Brevet FR2559411A1 — publié le 19850816

"Installation de manipulation de pièces, notamment pour le chargement et le déchargement de machines-outils" L'invention concerne une installation mani- pulative de pièces avec au moins un organe de saisie ou analogue, qui est déplaçable en va et vient entre une position de départ, par exemple un stockage ou un trans- porteur de pièces et une position finale, par exemple l'espace de travail d'une machine-outil. De tels déplacements linéaires dans un système de manipulation sont, en règle générale, exécutés par l'intermédiaire de guidages ronds ou plats. Les inconvénients de ces sNstèmes sont essentiellement les suivants: a) la rigidité nécessaire au cours du déplacement n'est pas toujours assurée. Il en est ainsi notamment pour des systèmes dans lesquels l'organe de saisie est monte sur l'extrémité libre d'une tige de pis- ton (par exemple le document DE- 79 10 366): b) Dans l'état de retour en arrière. il est nécessaire de disposer encore une fois.a l'arrière, de l'espace libre prévu comme raon d'action sers l'avant, (par exemple document DE-80 16 572); c) Une réductior ct itesst aant l'at- te.rte cLs pcsitions finales exige des dépenses.e mate- riel supplementaires de techniques de commande; d) L'accès à des objectifs ponctuels qui se trouvent à l'extérieur de parcours rectilignes, ou même dans l'espace, est souvent impossible, ou bien il nécessite des axes et directions de déplacements supplémentaires (document DE - 29 30 006) e) Le libre choix de mise en service de l'installation, ou son adaptation à des déroulements de processus différents sont pratiquement presque exclus, notamment lorsque le système de manipulation est intégré d'une façon importante dans la machine (document DE - 29 30 006). En partant de ces constatations, l'invention a pour but de réaliser une installation de manipulation qui puisse être mise en place avec le moindre encombrement possible, séparément de la machine-outil, qui présente, malgré les faibles dimensions, la rigidité nécessaire et qui réduise, sans dépense de matériel supplémentaire, la vitesse de déplacement de l'organe de saisie avant d'at- teindre la position finale prévue. En outre l'accès à des objectifs ponctuels à l'extérieur de parcours rectili- gne doit être possible. Ce problème est résolu avec une installation caractérisée en ce que: a) sur une plaque de base sont montés deux bras piotants pour leur entrainement en rotation sur des axes parallèles entre eux; b) sur l'extrémité de chacun desquels est articulé un bras articulé: c) dont les extrémités libres sont articulées sur une tête d'articulation commune qui supporte au moins ur organe de saisie de pièces; d) une bielie étant articulée sur chacun ots bras articulés de tei w.aniert;-e les bielles frtrt aec les bras articulés, un paralleiogramme à articulation coulissante dont le coulisseau est guidé sur la tête d'ar- ticulation; e) les axes de toutes les articulations s'étendant parallèlement aux axes de rotation des bras pivotants. Un autre avantage est caractérisé en ce que les deux bras articulés sont raccordés par l'inter- médiaire d'une articulation commune à la tête d'articula- tion. Une telle installation peut être mise en service avec un rayon d'action adapté à chaque cas par- ticulier et en ne nécessitant, dans la position de départ qu'une surface relativement restreinte. L'accouplement des bras articulés à la tête d'articulation commune assure une grande rigidité à l'état déployé, de sorte que peuvent être manipulés même des pièces lourdes. Les positions finales sont accessibles avec une grande précision, grace à la réduction de vitesse des articulations et des bras obtenue par la disposition conforme à l'invention, ce qui est essentiellement nécessaire justement pour le service de machines-outils. A la tête d'articulation peuvent être raccordés des systèmes de prise à organe unique ou à organes multiples, la rigidité de la charge étant assurée au moyen du parallélogramme à articulation de glissement. La puissance d'entraînement nécessaire est faible, car seul le frottement de roulement dans les articulations doit être surmonté. Un autre avantage réside dans le mode de construction simple et de fabrication avantageuse du point de vue du coût. Selor ou'il est prévu une direction de 36c déplacement rectiligne. ou bien si un ou plusieurs points extérieurs a une lig'e droite doient être atteir.ts. l'installation est cornstituee de telle manière que les deux bras piotants et les Gtvx bras articules szr,t de même longueur et symetriques entre eux, un organe d'en- trainement étant prévu sur un seul des deux bras pivotants relié à l'autre pour son entraînement, cette liaison consis- tant en deux chaines se croisant, disposées dans des plans différents. L'installation peut être caractérisée également en ce qu'un servomoteur propre est prévu pour l'entraînement de pivotement de chacun des bras pivotants, les deux servomoteurs pouvant etre connectés et déconnectés par une installation de