Brevet FR2521055A1 — publié le 19830812

L'invention se rapporte à un robot industriel com- portant plusieurs axes de mouvement ainsi qu'une tête porte-outil à point focal fixe. Bien que le robot suivant la présente invention soit conçu en tant que machine d'usinage à fonctions multiples, il est particulièrement apte à être utilisé pour le soudage à l'arc selon les méthodes TIG, MIG et MAG. Dans les robots de soudage TIG, MIG et MAG actuel- lement connus, le chalumeau de soudage est supporté par un porte-outil comportant deux (ou plus) degrés de liber- té de mouvement, de telle sorte que l'extrémité du cha- lumeau exécute un mouvement de rotation dans l'espace. Etant donné que le chalumeau de soudage est placé dans une position fixe par rapport au porte-outil qui le sup- porte, des problèmes considérables se posent lorsqu'il faut effectuer la mise au point du chalumeau de soudage pendant son fonctionnement afin d'obtenir les meilleurs résultats possibles En fait, toute modification appor- tée au trajet ou à l'emplacement du chalumeau de soudage entra 1 ne une modification plus générale de l'attitude du robot, y compris une correction du mouvement d'autres axes qui ne sont pas ceux qui définissent le mouvement de la tête porte-outil Même lorsqu'il s'agit d'appor- ter une correction minimale à la position du chalumeau de soudage, une telle programmation du robot constitue une opération extèmement difficile et compliquée. L'un des buts de la présente invention consiste à éliminer ces inconvénients et plus particulièrement à diminuer la complexité de la programmation en permettant de réaliser un robot industriel comportant plusieurs axes de mouvement de manière à permettre de modifier ou corriger la position du chalumeau de soudage et cela uniquement par des mouvements de rotation ou angulaires de la tête du robot, tout en maintenant un foyer ou 2 - point focal fixe du chalumeau de soudage, sans toucher ni au réglage des autres axes de mouvement du robot, ni à son attitude générale. L'invention prévoit à cet effet un robot industriel comportant plusieurs axes de mouvement et un socle pou- vant exécuter des mouvements linéaires ou de pivotement; un premier système de leviers à parallélogramme à mobi- lité angulaire, monté pivotant sur un support fixe dudit socle; un second système de leviers à parallélogramme, également à mobilité angulaire, monté pivotant au som- met du premier' système de leviers; un support fixe de tête porte-outil, monté sur l'extrémité extérieure du second système de leviers, ainsi qu'une tête porte-outil 8 foyer ou point focal fixe, capable d'exécuter deux mouvements angulaires et supportant un porte-outil Ce robot est caractérisé en ce que la tête porte-outil com- porte en substance un arbre fileté formant vis-mère dont une première partie est accouplée à un premier écrou de manièr e à imprimer un mouvement de translation à un pre- mier-couple de leviers parallèles, alors qu'une seconde partie de ladite vis-mbre est accouplée à un secone écrou afin d'imprimer un mouvement de translation à un second couple de leviers parallèles, la longueur et le pas de ladite première partie de la vis-mère étant sen- siblement égaux au double de la longueur et du pas de la seconde partie; les couples de leviers parallèles supportant à leur extrémité extérieure ledit porte-outil,: tandis qu'une enveloppe tubulaire entoure la vis-mère et présente des moyens de guidage coopérant avec des orga- nes de guidage prévus sur lesdits couples de leviers afin de produire un mouvement relatif de ces couples de leviers et par conséquent un déplacement angulaire du porte-outil autour de son axe longitudinal et d'un foyer ou point focal fixe Les moyens de guidage prévus pour * 35 produire le mouvement relatif entre les deux couples de 3 - leviers peuvent avantageusement être constitués par deux éléments plats ayant chacun un profil a courbure différente de celle de l'autre. