Brevet FR2550985A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne un bras extensible, rétractable et pliant. Au cours des dernières années, dans les réacteurs nucléaires et bien d'autres industries, on a eu besoin d'entretenir, inspecter et mesurer divers éléments à distance pour éviter tout danger d'irradiation par des substances radioactives et pour économiser l'énergie. Pour effectuer de telles opérations télécommandées, selon une méthode utilisée dans les techniques antérieures, un manipulateur ou tout autre dispositif de commande est monté sur un chariot qui est télécommandé; et, après avoir amené le chariot au poste de travail, le manipulateur est étendu ou rétracté pour effectuer l'opération désirée. Cependant, le chariot ne peut approcher d'un objet au-delà d'une certaine limite par suite de la présence d'obstacles dans le lieu de travail De plus, l'aptitude du manipulateur à travailler est limitée par la longueur de son bras Ajoutons que le bras de la technique anté20 rieure ne pouvait être rétracté directement et complètement depuis son état d'extension totale et ne pouvait être plié ou courbé. Un exemple de bras de manipulateur qui ne peut être plié est décrit dans le Certificat d'Invention d'U R R S N 422580 Le bras qui y est représenté ne peut cependant être allongé ou rétréci. Un but de la présente invention est de disposer d'un bras amélioré extensible et rétractable qui peut être directement et complètement allongé et rétracté et 30 peut être plié dans un sens quelconque. -2 Selon la présente invention, il est prévu un bras extensible et rétractable comprenant une pluralité d'éléments extensibles et rétractables et de moyens de liaison comprenant des joints universels pour relier en série les 5 éléments faisant partie du bras, chacun des éléments comprenant au moins trois pièces extensibles et rétractables, et un moyen pour allonger et rétracter également ou inégalement les pièces de façon à augmenter ou diminuer les distances entre les pièces de liaison tout en les mainte10 nant parallèles ou inclinées les unes par rapport aux autres. présente cription 15 annexés. D'autres caractéristiques et avantages de la invention apparaitront à la lecture de la desdétaillée qui va suivre et en regard des dessins Dans les dessins joints: La Figure 1 est une vue en coupe longitudinale le long d'une ligne de coupe référencée I-I sur la Figure 2, représentant une version du bras extensible et rétrac20 table conforme à cette invention, le bras se trouvant à l'état rétracté; la Figure 2 est une vue en ligne de coupe référencée II-II sur la Figure 3 est une vue en 25 portion représentée entourée par un Figure 1; la Figure 4 est une vue en ligne de coupe référencée IV-IV sur coupe le long de la la Figure 1; coupe agrandie d'une cercle III dans la coupe le long d'une la Figure 3; la Figure 5 est une vue latérale du bras repré30 senté dans la Figure 1, à l'état allongé; -3 la Figure 6 est une vue latérale du bras lorsqu'il est plié dans diverses directions; la Figure 7 est une vue en coupe représentant une version modifiée de cette invention dans laquelle trois mécanismes d'accouplement sont disposés selon une configuration triangulaire équilatérale; les Figures 8, 9, 10 a, 10 b et 11 représentent des vues latérales d'autres modifications de l'invention la Figure 12 est une vue latérale partiellement 10 en coupe représentant un- élément de bras modifié comprenant trois jeux de tiges extensibles et rétractables à double filetage; la Figure 13 est une vue en coupe le long d'une ligne de coupe référencée XIII-XIII sur la Figure 12; la Figure 14 est une vue en coupe représentant un joint universel utilisé dans l'élément de bras représenté sur la Figure 13; la Figure 15 est long d'une ligne de coupe 20 12; et la Figure 16 est senté sur la Figure 12 et supérieure est inclinée. une vue en coupe agrandie le référencée XV-XV sur la Figure une vue latérale de bras reprédans laquelle la plaque de base DESCRIPTION DE LA VERSION PREFEREE Les Figures 1 à 6 représentent une première version de cette invention Comme le représentent les Figures 1 et 2 conformes à cette version, un certain nombre (huit -4 dans cet exemple) de pièces courtes cylindriques ou annulaires 1 sont disposées dans un sens axial et les pièces annulaires adjacentes 1 sont interconnectées par au moins trois mécanismes de liaison 3 également espacés sur leur circonférence comme le représente la Figure 2 Chaque mécanisme de liaison 2 comprend une paire de biellettes 2 a reliées de façon à pouvoir pivoter par une broche-pivot 2 b de façon à faire varier l'angle entre deux biellettes, en d'autres termes à pouvoir étirer ou rétracter le bras. 10 Comme le représente la Figure 2, les mécanismes de liaison 2 s'étendent dans le sens radial depuis le centre de la pièce annulaire 1 Les extrémités extérieures des biellettes respectives 2 a sont reliées à la surface intérieure des pièces annulaires repectives 1 par des joints souples 15 ou universels 3 Comme le représentent les Figures 3 et 4, chaque joint souple 3 est muni d'un support 4 faisant saillie vers l'intérieur depuis la pièce annulaire 1 et des broches entrecroisées 5 dont les broches radiales 5 a sont reliées de façon à pouvoir pivoter au support 4. 