Brevet FR2572981A1 — publié le 19860516

La présente invention concerne un nouveau dispositif pour la manipulation d'objets ou de pièces. L'invention sera notamment utilisable dans le cadre de la manipulation automatique d'objets dans un cycle de fabrication industrielle automatisé. L'invention sera plus particulièrement applicable à des installations mettant en oeuvre des processus de fabrication automatique dans le cadre de manipulations d'objets déplacés d'un poste de travail amont à un poste aval ou devant suivre une trajectoire dans le cours de laquelle ils sont exposés sur une ou plusieurs faces à l'action d'un outil ou d'une machine (soudure, peinture, traitement de surface ou analogue). Le dispositif selon l'invention constitue donc un appareil automatique apte à assurer successivement le déplacement d'un objet déterminé entre deux points correspondant aux points extrêmes de la trajectoire, et à l'intérieur de laquelle se situent au moins un point de reprise de l'objet et un point de dépose. I1 est clair que le point de reprise et le point de dépose peuvent être identiques ou sensiblement identiques, dans le cas par exemple où l'objet est prélevé sur un convoyeur, sur lequel il est ensuite reposé après avoir subi son cycle correspondant à une course sur la trajectoire ; le déplacement du convoyeur après dépose de l'objet assure d'une part l'évacuation de l'objet déjà traité et amène en position de reprise l'objet suivant à traiter. La trajectoire suivie par le manipulateur peut être un circuit en boucle et fermé sur lui-même et dans lequel notamment le point de reprise et le point de dépose seront identiques comme exposé precédemment ; dans ce cas l'objet prélevé est déplacé par le manipulateur selon un circuit qui l'expose à l'action d'un ou plusieurs outils de travail après quoi en fin de cycle le manipulateur ramène l'objet à son point de départ d'où il est évacué par un convoyeur, lequel amène en position de reprise l'objet suivant. Mais le manipulateur peut également suivre une trajectoire non refermée sur elle-même et suivant alors un cycle alternatif de va-et-vient ; dans ce dernier cas le manipulateur pourra servir à prélever une pièce ou un objet à un poste déterminé pour l'amener à un poste aval ; après dépose au poste aval le manipulateur revient à sa position de départ pour prélever au poste amont l'objet ou la pièce suivante. Mais le circuit suivi par le manipulateur peut être plus complexe et une partie du cycle suivi par le manipulateur peut être indépendante de la manipulation d'une pièce ou d'un objet, le manipulateur suivant une course additionnelle dans une phase où il ne supporte pas un objet ou une pièce en cours de traitement ; ce peut-être le cas par exemple lorsque le manipulateur prélève une pièce ou un objet qui est soumis à un traitement en phase liquide et donc immergé dans un bain par exemple (peinture par électrophorèse ou bain galvanique) ; notamment dans le cas où le manipulateur plonge l'objet dans une succession de bains ; dans ce cas après dépose de l'objet en fin de traitement, le manipulateur peut, avant reprise du nouvel objet ou de la nouvelle pièce à traiter, voir ses organes de préhension immerges dans un bain de neutralisation, avant reprise du nouvel objet, cette phase correspondant à une course additionnelle indépendamment d'une action sur I'ob5et lui-même. La réalisation d'organes de manipulation, notamment dans le cadre de la robotisation, pour permettre ltexécution de cycles complexes, nécessite la mise en oeuvre de moyens cinétiques nécessairement nombreux et complexes ; les manoeuvres programmées selon un circuit dans l'espace ne correspondant pas à des configurations géométriques simples, nécessitent l'emploi d'une pluralité d'organes d'entrainement notamment de vérins asservis à des organes de programmation. L'invention permet de réaliser un dispositif de manipulations d'objets dans l'espace ne comportant qu'un minimum de pièces en mouvement, et limité à deux organes de motorisation, rendant par conséquent extrêmement simplifiée la fabrication de meme que le fonctionnement et la commande de cet appareil. Le dispositif selon l'invention utilise un mécanisme spatial du type à quatre barres formant une chaine fermée, les barres étant articulées entre elles par leurs extrêmités. Le principe de ce mécanisme est connu eut a fait l'objet d'études théoriques sans cependant aboutir à des applications