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description et des revendications qui suivent, faites en regard des dessins sur lesquels: la figuqe 1 est une vue en élévation latérale d'un robot industriel comportant plusieurs axes de mou- vement, suivant un mode préférentiel de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale et coupe partielle d'une tête porte-outil incorporée au robot de la figure 1; Za figure 3 montre une partie de la tête-porte- outil qui n'est pas représentée sur la figure 2; -, la figure 4 est une coupe transversale, vue en plan, faite à travers la tête porte-outil; La figure 5 est une coupe transversale faite à une plus grande échelle suivant la ligne V-V de la fi- gure 2 et montrant également le détail représenté figu- re 3; la figure 6 est une coupe transversale faite suivant la ligne VI-VI de la figure 4 à travers la tête porte-outil de la figure 3; et La figure 7 montre schématiquement les mouve- ments exécutés par la tête porte-outil. Si l'on se réfère à la figure 1, on voit qu'un ro- bot industriel ayant plusieurs axes de mouvement, selon un mode préférentiel de réalisation de la présente in- vention, comprend un socle ou base 60 montée de façon à pouvoir se déplacer en translation linéaire sur un chariot-support, ainsi qu'il est connu dans ce domaine technique; un premier système de leviers a parallélo- gramme 70, pouvant se déplacer angulairement et monté de façon à pouvoir pivoter sur un support fixe 71 du 4 - socle 60; un second système de leviers a parallélogram- me 80, également mobile angulairement; un support 84 de tête porte-outil fixé en 85 à une extrémité extérieure du second système de leviers à parallélogramme 80; une tète porte-outil 90 à foyer ou point focal fixe, capable d'exécuter deux mouvements angulaires et accouplée au support fixe 84 de tête porte-outil, et enfin un porte- outil proprement dit 38 monté pivotant sur l'extrémité extérieure de la tête porte-outil 90 Dans ce mode pré- féré de réalisation de l'invention, le socle 60 du robot peut se déplacer en translation linéaire, mais il est évident qu'il pourrait également être monté de façon à pouvoir se déplacer angulairement si cela était désiré ou nécessaire. On confère un second degré de liberté de mouve- ment au robot grâce au système de leviers à parallélo- gramme 70 qui permet d'exécuter un mouvement de pivote- ment Ce système à parallélogramme 70 comprend à cet ef- fet deux leviers 65 et 66 montés pivotant par leurs ex- trémités 61, 62, 63 et 64 Ce système peut pivoter sur environ 700 selon un angle a, et il est commandé par un mécanisme classique à vis et écrou comportant des billes de rotation Pendant le mouvement angulaire exécuté par le système de leviers 70 autour du point 72, la vis 72, à laquelle le levier 66 est relié par l'intermédiaire d'un organe d'accouplement 67, effectue un certain dé- placement angulaire, comme le montre la position en traits mixtes de la partie extrême. Un troisième degré de liberté, encore du genre pivotant, est conféré au robot par le système de leviers à parallélogramme 80 monté pivotant sur le sommet du système 70 précédemment décrit Ce système de leviers à parallélogramme 80 est capable de se déplacer angulaire- ment selon un angle p d'environ 75 Ce mouvement angu- laire est imprimé au système de leviers à parallélogram- - me 80 par un mécanisme a vis et écrou 68 comprenant des billes rotatives et disposé parallèlement au système de leviers à parallélogramme 70. Pendant le déplacement soit individuel, soit com- biné des deux systèmes de leviers à parallélogramme 70 et 80, ces systèmes maintiennent constamment le support de la tète porte-outil dans une position fixe par rap- port au plan horizontal, de manière que même la position de la tête porteoutil 90 par rapport au plan horizontal ne change pas, bien que les caractéristiques cinémati- ques décrites plus haut permettent à la tête porte-outil de se déplacer dans n'importe quelle position que le robot peut atteindre dans l'espace. La tête porte-outil peut prendre