Brevet FR2542658A1 — publié le 19840921

La présente invention concerne les manipulateurs destinés à la manipulation à distance d'objets placés dans une enceinte, par un opérateur placé en dehors de l'enceinte. L'invention concerne un manipulateur qui comprend un bras qui peut s'allonger télescopiquement, destiné à être monté entre ses deux extrémités dans une paroi par l'intermédiaire d'un pivot, un mécanisme formant poignet raccordé afin qu'il puisse tourner par rapport à une première extrémité du bras autour de l'axe longitudinal de ce mécanisme et qui puisse tourner autour d'un axe incliné par rapport à l'axe longitudinal du bras, une poignée de manoeuvre qui peut tourner par rapport à l'autre extrémité du bras, et un dispositif d'entrainement destiné à relier la poignée au mécanisme formant poignet. L'inclinaison indiquée correspond de préférence à la perpendicularité, et le dispositif d'entranement comporte de préférence des arbres rotatif s télescopiques placés le long du bras. L'action télescopique du bras est avantageusement commandée par une vis-mère entraînée par un moteur. Le bras peut aussi être monté afin qu'il coulisse dans le pivot si bien qu'il peut alors se déplacer longitudinaIement par rapport au pivot sur une distance limitée. Un mécanisme de serrage ayant deux mâchoires opposées peut être fixé au mécanisme formant poignet, et peut être commandé à l'aide d'un câble passant le long du bras, et comprenant un dispositif de compensation de l'allongement du bras. I1 faut noter que l'invention concerne aussi un ensemble comprenant le manipulateur selon l'invention et le pivot destiné à être incorporé dans la paroi. D'autres caractéristiques et avantages d'un manipulateur selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation schématique d'un manipulateur logé dans une enceinte blindée les figures 2, 3 et 4 sont des coupes longitudinales médianes d'éléments du manipulateur de la figure 1, à plus grande échelle ; et les 5, 6 et 7 sont des coupes longitudinales dans le sens des flèches A, B et C des figures 2, 3 et 4 respectivement. La figure 1 représente un manipulateur 10 qui comporte un bras 12 qui est monté dans une articulation 14 à rotule disposée dans une paroi 16 d'un récipient blindé 18. Une fenetre épaisse 20 de verre au plomb, formée dans la paroi 16, permet à un opérateur d'observer l'intérieur du récipient 18. Une poignée 22 de manoeuvre est montée à une première extrémité du bras 12 et un mécanisme 26 formant poignet est monté à l'autre extrémité et un mécanisme 28 de serrage y est fixé. Le bras 12 comprend une partie supérieure 30 montée dans la rotule 14, et une partie inférieure 32 qui peut coulisser télescopiquement dans l'autre partie. On se réfère maintenant aux figures 2 et 5 qui représentent la poignée 22 et les éléments adjacents du bras 12, la partie supérieure 30 de celui-ci comprenant un organe tubulaire 36 et un capuchon 38 d'extrémité dont dépassent deux plaques 40 d'étrier. La poignée 22 comprend un châssis 42 dont dépassent deux plaques 44 d'étrier de poignée, et la poignée 22 est articulée sur un arbre 46 passant dans des paliers 48 placés dans des trous cylindriques opposés 50 formés dans les plaques 44 d'étrier et dans les paliers 52 disposés dans des trous cylindriques opposés 54 formés dans les plaques 40. Deux arbres parallèles 56a, 56b d'entraînement formés d'acier, ayant une section hexagonale, sont disposés le long de la partie supérieure 30 du bras et ils ont des parties cylindriques 58 d'extrémités supportées par des paliers distants 60 disposés dans des trous cylindriques longitudinaux 62 formés dans le capuchon 38 d'extrémité. Un petit pignon conique 64a, 64b est monté à l'extré mité