Brevet FR2538743A1 — publié le 19840706

ROBOT. L'analyste des mécanismes à mouvements combinés et des robots conduit aux deux constatations suivantes Pour certaines applications, et en particulier dans le domaine de l'automatisation des opérations d'assemblage, les systèmes articulés à deux degrés de liberté utilisant la rotation autour de deux axes parallèles (systèmes à coordonnées polaires) présentent de nombreux avantages par rapport aux systèmes utilisant les mouvements linéaires (systèmes à coordonnées cartésiennes), en particulier ils permettent une réduction des dimensions des mécanismes, des poids, des inerties, une réduction des coûts de fabrication et donc une amélioration possible de la précision pour un coût donné, etc. Pour la plupart des robots actuels, les charges statiques et dynamiques résultant des poids propres et des efforts extérieurs appliqués au robot sont intégralement supportées par la structure, les articulations, les chaines cinématiques et les actionneurs de ces robots. Dans de nombreux cas, la recherche de performances élevées conduit a' renforcer le dimensionnement des composants du robot, donc d'en augmenter le coût de fabrication, alors même que ce renforcement stoppose à l'amélioration de certaines performances notamment à cause de l'augmentation des inerties s'opposant par exemple aux performances draccélération. L'invention a pour but de proposer un robot du type utilisant la rotation possédant de grandes performances. Dans ce but l'invention propose un robot du type comportant un premier bras susceptible de pivoter autour d'un premier axe d'articulation pour se déplacer dans un premier plan et un second bras articulé sur ledit premier bras au moyen d'un second axe d'articulation autour duquel il est susceptible de pivoter pour se déplacer dans un second plan parallèle audit premier plan caractérisé en ce que lesdits premier- et se- cond bras prennent appui sur un plan d'appui du bâti fixe dudit robot parallèle auxdits premier et second plans. Grâce à une telle structure on obtient le transfert d'une partie des charges et efforts appliqués au robot à son bâti ce qui permet un allègement de ses composants(structures, articulations, actionneurs, etc..) une réduction des coûts de fabrication et une amélioration des performances. Le plan du bâti sur lequel vient s'appuyer le robot est généralement horizontal (reprise du poids propre du robot et des efforts verticaux qui lui sont appliqués), mais ce plan peut occuper une position quelconque dans ltespace en fonction des utilisations envisagées et de I'orienta- tion des efforts principaux appliqués au robot. Selon une autre caractéristique de l'invention et pour réduire ou annrr- ler les forces de frottement résultant de l'appui du robot sur son bâti, il est possible de créer, lors des déplacements des bras du robot, des forces de sustention entre ces bras et le bâti support ; ces farces peuvent âtre engendrées par des moyens à pression de fluide ou électromagné- tiques. Ces mêmes moyens peuvent être également être utilisés pour créer au contraire des efforts supplémentaires entre les bras du robot et son bâti pour verrouiller les bras et faciliter ainsi certaines opérations effectuées par, ou sur, le robot. Un tel robot de base à deux bras (deux degrés de liberté) peut être muni de différents outils et d outillages suivant les domaines d'applications envisagées : par exemple une table ou plateau destinés à porter des pièces ou objets lors d'opérations d'assemblage ou de fabrication, table ou plateau qui peuvent être fixes ou mobiles par rapport au deuxième bras du robot ; - des outils ou pinces de préhension pour la manipulation de pièces et objets - des outils divers utilisés dans des opérations d'assemblage ou de fabrication, tels que par exemple : outils à visser, à percer, à river, à souder, à mesurer, à contrôler, etc. On décrira maintenant la présente invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une votre schématique d'un mode de réalisation préféré d'un robot réalisé conformément aux enseignements de la présente inven- tion ; - la figure 2 illustre à titre d'exemple une utilisation du robot de la figure 1 comme table de positionnement - la figure 3 illustre à titre d'exemple une utilisation du robot de la figure 1 comme manipulateur grace au montage d'une pince de préhension à trois degrés de liberté - la figurre 4 illustre à titre d'exemple une disposition perticulière du robot de la figure 1 dans laquelle sont représentés des dispositifs d'actionnnement des bras du robot - les figures 5 et 6 illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation particulier des pieds d'appui du robot de la figure 1 - les figures 7 et 8 illustrent à titre d'exemple un autre mode de réalisation des pieds d'appui du robot de la figure 1. On a représenté aux figures 