Brevet FR2527132A1 — publié le 19831125

Tête articulée pour robot industriel. L'invention concerne une tête articulée pour robot indus- triel comportant deux degrés de liberté et en conséquence deux axes de rotation ayant un point d'intersection commun, le premier axe étant prévu pour faire basculer un outil, et le second axe étant prévu pour faire tourner l'outil, aisi que deux arbres d'entraînement coaxiaux, montés l'un dans l'autre et ayant des pignons coniques, dont l'un (pignon conique d'entra nement) est prévu pour l'entraînement du second axe de rotation par l'intermédiaire d'un pignon conique placé sur celui-ci, et l'autre entraîne un pignon conique (pignon conique de basculement) placé sur le premier axe de rotation. Une telle réalisation utilisant un pignon conique comme entratnement de basculement direct et un autre pignon coni- que pour mettre directement en rotation le second axe de rotation présente des avantages considérables en ce qui concerne la légèreté de-la tête articulée, l'économie de mécanismes, la compacité; de plus, la structure cinématique est simple, avec un petit nombre de pignons On obtient ainsi une plus grande précision que dans les réalisations connues comportant un grand nombre de pignons. Ceci vaut particulièrement en ce qui concerne une tête articulée selon DEAS 26 19 336 c O Erportant deux et trois degrés de liberté; des arbres coaxiaux guidés l'un dans l'autre et portant des pignons coniques sont disposés en fonction des degrés de liberté. Dans la forme de réalisation représentée ne o O qportant que deux degrés de liberté, ces degrés de liberté ne corportent pas de rotation de l'outil autour de son axe central, mais simplement du porte-outil Ies réalisations connues ont une structure de carter ccmpliquée selon la- quelle un carter coûteux doit être m Donté basculant sur un autre carter en tant que support du second axe de rotation et porte le premier axe de rotation L'emboitage de carters l'un dans l'autre non seulement est coûteux en ratière, implique des dimaensions relativement Importantes et des moyens d'entraînement en porte-à-faux, mais les jeux de palier et d'engrènement qui en résultent comprcoettent la précision, cutre le fait qu'à la onrande, il faut vaincre une certaine inertie. Lorsque, dans la forme de réalisation connue citée ci- dessus, l'outil est monté à rotation sur le porte-outil au- tour de son axe central, appelé second axe de rotation, et afin de transmettre l'entratnement, on place sur une paroi latérale du carter basculant une transmission intermédiaire, dont un ensemble de pignons est monté à rotation sur le premier axe de rotation et qui comporte un engrenage droit dont l'un des pignons est monté dans le carter basculant, et c'est seulement par l'intermédiaire de ce dernier que le pignon conique du second axe de rotation est entrainé au moyen d'un pignon conique Dans ce but, plusieurs axes ou agencements de positionnement analogues à des axes sont nécessaires Par exemple, un pignon conique, engrenant avec un pignon conique sur le second axe de rotation, est placé sur un axe de rotation séparé, parallèle au premier axe, et monté dans le carter basculant. Outre les inconvénients mentionnés, cet ensemble fonctionel connu est relativement grand -étant donné la complication des transmissions, de sorte que l'utilisation de la tête articulée est limitée, c'est-à-dire qu'il n'est pas tou- jours possible, sans pièces adaptables additionnelles, d'atteindre tous les endroits d'une pièce à usiner, notamment les angles - On connaît en soi des transmissions de mouvement plus ou moins compliquées avec des arbres d'entra Inement coaxiaux guidés l'un dans l'autre, des transmissions à roues dentées et àpignons coniques, par exemple selon DE-PS 2 226 407 et DE-AS 2 402 829, présentant toutefois une complication considérable. Le but de l'invention est d'améliorer une tête articulée en soi, et plus spécialement dans la