libre de la partie d'extrémité 58 et est en prise avec un pignon conique correspondant 66a, 66b supporté par un palier allongé 70 afin qu'il puisse tourner sur l'arbre 46. Chacun des pignons coniques 66a, 66b est fixé à un pignon conique 68a, 68b de plus petit diamètre et peut tourner sur l'arbre 26 par l'intermédiaire d'un palier respectif 70. Un pignon conique 72 formé à une première extrémité d'un arbre tubulaire droit 74 est en prise avec les deux pignons coniques 68a et 68b. L'arbre 74 est positionné en rotation par un palier 70 placé. dans un trou axial 78 du bâti 42, et un bouton moleté 80 est claveté sur l'arbre 74 par une clavette 82 et y est fixé par un écrou.84 qui coopère avec une extrémité filetée 86 de l'arbre 74. En conséquence, la rotation de la poignée 22 autour de l'arbre 46 provoque une rotation des pignons coniques 66a, 66b, 68a, 68b dans le même sens que la poignée 22 si bien que les petits pignons coniques 64a, 64b et les arbres d'entraînement 56a, 56b tournent en sens opposés. La rotation du bouton 80 dans spn palier 76 d'autre part provoque une rotation des pignons coniques 66a, 68a et des pignons coniques 66b, 68b en sens opposés sur l'arbre 46 si bien que les petits pignons coniques 64a, 64b et les arbres d'entraînement 56a, 56b tournent dàns le même sens. Comme représenté sur la figure 2, un moteur électrique 88 est fixé à l'extrémité de la partie supérieure 30 du bras et il est raccordé par les pignons coniques 90 et 92 à une vis-mère 94 qu'il entraîne et qui est disposée le long de la partie supérieure 30 du bras (au-dessous du plan de la figure 2), tout en étant supportée par un palier 96 placé dans un trou 98 formé dans le capuchon 38. Le moteur électrique 88 peut être alimenté afin qu'il fasse tourner la vis-mère 94 dans un sens ou dans l'autre, et il est commandé par deux commutateurs 100 à enfoncement montés sur la poignée 22. Deux tirants 102 (un seul est représenté) fixés au capuchon 38 dépassent aussi le long de la partie supérieure 30 du bras. Une gâchette est articulée sur le chassis 42 de la poignée 22 autour d'un axe 112 et a une fente rectangulaire 114 dans laquelle une poulie 116 est portez par un axe 118 Une seconde poulie 120 est fixée à l'extréa mité du châssis 42 éloignée du bras 12 par un axe 122 d'articulation, se logeant dans un support 124 qui est plus étroit que la largeur de la fente 114 Une première extrémité d'un câble 126 acier passe par un trou 128 formé dans l'axe 122 et est fixée à un embout 130 Le câble 126 passe d'abord autour de la poulie 116 puis autour de la seconde poulie 120 et passe dans l'arbre 74 puis totalement autour d'une roue 132 à gorge montée sur l'abre 46, puis dans un trou 134 formé dans le capuchon 38 et le long de la partie supérieure 30 du bras. Sur la figure 2, la gâchette 110 est représentée dans sa position relâchée, dans laquelle elle dépasse du chassis 42 de la poignée 22. Lorsque la gachette 110 est serrée dans la poignée 22, la poulie 116 s'écarte de la seconde poulie 120 et tire ainsi sur le cable 126 On se réfère maintenant aux figures 3 et 6 qui représentent les parties du bras 12 proches de la rotule 14, la partie supérieure 30 du bras étant montée afin qu'elle puisse coulisser dans un coussinets140 ayant un flasque et disposé diamétralement dans une sphère tronquée 142 de la rotule 14. Le coussinet 140 est fixé par des vis 144 (une seule est représentée sur la figure 6) à la sphère 142 et des joints toriques 146 et 148 sont placés dans des gorges circonférentielles interne et externe 150 et 152 formées dans le coussinet 140. L'organe tubulaire 36 de la partie supérieure 30 du bras a, d'un premier côté de la rotule 14, une partie taraudée 154 à laquelle est