commande de l'installation de mani- pulation. Un objectif ponctuel unique placé près d'une droite peut également être atteint en ne prévoyant que sur l'un des deux bras pivotants un organe d'entraI- nement, relié mécaniquement à l'autre bras, cette liaison étant réalisée au moyen de chaines croisées dans des plans différents, les deux bras pivotants et/ou les deux bras articulés étant alors de longueurs différentes. Le domaine d'utilisation de l'installation de manipulation peut être considérablement élargi en prévoyant qu'au moins un organe de saisie est monté rota- tif autour d'un axe s'étendant en direction de son dépla- cement et que la plaque de base est réglable en hauteur, en étant montée rotative sur un axe parallèle aux axes de rotation des bras pivotants. Ainsi des pièces à - usiner peuvent être extraits par exemple d'une réserve de magasinage et être amenés à la machine et les pièces finies de fabrication peuvent être prélevées sur la ma- chine et déposées sur une palette ou sur une installation de transport ou analogue. L'invention prévoit en outre que les bras pivotants et/ou les bras articulés et/ou la tête d'arti- culation présentent, au moins dans la zone des articula- tions, en sect.i,', transersale, une portior de profil ouvert latéralement, et les articulations sont formées chacune, à 1' --crieur ccette portiorn- e profil, par des axes à double support qui reçoivent entre leurs paliers l'autre partie articulée. La double,prise des articulations et - l'absence de paliers dits flottants amoindrit alors l'é- lasticité sinon existante dans les articulations. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation avec référence aux figures 1 à 8 des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation par le haut de l'installation de manipulation dans la position de départ; - la figure 2 est une vue en élévation latérale. - la figure 3 est une vue par la haut dans la position intermédiaire et dans la position finale. - la figure 4 est un graphique représentant la vitesse en fonction du parcours, - la figure 5 est une variante de la tête d'articulation, - les figures 6 et 7 sont des vues de la position finale analogue à la figure 3, cependant avec un point final sur un chemin incurvé dans le cas de non accouplement de l'entraînement de pivotement et avec différentes longueurs des bras, - la figure 8 montre l'articulation à échelle agrandie. Sur une plaque de base 1 (figures 1 et 2) qui est fixée sur un élément de bâti 2, ou qui est régla- ble en hauteur (direction de la flèche 23) avec une instal- lation connue hydraulique ou mécanique 3, ou qui peut être pivotée (flèche 24) sur un axe 4. sont supportés deux bras pivotants 5. 6, pouvant tourner sur des axes verticaux 7, 8, da.s les logements de paliers ? et 10. L'entraînement pour les oeplacements de pi"otement de ces bras sera dé- crit dar.: La sui:te. Les extrémités libres des bras pivotants , 6, reçoivent, dans des articulations A et B dont les axes sont parallèles aux axes 7 et 8, des bras pivotants 13, 14 dont les extrémités opposées sont reçues, dans des articulations C et D, dans une tête d'articulation 15. Au lieu des articulations C et D, il pourrait être prévu une articulation commune unique E pour les deux bras pivo- tants 13 et 14 (figure 5). Sur la tête d'articulation 15 est montée une installation de saisie 16 qui peut recevoir une pièce W, par exemple une roue dentée à usiner, ou une roue dentée terminée d'usinage. De telles installations de saisie et leur actionnement sont connus en soi, et n'ont pas besoin d'être décrites ici. Au lieu de l'installation de saisie 16 représentée, on peut également prévoir pour chacune des installations de saisie, par exemple un organe de saisie double, ou un tiroir ou analogue et l'installation de saisie peut être rotative autour de son axe 18. En vue de la stabilisation de l'installa- tion de saisie, c'est-à-dire de sa position, il est prévu un parallélogramme à articulation coulissante 17 qui se compose de deux leviers articulés 19, 20, d'un coulisseau 21 et d'un guidage 22 en forme de tige 22 monté sur la tête d'articulation 15. Les leviers 19, 20 sont alors articulés, dans les articulations FC, aux bras articulés 13 et 14, et les articulations H 3 sont articulées au coulisseau 31. Les axes de ces articulations ainsi que ceux des articulations C D E sont également parallèles aux axes 7, S. Pour le-déplacement de l'installation de saisie 16 en direction de la flèche 27, de sa position de cepart représentée dans les figures 1 et 5, dans la position finale représentée à droite dans la figure 3, les bras piJotarnts 5 et 6 executent des déplacements de picotement 25, 26 de sens opposés. Dans ce but, l'axe 8 est relié à un organe d'entraînement 28, par exemple un servomoteur électrique ou hydraulique à la suite duquel peut être connecté encore un mécanisme de démultiplication 29. Sur une poulie 30 rotative avec le bras pivotant 6, sont fixées deux chaines en longueur limitée 31 et 32 dans des plans différents et guidées en croix vers une poulie analogue fixée sur le bras pivotant 5 o elles sont fixées. Si maintenant le bras pivotant 6 est pivoté dans le sens de la flèche 26, le bras pivotant 5 est pivoté par l'in- termédiaire de la poulie 30, de la chaîne 31 et de l'autre poulie non représentée, en direction de la flèche 25. Ces déplacements de pivotement ont pour effet que les bras articulés 13, 14 déplacent vers l'avant la tête d'articula- tion 15 avec l'installation de saisie 16, à partir de sa position de départ, en direction de la flèche 27. Ainsi, les bras articulés 13. 