Brevet FR2551390A1 — publié le 19850308

La présente invention concerne un poignet de robot ayant une grande capacité d'orientation On entend dans ce contexte par capacité d'orientation la possibilité de faire fonctionner un outil dans un secteur de l'espace Une capa5 cité d'orientation de g = 0,8 exige une déviation angulaire maximale du poignet de 135 dans tous les plans, calculée à partir de l'axe central du bras du robot. Pour des opérations telles que le soudage à l'arc, le collage, le masticage, l'ébarbage, etc, de l'intérieur 10 d'objets en forme de caisson, par exemple l'intérieur de carrosseries d'automobile, un robot industriel doit satisfaire des exigences considérables. Le robot doit avoir au moins six axes pour donner à l'outil chacune des conditions désirées de position d'ali15 gnement et de réglage dans sa plage de fonctionnement On trouve normalement trois axes dans le robot lui-même et les trois autres axes dans le poignet du robot. Le bras du robot et le poignet doivent être creux pour définir un canal pour des câbles et d'autres fils à 20 l'intérieur du bras et du poignet du robot Ce canal doit avoir un grand rayon de courbure dans le cas o le poignet est plié et il doit par ailleurs avoir une forme telle que les câbles et les fils soient traités avec précaution. Une capacité d'orientation de O = 0,8 est exigée 25 pour déplacer un outil ou une électrode de soudage avec un angle constant vers une surface de travail dans un caisson. Ceci signifie que, comme mentionné précédemment, la déviation angulaire du poignet doit être de 135 ou plus. De nombreux robots industriels à six axes ont à l'heure actuelle des poignets à trois axes Peu ont un bras de robot creux et un poignet creux avec trois axes Plusieurs ont un poignet avec une capacité d'orientation de 9 = 0,8. L'invention vise à procurer un poignet de robot avec une grande capacité d'orientation, avec trois axes et 35 un canal traversant le poignet, dans lequel on puisse faire passer différentes sortes de fils allant d'un bras de robot creux vers un outil porté par le poignet. Conformément à l'invention, le poignet est formé par un ensemble de parties tournantes disposées mutuellement 5 en série, chacune de ces parties pouvant tourner autour d'un axe Une première partie peut tourner autour d'un premier axe Une seconde partie est montée de façon tournante dans la première partie et peut tourner autour d'un second axe qui rencontre le premier axe Une troisième partie est mon10 tée de façon tournante dans la seconde partie et peut tourner autour d'un troisième axe qui rencontre le second axe. Les première et troisième parties du poignet comportent des roues dentées destinées à interconnecter les parties Ces roues dentées peuvent être associées directement les unes aux autres, ou bien peuvent être associées à des roues dentées intermédiaires. Dans la troisième partie du poignet, un porteoutil peut être monté de façon tournante autour d'un quatrième axe qui rencontre le troisième axe du bras du robot. Cependant, dans certaines applications plus simples, rien n' empêche de fixer directement un outil sur la troisième partie du poignet, ce qui procure un poignet considérablement simplifié. La seconde partie du poignet est accouplée à des 25 moyens d'entraînement par l'intermédiaire d'un arbre d'entainement se trouvant dans le bras du robot et de roues dentées coniques sur l'arbre d'entraînement et sur la seconde partie du poignet Le porte-outil qui se trouve dans la troisième partie du poignet est accouplé de façon appropriée 30 à des moyens d'entraînement se trouvant dans le robot par l'intermédaire d'un arbre d'entraînement dans le bras du robot et d'un engrenange intermédiaire, comportant un certain nombre de roues dentées, disposées en série, dans la seconde partie du poignet Ces roues dentées sont avantageu35 sement annulaires, ce qui procure une ouverture ou un