pratiques ; et il est resté une simple curiosité. La demanderesse a constaté de façon nouvelle et surprenante que le mécanisme spatial du type quatre barres, dont aucune application concrète et pratique n'avait été dérivée, pouvait etre adaptée et utilisée pour la réalisation d'un dispositif de manipulations d'objets dans ltespace. A cet effet l'invention concerne un dispositif de déplacement et de manipulations d'objets dans l'espace selon une trajectoire constante, définissant un cycle répétitif suivant une succession de points, (dont un point de prise de l'objet et un point de dépose) et situé entre deux points d'extrêmité, et le dispositif est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ensemble de quatre barres articulées entre elles selon des axes non parallèles formant une chaîne fermée, dont les deux barres opposées sont égales deux à deux, et définissant un ensemble mécanique spatial, une au moins des barres étant rendue motrice par accouplement avec un organe d'entrainement et étant apte à être entrainé en rotation autour d'un de ses axes par lequel elle est articulée à une barre voisine. Par exemple le dispositif comporte un organe d'entraînement monté solidaire d'un socle d'appui, et lui-même porteur d'une des barres considérée comme fixe. Dans ce cas l'organe d'entraînement est constitue notamment dtun moteur électrique dont l'arbre de sortie est solidaire de la barre motrice en traversant un palier pratiqué dans la barre fixe, l'arbre de sortie du moteur électrique constituant alors l'axe de rotation angulaire de la barre mobile motrice par rapport à la barre fixe sur laquelle ladite barre motrice est articulée. De préférence une des barres, formant bielle, est-associée à un organe de préhension de l'objet manipulé, De préférence dans ce cas, la barre formant bielle porteuse du dispositif de préhension est constituée par la barre opposée à la barre fixe, à laquelle elle est reliée de façon articulée par les deux barres intereiaires. De préférence l'organe de préhension est lui-même monté pivotant sur une console solidaire de ladite bielle. Par exemple l'organe de préhension est constitué d'une pince à au moins deux doigts articulés, le corps de la pince étant monté à pivotement angulaire sur la console solidaire de la bielle support. Selon une autre caractéristique l'organe de préhension telle qu'une pince est montée à pivotement selon un axe de rotation défini par l'intersection d'un premier plan lié à la bielle (supportant l'organe de préhension), ledit plan étant perpendiculaire à la trajectoire en un premier point ou point de prise de l'objet, et un second plan également lié à la bielle et perpendiculaire à la trajectoire en un second point ou point de dépose de l'objet. Selon une variante l'organe de préhension tel qutune pince est monté lui-même à rotation selon un axe défini par l'intersection des plans tangent à la trajectoire respectivement au point de prise et de dépose de l'objet. De préférence l'organe de préhension tel qu'une pince, monté à pivotement selon son axe, est associé à un organe de manoeuvre tel qu'un vérin propre à provoquer le déplacement angulaire de cet organe de préhension entre deux positions déterminées et telles que la pince soit en position de préhension convenable de l'objet en attente au poste de prise et en position de remise de l'objet au poste aval de dépose. Selon une formule de réalisation du dispositif selon l'invention ce dernier comporte des organes de déplacement des postes de prise et de dépose des objets à manipuler de telle sorte que les points de prise et de dépose de l'objet soient mobiles dans une zone déterminée de l'espace desservi par l'organe de préhension associé au dispositif de manipulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation particulière présentée à titre d'exemples non limitatifs et illustrée par les dessins annexés. La figure 1 donne un schéma géométrique du parcours et du fonctionnement du dispositif selon l'invention tandis que La figure 2 donne une vue en perspective du dispositif correspondant au schéma théorique de la figure 1. Dans l'ensemble des figures le mécanisme de base est constitué d'un mécanisme spatial du type à quatre barres soit une première barre 1, ici fixe et montée sur un appui 5 ; et sur la première barre fixe 1 sont montés, articulés par les axes d'articulation 0 et A respectivement les deux barres intermédiaires 3 et 