Brevet FR2533487A1 — publié le 19840330

La présente invention se rapporte à un bras de-robot à joints articulés On sait qu'il est souvent souhaitable de pouvoir orienter l'outil fixé à l'extrémité du bras d'un robo t industriel dans différentes positions Pour cette raison, on connait dans la technique antérieure des robots dont la partie la plus externe du bras comporte un ou des joints articulés. Un bras de robot à joints articulés comprend un joint qui peut pivoter simultanément autour de deux axes orthogonaux et qui, de plus, peut pivoter autour d'un troisième axe En - général, le joint peut *se déplacer de 1800 dans toutes les di- rections par rapport à l'axe du bras du robot, en combinant une rotation autour de ces deux axes orthogonaux En général, le joint peut, aussi, tourner autour de l'axe du bras du robot, quelle que soit la position du join-t Un joint universellement * 15 connu ayant ces propriétés est le joint universel Toutefois, un joint universel de type classique a une aire de travail res- treinte Pour obtenir une aire de travail plus grande, il est possible d'assembler plusieurs joints universels de façon que la somme des aires de travail de chacun d'eux produise la fonc- tion désirée Voir le brevet norvégien NO 137 351, qui décrit. un ensemble de plusieurs joints universels destiné à produire *un joint de robot articulé pivotant. Uneparticularité caractéristique du bras de robot décrit dans le mémoire descriptif du brevet précité est que l'effet cumulatif des mouvements des joints universels est obtenu par l'interaction de surfaces sphériques ou d'autres surfaces courbes qui roulent ou basculent l'une vers l'autre Dans ce type de bras de robot flexible, il est nécessaire de s'assurer que les surfaces courbes ne glissent pas l'une sur l'autre et qu'elles ne se séparent pas Cela est obtenu, selon le brevet précité, en pourvoyant les surfaces courbes de rainures et de nervures emboîtées ou de goupilles engagées dans des trous correspondants Des modes de réalisation pratiques ont démontré que la solution des rainures et nervures n'est utili- sable que pour de très petits mouvements de chaque joint et-que, de ce fait, de nombreux joints sont nécessaires pour que le bras puisse effectuer un mouvement de 1800 L'une des caractéristiques d'un bon bras de robot est qu'il n'y a que très peu de jeu dans 2 2533487 les transitions entre les joints, là o le mouvement est trans- mis Pour réduire le jeu, il est souhaitable que le nombre des joints soit le plus petit possible,car le jeu final est la somme des jeux de tous les joints La solution des goupilles engagées dans des trous a trouvé davantage d'applications, car elle permet, à chaque joint, de plus grands mouvements Un mode de réalisation ayant des goupilles et des trous présentant une configuration en développante a été utilisé Dans ce mode de réalisation, le transfert du mouvement s'effectue de la même manière qu'entre deux pignons sphériques qui peuvent rouler l'un contre l'autre dans toutes les directions Toutefois, ce mode de construction présente plusieurs inconvénients L'intention de la présente invention est de perfectionner un bras de robot de ce type; c'est pourquoi les inconvénients de ce mode de réa- lisation seront décrits plus en détail ci-après. Les surfaces qui sont en contact l'une avec l'autre doivent avoir un haut degré de précision pour éviter le jeu ou des mouvements saccadés Le mode de construction de la techni- que antérieure est tr-ès sensible aux décalages axiaux entre les joints Un décalage axial a le même effet qu'une variation de la distance entre les arbres de deux pignons engrenés En consé- quence, pour qu'il n'y ait pas de jeu dans les joints, une gran- de précision est nécessaire en ce qui concerne les distances de centre à centre et l'assemblage de chaque joint Il est générale- ment nécessaire d'ajuster cela pendant l'assemblage et l'installation du dispositif L'un des défauts de ce mode de réalisation est que la surface de contact entre chaque joint devient très petite Jcar une dent circulaire engrène avec un trou de grand diamètre De plus, une petite surface de contact a pour résultat une augmentation de l'usure En outre, des limitations mécaniques font qu'il est impossible d'avoir plus d'une dent en contact complet aux positions extérieures Les dimensions de la dent engrénante déterminent la charge que le dispositif peut supporter, en ce qui concerne les contraintes de