fixée une bague 156, celle-ci maintenant un joint torique 158 dans une gorge annulaire 160 et délimitant un flasque circonférentiel 162. Un flasque 174 est fixé à l'extérieur de l'organe tubulaire 36, de l'autre côté de la rotule 14, les flasques 162 et 164 limitant ainsi le déplacement axial de la partie supérieure 30 du bras dans le coussinet 140. La partie inférieure 32 du bras comporte un organe tubulaire inférieur 170 à une première extrémité duquel est monté un bouchon 172 d'extrémité maintenu en position par deux tirants 174 (un seul étant représenté sur la figure 3) disposés sur la longueur de la partie inférieure 32 du bras. Un bloc 176 de blindage peut coulisser dans l'organe inférieur 170 et il est fixé par les tirants 102 (un seul est représenté sur la figure 3) au capuchon 38 d'extrémité (voir figure 2) de la partie supérieure 30, les tirants 102 passant dans des trous (non représentés) formés dans le bouchon 172, et les tirants 174 passant dans des trous (non représentés) formés dans le bloc 176 de blindage. Comme représenté plus clairement sur la figure 6, les arbres 56a, 56b de section hexagonale peuvent coulisser dans des guides hexagonaux 178 aux extrémités des arbres tubulaires 180a, 180b si bien que la rotation des arbres 56a, 56b d'entraînement provoque une rotation des arbres tubulaires correspondants 180a, 180b. Ces derniers sont supportés dans des paliers 182 placés dans le bouchon 172 afin qu'ils puissent tourner et ils sont supportés dans des paliers84 placés dans le bloc 176 de blindage afin qu'ils puissent tourner et coulisser, et ils sont disposés sur toute la longueur de la partie inférieure 32 du bras. Comme l'indique la figure 3, la vis-mère 94 (au-dessous du plan de la figure) coopère avec un trou taraudé (non représenté) formé dans le bouchon 172 de la partie inférieure 32 du bras, la rotation de la vis-mère 94 provoquant ainsi un -coulissement télescopique de la partie inférieure 32 par rapport à la partie supérieure 30 du bras. Le câble d'acier 126 partant due la poignée 22 (voir figure 2) passe dans un trou 188 formé dans le bouchon 172, autour d'une poulie 190 montée dans une fente 192 formée dans le bloc 176 de blindage, puis autour d'une poulie 194 montée dans une fente 196 formée dans le bouchon 172, puis par un trou 198 formé dans le bloc 176 et sur la longueur de la partie inférieure 32 du bras1 puis autour d'une poulie 200 (voir figure 4) placée à l'autre extrémité de la partie inférieure 32 du bras, puis il revient pour aboutir au bloc 176. La poulie 190 est montée sur un axe 204 porté par un support 206 fixé au bloc 176 par des vis 208 (une seule est représentée), et l'extrémité 210 du cable 126 passe par un trou 212 formé dans le support 206 et est fixée à un embout 214. On se réfère maintenant aux figures 4 et 7 qui représentent le mécanisme 26 formant poignet et les éléments adjacents du bras 52, la partie inférieure 32 du bras étant raccordée au mécanisme 26 formant poignet par un arbre 200 afin qu'elle puisse tourner. Comme le mécanisme 28 de serrage représenté sur la figure 1 est d'un type classique, on ne le décrit pas en détail L'organe tubulaire inférieur 17Q aboutît dans un capuchon 222 d'extrémité qui délimite une gorge périphérique 224 de logement d'un joint torique 226, et il est maintenu en position par les deux tirants 174 (un seul est representé sur lafigure 4). Deux plaques 228 formant étrier dépassent du capuchon 222 et supportent les extrémités de l'arbre 220 dans des paliers 230 afin qu'il puisse tourner.Le mécanisme 26 formant poignet comporte un organe tubulaire 236 dont dépassent deux plaques 234 d'étrier et qui sont supportées sur l'arbre 220 par des paliers 236 afin qu'elles