1 à 4 un exemple de réalisation d'un robot conformément aux enseignements de la présente invention à deux axes en coordonnées polaires. Le robot comporte un premier bras 10 susceptible de pivoter autour d'un premier axe d':articulation12 pour se déplacer dans un premier plan de pivotement perpendiculaire à l'axe d'articula- tion 12. Le premier bras 10 est articulé sur le premier axe d'articulation 12 au voisinage de sa premiére extrémité 14 sur le bâti fixe 16 du robot. Le robot comprend un second bras 20 articulé sur le premier bras 10 au voisinage de la seconde extrémité 18 de ce dernier.Le second bras 20 dont on décrira la structure plus en détail dans un prochain paragraphe est articulé sur le premier bras 10 au moyen d'un second axe d'articulation 22 parallèle au premier axe d'articulation 12 et autour duquel il est susceptible de pivoter pour se déplacer dans un second plan perpendiculaire au second axe d'articulation 22 et donc parallèle au premier plan dans lequel pivote le premier bras 10. Comme on peut le constater aux figures, le robot réalisé selon le présente invention comporte un dispositif d'appui tripode comportant trois jambes d'appui 24,26 et 28 reliées entre elles par trois bras de liaison 30,32 et 34 respectivement disposés en étoile à 1200 autour d'un noyau central 36. Les jambes d'appui 24, 26 et 28 sont parallèles entre elles et s'retendent senslblement perpendlculairement auxplans -dans lesquels pivotent- le premier bras 10 et le second bras 20 du robot. Chaque jambe d'appui du dispositif d'appui tripode est munie d'un pied reposant sur un plan d'appui 40 du bâti fixe 16 du robot, parallèle aux plans dans lesquels pivotent les premiers et second bras. Conformément à la présente invention,la jambe d'appui 24 du dispositif tripode constitue l'articulation du second bras 20 sur le premier bras 10, le second axe d'articulation 22 coincidant.avec l'axe géométrique longitudinal de la jambe d'appui 24. Le second bras du robot constitué par le dispositif d'appui tripode proprement dit qui vient d'être décrit prend donc appui sur le plan d'appui 40 au niveau du second axe d'articulation 22 ainsi qu'au voisinage de l'extrémité libre du second bras constituée par les jambes d'appui 26 et 28 munies de leurs pieds d'appui 37 et 39 respectivement. La figure 3 illustre à titre d'exemple une utilisation du robot de base, qui vient d'être décrit en se référant notamment à la figure 1,comme table de positionnement. Cette utilisation est obtenue en ajoutant un plateau 50 ou des supports destinés à recevoir des formes spécifiques d'objet,qui est reçu dans le noyaucentral36 du dispositif d'appui tripode 20. Le plateau peut être soit fixe parrapport aubra, lerobot étant alors du type à deux degrés de liberté, soit mobile par rapport au dispositif d'appui tripode par exemple en étant muni d'un dispositif d'entrainement en rotation autour de l'axe 52 passant par le noyau 36 et qui est parallèle aux axes d'articulation 12 et 22. La figure 3 illustre une seconde utilisation du robot de base en tant que manipulateur par exemple pour effectuer un montage Qu un assemblage de pièces. A cet effet le noyau central 36 du dispositif d'appui tripode reçoit une pince de préhension 60,pince qui dans l'exemple illustré possède trois degrés de liberté Les mouvements des divers composants constituant le robot et notamment les pivotements des dieux bras sont animés par des dispositifs d'action nement et des chaines cinématique qui peuvent par exempletre des des action- neurs hydrauliques, pneumatiques, électriques, des transmissions par engrenages,par câbles, par courroies crantées, etc,., De même différents capteurs peuvent être placés sur les chaines cinématiques de commande afin de permettre de relever et d'enregistrer les paramètres nécessaires à la conduite du robot tel que notamment les positions des composants leurs vitesses, leurs accélérations, les forces s'exercant dans le robot les couples, etc... a figure 4 illustre à titre d'exemple une disposition particulière dans laquelle les dispositifs d'actionnement constitués par des moteurs électriques 70,72, qui transmettent leur puissance à un axe moteur 74 correspondant géométriquement avec le premier axe d'articulation i2 puis au moyen de dispositifs de transmission par courroies ou par chaines 76 vers le second bras 20, sont disposés sous le plan d'appui 40 du bati 16 du robot de façon à dégager totalement ce plan d'appui et le volume situé au-dessus de ce dernier afin de faciliter les déplacements du robot et de ses accessoires Conformément aux enseignements de laprésente invention, les moyens d'api pui des bras 10 et 20 sur le plan d'appui 40 comportent un dispositif de sustentation permettre de créer des forces de sustentation entre les bras et le plan d'appui lors des déplacements de ceux-ci