flexion, les contraintes de cisaillement et, en particulier, la fatigue de la matière. Le but de la présente invention est de proposer un bras de robot flexible assemblé d'une manière connue en interconnectant plusieurs joints universels, mais o la liaison entre chaque joint a une surface de contact relativement grande et, de ce fait, est plus résistante à l'usure; o la résistance de la liaison est sensiblement plus grande que dans n'importe quel bras de robot connu ayant des dimensions similaires: qui n'exige pas un degré anormal de précision en ce qui concerne les déplacements ou les décalages axiaux ou la précision d'assembla- ge; et o chaque joint se meut avec un mouvement doux, régulier et constant. L'invention atteint les buts qu'elle s'est fixée en proposant un bras de robot articulé qui comprend un certain nombre d'éléments ou tronçons rigides interconnectés et destinés à être entraînés dans des mouvements de flexion commandés par des moyens de transmission pour robot, tandis que les éléments successifs sont reliés ensemble à la manière des maillons d'une chaîne et sent reliés entre eux à pivotement au moyen de joints universels disposés entre des extrémités d'interconnexion des éléments,les éléments rigides faisant, en fait, partie de joints universels, cependant que les extrémités adjacentes de deux élé- ments reliés au même élément intermédiaire sont en liaison de- pivotement mutuel, que l'élément d'extrémité le plus à l'intérieur du bras de robot flexible est suppporté à pivotement par rapport à une partie précédente du bras du robot comportant un arbre de transmission ou menant, en saillie afin de faire tourner autour de son propre axe le bras articulé de robot, et est agencé pour être entraîné par des moyens de transmission, suivant des mouve- ments vers l'extérieur commandés autour dudit support de pivote- ment, tandis que, en même temps, l'extrémité intérieure de l'élé- ment immédiatement suivant qui est articulée sur ledit élément d'extrémité, est reliée à pivotement à l'arbre menant afin de transmettre aux éléments ou chaînons suivants un mouvement de pivotement correspondant vers l'extérieur Dans le bras de robot articulé selon l'invention, la liaison de pivotement entre les extrémités butantes adjacentes de deux éléments ou maillons est constituée par une goupille fixée à l'une des extrémités d'un élément et qui pénètre en coulissant dans un trou percé dans une rotule montée mobile dans un palier ou coussinet fixé ou formé à l'extrémité adjacente de l'élément voisin et> pour établir la liaison de pivotement entre l'arbre menant et l'élément immé- diatement suivant, l'extrémité libre de l'arbre menant passe dans un trou percé dans une rotule montée mobile dans un palier ou coussinet fixé ou formé à l'extrémité adjacente de l'élément immédiatement suivant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suivra faite à titre illus- tratif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente en perspective un bras de robot articulé conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale à travers la liaison entre les extrémités de deux joints du bras de robot -flexible, lorsque ces joints sont alignés; et j 5 la figure 3 est une coupe longitudinale à travers la liaison des extrémités de deux joints du bras de robot flexible, quand ces joints ont été déplacés l'un par rapport à l'autre. Le bras de robot de la figure 1 comporte quatre joints universels 1, 2, 3, 4 Les joints universels 1, 2, 3, 4 sont interconnectés respectivement au moyen d'un premier maillon ou élément 5, d'un second élément 6, d'un troisième élément 7 et d'un d'un quatrième élément 8 qui sont interconnectés sensiblement à la manière des maillons d'une chaîne, mais avec interposition de joints universels, les maillons ou éléments faisant, en fait, partie de ces joints universels A l'extrémité extérieure de l'élément 8 le plus à l'extérieur est fixé un tourillon 9 per- mettant de fixer des outils au bras flexible du robot Jusque là le bras de robot flexible de l'invention a la même structure que celui décrit dans le brevet norvégien NI 137 351 Toutefois, le bras de robot de la présente invention diffère de celui décrit dans le brevet cité par la manière dont le mouvement est trans- mis d'un joint à l'autre En effet, pour transmettre le mouvement du premier élément 5, par exemple, au troisième élément adjacent 7, ce troisième élément 7 comporte une goupille 10 qui s'ajuste en