Brevet FR2549764A1 — publié le 19850201

L'invention concerne d'une manière générale les systèmes changeurs d'outils dans -lesquels un mécanisme de machine peut utiliser plusieurs outils interchangeables. L'invention concerne plus particulièrement des systèmes 5 de robots, tels que des bras de robots industriels, qui comportent plusieurs éléments mobiles par rapport à une embase de robot Dans de tels bras de robot, le dernier élément du système, c'est-à-dire le poignet, comporte généralement un organe extrême mobile d'exécution qui est 10 fixé à un élément de préhension ou autre outil. Bien que les robots possèdent, de par leur nature, la souplesse de pouvoir être reprogrammés pour différents travaux, ils portent généralement un outil spécial concernant la tâche à effectuer dans l'immédiat Au moment de la reprogrammation ou du changement de travaux, l'outillage du robot peut être remplacé par un opérateur de maintenance lorsqu'une nouvelle tâche doit être entreprise. Pour améliorer la productivité d'une machine robotisée, on a déterminé qu'il était souhaitable de pouvoir 20 interchanger des types d'outils multiples sur un organe extrême d'exécution donné de robot, pendant le cycle de travail sur une pièce donnée, et on a travaillé dans ce sens On a également déterminé qu'il était souhaitable, dans un système d'outils remplaçables, d'offrir au robot la possibilité d'interchanger automatiquement plusieurs outils sans nécessiter une intervention humaine. On a considéré divers moyens moteurs pour brider un outil,puis on a déterminé que le dispositif de maintien de l'outil doit tendre à être bistable, c'est-à-dire que 30 le mécanisme doit rester en position verrouillée ou en position déverrouillée en cas de défaillance du système moteur. L'invention est mise en oeuvre dans un robot comportant un organe extrême mobile d'exécution et dans lequel 35 un changeur d'outils comprend, en partie, un dispositif adaptateur fixé à l'organe extrême d'exécution Le dispositif adaptateur comporte un bâti équipé de moyens destinés à le positionner et à le fixer sur l'organe extrême d'exécution, et des moyens destinés à positionner et retenir de façon amovible l'embase d'un outil sur le bâti Une embase d'outil commune est fixée à plusieurs outils afin d'être retenue de façon amovible par le dispositif adaptateur, et un élément de retenue, fixé à l'embase d'outil, coopère avec le dispositif adaptateur pour maintenir l'embase d'outil et l'outil en position avec le dispositif adaptateur. L'invention a pour objet un changeur d'outils pour 10 robot qui retient de façon amovible plusieurs outils pouvant être interchangés avec un module de stockage d'outils. L'invention a également pour objet un changeur d'outils pour robot qui tend à retenir l'outil en cas de défaillance du système moteur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un robot comportant un changeur d'outils, et d'un râtelier sur 20 lequel plusieurs outils sont rangés; la figure 2 est une vue en perspective, avec coupe partielle, du dispositif adaptateur du changeur d'outils, montrant le coulisseau de verrouillage-en position d'ouverture et l'élément de retenue d'outils séparé du 25 dispositif adaptateur; la figure 3 est une vue en perspective du dispositif adaptateur de la figure 2, montrant le coulisseau de verrouillage en position de fermeture et l'élément de retenue d'outil fixé par le coulisseau de verrouillage 30 la figure 4 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation du dispositif adaptateur de la figure 2, montrant un dispositif de connexion électrique séparé qui peut être fixé à la fois au dispositif adaptateur et à l'outil amovible; la figure 5 est une élévation du dispositif adaptateur de la figure 2; la figure 6 est une coupe du dispositif changeur d'outils suivant la ligne 6-6 de la figure 5; la figure 7 est une vue de face dans la direction de la flèche 7 de la figure 6, montrant l'élément de retenue d'outil en coupe partielle; la figure 8 est une coupe partielle du doigt de