Brevet FR2572976A1 — publié le 19860516

ROBOT INDUSTRIEL D'ASSEMBLAGE La présente invention concerne un robot industriel d'assemblage conçu pour assurer le montage de divers produits à plusieurs composants, comportant plu sieurs stations d'assemblage disposées en ligne sur un même bâti, ces stations étant équipées chacune d'un dispositif de support et d'indexage de palettes d'assemblage portant les composants des produits à assembler, et d'au moins une tête de travail, et un dispositif de transfert pour transférer plusieurs palettes d'une station d'assemblage à une autre selon un axe de translation d'un repère cartésien X, Y, Z. Dans les robots de type portique traditionnels, les deux principaux axes de translation sont incorporés dans un même mécanisme, comportant un chariot se déplaçant selon l'axe principal généralement désigné par la lettre "X", ainsi qu un deuxième chariot supporté par le premier et dont l'axe de translation, généralement désigné par la lettre "Y", est normal à l'axe "X". Le troisième degré de liberté principal d'un robot de type portique traditionnel est repré senté par un mécanisme placé sur le second chariot. Ce mécanisme qui porte une tête de travail est susceptible d'effectuer une translation selon un axe "Z" perpendiculaire au plan défini par les axes "X" et "Y". La tête de travail, immobile ou rotative, peut ainsi être amenée au-dessus d'une aire de travail, elle-même immobile. Lorsqu'une opération d'assemblage nécessite l'intervention de plusieurs stations d'assemblage, on est obligé d'accoupler entre eux autant de robots qu'elle nécessite de stations d'assemblage, de les relier entre eux par des éléments de transfert, ce qui a pour résultat d'engendrer une ligne d'assemblage relativement encombrante et coûteuse. En outre, ces robots manquent de souplesse dans leur utilisation et ne correspondent plus aux exigences actuelles en matière de montage ou d'assemblage automatique en série. En effet, les robots de montage sont appelés de nos jours à assurer la notion de flexibilité dans le domaine très important de la production en série. Les bots de montage traditionnels sont à même d'assurer l'automatisation du montage de petites de petitos ou moyennes séries en utilisant une même tête de travail qu eZéeçqie plusieurs îlu-is opérations. Dans les petites et moyennes séries, une ca- dence rapide du montage est d'une moindre importance. En revanche, le fait de pouvoir monter différents produits ou diverses variantes d'une même gamme de produits avec une même machine constitue un facteur prépondérant permettant d'atteindre le degré de rationalisation recherché de la production. Dans le montage de grandes séries, il est impératif d'assurer une cadence rapide si l'on veut être à même de justifier l'investissement réalisé. Les techniques d'automatisation traditionnelles font appel à plusieurs postes de travail, exécutant successivement des opérations de montage ou d'assemblage sur une ligne de transfert, les composants à assembler étant successivement amenés dans chaque poste de travail et assemblés par les outils correspondants. Etant donné que tous les postes de travail exécutent leurs travaux spécifiques simultanément, la cadence du montage complet du produit est déterminée par le temps nécessaire pour exécuter une seule des opérations de montage.Outre leur coût élevé, le désavantage majeur de ces systèmes traditionnels de montage automatique de séries importantes de pièces réside dans le fait que, par la nature des techniques mises en oeuvre, ils ne sont pas en mesure d'assurer l'assemblage ou le montage de plusieurs produits différents ou de plusieurs versions d'un même produit. En fait, ils ne peuvent pas s'adapter d'une ma nière rapide et rationnelle à des modifications même légères du produit à monter. En d'autres termes, ils manquent de flexibilité. Afin de pouvoir atteindre le degré de flexibilité souhaité, il est important de définir des systèmes de robots librement programmables, mais qui permettent de travailler sur plusieurs postes simultanément. La capacité de l'unité de commande électronique des robots étant limitée, le nombre des axes commandés par cette unité électronique est également limité. Or, dans les opérations de montage, il est souvent suffisant de déplacer une tête de travail dans un seul axe asservi par l'unité de commande électronique, les autres mouvements pouvant être réalisés par des mécanismes non asservis permettant un déplacement en butée, tels que par exemple des vérins hydrauliques ou pneumatiques, des électro-aimants, etc. La présente invention se propose de pallier les inconvénients des systèmes f-?