une position in- clinée par rapport au plan horizontal et l'axe géométri- que longitudinal de la tête porte-outil définit un angle y par rapport au plan horizontal, comme le montre la figure 7 Cet angle est déterminé dès la conception du robot et dans un mode préféré de réalisation sa valeur est d'environ 300 Après avoir déterminé l'emplacement fixe et constant de la tête porte-outil pour tout mou- vement que celle-ci doit exécuter, comme on l'a décrit ci-dessus, la tête porte-outil dispose de deux degrés complémentaires de mouvements pivotants, durant lesquels l'axe longitudinal de la tête porte-outil peut tourner, autour d'un centre, dans un point fixe du foyer, ainsi qu'il sera décrit plus en détail par la suite. La tête porte-outil 90 du robot suivant la pré- sente invention est représentée schématiquement et en coupe partielle sur la figure 2 A l'intérieur de la tête porte-outil 90 est logé un arbre fileté 10 entral- né par un moteur électrique 11 dont l'arbre est relié directement à l'arbre fileté 10 par une poulie 13, une courroie de transmission 14 et une poulie réceptrice 15. L'arbre fileté 10 est logé à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire rotative 20, et peut tourner à l'intérieur de cette enveloppe grâce à des roulements 17 ajustés dans une paroi inférieure 16 de l'enveloppe, ainsi qu'à un roulement 19 disposé à l'extrémité extérieure de l'enve- loppe 20 La paroi inférieure 16 de l'enveloppe tubulaire est solidement fixée à une couronne dentée 21 qui en- grène avec un pignon 18 dont la rotation est assurée par un moteur à courant continu couplé à une dynamo tachomé- trique et à travers un-réducteur à engrenages du type coaxial & commandeharmonique L'enveloppe tubulaire 20 est montée en rotation dans une première chemise 23 so- lidement fixée au carter 25. L'arbre fileté 10 est divisé en deux parties fi- letées distinctes 28 et 30 Le pas de vis et la longueur de la partie 28 sont approximativement le double de ceux de la partie 30 La première partie filetée 28 coopère avec un écrou en forme de manchon ou similaire 27, tan- dis que la seconde partie filetée 30 coopère avec un écrou similaire 31 Grâce à cette disposition, la lon- gueur de-course de l'écrou 27 sera deux fois celle de l'écrou 31. Deux paires de leviers sont reliés aux ézrous 27 et 31, comme le montrent plus clairement les figures 3, 4, 5, et 6 La figure 3 montre en élévation latérale une partie de la tête porte-outil qui n'est pas représentée sur la figure 2 et qui est placée exactement au-dessus de et en alignement avec la partie que montre la figu- re 2. Comme on le voit sur la figure 4, les deux le- viers 26 et 29 sont reliés par l'intermédiairede douil- les 22 et de roulements 24 (figure 6) à l'écrou 27 De même, une autre paire de leviers 32 et 35 est reliée par l'intermédiaire de douilles et de roulements à l'écrou correspondant 31 La disposition relative des leviers a pparalt plus clairement sur la figure 3 qui -7 - montre le levier 26 relié à l'écrou 27 en 37, et le levier 32 relié à l'écrou 31 en 41. Les leviers 26 et 29 sont plus longs que les le- viers 32 et 35, et surmontent ou recouvrent ces derniers en 41 grâce à une partie fendue Les deux paires de le- viers 26, 29 et 32, 35 supportent un porte-outil 38 à leur extrémité extérieure, ce porte-outil 38 étant monté pivotant sur les leviers aux points 39 et 42. La figure 5 est une coupe transversale faite sui- vant la ligne V-V de la figure 2 et montre l'ensemble de la tête porte-outil avec ses moyens de guidage qui se- ront décrits plus loin La figure 6 est une coupe trans- versale faite suivant la ligne VI-VI de la figure 4 et montre l'écroumère 27 et les douilles 22 et roulements -24 qui assurent la liaison entre les leviers de la paire la plus longue. Ainsi, les leviers 26 et 29, 32 et 35, effectuent un mouvement de translation le long de l'arbre fileté 10 grâce aux écrous respectifs 27 et 31, auxquels ils sont accouplés Etant donné que la première partie 28 de