légers comme la peinture, on peut travailler en quasi-continu. Pour ce faire, la translation (F) sera exécutée à vitesse lente, alors que les autres mouvements seront exécutés à vitesse rapide Ce type de commande n'est pas possible pour le grattage, par exemple, qui demande des efforts importants au niveau de l'outil Ce type de commande permet 10 d'utiliser le degré de liberté translation du robot comme degré de li- berté de l'outil, donc de diminuer la complexité et le coàt du bras ro- botique ( 9). Pour orienter sa progression dans une direction, le robot peut ef- fectuer successivement mes opérations suivantes: 15 1) Vérins ( 1) en position haute, ventouses de la structure de tra- vail en prises équipage mobile ventouses non activées. 2) Translation de l'équipage mobile en position centrale (au mi- lieu des poutres avant & arrière) de manière à faire colncider l'axe transversal du robot avec l'axe de rotation du changement 20 de cap. 3) Rentrer les vérins ( 1) de manière à amener les ventouses de l'é- quipage mobile en prise avec la paroi. 4) Rotation de l'actionneur ( 7) pour rotation au nouveau cap de la structure du robot. 25 5) Descendre les vérins ( 1) en position basse, de manière à mettre leurs ventouses en prise avec la paroi. Dispositions constructives des éléments de commande: Le capteur de déplacement longitudinal qui est un codeur ( 10) est relié à l'interface d'entrée ( 12) Différents types de codeurs peuvent 30 convenir: codeur incrémental avec initiâlisateur, codeur absolu, capteur potentiométrique e Chaque ventouse, à sa partie centrale, est munie d'un capteur de pro- ximité Ce capteur peut Otre un détecteur tout ou rien de proximité, une sonde à ultrasons un relai à manque de pression 35 C'est ce dispositif qui asservit le positionnement des vérins. Ces capteurs ( 1 ?) sont connectés avec l'interface d'entrée ( 12). Dans le cas o un bras robotique est installé sur le robots les cap- teurs de ces derniers ( 13) sont connectés sur l'interface d'entrée ( 12) En variante, un capteur de vitesse des moteurs des actionneurs ainsi que les capteurs de pression ( 16) du réservoir d'air et capteur de dépression ( 15) des ventouses sont connectés sur le circuit ( 12). L'interface d'entrée est relié au microprocesseur ( 17), lui-m Ome doté d'une mémoire de lecture écriture ( 18), et d'une mémoire program- 5 me ( 19) Les distributeurs pneumatiques pour moteur ( 20), distributeur d&embrayage ( 21), distributeur pour mise en dépression des ventouses par venturi ( 22), distributeur de commande des vérins avant arrière ( 23) sont reliéda b l'interface de sortie ( 24), de même que les actionneurs d'un éventuel bras robotique pour outils ( 25). 10 Dans le cas ob le robot opère sur de très grandes surfaces, il est nécessaire d'adjoindre un système de positionnement ( 26) Il sers relié au microprocesseur par l'intermédiaire des ports d'entrée et sor- tie. En effet, sur une paroi verticale ou inclinée, ou en plafond, le 15 robot peut se positionner sans aide de système de positionnement com- plémentaire, uniquement par la méthode dite "estime" Cette dernière consiste à faire la somme des vecteurs déplacement correspondant à cha- que pas du robot, stc'd'en calculer la résultante Cette somme est obte- nue par l'intermédiaire des codeurs déplacement longitudinal et rotation. 