réalisation préférée en sorte que, grâce à une configuration relativement simple, il s'exerce sur le bras du robot industriel monté devant la tête articulée une charge plus faible tout en lui autorisant des efforts plus grands avec une plus grande précision, en même temps qu'est accrue la précision de l'entraînement. Ce but est atteint conformément à l'invention en ce que, sur le second axe de rotation, est placé un démultiplicateur ayant un rapport de démultiplication élevé, pour entraîner un porte-outil Ainsi, de façon avantageuse, le couple de rotation est augmenté ainsi que la rigidité en torsion du fait de l'introduction d'une démultiplication L'ordre de grandeur d'une telle démultiplication est compris entre 1 5 et 1: 13 ou plus, mais il est de préférence 1: 10. La rigidité en torsion de l'arbre d'entraînement pour le second axe de rotation est pratiquement augmentée comme le carré du rapport de démultiplication. Bien qu'on puisse inclure également d'autres démultiplica- teurs, on prévoit selon une forme de réalisation préférée comme démultiplicateur un engrenage planétaire dans lequel un petit pignon placé à l'extrémité du second axe de rota- tion engrène avec des pignons satellites qui sont placés sur au moins un prolongement d'un arbre de porte-outil,qui est coaxial au second axe de rotation et est monté sur le pignon conique de basculement L'engrenage-planétaire pré- sente l'avantage d'une disposition coaxiale par rapport au second axe de rotation, de sorte qu'il ne se produit pas de charge en porte-à-faux, ni de moments de réaction, mais qu'on obtient une démultiplication élevée tout en contri- buant en même temps à un guidage sûr de l'arbre du porte- outil Bien qu'un engrenage planétaire à plusieurs étages ne soit pas exclu, la réalisation préférée est à un seul étage. Un avantage de la réalisation citée ci-dessus avec l'entrai- nement de basculement direct par un pignon conique et l'en- trainement en rotation direct du second axe de rotation par un autre pignon conique-en liaison avec le premier axe de rotation mentionné, consiste en ce que le bloc-palier sert de support-à l'arbre d'outil et aux pignons satellites - On conserve ainsi la construction compacte de la réalisa- tion proposée, mais surtout son faible poids La réalisa- tion concentrique apporte une solution dans laquelle le bloc-palier ne subit pas de charges nuisibles. Le-bloc-palier comporte avantageusement une plaque entourant concentriquement le second axe de rotation, sur laquelle est placé un support de palier formant carter pour l'arbre du porte-outil, et comportant un palier pour l'arbre du porte-outil L'expression "palier" inclut le positionnement à rotation, mais l'immobilité dans le sens axial, ce qui vaut également pour les autres paliers du premier et du second axe de rotation. La tête articulée a un carter dans lequel le premier axe est monté à rotation On préfère ici que ce carter entoure les engrenages pour faire basculer l'outil et entraîner le second axe de rotation et son palier, et qu'il soit consti- tué par une partie fixe et une partie mobile Par rapport aux réalisations connues comportant des carters embo 1 tés l'un dans l'autre, on obtient une réalisation conzsikrab Ie- - ment simplifiée et plus légère De préférence, la partie fixe ou rigide de ce carter est fermée à côté des paliers du premier axe de rotation, et un soufflet va de la plaque à un endroit du carter situé entre les paliers du premier axe de rotation et l'extrémité du carter comportant l'entrée de l'arbre de transmission On obtient ainsi une protection de la tête articulée à l'aide d'un seul carter avec une économie de poids même s'ily a un démultiplicateur supplé- mentaire qui, dans la forme préférée d'un engrenage plané- taire, est également particulièrement léger. De façon appropriée, on prévoit que le prolongement de l'arbre du porteoutil est réalisé sous forme d'étoile ou de bride et comporte trois paliers