canal 255 1390 de passage dans le poignet, dans lequel des câbles ou d'autres fils peuvent être dirigés vers un outil, par exemple un outil de soudage Il est également possible de monter dans le poignet un moteur d'entraînement pour le porte-outil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre une vue latérale d'un robot industriel commandé par ordinateur avec un poignet conforme 10 à l'invention; et Les figures 2 et 3 montrent une coupe d'un poignet dans un mode de réalisation préféré, avec l'axe extrême du poignet orienté respectivement de façon à coincider avec l'axe du bras extérieur du robot, et à faire un angle maxi15 mal avec cet axe. Sur les figures, la référence 1 désigne un robot industriel ayant six axes parmi lesquels trois se trouvent dans le robot lui-même et trois se trouvent dans le poignet. Une colonne 3 est placée sur la plaque de base 2 en étant 20 montée de façon tournante autour d'un axe A-A Dans cette colonne, un premier bras 4 est monté de façon tournante autour d'un axe B Dans la partie supérieure du premier bras, un second bras 5 est monté de façon tournante autour d'un axe C La colonne est actionnée à l'aide de moyens d'entraînement (non représentés), le bras 4 est actionné par le dispositif d'entraînement 6 et le bras 5 est actionné par le dispositif d'entraînement 7, dont la partie principale est cachée par le dispositif d'entraînement 6 Un dispositif d'entraînement 8 destiné à entraîner le poignet 10 est monté 30 sur le bras 5. Le poignet 10 est composé de trois parties 11, 12, 13, placées à la suite les unes des autres et pouvant tourner les unes par rapport aux autres La première partie de poignet 11 peut tourner autour d'un axe D-D, la seconde partie 35 12 peut tourner autour d'un axe E-E, et la troisième partie 13 peut tourner autour d'un axe F-F Le poignet 10 complet constitue un ensemble qui peut être remplacé aisément, du fait que sa première partie est formée de façon à pouvoir être accouplée à un arbre d'entraînement tubulaire 15 monté 5 de façon tournante dans le palier 14, dans le bras de robot 5. La partie de poignet 11 consiste en une douille tubulaire 16 dont une extrémité est coupée perpendiculairement à l'axe D- D, et cette extrémité comporte une bride filetée 17, et une bague 20 accouplée à la douille 16 par des vis 18, cette bague formant le siège pour des paliers 21 et 22, et dont une autre extrémité est coupée en oblique perpendiculairement à l'axe E-E et comporte un siège pour un palier 23 Le poignet 10 est accouplé à l'arbre d'entraîne15 ment 15 au moyen de la bride filetée 17 et d'une bague filetée 25 qui est appliquée sur la bride 24 de l'arbre d'entraînement, ainsi que d'une goupille de position 26 destinée à fixer les pièces dans des positions angulaires mutuelles correctes Une roue dentée annulaire conique 27 est accouplée 20 à l'extrémité coupée en oblique de la douille 16 au moyen de vis 28 et ele constitue une bague de fixation pour le palier 23. La seconde partie 12 du poignet 10 consiste en une douille tubulaire 30 qui est coupée obliquement à ses 25 deux extrémités, et cette douille comporte des sièges pour le palier 23, un palier correspondant 31 et les paliers 32, 33, 34, 35, une roue dentée annulaire conique 37 qui est accouplée à la douille tubulaire 30 au moyen de vis 38 et qui forme une bague de fixation pour les paliers 23 et 32, 30 une bague 40 qui est reliée à la douille tubulaire 30 par des vis 41 et qui forme une bague de fixation pour les paliers 31 et 33, ainsi que des moyens de protection 42 qui sont reliés à la douille tubulaire 30 par des éléments de fixation 43 La seconde partie 12 du poignet 10 est accouplée 35 à la roue dentée conique 44 se trouvant sur la douille 45 qui est montée de façon tournante dans la bague 20, dans les paliers 21 et 22, et qui est fixée axialement par la bague 48 La douille 45 comporte des nervures externes prévues