20 Cependant, on remarquera que chaque déplacement ou rotation sera entaché d'une erreur dẻ à différentes causes: a) Erreurs instrumentales b) Glissement des ventouses et déformation sur la paroi c) 3 eux mécaniques 25 d) Positionnements des rotules ( 3) des ventouses ( 2). Ceci implique l'usage d'un système de positionnement pour les sur- faces dépassant une centaine de mètres carrés environ. Pour des surfaces inférieures, on peut directement programmer le robot sur EPR Qm, par les modes classiques d'apprentissage (Syntaxeurs, 30 point à point, numériques) Mfmoire effacable par Ultra-violets. Pour les surfaces supérieures, on fait appel à différentes méthodes et systèmes de positionnement Par exemple: Méthode de la reconnaissance de cible Un repère est figuré sur la paroi, à intervalles réguliers de manière b ce que le chemin entre deux repères reste compatible avec la 35 prdéoision du robot Le robot se réinitialise sur chaque cible. On peut également utiliser des systèmes de positionnement par ultra- sons, par radiofréquence, par câble tendu (coordonnées polaires) - tous ces systèmes étant connus, on ne les décrira pas plus avant. Dans le cas o le robot est utilisé en téléactivité, le système le système de positionnement ( 26) Fig 5 sera remplacé par le dispo- sitif de télécommunication. Oescription du circuit pneumatique: Dans cette variante, on a choisi des actionneurs pneumatiques Il est bien précisé que d'autres modèles de 5 l'invention peuvent être réalisés avec actionneurs électriques, hydrau- liques ou autres. La figure 6, planche 2, représente les liaisons fonctionnelles en- in tre les différents composants pneumatiques. Un compresseur ( 27) alimente un réservoir ( 28) L'air comprimé est 10 dirigé par une canalisation souple jusqu'à un réservoir tampon ( 29) sur le robot Ce réservoir peut tre constitué par le chassis métallique creux du robot Le capteur de pression ( 16) est branché sur le réservoir ( 29) Les distributeurs ( 22), ( 23), ( 20), ( 21), ( 25) alimentent les dif- férents éléments, comme indiqué sur Xe schéma (figure 5) 15 La carte de l'unité centrale à microprocesseur est connectée sur les bobines de commande des distributeurs La télécommande ou ordres d'urgence sont établis sur le bottier ( 31), et transmis par câble jus- qu'au robot, ainsi que l'énergie électrique depuis le bottier ( 32). Une variante consiste à rendre le robot autonome par l'installation 20 d'un générateur électrique d'air comprimé sur la structure de travail. Dans ce cas, la télécommande s'effectue à distance par ondes radio, ultra-sons ou rayon optique. Une autre variante de l'inve@tion est représentée figure 7. L'ossature principale est constituée par une poutre métallique ( 33) 25 reliée à une extrémité à un vérin portant deux ventouses, et à l'autre extrémité à deux poutres ( 34) munies chacune d'un vérin à ventouse ( 1). Cette disposition constructive est particulièrement avantageuse dans le cas ob l'on se limite à un outil robot L'équipage mobile ( 35), détaillé sur la figure 8 an coupe, possède deux ventouses rapprochées 30 c 8 té outil robot, et deux ventouses écartées côté opposé. Il est à noter que l'on peut remplacer une ventouse par plusieurs plus petites couplées entre elles, notamment pour des surfaces courbes. On meut observer que le nwmbre des vérins ( 1) n'est pas limité à 3 ou 4, on peut notamtment utiliser un vérin unique portant une ou plusieures ventouses 35 dans les cas d'un appareillage léger. Ce vérin sera avantageusement placé au centre du robot. Sur la figure 8, un moteur pneumatique avec sa réduction primaire ( 34) est rendu solidaire de deux garnitures de freinage ( 35) La vis de sortie () du bloc moteur entrains soit le pignon de gauche ( 37), soit 0 " B M JOU ( 38), suivant qu'il est maintenu, à droite ou a gauche, par un dispositif h vérin ou autre. Il est bien précisé que la figure 8 ne représente qu'une variante constructive du robot de la présente invention. On remarque que les garnitures ( 35) immobilisent le pignon non en- 5 tratné Le pignon ( 38) entraîne un engrenage ( 39) par l'intermédiaire de l'axe ( 40), maintenu sur, les paliers ( 41) Par rotation sur la crémaillè- re ( 42), le pignon ( 38) assure le mouvement de translation de l'équipage mobile Un dispositif de galets ( 43) assure le maintien tout en permettant la translation de l'équipage