pour trois pignons satel- lites qui engrènent avec le petit pignon formé à l'extrémité du second axe de rotation Celui-ci peut avoir un petit dia- mètre, ce qui permet des rapports de démultiplication favo- rables et assure une grande stabilité. L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de formes de réalisation représentées schématiquement sur le dessin, sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation schématique en coupe d'une tête articulée; la figure 2 est une coupe le long de la ligne Il-II de la figure 1; et la figure 3 est une représentation partielle d'une autre forme de réalisation en coupe, représentant une variante de la figure 1. Sur un bras non représenté d'un robot industriel est montée une tête articulée i avec des parois latérales 2, 3 Dans cette tête articulée sont introduits deux arbres 4, 5 coaxiaux, montés l'un dans l'autre et passant dans le bras non représentés; chacun des arbres porte à l'intérieur de la tête articulée 1, 2, 3 un pignon conique 6,7, ces pignons étant également coaxiaux; toutefois, le pignon conique 7 est monté sur l'arbre intérieur 5 au-dessus du pignon conique 6 monté sur l'arbre creux extérieur 4 Les arbres sont montés l'un dans l'autre par des paliers 8, 9; l'arbre extérieur 4, de son côté, est guidé à rotation dans des paliers 10, 11 de la tête articulée La fixation de la tète articulée sur le bras du robot industriel peut s'effectuer de la façon usuelle. Cette tête articulée sert, avec ses parois latérales 2, 3, de support à un premier axe de rotation 12, qui tourne libre- ment dans des paliers 13, 14 dans la tête articulée 1, laquelle constitue ainsi un bloc-palier Ce premier axe cons- titue la structure essentielle et une fixation pour un second axe de rotation 15, perpendiculaire dans la tête articulée 1 au premier axe de rotation et disposé radialement par rapport au premier axe de rotation 12 Le second axe de rota- tion 15 est conçu de telle sorte que son prolongement coupe toujours la ligne médiane du-premier axe de rotation Ce second axe de rotation 15 est monté par des paliers 17, 18 dans un bloc-palier 19, à l'intérieur duquel est monté, soli- daire en rotation, sur le second axe de rotation 15, un pi- gnon conique 20, qui peut entraîner en rotation le second axe de rotation 15. Sur le premier axe de rotation 12 est monté, solidaire en rotation, à l'intérieur de la paroi latérale 3, un pignon conique de basculement 21 qui engrène avec le pignon conique 6 de l'arbre d'entraînement 4 Ce pignon conique de bascule- ment 21 sert en même temps à supporter le bloc-palier 19 qui est fixé radialement par-une traverse 22 dans le pignon conique de basculement 21 De cette traverse 22 partent des supports parallèles 23, 24 dans lesquels sont disposés les paliers 17, 18 du second axe de rotation 15 Les pignons coniques 7 et 20 sont reliés entre eux par un pignon conique d'entraînement 25 qui est monté sur le premier axe de rotation 12 de façon à tourner librement par rapport au pignon conique de basculement 21. Du fait que les deux pignons coniques, le pignon conique de basculement 21 et le pignon conique d'entraînement 25, sont coaxiaux, il est possible, en réalisant une tête articulée 1 courte, de prévoir le pignon conique de basculement 21 directement comme support du second axe de rotation 15 et un seul pignon denté de transmission comme pignon conique d'entraînement 25 entre les deux pignons coniques 7 et 20. Le carter constitué par la tête articulée 1 avec ses parois latérales 2, 3, va, en partant des arbres d'entraînement 4, , seulement à peine plus loin que les paliers 13, 14 du premier axe de rotation 12, qui est maintenu dans ces paliers sans pouvoir se déplacer dans le sens longitudinal Le sup- port parallèle 23 du bloc-palier 19 est réalisé sous forme de plaque 26 qui entoure le second axe de rotation 15, ce qui, en liaison avecles paliers 17, 18, procure un guidage axial L'extrémité du second