4, lesquelles sont à leur tour articulées (par leurs extrêmités opposées aux articulations 0 et A) à la barre 2 considérée ici comme la bielle On notera que les mêmes références seront utilisées pour désigner l'articulation (0,A,B et C) et l'axe d'articulation correspondant. Les barres opposées deux à deux ctest-à-dire respectivement les barres 1 et 2 d'une part et les barres 3 et 4 d'autre part sont de même longueur (ladite longueur étant considérée entre les axes d'articulation situés aux extrêmités de chaque barre). Il est à retenir que sur la figure 1 le mécanisme étant représenté dans l'espace l'équidistance ci-dessus n'est pas respectée sur la géométrie (plane) de la figure ; et pour des raisons d'une meilleure compréhension le mécanisme n'est pas représenté sur-la figure schématique 1 dans la même position que sur la figure en perspective 2. La bielle 2 supporte elle-même une console 15 de profil triangulaire et constitué par les deux côtés 15a et 15b. L'ensemble des côtés 15a et 15b triangulé par la base 15c solidaire de la bielle 2 forme une console solidaire de la bielle et porteuse d'un organe de manipulation 6 constitué par exemple d'une tige cylindrique 7 porteur à son extrêmité (opposée à son raccordement sur les socle 3) d'une pince 8. La tige - support de la pince et constituant l'organe de manipulation est montée solidaire de la console 15 en étant susceptible de pivotement selon l'axe 9, la tige support 7 étant à cet effet montée mobile dans le palier constitué par un logement traversant la console 15. En arrière de cette console la tige 7 est montée solidaire d'une biellette 10 susceptible d'être manoeuvrée par le vérin 11 ; la motorisation des doigts de la pince 8 n'est pas représentée et elle peut être constituée d'un électroaimant inséré dans le corps de la tige 7. La motorisation de l'ensemble dans son déplacement spatial est assurée à partir de la barre motrice 3, laquelle est montée solidaire de l'arbre 12 traversant un palier formé dans la barre fixe 1 et monté solidaire coaxialement de l'arbre de sortie d'un moteur électrique 14. On réalise ainsi un mécanisme spatial du type à quatre barres dans lequel la rotation ou le pivotement selon l'axe O de la barre 3 entraîne le déplacement de l'ensemble selon un cycle déterminé, chaque point quelconque de l'ensemble des barres suivant une trajectoire fixe et constante. La bielle 2 étant utilisée comme support (par l'intermédiaire de la console 15) de l'organe de saisie ou de préhension 6 formé par la tige 7 rotative porteuse de la pince 8, cette pince 8 solidaire de la bielle assure donc, lors de la mise en rotation de la barre 3 un cycle de déplacement dans l'espace selon une trajectoire constante. Cette trajectoire est représentée à la figure t et sur la succession des points définis par cette trajectoire 13 se situent les points M1 et M2 correspondant au point de reprise et au point de dépose de l'objet soumis à manipulation. En considérant plus particulièrement la figure t on voit que le point C (correspondant à l'axe d'articulation traversant la bielle 2), décrit lui-meme un cercle autour de l'axe fixe O (correspondant à l'arbre 12 de la figure 2) en tournant d'un angle 61 ; le point B (correspondant à l'axe d'articulation droite de la bielle 2) décrit lui-même un cercle autour de l'axe A, lequel n'est pas coplanaire avec l'axe 0 (axe de ltarbre 12). La trajectoire 13 peut être définie comme le lieu géométrique des points parcourus par ltextrêmité de la pince 8 (figure 2) entre notamment le point M1 (considéré comme point de reprise-) et le point M2 (considéré comme le point de dépose). En chacun des points M définissant la trajectoire 13, il existe un plan perpendiculaire à la tangente de la trajectoire. Si l'on considère les deux points respectivement M1 et M2 comme limite extrême de la trajectoire utilisée pour le transfert d'un objet entre le point M1 et le point M2 et si l'on considère les plans P(01) et P(02) correspondant, liés à la bielle 2, ces deux plans se coupent selon une droite 9 passant par M1 et font entre eux un angle *, cette droite correspond à l'axe de la pince 7. Par rotation angulaire selon l'angle 9 de l'axe 9 de la pince 7, il est possible de saisir, le long de la trajectoire, des objets en un point (M1) pour les déposer le long de cette trajectoire en un 2ème point (M2). On a ainsi réalisé un dispositif de manipulation, porteur à cet effet d'un