l'arbre fileté 10 a un pas de vis égal au double de celui de la seconde partie 30, la translation des leviers les plus longs est approximativement égale au double de celle de la paire de leviers plus courts En même temps que le mouvement de translation dans le sens longitudi- nal de l'arbre fileté 10, les couples de leviers subis- sent également un déplacement relatif dû à la présence de dispositifs de guidage 45 que montre la figure 3 et qui sont fixés aux côtés de l'enveloppe tubulaire 20 par leur partie inférieure 44 qui correspond au profil 44 ' de cette enveloppe tubulaire, comme le montre la figure 2. Le dispositif de guidage 45 comprend une plaque comportant un profil de came extérieur 47 et un profil de came intérieur 49 Ce dernier est constitué par une 8 - mortaise allongée formée dans la plaque Des organes de guidage 50 sont fixés à mi-longueur des leviers 26 et 29, tandis que d'autres organes de guidage analogues 40 sont fixés à ml-longueur des leviers 32 et 35 Les or- ganes de guidage 50 et 40 comportent des roulements qui portent respectivement contre les profils incurvés 47 et 49 du dispositif de guidage 45 Pendant que les organes de guidage 50 et 40 se déplacent le long des profils de came 47 et 49, il déterminent un mouvement relatif entre les leviers longs 26, 29 et les leviers courts 32, 35 au cours du mouvement de translation qu'ils effectuent et ce mouvement relatif se traduit par un réglage de la po- sition angulaire du porte-outil 38, réglage qui est cen- tré autour d'un point focal au foyer fixe, conformément au but annoncé de la présente invention. La forme des profils de came 47 et 49 ainsi que les autres caractéristiques des leviers, telles que les positions respectives des roulements 40 et 50, la lon- gueur des leviers et leur point de liaison avec le por- te-outil 38, seront choisis de manière appropriée au cours de la phase de conception du robot industriel, afin de réaliser un réglage angulaire de l'emplacement du porte-outil 38 par rapport à son axe longitudinal dans un arc dont le centre est constitué par un point fixe de foyer 55, que montre la figure 7, cet arc cou- vrant un angle 5 d'environ 90 . La figure i montre également le mouvement du porte-outil 38 qui résulte du déplacement relatif simul- tané des leviers longs et courts sous l'action des écrous et des moyens de guidage décrits ci-dessus L'axe longitudinal 52 du porte-outil et par conséquent le cha- lumeau de soudage introduit dans ce porte-outil seront constamment dirigés vers le point fixe du foyer 55, quelle que soit l'inclinaison du porte-outil 38, le fo- yer ou point focal 55 étant déterminé par la position g- relative entre l'axe 52 et l'axe de l'arbre fileté 10. Attendu que l'enveloppe tubulaire 20 peut également exé- cuter autour de son propre axe une excursion angulaire pouvant atteindre 3600 ou davantage, le porte-outil peut être orienté dans l'espace suivant deux degrés de liber- té de mouvement de pivotement, et le chalumeau de souda- ge peut se placer dans n'importe quelle position dans l'espace en fonction de ces deux degrés de liberté de mouvement autour d'un centre qui reste constamment le point fixe du foyer 55 Cela conformément au but annoncé de l'invention qui est, comme on l'a indiqué, de permet- tre un réglage de la position du chalumeau de soudage et d'effectuer des corrections au niveau de la tête du porte-outil sans avoir à régler les autres axes du mouve- ment effectué par le robot. Ainsi qu'il a été souligné plus haut, cela simpli- fie la programmation du robot suivant l'invention et rend plus fiable le fonctionnement du robot en comparaison de robots analogues mais de conception classique. Bien que l'on ait décrit en détail ci-dessus et représenté sur le dessin annexé un mode préféré de réa- lisation de l'invention, il est évident pour zout spé- cialiste dans l'art,que l'invention n'est nullement li- mitée à ce mode précis de réalisation et que de nombreux changementset modifications pourront y