pour l'accouplement à l'arbre d'entraînement tubulaire 50 qui 5 comporte des nervures internes L'arbre d'entraînement 50 est monté de façon tournante dans le palier 51, à l'extérieur de l'arbre d'entraînement 15. La troisième partie 13 du poignet 10 consiste en un cône tronqué 52 qui est coupé en oblique à la base et comporte à ce niveau un siège pour le palier 31, et qui est coupé au sommet dans une direction perpendiculaire à son axe G-G, et comporte à ce niveau des sièges pour des paliers 53 et 54, et en une roue dentée annulaire conique 55 qui est accouplée au cane 52 au moyen de vis 56 et qui constitue une 15 bague de fixation pour le palier 31 La roue dentée 55 est associée à la roue dentée 27 dans la première partie de poignet 11 Les parties de poignet Il et 13 sont ainsi accouplées ensemble Lorsque la partie de poignet ll tourne autour de l'axe D-D, la partie de poignet 13 tourne autour de l'axe 20 F-F. La troisième partie de poignet 13 contient un porte-outil 57 qui peut tourner autour de l'axe G-G Ce porteoutil comprend une douille 58 qui est montée de façon tournante dans les paliers 53 et 54, et qui comporte dans sa par25 tie intérieure une roue dentée conique 60 et une bague de fixation 61, pouvant se déplacer axialement sur la douille 58, pour supporter un outil, ainsi qu'un coin 62 et une bague de verrouillage 63 ayant pour but de fixer la douille 58 dans les paliers 53, 54 et la bague de fixation 61 sur la douille 30 58 Le porte-outil 57 est accouplé à l'arbre d'entraînement , monté de façon tournante dans l'arbre d'entraînement 50 au moyen du palier 64, et comportant des cannelures internes, par l'intermédiaire de la douille 66, comportant des cannelures externes, de la roue dentée 67 montée sur cette douille, 35 des roues dentées 68 et 69, de la douille 70 comportant des roues dentées 71 et 72, des roues dentées 73 et 74 et de la roue dentée 60 sur la douille 58 La douille 66 est montée de façon tournante dans la douille 45 au moyen de paliers 75 et 76 et elle est fixée par des moyens de verrouillage-77 Les roues dentées 68 et 69, la douille 70 et les roues dentées 73 et 74 sont montées de façon tournante dans la seconde partie de poignet 12 au moyen des paliers 32, 34 et 35 et 33. Les roues dentées annulaires 68 et 69 sont retenues par une bague filetée 77 dont la partie filetée est associée avec une 10 partie filetée intérieurement de la roue dentée annulaire 69. Les roues dentées annulaires 73 et 74 sont retenues par une bague filetée 78 dont la partie filetée est associée à une partie filetée intérieurement de la roue dentée annulaire 73. La douille 70 est fixée axialement dans les paliers 34, 35 au 15 moyen d'une bague de verrouillage 79. Dans le mode de réalisation qui est représenté, dans la position correspondant à la figure 2, les axes D-D et G-G du poignet ainsi que l'axe central H-H de la partie de poignet 12 coïncident Les angles t et k/entre les axes 20 D-D et E-E et entre les axes E-E et H-H sont égaux et, en outre, les angles Y et 'l entre les axes H-H et F-F et entre les axes F-F et G-G sont égaux et, par conséquent, i=o Q= = y= L'angle ( 3 devient 180 (d +Y) et à =, devient égal à 180 2 q A "i = d'= = = 350, if devient 25 égal à 140 , et on obtient une extrêmement bonne accessibilité, ce qui présente un grand intérêt, en particulier dans le soudage de l'intérieur de structures en caisson. Les valeurs des angles mentionnées ci-dessus conduisent à un poignet très pratique avec un domaine d'utilisa30 tion étendu, mais les valeurs des angles peuvent être différentes et choisies dans des limites assez larges. Il est possible d'entraîner le porte-outil 57 au moyen d'un moteur d'entraînement séparé placé dans le poignet 10 Ce moteur d'entraînement peut être monté par exemple dans 35 la seconde ou la troisième partie de poignet, 12 ou 13. L'arbre d'entraînement 65 et la transmission représentée entre