20 Les pièces de liaison 6 qui partent des extrémités des biellettes 2 a sont reliées de façon à pouvoir pivoter aux broches circonférentielles 5 b des broches entrecroisées 5 Avec cette construction, chaque biellette 2 a peut être inclinée dans toute direction Un ensemble pis25 ton-cylindre 7 est relié entre deux biellettes 2 a de chaque mécanisme de liaison par des broches pivots 7 a pour pouvoir allonger et rétracter la biellette La pièce annulaire 1 à une extrémité du bras est fixée à un élément fixe 8, alors que la pièce annulaire se trouvant à l'ex30 trémité opposée est fixée à un détecteur 9 ou à tout élément destiné à être manipulé par le bras. La version représentée dans les Figures 1-4 fonctionne comme suit. -5 Lorsque le bras se trouve à l'état rétracté comme le représente la Figure 1, le fluide sous pression est appliqué aux ensembles respectifs piston-cylindre 7 pour pousser les pistons 7 b à l'extérieur de façon à étendre graduellement les biellettes respectives 2 a pour allonger le bras. Ace moment-là, lorsque trois ensembles pistoncylindre 7 disposés de façon également espacée sur la circonférence sont allongés d'une valeur égale, le bras sera allongé linéairement comme le représente la Figure 5. Lorsque les trois ensembles piston-cylindre sont allongés de façon inégale, le bras peut être plié dans une direction quelconque comme le représente la Figure 6, et par conséquent le bras peut s'étendre au-dessus d'un 15 obstacle 10. Le bras peut être rétracté en rétractant les pistons 7 b des ensembles piston-cylindre. Ainsi qu'il est décrit ci-dessus, le bras de cette version peut non seulement s'étendre et se rétracter 20 directement, mais peut également être plié dans une direction quelconque. La Figure 7 représente une version modifiée de cette invention dans laquelle trois mécanismes de liaison sont disposés selon un triangle équilatéral. Plus particulièrement, trois joints souples 3 sont fixés de façon également espacée à la surface intérieure de la pièce annulaire 1 par des étriers 11 et chaque mécanisme de liaison 2 est relié à chaque joint souple 3 de façon à former un côté d'un triangle équila30 téral Egalement dans cette modification, le bras peut -6 être rétracté ou étendu en actionnant les pistons 7 b des ensembles respectifs piston-cylindre Pour incliner relativement les pièces annulaires adjacentes 1, trois mécanismes de liaison 2 suffisent,mais en cas de besoin, le nombre de mécanismes de liaison peut être porté à quatre ou davantage. La Figure 8 représente une autre modification du bras dans laquelle un moteur électrique 12 est fixé à un point intermédiaire d'une biellette 2 a, et o une vis sans fin 13 fixée à l'arbre du moteur 12 a est disposée de façon à engréner avec une roue dentée 14 montée à une extrémité de l'autre biellette 2 a concentriquement avec une broche pivot 2 b. Dans cette modification, lorsque le moteur 12 15 tourne dans un sens ou dans un autre, la roue dentée tourne dans un sens ou dans l'autre, pour modifier l'angle sous-tendu par les biellettes 2 a; faisant ainsi varier l'espace séparant les pièces adjacentes annulaires 1. De plus, selon cette modification, l'étendue de l'expan20 sion ou du retrait du bras peut être réglée avec davantage de précision que dans la version précédente en contrôlant le nombre de tours du moteur 12. La Figure 9 représente encore une autre modification de ce bras conforme à l'invention, dans lequel une tige filetée 15 est enfilée pour traverser des portions intermédiaires des biellettes respectives 2 a Une extrémité de la tige filetée 15 est supportée de façon à pouvoir tourner sur un roulement à billes 16 tandis que l'autre extrémité est filetée et passe à travers un écrou 30 en forme de roulement à billes 17 Un engrenage 18 fixé à l'écrou faraudé 15 est entraîné par un moteur électrique 19 par l'axe de sortie 19 a de ce dernier et une roue dentée , le moteur 19 étant fixé à la biellette 2 a. -7 De la même façon, l'angle sous-tendu par des biellettes 2 a peut être modifié en faisant tourner le moteur 19 en avant ou en arrière. Les Figures 10 a et 10 b représentent encore une 5 autre version de cette invention, version dans laquelle un ensemble de piston et cylindre 7 est prévu pour une pièce fixe 8 et o un fil composite souple 21 est prévu entre l'ensemble de piston et cylindre 7 et les biellettes 2 a Plus particulièrement, le