être apportés sans s'écarter des principes de base de l'invention, tels qu'ils ont été définis ci-dessus. - REVENDICATIONS 1. Un robot industriel comportant plusieurs axes de mouvement et un socle ( 60) monté de façon à pouvoir effectuer des déplacements soit en translation linéaire, soit en rotation, un premier système de leviers ( 70) à parallélogramme, angulairement mobile et monté pivotant sur un support fixe ( 71) dudit socle, un second système de leviers ( 80) à parallélogramme, monté pivotant au sommet du premier système de leviers, un support fixe ( 84) de tète porte-outil relié à une extrémité extérieu- re ( 85) du second système de leviers, une tête porte- outil a foyer fixe ( 90) capable d'exécuter deux meuve- ments angulaires et reliée audit support ( 84), ainsi qu'un porte-outil proprement dit ( 38) monté pivotant sur lextrémité extérieure de ladite tête porte-outil ( 90), ce robot étant caraotérisé en outre en ce que la tête porte-outil ( 90) comprend en substance un arbre fileté ( 10) ayant une première partie filetée ( 28) associée à un premier écrou ( 27) de manière à produire un mouvement de translation d'un premier couple de leviers parallèles ( 26, 29), ainsi qu'une seconde partie filetée ( 30) asso- ciée a un second écrou ( 31) de manière à produire un mou- vement de translation d'un second couple de leviers paral- lèles ( 32, 35), ladite première partie filetée ( 28) de l'arbre fileté ayant une longueur et un pas égaux en substance au double de la longueur et du pas de la se- conde partie filetée ( 30), ces couples de leviers paral- lèles ( 26, 29; 32, 35) supportant ledit porte-outil à leur extrémité extérieure, et une enveloppe tubulaire ( 20) entourant coaxialement ledit arbre fileté ( 10) et pourvue de moyens de guidage ( 45) coopérant avec des organes de guidage ( 50, 40), prévus sur lesdits couples de leviers afin de produire un mouvement relatif de ces couples de leviers et par conséquent un déplacement an- gulaire du porte-outil ( 90) autour de son axe longitu- il - dînal et d'un point focal ou foyer fixe. 2. Robot Industriel selon la revendication 1, caractérisd en ce que les moyens de guidage ( 45) desti- nés à produire un mouvement relatif entre les deux cou- ples de leviers ( 26, 29; 32, 35) sont constitués par des éléments plats ( 50, 40) ayant chacun un profil de courbure différent qui définit un profil extérieur ( 47) et un profil intérieur ( 49), ce dernier étant formé par une partie extérieure d'une mortaise allongée prévue dans ces éléments plats. 3. Robot industriel selon la revendication 2, caractérisa en ce que les organes de guidage ( 50), pré- vus sur le premier couple de leviiers parallèles ( 26, 29), dont la translation est assurée par le premier écrou ( 27), sont en contact avec ledit profil extérieur ( 47) des moyens de guidage ( 45), et que les organes de gui- dage ( 40) prévus sur le second couple de leviers paral- lèles ( 32, 35) dont la translation est assurée par le second écrou ( 31) portent contre ledit profil intérieur ( 49) des moyens de guidage ( 45). 4. Robot industriel selon la revendication 1, c"ractézisa en ce que ledit arbre fileté ( 10) est sup- porté dans des alésages coaxiaux prévus dans ladite en- veloppe tubulaire ( 20) et relié à celle-ci par l'inter- médiaire de roulements ( 17, 19) permettant une rotation relative entre ces éléments. ,. Robot industriel selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arbre fileté ( 10) est accou- plé à un moteur électrique d'entraînement ( 11) disposé à l'extérieur de ladite enveloppe tubulaire ( 20). 6. Robot industriel selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire ( 20) est montée rotative dans une douille fixe ( 23) de la tête porte-outil ( 90), l'entraînement s'effectuant grâce a deux couronnes dentées ( 21, 18) dont l'une ( 21) est 12 - rigidement solidaire de l'enveloppe tubulaire ( 20) et l'autre ( 18) est accouplée à un arbre de sortie d'un moteur électrique ( 12) a réducteur coaxial).