cet arbre et le porte-outil 57 sont alors supprimés, ce qui peut conduire à une simplification d'une certaine importance, par la suppression de plusieurs éléments mécaniques. Il est également possible de remplacer la roue dentée 74 par un porteoutil En outre, pour des applications plus simples, il est possible d'utiliser en tant que porte-outil la douille conique 52 de la troisième partie de poignet 13 De plus, dans ce cas, l'arbre d'entraînement 65 et la transmission 10 placée à la suite sont supprimés. Comme il ressort de la description et des dessins, le poignet est creux ce qui permet de faire passer dans le bras de robot et ensuite dans le poignet, jusqu'à un poste de travail, des câbles et des conduits de gaz de protection et des fils, par exemple pour une électrode de soudage Un avantage particulier du poignet conforme à l'invention consiste en ce que le canal formé par les ouvertures traversant les roues dentées annulaires 68, 69, 71, 72, 73, 74, lorsque le poignet est replié, possède un rayon de courbure relativement 20 grand Ce rayon de courbure est plus grand que dans les canaux correspondants dans des poignets de l'art antérieur. Le diamètre du canal est grand par rapport au diamètre extérieur du poignet Un autre avantage important consiste en ce que, pendant la rotation de l'outil, l'arbre tubulaire 65 et 25 tous les éléments entourant un faisceau de câbles traversant l'arbre 65 et passant dans le poignet du robot tournent dans le même sens La torsion du faisceau de câbles est éliminée et l'usure est négligeable La forme du poignet 10 signifie également que le moment de flexion est absorbé d'une manière 30 favorable par des paliers et des roues dentées Le poignet a une grande rigidité et permet une grande précision. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Poignet de robot comportant un ensemble de parties tournantes disposées en série les unes par rapport aux autres, comprenant: (a) une première partie ( 11) qui peut tourner autour d'un premier axe (D-D) et (b) une seconde partie ( 12) qui est montée de façon tournante dans la première partie ( 11) et qui peut tourner autour d'un second axe (E-E) rencontrant le premier axe (D-D), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième partie ( 13) qui est montée 10 de façon tournante dans la seconde partie ( 12) et qui peut tourner autour d'un troisième axe (F-F) rencontrant le second axe (E-E), cette troisième partie ( 13) portant un porte-outil ( 57) qui peut tourner autour d'un quatrième axe (G-G) rencontrant le troisième axe (F-F). 2 Poignet de robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que le porte-outil ( 57) est accouplé à des moyens d'entraînement par l'intermédiaire d'une roue dentée conique ( 67) montée sur un arbre d'entraînement ( 65, 66), d'une roue dentée ( 60) monté sur le porteoutil ( 57), et de 20 roues dentées coniques ( 68, 69, 71, 72, 73, 74) qui sont montées de façon tournante dans la seconde partie ( 12-) du poignet. 3 Poignet de robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que les roues dentées coniques ( 68, 69, 71, 25 72, 73, 74) qui se trouvent dans la seconde partie du poignet sont annulaires. 4 Poignet de robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moteur d'entraînement est monté dans la seconde partie ( 12) ou la troisième partie ( 13) du poignet 30 pour entraîner le porte-outil tournant ( 57). Poignet de robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie ( 11) du poignet est formée de façon à pouvoir être accouplée à un arbre creux ( 15) qui est monté de façon tournante dans le bras ( 5) du robot. 255 1390 6 Poignet de robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde parties ( 11, 12) du poignet et le porte-outil ( 57) sont accouplés à des moyens d'entraînement par l'intermédiaire d'arbres d'entrai5 nement concentriques ( 15, 50, 65) dans un bras de support ( 5) du robot.