puissent tourner. Chacun des arbres tubulaires 180a, 180b d'entraînement aboutit à un arbre cylindrique correspondant 240 qui est supporté afin qu'il puisse tourner dans les paliers distants 242 disposés dans des trous 244 formés dans le capuchon 222, et un joint torique 246 placé dans une gorge annulaire 148 formée dans le capuchon 222 assure son étanchéité. A l'extrémité de l'arbre cylindrique 240, un petit pignon conique 250a, 250b est en prise avec un pignon conique correspondant 252a, 252b supporté afin qu'il puisse tourner dans un palier allongé 256 placé sur l'arbre..220. Chaque pignon conique 252a, 252b est fixé à un pignon conique 254a, 254b de plus petit diamètre,monté sur le palier respectif 256.Les deux pignons coniques 254a, 254b sont tous deux en prise avec un pignon conique 260 formé à une première extrémité d'un arbre tubulaire 262 monté dans l'organe tubulaire 232 par l'intermédiaire d'un palier 264 afin qu'il puisse tourner. L'autre extrémité de l'arbre tubulaire 262 forme une fente 266 d'un mécanisme classique à baïonnette auquel peut être raccordé le mécanisme 28 de serrage de la figure 1 ou un autre outil. Comme l'indique en particulier la figure 4, la poulie 200 est supportée par un axe 270 d'articulation dans un support 272. Ce dernier est délimité à une extrémité d'un tube 274 qui peut coulisser dans un trou 276 formé dans le capuchon 222 et qui coopère de façon étanche avec celui-ci grâce à'un joint torique 278 placé dans une gorge 279.Un cable 280 de poignet, ayant un embout 282 à une première extrémité, -est fixé par celui-ci au support 272 et passe dans le tube 274. Le câble 280 passe sur une roue à -gorge 284 qui peut tourner autour de l'arbre 220, puis passe autour d'une poulie 286 plaçee en position intermédiaire le long de l'arbre tubulaire 262, et est raccordée, à son autre extrémité, par un embout 288, à un bras 290 dépassant d'un côté d'un plongeur 292 rappelé par un ressort. La poulie 286 est supportée sur un axe 296 d'articulation à une première extrémité d'une tige de support 298 dont l'autre extrémité a un trou 294 pour le passage de l'arbre 220.Ainsi, la poulie 286 se trouve à une distance fixe de l'arbre 220 alors que le plongeur 292 est mobile axialement dans l'arbre tubulaire 262 et est rappelé élastiquement vers l'arbre 220 par un ressort 300 de compression. Lors du fonctionnement du manipulateur 10, celui-ci peut lui-meme être entraîné en rotation dans le coussinet 140 autour de l'axe longitudinal du bras 12, et ce dernier peut être déplacé axialement par rapport à la rotule 14 sur une certaine distance déterminée par les flasques 162 et 164 portés par la partie supérieure 30 du bras (voir figure 3). Le moteur électrique 88 peut être commandé par les commutateurs 100 montés sur la poignée 22 afin qu'il fasse tourner les pignons coniques 90 et 92 et en conséquence la vis-mère 94 dans un sens ou dans l'autre (voir figure 2) et en conséquence qu'il provoque un coulissement télescopiqe de la partie infe- rieure 32 du bras dans l'organe tubulaire 36 de la partie supérieure 30 du bras (voir figure 3). Le manipulateur 10 peut aussi être incliné dans la rotule 14. La rotation de la poignée 22 autour de l'arbre 46 provoque une rotation des pignons coniques 66a, 66bt 68a, 68b avec la poignée 22 si bien que les petits pignonsconiques 64a et 64b tournent en sens opposés (voir figure 5). En conséquence, les arbres 56a, 56b d'entraînement tournent en sens opposés, de meme que les arbres tubulaires 180a, 180b (voir figure 6) et les petits pignons coniques 250a, 250b (voir figure 7). En conséquence, les pignons coniques 252a, 252b, 254a, 254b tournent avec l'organe tubulaire 232 du mécanisme 26 formant poignet autour de l'arbre 220. La rotation du bouton 80 dans la poignée 22 provoque une rotation en sens opposés des pignons coniques 66a, 68a et des pignons coniques 66b, 68b sur l'arbre 46 si bien que les petits pignons coniques 64a et 64b tournent dans le même sens (voir figure 5). Ceci provoque la rotation des arbres 56a, 56b d'entralnement et des arbres tubulaires 180a, 180b (voir figure. 