coulissant dans un trou percé dans une rotule 11 montée mobile dans un palier ou coussinet 12 fixé au premier élément 5 Quand les éléments 5 et 7 se déplacent l'un par rapport à l'autre, la goupille 10 glisse axialement dans le trou de la rotule 11, en même temps que cette rotule 11 tourne, comme représenté sur la figure 3 Ainsi, la surface de contact onirc les deux éléments 5 et-7 est constituée par la surface de contact entre la goupille 10 et la rotule 11 Puisquepar hypothèse, la goupille 10 glisse axialement par rapport au trou de la rotule 11 quand les éléments 5 est 7 se-déplacent, aucune précision axiale'particulière n'est nécessaire durant l'assemblage du dispositif Du fait qu'une seule goupille 10 est engagée et ne se désengage jamais, on évite les mouvements saccadés (qui autrement, se produisent facilement quand le point de contact passe d'une goupille à la suivante) La rotule mobile 31 fait partie d'un palier d'articulation de type classique De tels paliers de haute précision sont disponibles à bon marché dans le commerce Les surfaces qui sont essentielles pour le bon fonc- *tionnement de l'ensemble peuvent ainsi être produits sur un tour ordinaire avec des outils classiques De ce fait, les coûts de fabrication sont bas comparativement aux modes de réalisation dans lesquels-le mouvement est transmis entre les maillons ou éléments 5, 7 au moyen de surfaces courbes qui roulent ou bas- culent l'une vers l'autre. Un arbre rotatif 13 s'étend de la partie précédenté 14 du bras du robot, à travers un trou percé dans une rotule - montée mobile dans un palier fixé à l'extrémité postérieure du second élément 16, de la même manière que celle décrite précédemment. Une bague de transmission 16 s'applique à glissement contre la surface extérieure du premier joint universel 1 et deux goupilles 17 et 18 fixées à cette bague sont destinées à être reliées respectivement à des tiges (non représentées) pou- vant se déplacer longitudinalement, tiges qui sont reliées à la partie 14 précédente du bras du robot afin de faire fléchir le bras de robot articulé. Il va de soi que, sans sortir du cadre do 1 ' invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au bras de robot décrit et représenté. REVENDICATION Bras de robot articulé, qui comprend un certain nom- bre d'éléments ou tronçons rigides interconnectés ( 5,6,7,8) et destinés à être entraînés-dans des mouvements de flexion comman- dés par des moyens de transmission pour robot, tandis que les éléments successifs ( 5,6,7,8) sont relés ensemble à la manière des maillons d'une chaîne et sont reliés entre eux à pivotement au moyen de joints universels ( 2,3,4) disposés entre des extrémi- tés d'interconnexion des éléments, les éléments rigides ( 5,6,7, 8) faisant, en fait, partie de joints universels ( 2,3,4), cepen- dant que les extrémités adjacentes de deux éléments ( 5,7) reliés au même élément intermédiaire ( 6) sont en liaison de pivotement mutuel, que l'élément d'extrémité le plus à l'intérieur ( 5) du bras du robot flexible est supporté à pivotement ( 1) par rapport à une partie précédente ( 14) du bras du robot comportant un ar- bre menant ( 13) en saillie afin de faire tourner le bras articu- lé de robot autour de son propre axe et est agencé pour être en- traîné par des moyens de transmission ( 16,17,18), suivant des mouvements vers l'extérieur commandés autour dudit support de pivotement ( 1), tandis que, en même temps, l'extrémité intérieure de l'élément ( 6) immédiatement suivant, qui est articulé sur ledit élément ( 5) d'extrémité, est reliée à pivotement à l'arbre menant ( 13) afin de transmettre aux éléments ( 7,8) suivants un mouvement de pivotement correspondant vers l'extérieur, carac- térisé en ce que la liaison de pivotement entre les extrémités adjacentes de deux éléments ( 5,7 et 6,8 respectivement) est constituée par une goupille ( 10) fixée à l'une des extrémités d'un élément ( 7,8 respectivement) et qui pénètre en coulissant dans un trou percé dans une rotule ( 11) mobile dans un coussinet ( 12) fixé ou formé à l'extrémité adjacente de l'élément voisin ( 5,6 respectivement) et en ce quel pour établir la liaison de pivotement entre l'arbre menant ( 13) et l'élément ( 6) immédia- tement suivant, l'extrémité libre de l'arbre menant ( 13) passe dans un trou percé dans une rotule ( 15) montée mobile dans un palier ou coussinet fixé ou formé à l'extrémité adjacente de l'élément ( 6) immédiatement suivant.