positionnement de l'adaptateur, suivant la ligne 8-8 de la figure 7; la figure 9 est une vue de face d'une embase d'outil, l'outil n'étant pas représenté pour plus de clarté; 10 et la figure 10 est une vue en plan de l'embase d'outil de la figure 9. La figure 1 représente un robot industriel 10 comportant une embase 11, un bras supérieur mobile 12, un avant15 bras mobile 13 et un poignet articulé 14 Le robot 10 peut être l'un quelconque de divers robots fabriqués, tels que celui représenté qui est décrit dans le brevet ornemental des E U A n 269 681 Le poignet 14 peut également être l'un quelconque des divers mécanismes, mais le poignet 14 20 représenté est celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 068 536 L'organe extrême 15 d'exécution du poignet 14 est capable d'effectuer des mouvements sur trois axes, de sorte qu'il peut décrire une trajectoire sphérique. L'organe extrême 15 d'exécution porte une changeur d'outils 16 comprenant globalement un dispositif adaptateur 17 qui est fixé à l'organe 15 d'exécution, et une embase d'outil démontable, ou retenue de manière amovible, 18 qui est solidarisée à un outil souhaité 19 Un groupe d'outils 30 19 est représenté comme reposant sur un exemple de râtelier d'outils, et chaque outil distinct 19 comporte une embase 18 qui est la même pour tous les outils afin que l'outil 19 puisse être positionné et retenu sur le dispositif adaptateur 17 du changeur d'outils Des conduites 21, 22 de fluide sous pression sont montées entre une source de fluide et un bloc de jonction (non représenté) placé sur le côté de l'avant-bras du robot Des conduites flexibles 23, 24 de fluide s'étendent du bloc de jonction jusqu'au dispositif adaptateur 17 pour fournir l'énergie à un actionneur linéaire destiné à brider et débrider les embases 18 d'outil Une conduite supplémentaire 25 de fluide aboutit à la plaque avant 26 du dispositif adaptateur pour constituer une ligne de pression pour les outils devant être actionnés par un fluide. La figure 2 est une vue en perspective du dispositif adaptateur 17 qui est constitué de deux flasques circu10 laires espacés 26, 27 reliés rigidement l'un à l'autre par des blocs rectangulaires espacés 28, 29 formant des parois pour le dispositif 17 Un actionneur linéaire 60 à fluide (voir figure 3) est placé sur le flasque de base arrière 27 du dispositif Le flasque avant 26 du dispositif adaptateur 15 17 présente une ouverture centrale 30, etdes rainures parallèles 31, 32 sont réalisées à travers le flasque 26 afin de guider un coulisseau 33 de verrouillage qui est déplacé radialement dans le flasque 26 par l'actionneur 28 Le coulisseau 33 de verrouillage présente une ouverture centrale 20 carrée 34 en alignement avec l'ouverture 30 du flasque dans la position montrée, afin de recevoir un organe 35 de retenue de forme en T fixé à l'embase 18 d'outil L'organe de forme en T est fixé, par sa surface inférieure 36, c'est-à-dire le bas de la jambe 37 du T,à l'embase 18 d'ou25 til par des vis (voir figure 6) logées longitudinalement dans la jambe 37 La barre transversale 38 de l'élément 35 de forme en T est dirigée vers le dispositif 37 d'adaptation et est chanfreinée à sa face inférieure afin de présenter des surfaces inclinées 39 qui coopèrent avec le coulisseau 33 de verrouillage Ce dernier présente une encoche centrale 40 destinée à recevoir la jambe 37 de l'organe 35 en T, et des surfaces inclinées coopérantes 41 sont prévues sur la partie centrale du coulisseau 33 de verrouillage afin d'entrer en contact avec les surfaces inclinées 35 39 de la barre transversale 38 à la manière d'une chape à enfourchement, avec un effet de coincement En cas de défaillance de l'alimentation en énergie de l'actionneur linéaire 60, l'outil 19 tend à rester en position verrouillée ou bridée, en raison de l'enclenchement essentiellement irréversible entre le coulisseau 33 de verrouillage et l'organe 35 en T L'embase 18 de l'outil comporte deux canons 5 42 en acier durci qui sont positionnés avec précision dans cette