Deteîsdispo- sitifs,resrésentes aux figures 5 et 7 ont pour but de réduire ou d'annuler les forces de frottement résultant du contact entre les pieds d'ap- pui et le plan d'appui lors des déplacements des bras du robot. Le dispositif de sustentation 80 illustré à la figure 5 est un dispositif à pression de fluide intégré dans chacun des pieds d'appui qui visent à permettent I'tablissement d'un coussin de ce fluide tel que par exemple un coussin d'air qui peut être amené au niveau du plan d'appui 40 par un canal 82 traversant chacun des bras de liaison et des jambes d'appui correspondantes comme le montre la vue en coupe partielle de la figure 5. Ce dispositif permet de créer une force de sustentation Fs lorsque le conduit 82 est alimenté en fluide sous pression. La figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation des moyens de sustentation qui sont dans ce cas constituéspardes moyens électro-magnétiques 84 alimentés en électricité par des fils 86 cheminant à l'intérieur des bras de liaison et des jambes d'appui du dispositif d'appui tripode de la même façon que le conduit d'alimentation en air comprimé 82. L'alimentation en courant électrique de la bobine 84 placée dans un des pieds d'appui et dont le champ magnétique se referme par l'intermédiaire du bâti 16 produit une force de sustentation Fs lorsque le sens de circulation du courant dans la bobine est choisi à cet effet. Conformément à la présente invention, les moyens dfappuides bras du robot portent également des moyens de verrouillage permettant d'immobiliser ses bras dans des positions définies par rapport au plan fixe dttappui 40. Ces moyens de verrouillage permettent d'effectuer avec plus de faciliter ou de précision des opérations sur ou par le robot. Dans les modes de représentation illustrés aux figures 6 et 8, les moyens de verrouillage sont constitués par les moyens de sustentation qui viennent d'être décrits se référant aux figure 5 et 7, seul l'emploi de ces moyens étant différents. En effet, et par exemple il suffit de relier le conduit d'alimentation 82 à une source de dépression ou dtin- verser le sens du courant circulant dans la bobine 84 pour provoquer un effort vertical Fv provoquant un verrouillage en position de chacun des pieds d'appui du dispositif d'appui tripode. REVENDICATIONS. o i. Robot du type comportant un premier bras (io) susceptible de pivoter autour d'un premier axe d'articulation (12) pour se déplacer dans un premier plan et un second bras (20) articulé sur ledit premier bras au moyen d'un second axe d'articulation.(22) autour duquel il est susceptible de pivoter pour se déplacer dans un second plan parallèle audit premier plan caractérisé en ce que lesdits premiers et second bras i10, 20) prennent appui sur un plan d'appui (40) du bâti fixe (16) dudit robot parallèle auxdits premier et second plans. 2. Robot selon la revendication l, caractérisé en ce qutil comporte des moyens d'appui (37,38,39) sur ledit plan d'appui reliés auxdits bras (14 20) et disposés au niveau dudit second axe (22) et au voisinage de l'ex- trémité libre dudit second bras (20). 3. Robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui sont constitués par des jambes d'appui (24,26,28) stétendant sensiblement perpendiculairement auxdits premier et second plans et qui sont munies de pieds (38,37,39) reposant sur ledit plan d'appui (40) sur lequel ils sont susceptibles de glisser lors des déplacements desdits bras 4. Robot selon la revendication 3, caractérisé en ce qutil comporte un dispositif d'appui tripode (20) comportant trois jambes d'appui parallèles (24,2 & 28) reliées entre elles par trois bras de liaison (30,32, 34) disposés en étoile, chacune desdites jambes étant munie d'un pied (37,38,39) reposant sur ledit plan d'appui (40), ledit second bras (20) du robot étant constitué par ledit dispositif d'appui tripode1 ledit second axe d'articulation (22) étant constitué par l'une (24y desdites trois jambes d'appui autour de laquelle le dispositif d'appui tripode peut pivoter. 5. Robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui comportent un dispositif de sustentation (80,84) permettant de créer des forces de sustentation entre lesdits bras (10,20) et ledit plan d'appui (QO) lors des déplacements de ceux-ci. 6 Robot selon l'une des revendications 2 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'appui comportent des moyens de verrouillage (80,84) permettant d'immobiliser lesdits bras (10,20) par rapport audit plan fixe (40). 7. Robot selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de sustentation (80) ou de verrouillage (80) sont des moyens à pression ou à dépression de fluide: 8. Robot selon l'une des revendications 2 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de sustentation (84) ou de verrouillage (84) sont constitués par des moyens électromagnétiques