14, qui, tout d'abord, enfermaient un angle î se réduisant progressivement, se placent dans une position intermédiaire (figure 4 à gauche) o ils sont au moins approximativement parallèles et renferment, fina- lement dans la position finale, un angle P augmentant progressivement. Le parallélogramme à articulation coulis- sante a ainsi le rôle de maintenir la tête d'articulation , et ainsi l'installation de saisie 16 reste en perma- nence dans une position symétrique par rapport aux bras articulés, c'està-dire dans une position définie (La liane de symétrie de la tête articulée 15 et du guidage 22 se troutant toujours sur la bissectrice de l'angle ôs et de l'angle r fi Lorsqu'est atteinte la position finale, un contacteur de fin de course (non représenté) est actionné, par exetple par le bras pilotant 9, et l'organe d'entrai- nemer,: 26 est déconnecte. La vitesst avec laquelle l'installation de saisie 16 est déplacee vers l'avant (figure 4) croit tout d'abord avec la longueur de parcours croissante de l'installation, Jusqu'à atteindre un maximum, lorsque les bras pivotants 5 et 6 forment avec les bras articulés 13 et 14, un angle droit. Elle décroît ensuite progres- sivement jusqu'à la position finale, c'est-à-dire lorsque les bras pivotants sont alignés avec les bras articulés, Jusqu'à une valeur nulle. On obtient ainsi que l'avance- ment s'effectue d'abord très rapidement et se ralentisse ensuite de luimême. Cela est strictement important dans le service de chargement de machines-outils ou la position finale correspond généralement à la position "saisie de pièce" et doit ainsi être atteinte avec une grande préci- sion, ce qui est particulièrement important. Lors du re- tour en arrière de l'installation de saisie, le bras pivotant 6 est pivoté dans la direction opposée 26' et le bras pivotant 5 est maintenant pivoté par l'intermé- diaire de la poulie 30, de la chaîne 32 et de l'autre poulie, en direction de la flèche 25'. la vitesse de retour croît alors tout d'abord à parti-r de zéro Jusqu'à un maximum et décroît ensuite dans le reste du parcours. Lors de l'atteinte de la position finale, un contacteur de fin de course, non représenté, est actionné et l'entrai- nement est déconnecté. Dans l'installation qui a été décrite ci-dessus et représentée dans les figures 1 à 3, le déplacement de l'installation de saisie 16 s'effectue suivant une droite 38. La condition nécessaire pour cela est que les deux bras pivotants 5, 6 soient pivotés d'une même grandeur en sens inverses et que les bras pilotants 5, 6 ainsi que les bras articulés 13, 14 soient de même longueur. Dans de nombreux cas, il est cependant nécessaire d'atteirnore une position finale qui ne se trouve pas sur la droite 38. Dans de tels cas, les bras drticules 13, 14 et,ou les bras pivotants 5, 6 sont:.: de longueurs différentes. Dans l'exemple de réalisation représentédans la figure 6, un bras articulé désigné par 25594 11 33 est plus long que le bras articulé 14, avec, comme conséquence, que le déplacement d'avancement de l'ins- tallation de saisie s'effectue suivant un chemin incurvé 34. (La position de l'articulation E dans sa position de départ est désignée par E' et sa position finale est désignée par E") Plus fréquemment encore, la nécessité réside de pouvoir atteindre non une seule position finale, mais plusieurs, indépendamment du déplacement 24 de pivo- tement possible de la plaque de base 1. Pour de tels cas la liaison d'entraînement avec la chaîne 31, 32 est sup- primée et l'axe 7 est pourvu d'un entralnement propre. Au moyen d'installations de commande appropriées, il est possible de choisir un début, une durée et une fin des déplacements de pivotement des deux bras pivotants 5, 6 de telle manière qu'ils se superposent entre eux et que des positions finales quelconques désirées puissent être atteintes à l'intérieur du rayon d'action des bras pivo- tants et des bras articulés. La figure 7 représente un exemple dans lequel la position représentée de l'articulation E est à nouveau désignée par E' et l'autre position finale est désignée par E". Naturellement, il est possible d'atteindre d'autres points sur le chemin incurvé 37 ou à côté de celui-ci. et entre autres tous les points situés entre E' et E" sur la droite 35. Dans les figures 6 et 7. sont représentés les bras pivotants et les bras articulés ainsi que la tête d'articulation et le parallélogramme à articulation coulissante de manière