axe de rotation 15 est réalisé sous forme de petit pignon 27 Celui-ci engrène avec trois pignons satellites dont deux, à savoir 28 et 29, sont repré- sentés sur la figure 1 Le S pignons satellites sont dispo- sés dans des paliers 40, 42 sur une pièce 30 en forme de bride d'un arbre de porte-outil 31, le porte-outil 16 étant indiqué schématiquement L'arbre de porte-outil 31 peut tourner dans un palier 32 dans un support de palier 33 analogue à un carter sans pouvoir s'y déplacer axialement; ce support de palier est fixé sur la plaque 26 et peut bas- culer avec celle-ci Dans le support de palier 33 est placée une couronne dentée 41 avec laquelle engrènent les pignons satellites 28, 29 Il résulte du raccourcissement du carter avec ses parois latérales 2, 3, d'une part un allègement et, d'autre part, une protection de l'articulation, obtenue par le fait qu'un soufflet 34 est disposé d'une part sur le pourtour extérieur de la plaque 26 et, d'autre part, sur le carter avec les parois latérales 2, 3 de-la tête articulée 1, en un endroit situé entre les paliers 13, 14 du premier axe de rotation 12 et l'entrée au palier 11 de l'arbre d'entraînement. Selon la figure 2, la pièce 30 en forme de bride est en - principe réalisée sous forme d'étoile à trois branches -et porte non seulement-les deux pignons satellites 28 et 29, mais également un troisième pignon satellite 36 qui engrène avec le petit pignon 27 usiné dans le second axe de rotation, qui a ainsi une section transversale minimale Les trois pignons satellites 28, 29, 36 ont des axes 37, 38, 39 qui,- comme représenté sur la figure 2, sont montés dans des pa- liers 40, 42 de la pièce 30 o ils peuvent tourner, mais pas. se déplacer axialement, de sorte que, lorsque le petit pignon 27 tourne, cette pièce est entrainée avec un rapport de démultiplication déterminé d'une part par le petit pignon 27 et, d'autre part, par les pignons satellites 28, 29, 36. On peut voir d'autre part'la couronne dentée 41 sur le sup- port de palier 33. Sur la figure 3, qui représente une coupe à travers la par- tie supérieure d'une tête articulée selon la figure 1, mais toutefois dans une variante de l'engrenage sur le second axe de rotation 15, on reconnaît cet axe, son palier 17 'et la plaque 26 sous forme de support parallèle du bloc-palier -19 Sur le second axe de rotation 15 est placé un petit pi- gnon 27 Celui-ci engrène toutefois avec une roue dentée 43 sur un arbre intermédiaire 44 monté de façon à pouvoir tourner librement d'une part dans la plaque 26 et d'autre part dans une paroi supérieure 45 du support de-palier 33 en forme de carter, Dans la paroi supérieure 45 est monté, coaxial au second axe de rotation 15, le palier 32 pour l'arbre du porteoutil 31 à l'extrémité intérieure duquel est placée la roue dentée 46 Celle-ci engrène avec un petit pignon 47 qui est monté, solidaire en rotation, sur l'arbre intermédiaire 44 L'arbre intermédiaire est monté à rotation, mais ne peut pas se déplacer axialement Le second axe de rotation et l'arbre du porte-outil sont montés de façon correspondante. A l'aide du réducteur à pignons droits référencé dans son ensemble en 48, on peut obtenir également une démultiplica- tion élevée dans le sens des réalisations décrites plus haut. Il est bien entendu que les arbres 4, 5 qui portent la tête articulée, c'est-à-dire qui sont introduits dans la tête articulée et sont guidés dans un tube 57 sur lequel est fixée la tête articulée, font partie d'un levier en forme de bras inférieur d'un robot industriel Ce levier à deux bras, en forme de bras inférieur, est articulé sur un levier en forme de bras supérieur, qui de son côté est monté pivotant autour d'un axe sur un support du robot industriel Ce support est placé sur une plaque de socle qui, de son côté, peut être montée déplaçable ou pivotante sur une fondation Dans les différentes parties sont prévus des moteurs pour effectuer le mouvement; principalement dans le levier en forme de bras inférieur sont placés deux moteurs d'entralnement pour les arbres 4 et 5 Il est bien entendu qu'en plaçant un tube extérieur autour des arbres qui porte la tête articulée, on prévoit également un troisième moteur d'entraînement pour faire tourner ce tube autour de la tête articulée. La figure 3 est une vue en élévation schématique sur laquelle les petits pignons 27 et 47 ont un diamètre plus petit que les roues dentées 43 et 46. Revendications. 