mobile sur la poutre ( 33) Les galets ( 43) 10 seront fixés sur le chassis de ( 44) par un axe ( 45) muni de blocs élas- tiques ( 46) pour compenser l'usure des galets L'autre pignon ( 37), par l'intermédiaire d'un axe ( 47), entralne en rotation le palonnier ( 48) qui porte les ventouses ( 2) Le cardan ou rotule ( 3), fixé entre la ven- touse ( 2) et le palonnier-( 48), permet une adaptation sur les parois 1 S courbées. Un capteur de déplacement ( 49), composé par une sonde à effet HALL, envoie une impulsion à chaque passage de dent de crémaillère. Un codeur de position absolue ( 50) fournit la position angulaire de la rotation par rapport au chassie ( 44) Une sonde à ultra sons ( 51) 20 permet l'appréciation de la distance ventouses/paroi. Une autre variante, très intéressante, de l'invention, possible uniquement en raison de la rotation de l'équipage mobile, est la suivante: Pour les travaux légers, on fixe l'outil par un profilé directement sur l'équipage mobile, et à une distance dite "distance de rayonnement" 25 du centre de rotation de l'équipage mobile Par exemples, pour une pulvé- risation sur une paroi verticale ou un plafond, le pistolet de pulvéri sation sera fixé sur l'équipage mobile qui, de ce fait, aura deux fonctions: 1) assurer la motricité de déplacement du robot, 2) assurer la cinématique de l'outil. 30 Ces deux fonctions seront assurées en séquentiel Pour passer de l'une à l'autre, il suffit d'actionner les vérins ( 1) qui mettent en prise les ventouses de l'équipage mobile. La présente invention s'applique aux travaux de peinture, de net- toyage et préparation des parois verticales et horizontales, comme les 35 coques de navires, les carlingues d'avions, les plafonds d'immeubles sans échafaudages. Pour la peinture par feutre ou aérosol à des fins d'indication ou de décoration sur des vitrines, par exemple. Pour le nettoyage des vitres et façades des immeubles. 40 Pour la vérification de citernes sur b Ateaux Dans ce cas, l'outil M Ut Jplacé par une caméra. 7 2519576 Pour les vérifications ou les remises en état, sous l'eau, des plateformes marines. Pour l'intervention sur charpentes métalliques de bâtiments, montage de charpentes ou pose de couvertures par le grutier à distance 8 R E V E ND I C AT I O N S 1) Robot à pattes grimpeur assurant son maintien sur des pa- rois verticales ou des plafonds par des ventouses magnétiques ou pneu- matiques ( 2), caractérisé par une structure de travail ( 4) et ( 5) abou- tissant à chaque extr mité à, au moins, une ventouse ( 2) formant, ainsi, un polygone de sustentation stable qui englobe les déplacements d'un équipage mobile ( 8), associé à la structure de travail ( 4), ( 5). 2) Robot à pattes grimpeur salon la revendication 1, caracté- risé par un équipage mobile ( 8), avec deux degrés de liberté& la translation suivant l'axe du robot et la rotation sur l'axe vertical 4) Robot à pattes grimpeur selon la revendication 1, caracté- risé par un profilé pour fixation d'un outil léger sur l'équipage mo- bile ( 8) 5) Robot à pattes grimpeur selon la revendication 1, caracté- risé par'une structure de travail ( 4)-( 5), composé d'au moins une poutre creuse, gonflée à l'air comprimé, et faisant office de réservoir tampon d'air. 6) R Ibbot à pattes grimpeur selon la revendication 1, pneumatique 2 caractérisé en ce qu'il comprend une structure de travail pourvue de ventouses fixées sur elle, et un équipage mobile, par rapport à cette structure également pourvue de ventouses, la structure de travail étant capable de supporter l'équi- page mobile pendant qu'il se déplace, et l 'équipage mobile étant capable de supporter la structure de travail perdant son déplacement. 3) Robot à pattes grimpeur selon la revendication 1, caracté- risé par des fixations sur la structure de travail ( 4) et ( 5), pour bras robotique doté d'outils.