fil intérieur 21 a du fil composite est connecté entre le piston 7 b et une biellette du côté éloigné, tandis que le fil extérieur 21 b est connecté entre la pièce fixe 8 et la biellette rapprochée 2 a. De plus, un ressort de compression 22 est interposé entre les biellettes 2 a. Lorsque le piston 7 b est rétracté en agissant contre le ressort de compression 22, l'écartement entre les éléments annulaires adjacents 1 diminue comme le représente la Figure 10 a, tandis que lorsque le piston 7 b fait saillie, l'écartement est augmenté comme le repré20 sente la Figure O lob Dans cette modification, comme l'ensemble de piston et cylindre est fixé à la pièce fixe 8, il est possible de diminuer le poids du bras dans de plus fortes proportions que les versions précédentes. Dans une autre modification représentée dans la 25 Figure 11, un ressort fait en alliage à mémoire de forme est relié entre des biellettes adjacentes 2 a et la température du ressort est commandée par un élément chauffant non représenté pour faire varier la longueur du ressort afin d'ouvrir ou de fermer les biellettes. Dans les versions suivantes, des leviers extensibles et rétractables à double filetage sont substitués au mécanisme de liaison pour réaliser le même but. -8 La Figure 12 représente un élément-d'un bras modifié extensible et rétractable de l'invention Un certain nombre d'éléments sont reliés en série pour constituer un bras qui peut s'allonger ou se rétracter directement, ou se plier dans toute direction L'élément représenté sur la Figure 12 comprend une plaque de base circulaire 101 et trois jeux ou davantage de leviers 102 à double filetage du type extensible et rétractable sont fixés à la plaque de base 101 à des écartements circonférentiels 10 identiques Chaque levier 102 comprend un cylindre fixe 103 fixé à la plaque de base inférieure 101, une première tige filetée 104 et une seconde tige filetée 105 Une plaque de base supérieure circulaire 107 est reliée de façon pivotante à l'extrémité supérieure de la seconde 15 tige filetée 105 par un joint souple ou universel 106. Un mécanisme 108 pour allonger ou rétracter les tiges filetées 104 et 105 est monté à l'extrémité supérieure de chaque levier 102. Plus particulièrement, la première tige filetée 20 104 a la forme-d'un cylindre creux et son filetage mâle 104 a s'engage dans le filetage femelle (ou taraudage) 103 a formé à l'intérieur du cylindre fixe 103 Le filetage mâle 105 a s'engage dans le taraudage 104 b formé sur la surface intérieure supérieure de la première tige filetée 25 104 Comme le représente la Figure 13, une fente pour clavette axiale 104 c est pratiquée sur la première tige filetée 104 Le mécanisme d'entraînement 108 comprend une roue dentée pour vis sans fin 109 entourant la,première tige filetée 104, avec un petit espacement pour pouvoir 30 tourner librement, une vis sans fin 110 engrenant avec l'engrenage 109 pour vis sans fin et un moteur réversible 111 Comme le montre la Figure 13, l'engrenage 109 et la première tige filetée 104 sont accouplés par une clavette 112 entrant dans la fente pour clavette 104 c Comme le montre la Figure 14, le joint souple 106 comprend un joint -9 sphérique 106 a fixé à l'extrémité supérieure de la seconde tige filetée 105, une broche 106 b pouvant coulisser à travers le joint sphérique 106 a, et des flasques en forme de L 106 c dépendant de la surface inférieure de la plaque de base supérieure 107 pour supporter les extrémités opposées de la broche 106 b Comme on le voit sur la Figure 15, trois broches 106 b sont disposées en parallèle et la broche la plus haute 106 b, en référence à la Figure 15, est supportée par une fente, non représentée, des flasques 10 106 c, de façon à pouvoir être mobile dans une direction perpendiculaire à la broche 106 b. Les plaques de base supérieure et inférieure 107 et 101 des éléments de bras adjacents sont reliées ensemble par des moyens convenables de façon à constituer un 15 disque intégral correspondant à la pièce circulaire 1, représentée à la Figure 1, complétant ainsi un bras extensible et rétractable capable de fonctionner de la même façon que le représente la Figure 1. Plus particulièrement, lorsque les moteurs 111 20 du mécanisme respectif d'entraînement 108 tournent dans le même sens pendant la même durée, toutes les tiges filetées 105 des éléments de bras respectifs sont allongées ou rétractées de la même valeur de façon que le bras, dans sa totalité, soit allongé ou rétracté directement, les plaques de base supérieure et inférieure 107 et 101 étant maintenues parallèles comme le montre la Figure 12. Pour incliner la plaque de base supérieure 107, c'est-à-dire pour plier le bras, les moteurs 111 des éléments respectifs sont actionnés pendant des durées diffé30 rentes ou à des vitesses différentes