6) et en conséquence des pignons coniques 250a, 250b dans le même sens (voir figure 7). En conséquence, les pignons coniques 252a, 254a et 252b, 254b tournent en sens opposés sur arbre 220 et font ainsi tourner l'arbre tubulaire 262 du mécanisme 26 dans son palier 264. La rotation du bouton 80 fait ainsi tourner le mécanisme 28 de serrage (voir figure 1) autour de l'axe longitudinal du mécanisme 26 formant poignet.Comme les arbres 56a, 56b peuvent coulisser dans les guides hexagonaux 178 placés dans les arbres tubulaires 180a, 180b, le mouvement télescopique de la partie inférieure 32du bras par rapport à la partie supérieure 30 n'affecte pas le fonctionnement des arbres d'entraînement 56a, 56b, 180a, 180b. Le serrage de la gâchette 110 écarte la poulie 116 de la seconde poulie 120 (voir figure 2) et tire ainsi sur le câble 126. La tension se transmet autour des poulies 190 et 194 placées dans le bloc 176 de blindage et dans le bouchon 172 (voir figure 3 > à la poulie 200 (voir figure 4). Ceci provoque alors un déplacement du tube 274 par rapport au capuchon 222 si bien que le câble 280 du poignet est tiré et le plongeur 292 est tiré axialement le long de l'arbre tubulaire 262 avec compression du ressort 300. Ce mouvement-du plongeur 292 peut être utilisé pour la manoeuvre du mécanisme 28 de serrage (voir figure 1) ou d'un autre outil fixé au mécanisme 26 formant poignet. Lorsque la gâchette 110 est relâchée, le ressort 300 tend le câble 280 lorsqu'il repousse le plongeur 292 vers sa position d'origine. Cette tension est transmise par le support 272 à la poulie 200 et ainsi au câble 126 si bien que la gâchette 110 est remise dans sa position relâchée comme représenté. Les poulies 190 et 194 assurent la compensation du mouvement télescopique-du bras 12 afin que le câble 126 soit maintenu sous tension constante. Par exemple, comme l'indique la figure 3, lorsque la partie inférieure 32 du bras coulisse télescopiquement dans la partie supérieure 30, la poulie 190 reste fixe car elle est montée sur le bloc 176 qui est maintenu à une distance fixe du capuchon 38 porté par la partie supérieure 30 du bras, par l'intermédiaire des tirants 102. La poulie 194 est montée sur le bouchon 172 de la partie inférieure 32 du bras et se déplace donc de la même distance que cette partie 32.En conséquence, l'augmentation des deux tronçons de cable 126 placés entre la poulie 194 et le bloc 176 est équilibrée exactement par la réduction des deux tron çons de câble 126 placés entre le bloc 176 et la poulie 200 (voir figure 4) si bien que la tension du câble 126 n'est pas affectée. Il faut noter que le bras 12 est étanche contre toute contamination depuis l'intérieur du récipient 18 grâce à la présence des joints toriques 146 et 148 (voir figure 6) placés entre la partie supérieure 30 du bras et la rotule 14, à la présence du joint torique 158 disposé entre la partie supérieure 30 du bras et la partie inférieure 32, et à la présence des joints toriques 226, 246 et 278 (voir figures 4 et 7) placés à l'extrémité du bras 12 près du mécanisme 26 formant poignet. Le manipulateur 10 est aussi protégé contre la transmission du rayonnement par la rotule 14 par le bloc 176 de blindage (voir figure 3) qui est obligé de rester à l'intérieur de la sphère 142 du fait de la présence des tirants 102, et grâce aux