embase 18 et qui sont reçus sur deux doigts 43, 44 de positionnement fixés au flasque avant 26 du dispositif adaptateur 17 duquel ils font saillie L'emboîtement des canons 42 sur les doigts 43, 44 assure un alignement pré10 cis de l'outil 19 avant que le coulisseau 33 de verrouillage soit amené en position de bridage. La figure 3 montre que le coulisseau 33 de verrouillage comporte un bloc 45 de culasse faisant saillie transversalement de sa surface arrière vers le flasque arrière 15 27, et le bloc 45 de culasse est fixé à la tige 46 du piston de l'actionneur linéaire 60 (voir figures 5 et 6) Le cylindre 47 de l'actionneur 60 est fixé au flasque arrière 27 du dispositif adaptateur 17 Une fois que l'embase d'outil 18 est centrée sur le flasque avant 26 du dispositif 20 adaptateur 17 et que la barre transversale 38 de l'organe en T est logée dans l'ouverture centrale 34 du coulisseau 33 de verrouillage, ce dernier est déplacé radialement par rapport au flasque avant 26 et l'outil 19 est retenu en position sur le dispositif adaptateur 17 Deux tuyaux 48 partent du cylindre 47 de l'actionneur linéaire afin d'être raccordés aux conduites de fluide 23 et 24 (voir figure 1) Un raccord 49 à fluide est logé dans le flasque avant 26 et un perçage interne fait communiquer le raccord 49 avec un trou avant 50 qui est aligné sur un 30 orifice correspondant (non représenté) d'écoulement de fluide ménagé dans l'embase 18 de l'outil afin de fournir à ce dernier un fluide moteur lorsque cela est souhaité. La figure 4 représente les éléments de la figure 2, sauf que le raccord 49 de fluide est remplacé par un connecteur électrique 51 monté sur le flasque avant 26 du dispositif adaptateur 17, et qu'un connecteur électrique complémentaire 52 est prévu sur l'embase 18 de l'outil afin de transmettre des signaux électriques, si cela est souhaité, à I'outil 19 lorsque l'embase 18 est bridée en position sur le dispositif adaptateur 17. L'élévation de la figure S montre le dispositif adaptateur 17 et l'embase d'outil 18 à l'état assemblé. Le flasque arrière 27 du dispositif adaptateur 17 est positionné par un bossage cylindrique pilote 53 et est fixé par des vis 54 à l'organe extrême 15 d'exécution Les flasques avant et arrière 26, 27 du dispositif sont soli10 darisés par des vis 55 passant à travers les blocs parallèles espacés 28, 29 pour former une structure rigide. L'actionneur linéaire 60 est disposé centralement entre les blocs 28 et 29 et il est monté sur une semelle 55 portée par le flasque arrière 27 Le coulisseau 33 de verrouil15 lage est de section globalement rectangulaire à bords précis, usiné de façon à s'ajuster étroitement dans des rainures 31 et 32 de guidage ménagées dans le flasque avant 26 Le bloc 45 de culasse est fixé au coulisseau 33 de verrouillage par deux vis 56 afin qu'un mouvement de l'ac20 tionneur linéaire 60 provoque un déplacement d'ensemble du bloc 45 de culasse et du coulisseau 33, dans une direction radiale, par rapport au flasque avant circulaire 26. Les tuyaux rigides 48 d'écoulement de fluide partent de l'actionneur linéaire 60, un tuyau 48 passant dans un trou 25 57 de dégagement ménagé dans le bloc supérieur 28 L'embase 18 d'outil est représentée bridée sur le flasque avant 26 du dispositif adaptateur 17, et l'embase 18 porte l'un quelconque de divers outils 19 Un commutateur 58 de proximité est vissé à travers la face arrière 59 du flasque 30 avant 26 et est fixé par un contre-écrou 61 L'extrémité 62 du commutateur 58 de proximité est disposée légèrement en retrait dans le flasque avant 26 et est capable de détecter la présence ou l'absence d'une embase d'outil 18. La vue en plan de la figure 6, à coupe partielle, 35 montre le dispositif adaptateur 17 dont le coulisseau 33 de verrouillage s'est déplacé vers la position de verrouillage Dans cette position, l'organe 35 en T est maintenu fixement dans l'ouverture centrale 30 du flasque avant 26 par une action de coincement produit sur la barre transversale 38 L'embase 18 d'outil est reçue sur le