Lorsque la plaque de base supérieure 107 est inclinée, le joint sphérique 106 a coulisse le long de la broche 106 b pour absorber les variations de la différence d'espacement entre les axes -10 des broches 106 b Ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, chaque broche 106 b coulisse à travers les fentes des flasques 106 c; cette disposition compense également la variation de distance entre les axes De cette façon, le bras peut se plier dans toute direction. Comme décrit ci-dessus, le bras de cette invention peut, non seulement s'étendre et se rétracter directement, mais peut également se plier dans toute direction, de sorte qu'un détecteur ou un outil fixé à l'extrémité 10 libre du bras peut aisément être amené en position de travail à travers un étroit passage. -11 REVENDICATIONS 1 Un bras extensible et rétractable comprenant: une pluralité d'éléments extensibles et rétractables ( 2); et des moyens de liaison ( 3) comprenant des joints universels pour interconnecter en série de tels éléments du dit bras; caractérisé par le fait que chacun des dits éléments comprend au moins trois pièces extensibles et ré10 tractables ( 2), et des moyens ( 7) pour étendre ou rétracter également ou inégalement de telles pièces de façon à augmenter ou à diminuer les espacements entre lesdits moyens de liaison ( 3) tout en conservant ces derniers en parallèle ou inclinés les uns par rapport aux autres. 2 Le bras conforme à la revendication 1, dans lequel chaque élément comprend une paire de pièces annulaires ( 1) et au moins trois mécanismes de liaison ( 2), chaque mécanisme de liaison comprenant deux biellettes ( 2 a), les extrémités intérieures des biellettes ( 2 a) étant 20 reliées entre elles par une broche ( 2 b), et les extrémités extérieures étant reliées aux pièces annulaires ( 1) respectives par l'intermédiaire des dits joints universels ( 3), et des moyens ( 7) pour faire déplacer relativement lesdites biellettes autour de ladite broche ( 2 b). 3 Le bras conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits trois mécanismes de liaison ( 2) sont disposés dans un triangle équilatéral. 4 Le bras conforme à la revendication 2, dans -12 lequel lesdits trois méc anismes au moins de liaison ( 2) sont prévus pour s'étendre dans le sens radial desdites pièces annulaires ( 1). Le bras conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour faire déplacer lesdites biellettes ( 2 a) comprennent un moteur ( 12) fixé à un point intermédiaire d'une biellette, et une roue dentée ( 14) reliée à une extrémité de l'autre biellette par une broche ( 2 b) et s'engrenant avec une vis sans fin ( 13) entraîné 10 par ledit moteur. 6 Le bras conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour faire déplacer relativement lesdites biellettes ( 2 a) comprennent une tige filetée ( 15) dont une extrémité est enfilée avec engagement à filetage 15 à travers une biellette, une roue dentée ( 16) fixée à l'autre extrémité de ladite tige filetée et un moteur ( 19) fixé à l'autre biellette pour entraîner ladite roue dentée ( 16) 7 Le bras conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour obtenir un déplacement relatif desdites biellettes ( 2 a) comprennent un ressort de compression ( 22) interposé entre lesdites biellettes ( 2 a), un ensemble de piston et de cylindre ( 7) avec un cylindre fixé à un élément fixe ( 8) , un fil composite souple ( 21), 25 l'un des éléments du fil étant connecté entre ledit élément fixe ( 8) et une biellette ( 2 a), tandis que l'autre élément dudit fil composite est connecté entre un piston ( 7 b) dudit ensemble piston et cylindre et l'autre biellette. 8 Le bras conforme à la revendication 2 dans lequel lesdits moyens pour obtenir un déplacement relatif -13 desdites biellettes ( 2 a) comprennent un ressort ( 23) fait d'un alliage à mémoire de forme. 9 Le bras conforme à la revendication 1, dans lequel lesdits éléments extensibles et rétractables com5 prennent une pluralité de leviers extensibles et rétractables ( 102) espacés circonférentiellement et du type à double filetage. Le bras conforme à la revendication 9, dans lequel chacun desdits éléments comprend une plaque de base supérieure ( 107), une plaque de base inférieure ( 101), un cylindre fixe ( 102) fixé à la plaque de base inférieure ( 101) et portant des taraudages internes, un autre cylindre ( 104) pourvu de taraudages intérieurs ( 104 b) et de filetages extérieurs ( 104 a) s'adaptant auxdits taraudages 15 internes, une tige filetée ( 105) s'adaptant auxdits taraudages intérieurs dudit autre cylindre, un joint universel ( 106) reliant une extrémité supérieure de ladite tige filetée ( 105) à ladite plaque de base supérieure ( 107), et des moyens ( 111) pour faire tourner ledit cy20 lindre ( 104) pour élever ou abaisser ladite tige filetée ( 105).