flasques 162 et 164 qui limitent le déplacement axial de la partie supérieure 30 du bras et en conséquence du bloc 176 de blindage.Le cas échéant, le manipulateur 10 peut etre retiré de la rotule 14 par enlèvement des vis 144 (voir figure 6), le manipulateur 10 et le coussinet 140 pouvant alors être retirésde la sphère 142. L'étanchéité peut être conservée par utilisation d'une gaine classique (non représentée) dépassant de la rotule 14 jusqu a l'arbre tubulaire 262 (voir figure 4) du mécanisme 26 formant poignet. Bien qu'on ait décrit le manipulateur 10 comme étant supporté par une rotule 14 placée dans une paroi 16 dlun récipient blindé 18, il faut noter que la rotule 14 peut aussi être montée dans un châssis de support (non représenté) près d'une boîte à gants (non représentée), le manipulateur 10 passant par une fenêtre de la paroi de la bote à gants Le mécanisme 28 de serrage a été décrit comme étant manoeuvré par le câble 126 à partir de la gâchette 110, mais il peut être manoeuvré à l'aide d'un arbre télescopique rotatif d'entraînement (non représenté). REVENDICATIONS 1. Manipulateur, du type qui comprend un bras destiné à être monté, dans une position comprise entre ses extrémités, dans un pivot placé dans une paroi, caractérisé en ce que le bras (12) peut être allonge télescopiquement, et en ce que le manipulateur (10) comporte en outre un mécanisme (26) formant poignet raccordé à une première extrémité du bras (12) afin qu'il puisse tourner autour de l'axe longitudinal du mécanisme 126) formant poignet et qu'il il puisse tourner autour d'un axe incliné par rapport à l'axe longitudinal du bras (12), une poignée de manoeuvre (22) raccordée à l'autre extrémité du bras (12), et un dispositif~d'entrainement (56, 180) destiné à relier la poignée (22) au mécanisme formant poignet (26). 2. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclinaison de l'axe par rapport à l'axe longitudinal du bras est la perpendicularité. 3. Manipulateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif dfentrainement comporte au moins un arbre télescopique d'entraînement en rotation (56a, 180a) disposé le long du bras 4. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras (12) est monté afin qu'il puisse coulisser dans le pivot (14) et qu'il puisse présenter un déplacement longitudinal limité par rapport au pivot (14). 5. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'action télescopique du bras (12) est commandée par une vis-mère (94) entralnée par un moteur. 6. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe (176) de blindage contre le rayonnement disposé dans le bras (12). 7. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poignée de manoeuvre (22) peut tourner par rapport au bras (t2) uniquement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal du bras (12), et la poignée de manoeuvre (22) comportevun organe rotatif (80) relié au mécanisme (26) formant poignet de manière qu'elle l1entraîne et provoque la rotation de ce mecanisme (26) autour de son axe longitudinal. 8. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mécanisme de serrage (28) ayant deux mâchoires opposées et fixées au mécanisme formant poignet (26). 9. Manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un câble (126) disposé le long du bras (12)-et destiné à manoeuvrer un mécanisme de serrage (28) fixé au mécanisme formant poignet (26), et un dispositif de compensation (190, 194, 200) destiné à maintenir la tension du câble (126) sans modification lors de l'allongement du bras (12). 10. Ensemble, caractérisé en ce qu'il comprend un manipulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, et.le pivot (14) destiné . à être incorporé dans la paroi (16).