organe de préhension, et dont la trajectoire peut être déterminée ; le dispositif est susceptible d'appréhender en un point déterminé de la trajectoire un objet pour le déposer en un autre point de la trajectoire, ou le redéposer au point de départ en fin de course. La rotation et la manoeuvre de l'organe de manipulation 6 par le vérin 11 permet notamment de saisir l'objet en toute position prédéterminée sans qu'il soit nécessaire que objet se présente aux deux points de reprise et de dépose dans une position angulaire identique, par rapport au manipulateur. Le manipulateur de l'invention peut lui-même être monté sur un support mobile et entraîné dans un cycle de déplacement indépendant du mouvement du manipulateur, le deux courses respectivement dudit support et du manipulateur se combinant pour constituer une course résultante complexe imprimée à l'objet ou la pièce portée par le dispositif de préhension. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de déplacement et de manipulation d'objets dans l'espace selon une trajectoire (13) constante et définissant un cycle répétitif suivant une succession de points, dont un point de prise de l'objet et un point de dépose, entre deux points d'extrêmité M1 et M2 et, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ensemble de quatre barres (1,2,3,4) articulées entre elles selon des axes non parallèles, formant une chaîne fermée, dans laquelle les deux barres opposées sont égales deux à deux et définissant un ensemble mécanique spatial, une au moins des barres (3) étant rendue motrice par accouplement avec un organe d'entraînement et étant apte à être déplacé en rotation autour d'un de ses axes (0) par lequel elle est articulée à une barre voisine (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'organe d'entraînement (14) est solidaire d'un socle d'appui (5), lui-même porteur d'une des barres 1 considérée comme fixe. 3 - Dispositif selon l'une des revendications i ou 2 ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (14) est un moteur électrique dont l'arbre de sortie (12) est solidaire de la barre motrice (3) et constitue l'axe de rotation angulaire de cette barre par rapport à la barre fixe (1) sur laquelle la barre motrice est articulée, l'arbre (12) traversant à cet effet un palier formé sur la barre fixe (1). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1,2 ou 3 ci-dessus, caractérisé en ce que l'une des barres1 formant bielle (3), est associée à un organe de préhension (6) de l'objet manipulé. 5 - Dispositif selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé en ce que la barre formant bielle (3) associée au dispositif de préhension (6) est la barre opposée à la barre fixe. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5 ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe de préhension (6) est lui-même monté pivotant sur une console (15) solidaire de la bielle support (2). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de préhension est constitué d'une pince (8) montée à pivotement sur la console (15) porté par la bielle support. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7 ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe de préhension, tel qu'une pince (8), est monté à pivotement selon un axe de rotation (7) défini par l'intersection d'un premier plan lié à la bi-elle support de l'organe de préhension, plan perpendiculaire à la trajectoire en un premier point ou point de prise de l'objet, et un second plan également lié à la bielle et perpendiculaire à la trajectoire en un second point ou point de dépose de l'objet. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 6,7 ou 8 ci-dessus, caractérisé en ce que l'organe de préhension (6) tel qu'une pince est associé à un organe de manoeuvre (11) propre à provoquer le déplacement angulaire de 11 organe de préhension (6) entre deux positions déterminées et tel que la pince soit én position de préhension convenable de l'objet en attente au poste amont de prise et en position de remise dé l'objet dans le cycle au poste aval de dépose. 10 - Dispositif selon l'une des revendications t à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de déplacement des postes de prise et de dépose des objets à manipuler de telle sorte que les points de prise et de dépose de l'objet soient mobiles dans une zone déterminée de lrespace desservi par l'organe de préhension associé au dispositif de manipulation.