seulement schématique. Les arcs de cercle 35 et 36 que décrivent les articulations et E sont représentés en partie raccourcie faute de place. La figure 8 montre le montage oet tret pivotants et des bras articulés 6 et 14 ainsi que les articulations Bi D, G (les bras 5 et 13 ainsi que les articulations A, C, F étant constitués de manière identi- que. Sur les bras pivotants 6 sont formées deux pièces plates aplaties 40, 41, avec, entre elles, un support 42 en forme de caisson. Dans deux paliers à rouleaux 43, 44 prévus dans les extrémités dépassantes des pièces plates , 41, est supporté à rotation un axe 45 qui forme, avec les paliers 43, 44, l'articulation B. Elle comprend, solidaire en rotation, un support à double T 46 qui forme le bras articulé 14. A l'autre extrémité du support en double T est supporté à rotation un axe 47 dans deux paliers à rouleaux 48, 49. Cet axe 47 est monté solidaire en rotation dans la tête d'articulation 15. Il forme, en commun avec les paliers 48 et 49, l'articulation D. Dans le support à double T 46 est encore montée la bielle de levier 20, avec un axe 50, dans des paliers à glissement (articulation G). Au lieu de paliers lisses pourraient également être prévus des paliers à rouleaux. Les.pal!-ex- 44, 49 sont maintenus avec des bagues de maintien 53, 54. La liaison solidaire et la rotation entre les axes 45, 47* 50 et le support à double T 46, la tête d'articulation et la bielle 20 sont réalisés avec des moyens connus, par exemple des ressorts d'adaptation, vis de blocage et analogues. Le montage double, symétrique, de toutes les pièces assure une liaison rigide exempte de flexion entre les éléments articulés l'un à l'autre. L'installation de manipulation conforme à l'invention ne correspond pas forcément en tous points aux exemples décrits. D'autres variantes restent possibles. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S ) Installation de manipulation de pièces avec au moins un organe de saisie ou analogue qui est déplaçable en va et vient entre une position de départ et une position finale, caractérisée par la constitution suivante: a) sur une plaque de base (1) sont montés deux bras pivotants (5, 6) pour leur entraînement en rotation sur des axes parallèles entre eux (7, 8); b) sur l'extrémité de chacun desquels est articulé un bras articulé (13, 14); c) dont les extrémités libres sont articulées sur une tête d'articulation commune (15) qui supporte au moins un organe de saisie de pièces (16) d) une bielle (19, 20) étant articulée sur chacun des bras articulés (13, i4) de telle manière que les bielles forment, avec les bras articulés, un parallélogramme à articulation coulissante (17) dont le coulisseau (21) est guidé sur la tête d'articulation (15); e) les axes de toutes les articulations (A,B,C, D, F, G, H, J) s'étendant para11èirent aux axes de rotation(7,8) des bras pivotants (5, 6). 2 ) Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux bras articulés (13, 14) sont articulés au moyen d'une articulation commune (E) sur la tête d'articulation (15). 3 ) Installation suivant l'une des reven- dications 1 ou 2, caractérisée en ce oue]es deux bras piotants (5, 6) et les deux bras articulés (13, 14) sont de même longueur et symétriques par rapport à un plan, dans la position de départ de l'installation: ) Installation su.:.t a.,ec quelcznque des revendications 1 à 3, caractérisee en ce qu'il est prévu un seul organe d'entraînement (28) sur l'un (6) c559411 des deux bras pivotants, lequel est relié à entraînement à l'autre bras pivotant (5). ) Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison à-' entraînement est constituée par deux chaînes en longueur limitée se croisant, disposées dans des plans différents. 6 0) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, pour l'entraînement de pivotement de chacun des deux bras pivotants (5, 6) est prévu un servomoteur propre, ces deux servomoteurs étant connectés et déconnectés par une installation de commande de l'installation de mani- pulation. ) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'au moins un organe de saisie (16) est monté à rotation sur un axe (15) s'étendant en direction de son déplacement (35). ) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la plaque de base (1) est réglable en hauteur. 9 ) Installation suivant l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce que la plaque de base (1) est montée pour pouvoir tourner sur un axe (4) paral- lele aux axes de rotation (7, 8) des bras pivotants (5. 6). 10 ) Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bras pivotants (5. E) et/ou les bras articulés (13. 14), et/ou la tête d'articulation (15) présentent, au moins dans la zone des articulations (A à E), en section transversale, une portion de profil ouvert latéralement, et les arti- _iatic-rs (A à E[ sont formées chacune, à l'intérieur ce cette portion de profil, par des axes a double support (45, 47, 50) qui reçoivent, entre leurs paliers (43,44, 4,. 49. 51, 52) l'autre partie articulée.