flasque avant 26 du dispositif adaptateur 17 L'organe 35 en T passe dans 5 l'ouverture centrale 30 du flasque 26 et l'ouverture 34 du coulisseau 33 de verrouillage est amenée hors d'alignement avec l'ouverture 30 Le coulisseau 33 de verrouillage est aligné avec le bloc 45 de culasse par une goupille 63 s'enfonçant dans les deux organes 33 et 45 L'actionneur linéaire 60 comporte un cylindre 47 fixé au flasque arrière 27 par des vis à tête 64, et la tige 46 de piston, qui sort du cylindre 47, présente un trou extrême taraudé 65 dans lequel est vissé un adaptateur 66 de tige L'adaptateur 66 comporte un tronçon fileté 67 et un corps cylindri15 que 68 sur lequel sont usinés des pans 69 pour clé Un bossage cylindrique pilote 70 d'une seule pièce passe dans un alésage 71 du bloc 45 de culasse et une vis à tête 72 et une rondelle 73 fixent l'adaptateur 66 au bloc 45 de culasse Le bossage pilote 53 du flasque arrière 27 le présente sous la forme d'une bague cylindrique emmanchée dans un trou borgne 74 du flasque 27 L'organe 35 en T est disposé de façon que sa jambe 37 soit logée dans un évidement 75 usiné dans l'embase 18 d'outil, et deux vis à tête 76 maintiennent l'organe 35 en T sur l'embase 18 Dans la 25 position représentée, les surfaces inclinées 41 du coulisseau 33 de verrouillage sont en contact avec les surfaces inclinées 39 de l'organe en T 35,de sorte que l'embase 18 d'outil ne peut être retirée et séparée du dispositif adaptateur 17. Comme montré sur la figure 7, le coulisseau 33 doit être déplacé vers la position représentée en traits mixtes pour que son ouverture 34 soit alignée sur l'organe en T afin de permettre la séparation de l'outil Le commutateur 58 de proximité (figure 5) est représenté comme 35 pénétrant dans une partie 77 de dégagement du flasque avant 26 et est maintenu en position par le contre-écrou 61 Le raccord 49 à fluide est logé dans un trou taraudé 78 ménagé dans la circonférence du flasque avant 26, et le trou 78 communique avec un trou avant 50 et un lamage 79 qui loge une bague torique 80 d'étanchéité (voir figure 10) Les deux doigts 43 et 44 de positionnement sont placés sur le 5 flasque avant 26, le doigt 43 étant cylindrique et l'autre doigt 44 ayant une section en losange La coupe de la figure 8 convient aux deux doigts 43 et 44, ces deux doigts recevant chacun un canon 42 en acier durci de l'embase d'outil 18 La figure 8 montre que le doigt 43 de position10 nement comporte une bride 81 appliquée contre le fond d'un lamage 82, et un pilote cylindrique 83 du doigt 43 pénètre dans un trou pilote 84 du flasque avant 26 Le doigt 43 de positionnement est retenu axialement par une vis 85 de retenue qui comporte un épaulement cylindrique 86 adjacent à 15 la bride 81 du doigt, et la tête élargie 87 de la vis 85 est logée dans une encoche 88 de la bride 81 La vis 85 est vissée dans le flasque avant 26 afin de fixer le doigt 43 de positionnement. Les figures 9 et 10 représentent l'embase d'outil 20 18 dont l'outil 19 est retiré pour plus de clarté L'embase d'outil 18 est une plaque cylindrique à laquelle l'organe 35 de forme en T est fixé par des vis 76 de blocage, cette plaque étant percée d'un orifice 89 à fluide, en alignement sur la bague torique 80 et le trou avant 50 du 25 flasque avant 26 du dispositif adaptateur L'embase 18 d'outil comporte deux canons épaulés durcis 32 logés dans des alésages 90 et des lamages correspondants 91 de manière que l'embase 18 puisse être positionnée sur les doigts 43 et 44 du dispositif adaptateur 17 (voir figures 7 et 8). Des trous taraudés 92 sont prévus sur l'embase d'outil 18, suivant une disposition prédéterminée afin qu'un outil choisi 19 puisse y être fixé. Comme indiqué précédemment, les orifices 50 de fluide du dispositif adaptateur 17 et de l'embase d'outil 35 18 sont destinés uniquement aux outils 19 nécessitant un fluide comprimé en tant que source motrice La figure 4 représente à titre d'exemple des connecteurs électriques 51 et 52 qui peuvent être utilisés lorsqu'une source d'énergie motrice électrique est nécessaire Il convient de noter que certains outils peuvent ne pas avoir besoin d'être alimentés en énergie et, dans ce cas, les raccordements élec5 triques et à fluide représentés peuvent être supprimes. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au changeur d'outils décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Changeur d'outils destiné à un robot industriel ( 10) comportant un organe extrême mobile ( 15) d'exécution conçu pour manipuler des outils ( 19), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif adaptateur ( 17) porté par l'organe extrême d'exécution, une embase d'outil ( 18) commune à un groupe d'outils et destinée à être retenue de manière amovible sur le dispositif adaptateur, des moyens ( 42, 43, 44) destinés à positionner l'embase d'outil sur le dispositif adaptateur et des moyens ( 33) destinés à retenir de manière amovible l'embase d'outil sur le dispositif adaptateur. 2 Changeur d'outils selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'il comporte des moyens ( 50, 51, 52) destinés à réaliser une interconnexion d'énergie 15 entre le dispositif adaptateur et l'embase d'outil. 3 Changeur d'outils selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif adaptateur comporte en outre un bâti ( 26, 27), des moyens ( 53, 54) destinés à positionner et fixer le bâti sur l'organe extrême d'exécu20 tion, des moyens ( 42, 43, 44) destinés à positionner une embase d'outil sur le bâti, et des moyens ( 33) destinés à retenir de manière amovible l'embase d'outil sur le bâti, l'embase d'outil comportant un organe ( 35) de retenue coopérant avec le dispositif adaptateur. 4 Changeur d'outils destiné à un robot industriel ( 10) comportant un organe extrême mobile ( 15) d'exécution conçu pour manoeuvrer des outils ( 19), caractérisé en ce qu'il comporte un bâti comprenant des flasques espacés avant et arrière ( 26, 27) reliés rigidement l'un à l'autre, 30 une ouverture centrale ( 30) traversant le flasque avant, un actionneur linéaire ( 60) monté sur le flasque arrière et comportant une tige ( 46) mobile entre des positions extrêmes d'extension et de retrait, un organe ( 33) de verrouillage fixé à la tige et mobile dans une direction transver35 sale à l'ouverture centrale sous l'effet du mouvement de la tige, cet organe de verrouillage comportant des moyens ( 41) destinés à s'enclencher avec un organe de retenue d'outil, un tel organe ( 35) de retenue d'outil étant fixé à une embase d'outil ( 18) et pouvant être introduit dans ladite ouverture centrale, des moyens ( 42, 43, 44) étant destinés à positionner l'embase d'outil sur le bâti avant la retenue, et des moyens ( 53) étant destinés à positionner le bâti sur ledit organe extrême mobile d'exécution. Changeur d'outils selon la revendication 4, caractérisé en outre en ce que le flasque avant présente une glissière linéaire ( 31, 32) transversale à l'ouverture 10 centrale, et en ce qu'un organe ( 33) de verrouillage peut coulisser dans ladite glissière et présente une ouverture ( 34) pouvant être alignée sur ladite ouverture centrale. 6 Changeur d'outils selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que l'organe de retenue d'ou15 tils comporte une tête ( 38) et une jambe adjacente ( 37) dont la section est inférieure à celle de la tête et qui est appliquée contre l'embase d'outil, lesdits moyens coulissants, destinés à s'enclencher avec l'organe de retenue d'outil, comprenant une surface coulissante ( 41) 20 adjacente à ladite ouverture ( 34) et destinée à porter contre la tête. 7 Changeur d'outils selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que l'organe de retenue d'outil comprend un organe de forme en T dont la jambe ( 37) sou25 tient l'embase d'outil et dont la barre transversale ( 38) présente une surface inclinée ( 39) coopérant avec une surface inclinée complémentaire ( 41) de coulissement, la surface inclinée de coulîssement étant en forme de fourche afin de former une encoche ( 42) de dégagement pour ladite 30 jambe.