Brevet FR2558761A1 — publié le 19850802

L'extrémité de l'organe mobile final d'un manipulateur ou d'un robot industriel, appelé normalement bras, est souvent équipé de systèmes mobiles auxiliaires à deux degrés de liberté, en rotation, appelés mouvements de poignet, et permettant de réorienter dans l'espace, la pièce ou l'outillage transporté. Un tel système est généralement constitué d'une pince ou porte-pièce monté à rotation dans un portepince lui-même rotatif à l'extrémité du bras. Les deux rotations n'étant pas forcément simultanées, synchronisées, et de même valeur, la technique connue consiste à équiper chaque rotation d'un organe moteur indépendant, dont la commande devra maîtriser les déplacements, les accélérations et les ralentissements. Dans la description qui suit le mot pince est utilisé pour désigner généralement l'organe mobile destiné à porter la pièce transportée et le mot porte-pince est utilisé pour désigner la pièce mobile, située à l'extrémité du bras, et dans laquelle tourillonne la pince, L'objet de l'invention est de motoriser les deux mouvements par un élément moteur unique assurant l'entrainement soit de la pince, soit du porte-pince, avec une bonne maitrise des caractéristiques dynamiques des déplacements, et un verrouillage mécanique de ces deux organes lorsqu'ils ne sont pas en déplacement. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que, à l'intérieur du bras, sont prévus deux arbres parallèles,le premier entrainé par le monteur unique et entrainant la pince.par toute transmission appropriée, le second entrainant le porte-pince, un dispositif d'embrayage dou-ble étant prévu, solidarisant alternativement ledit second arbre soit avec le premier arbre soit avec le bras, et comportant une position intermédiaire dans laquelle ledit second arbre est solidarisé à la fois avec le premier arbre et avec le bras, des moyens étant prévus pour assurer l'arrêt du moteur lorsque l'embrayage double est en position intermédiaire. De préférence a) Les liaisons mécaniques entre la pince et le premier arbre d'une part, et entre le porte-pince et le second arbre d'autre part, sont établies de telle sorte que le mouvement relatif entre pince et porte-pince soit nul lorsque le premier et le second arbre sont solidarisés par l'embrayage. b) Le premier et le second arbre sont coaxiaux au bras lequel est tubulaire et entoure le second arbre, lui-meme tubulaire et entourant le premier arbre et le porte-pince est solidaire de l'extrémité du second arbre c) Le dispositif d'embrayage double est constitué par au moins une clavette montée coulissante sur un manchon solidaire du second arbre et coagissant dans une position avec des rainures portées par le bras, dans une autre position avec des rainures portées par le premier arbre et dans la position intermédiaire avec des rainures du bras et des rainures du premier arbre. d) L'entraTnement du premier arbre est assuré par le moteur unique par l'intermédiaire d'un dispositif diviseur mécanique. L'invention est plus amplement décrite ci-après avec référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe schématique de l'extrémité d'un bras de robot selon l'invention; La figure 2 est un détail illustrant schématiquement, en coupe axiale, un exemple de réalisation du dispositif d'embrayage double; La figure 3 est un détail illustrant schématiquement un mode d'entraînement à division mécanique ; La figure 4 est une vue de détail selon la flèche f de la figure 3; La figure 5 est une vue schématique en perspective d'un bras ou extrémité d'un bras selon la figure 1. Sur la figure t, le boîtier 1 est l'extrémité d'un bras du robot ou de manipulateur et il porte les paliers 2 assurant le support et le guidage de la pièce tubulaire 3 constituant le second arbre du dispositif. A l'extrémité de la pièce tubulaire 3 est monté le porte-pince 10 dans lequel sont fixés les paliers 4 assurant le support et le guidage de la partie tournante 5 ou pince du poignet. Une transmission mécanique, par exemple, constituée d'engrenages 6 permet à la pince 5 d'être entrainée en rotation par un premier arbre 7 passant à l'intérieur de la pièce tubulaire ou second arbre 3. L'arbre 7 est raccordé au moteur d'entraînement 8 assurant en même temps la maîtrise des angles de rotation, le contrôle dynamique des mouvements et le freinage à l'arrêt. Un double système d'embrayage 9 est monté sur la pince tubulaire 3 et lui permet soit de devenir solidaire du bras 1, c'est-à-dire immobile, soit de devenir solidaire de l'arbre 7, c'est-à-dire du moteur d'entrainement.Des moyens, tels que des moyens électromécaniques, sont prévus pour que le moteur 8 soit arrêté lors du passage de l'embrayage d'unétat à l'autre; une étape intermédiaire est obtenue soit par construction, soit par le mode de commande de l'embrayage, qui assure au mobile 3 d'être à la fois solidaire du bâti et de l'axe moteur ce qui assure le verrouillage du poignet. On comprend facilement que lorsque l'arbre 3 est solidaire du tati 1, la rotation du moteur provoque la rotation de la pince 5 par l'intermédiaire de la transmission 6.Lorsque l'arbre 3 est solidaire de l'arbre moteur 8, la rotation du moteur provoque la rotation de l'arbre 3 et de l'arbre 7 à la même vitesse, ce qui donne un mouvement de rotation du porte-pince 10 par rapport au bâti, mais un déplacement relatif nul entre le portepince 10 et la pince 5. On obtient donc le résultat recherché, avec un seul élément moteur, par le jeu d'un embrayage double et on provoque la rotation soit d'un mobile, soit de 1 'autre, soit le verrouillage en position. Sur la figure 2 est représentée une application simplifiée de l'invention particulièrement intéressante dans les cas où les rotations à réaliser sur les deux mouvements de poignet ont des valeurs connues, fractions entières d'un tour complet, et éventuellement multiples l'une de l'autre. C'est le