1 Tête articulée pour robot industriel comportant deux degrés de liberté et en conséquence deux axes de rotation ayant un point d'intersection commun, le premier axe étant prévu pour faire basculer un outil et le second axe étant prévu pour faire tourner l'outil, ainsi que deux arbres d'entraînement coaxiaux, montés l'un dans l'autre et ayant des pignons coniques, dont l'un, le pignon conique d'entralnement, est prévu pour l'entraînement du second axe de rotation par. l'intermédiaire d'un pignon conique supplémentaire placé sur celui-ci, et l'autre entraîne un pignon conique de bascule- ment placé sur le premier axe de rotation, sur lequel est monté un autre pignon conique pour engrener avec le pignon conique d'entraînement et avec le pignon conique supplémen- taire, et de plus, le pignon conique de basculement étant prévu comme support du second axe de rotation avec un bloc- palier pour le second axe de rotation, caractérisé en ce qu'un porte-outil ( 16) est monté avec son arbre ( 31) sur le- bloc-palier ( 19), que le bloc-palier ( 19) comporte une plaque ( 26) entourant concentriquement le second axe de rotation ( 15), plaque sur laquelle est placé un support de palier ( 33) analogue à un carter pour l'arbre du porte-outil ( 31), et que, dans le support de palier ( 33) sont disposés des pignons intermédiaires ( 28, 29; 43, 47) d'un démultipli- cateur ( 27-29; 48) ayant un rapport de démultiplication élevé, entre le second axe de rotation ( 15) et l'arbre du porte-outil ( 31). 2 Tête articulée selon la revendication 1, caractérisée en- ce qu'on prévoit comme démultiplicateur un-engrenage plané- taire dans lequel un petit pignon ( 27) placé à l'extrémité -du second axe de rotation ( 15) engrène avec des pignons satellites ( 28, 29) qui sont placés au moins sur une pièce rapportée ( 30) de l'arbre de porte- outil ( 31), qui est monté sur le bloc-palier ( 19) coaxialement au second axe de rota- tion ( 15). il. 2527132 ' 3 Tête articulée selon la revendication 1, caractérisée par un engrenage à pignons droits ( 48) entre le second axe de rotation ( 15) et l'arbre du porte-outil ( 31). 4 Tête articulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support de palier ( 33) en forme-de carter comporte un palier ( 32) pour l'arbre du porte-outil ( 31) et une cou- ronne dentée ( 41) pour un engrenage planétaire. 5 Tête articulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un carter dans lequel est monté le premier axe de rotation, caractérisé en ce que ce carter entoure les engrenages ( 6, 21, 7, 20, -25) pour faire basculer l'outil et pour entraîner le second axe de rotation ( 15) et son palier et qu'il est constitué par une partie rigide et une partie mobile ( 34) 6 Tête articulée selonla revendication 5,-caractérisée en ce que le carter ( 1, 2, 3) est fermé à côté des paliers ( 13, 14) du premier axe de rotation( 12) et qu'un soufflet ( 34) va- de la plaque ( 26) au carter ( 1, 2, 3) à un endroit situé entre le palier du premier axe de-rotation ( 12) et l'extrémité du carter comportant l'entrée des-arbres d'entratnement ( 4, 5). 7 Tête articulée selon l'une quelconque des revendications i, 2, 4 et 5, caractérisée en ce que la pièce rapportée ( 30) - a la formed'étoile ou d'une collerette sur l'arbre du porte- otil ( 31) et comporte trois paliers pour trois pignons sa- tellites ( 28, 29, 36), qui engrènent avec le petit pignon 127) qui est formé à l'extrémité du second axe de rotation ( 15).