cas par exemple de systèmes de manutention permettant un rangement de pièces dans des conteneurs de stockage, avec des réorientations soit de 90 , soit de 1800 dans les deux axes pour alterner les rangements.Dans cette application, le système de double embrayage est réalisé sous forme de double crabotage mécanique, par exemple obtenu par des systèmes de clavettes coulissantes 21 montées sur un manchon 25 solidaire de la pièce tubulaire 3 et venant se solidariser soit avec des rainures 22 pratiquées dans le bras 1, soit avec des rainures 23 pratiquées dans l'arbre moteur 7. La construction mécanique est telle que lorsque les clavettes 21 se déplacent sous l'action d'un système de manoeuvre 24, elles passent par une position où elles sont à la fois en prise dans les rainures 22 et dans les rainures 23. Dans cette position un contacteur (non représenté) assure l'arrêt du moteur. Le nombre de rainures 22 et 23 est en rapport avec le nombre d'arrêts à réaliser sur un tour pour chaque mouvement.Cette réalisation offre de nombreux avantages : les positions d'arrêt sont verrouillées et recentrées mécaniquement par des systèmes simples et largement dimensionnés, éliminant tout risque mécanique en cas d'incidents électriques, par exemple. Cette sécurité permet de ne pas installer sur chaque mobile des dispositifs de mesure de déplacement, mais de se contenter d'un seul système de mesure au niveau du moteur, système de mesure installé à poste fixe et beaucoup plus facile à réaliser. Sur la figure3 est représenté un mode de réalisation de l'entraînement d'un système simplifié tel que celui de la figure 2. I1 découle en effet du principe décrit ci-dessus, que le moteur unique doit provoquer avec une maîtrise des accélérations et des vitesses angulaires, des mouvements de rotation d'une valeur connue, fractions entières d'un tour complet. I1 est sûr que tout système d'entraînement asservi, genre moteur pas à pas, moteur à vitesse variable et coder etc... peut résoudre le problème. Mais on peut également pour des raisons de simplicité mécanique et technologique, utiliser un système mécanique de division tel qu'une croix de malte ou un indexeur à cames assurant la précision des déplacements, les contrôles dynamiques et le verrouillage mécanique à l'arrêt. Le système représenté sur la figure 3 est constitué d'un moteur asynchrone avec freins 41, d'un réducteur 42, d'un ensemble mécanique avec plateau à galet 43 engrenant dans des rainures d'un plateau 44 solidaire de l'axe 7 d'entraînement du poignet.L'ensemble moteur-frein est actionné pour provoquer la rotation du plateau à galet ; les arrêts du moteur sont prévus pour avoir lieu quand deux galets sont en prise sur deux rainures, ce qui provoque un verrouillage mécanique à l'arrêt (figure 43. Par construction, ce sytème, très simple, assure une mise en vitesse et une décélération contrôlées, le freinage du moteur étant commandé dans une période où l'arbre récepteur 7 est pratiquement immobile. La commande électrique de l'ensemble se trouve considérablement simplifiée, ainsi que le système de mesure des déplacements. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commande des mouvements de poignet d'un manipulateur ou d'un robot dont le bras (1) est équipé d'un porte-pince rotatif (10) dans lequel tourillonne une pince (5), caractérisé en ce qu'a' l'intérieur du bras (1) sont prévus deux arbres parallèles, le premier (7) entraîné par un moteur unique (8) et entraînant la pince (5) par toute transmission appropriée, le second (3) entraînant le portepince (10), un dispositif d'embrayage double (9) étant prévu, solidarisant alternativement le second arbre (3) soit avec le premier arbre (7) soit avec le bras (1) et comportant une position intermédiaire dans laquelle ledit second arbre (3) est solidarisé à la fois avec le premier arbre (7) et avec le bras (1), des moyens étant prévus pour assurer l'arrêt du moteur unique (8) lorsque l'embrayage double (9) est en position intermédiaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons mécaniques entre la pince (5) et le premier arbre (7) d'une part, et entre le porte-pince (10) et le second arbre (3) d'autre part, sont établies de telle sorte que le mouvement relatif entre pince (5) et porte-pince (10) soit nul lorsque le premier arbre (7) et le second arbre (3) sont solidarisés par l'embrayage double (9). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier arbre (7) et le second arbre (3) sont coaxiaux au bras (1) lequel est tubulaire et entoure l'arbre (3) lui même tubulaire et entourant l'arbre (7) et le porte-pince (10) est solidaire de 1 'extrémité du second arbre (3) 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embrayage double (9) est constitué par au moins une clavette (21) montée coulissante sur un manchon (25) porté par le second arbre (3) et coagissant, dans une première position, avec au moins une des rainures (23) portée par l'arbre (7) dans une seconde position avec au moins une des rainures (22) portée par le bras (1) et dans la position intermédiaire, simultanément, avec au moins une des rainures (23) et au moins une des rainures (22). 5. Dispositif selon la revendication 4, adapté au cas où les rotations à réaliser sur deux mouvements du poignet ont des valeurs connues, fractions entieres d'un tour complet et éventuellement multiples 1 'une de l'autre, caractérisé en ce que le double système d'embrayage (9) est un système de crabotage mécanique dans lequel les répartitions des organes de crabotage (21, 22, 23) sont en rapport avec les fractions entières de rotation à accomplir pour ne permettre des manoeuvres des organes d'embrayage que dans des positions d'arrêt mécaniquement indexées. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 1 'entraîne- ment du premier arbre (7) est assuré par le moteur unique (8) avec interposition d'un dispositif diviseur mécanique (43, 44),