- nus et de réaliser un robot p > sentanF CA 5lo'Cîilié requise pour ppermettre une adaptation rapide et simple à diverses opérations de montage et/ou d'crsJem- blage de produits différents ou de variantes d'un même produit, tout en presentant un encombrement réduit et un coût relativement modeste. Ce but est atteint par le robot industriel d'assemblage selon l'invention, ca ractérisé en ce qu'au moins une des stations d'assemblage comporte des moyens de déplacement pour déplacer au moins l'un des dispositifs de support et d'indexage des palettes d'assemblage selon ledit axe de translation. Selon une forme de réalisation préférée, ladite station est munie de moyens pour déplacer la tête de travail selon au moins une direction orthogonale audit axe de translation. Certains des moyens de déplacement sont agencés pour effectuer les déplacements en butée et d'autres pour effectuer des déplacements commandés numériquement. Ces moyens de déplacement pour déplacer le dispositif de support et d'indexage des palettes peuvent être agencés pour amener, dans une même station d'assemblage, successivement les palettes dans'au moins deux positions distinctes décalées le long de l'axe de translation X Ces moyens de déplacement comportent avantageusement une crémaillère liée au dispositif de support et d'indexage des palettes et un pignon d'entraînement commandé numériquement qui s'engrène avec cette crémaillère. Le dispositif de support et d'indexage des palettes peut comporter une pla- que d'appui solidaire du bâti, pourvue de goupilles fixes destinées à être engagées dans des ouvertures ménagées dans les palettes d'assemblage. Selon une autre forme de réalisation, le dispositif de support et d'indexage des palettes comporte des coulisses solidaires du bâti et la crémaillère pourvues de goupilles fixes destinées à être engagées dans des ouvertures ménagées dans les palettes d'assemblage. Le dispositif de transfert comporte avantageusement un support mobile agencé pour se déplacer successivement en translation selon l'axe Z, afin de soulever au moins deux palettes d'assemblage pour dégager les goupilles des ou, vertures correspondantes, en translation selon l'axe X pour transférer ces palettes d'une station d'assemblage dans une autre, et en translation selon l'axe Z pour abaisser les palettes d'assemblage et pour engager les goupilles dans les ouvertures correspondantes. Le support mobile du dispositif de transfert comporte, de préférence, deux bras latéraux disposés de part et d'autre du dispositif de support et d'indexage des palettes. Les bras latéraux sont avantageusement coudés à l'une de leurs extrémités pour permettre un couplage avec les extrémités opposées des bras d'un autre robot similaire. Pour répondre aux exigences actuelles en matière de robot, dans chaque station d'assemblage, les moyens de déplacement sont à butée lorsque la tête de travail et/ou le dispositif de support et d'indexage des palettes sont amenés à prendre deux positions distinctes dans la même station d'assemblage, au cours de l'assemblage de certains composants d'un même produit ou de deux produits différents, et sont à commande numérique lorsque la tête de travail et/ou le dispositif de support et d'indexage des palettes sont amenés à prendre plus de deux positions distinctes dans la même station d'assemblage au cours de l'assemblage de certains composants d'un même produit ou de produits différents. .Le robot comporte avantageusement une seule unité de commande numéri- que, agencée pour commander simultanément, de manière coordonnée, les moyens de déplacement associés à des stations d'assemblage distincts. Selon une forme de réalisation préférentielle les moyens de déplacement de chaque station sont agencés pour pouvoir être commandés soit en butée, soit par commande numérique au moyen de l'unité de commande numérique centrale. Les caractéristiques essentielles et les avantages de la présente invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description d'une forme de réalisation particulière et en référence au dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une vue partielle en perspective éclatée d'une première forme de - réalisation du robot selon l'invention et d'une variante adaptée à certains cas d'utilisation, La figure 2 représente une vue de dessus illustrant plus particulièrement le système de transfert des palettes d'assemblage, et La figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la fig. 2. En référence aux figures, le robot industriel décrit comporte un bâti (partiellement représenté), qui sert de support aux différents organes fixes et mobiles qui seront définis plus en détail ci-dessous. Une poutre horizontale 1 supporte des éléments de guidage, par exemple deux rails la et lb, le long desquels peut se déplacer un chariot 2 équipé d'éléments moteurs agencés pour assurer le déplacement de ce chariot. Les rails la et lb définissent un axe de translation Y d'un repère cartésien X, Y, Z. Le chariot 2 est relié par un organe 3 à une tête de travail 4 portant un outil de travail 4a. L'organe 3 peut être une tige téléscopique, un vérin hydraulique ou pneumatique ou tout autre dispositif permettant de déplacer la tête de travail 4 en translation selon l'axe Z correspondant, par exemple, à la verticale.La tête de de travail 4 peut comporter un mécanisme permettant d'assurer la rotation de l'outil de travail 4a. Cet outil de travail peut être une pince ou tout autre instrument actionné par un moyen quelconque tel que par exemple un vérin hydraulique ou pneumatique, un électro-aimant, etc. Le bâti comporte de préférence deux poutres 5 définissant l'axe X et servant de support à des palettes d'assemblage 6 ou 6', sur lesquelles sont disposés des composants 6a des produits à assembler ou des gabarits destinés à permettre le positionnement précis et/ou le maintien de ces composants. Ces palettes sont associées chacune à un dispositif de support et d'indexage destiné à la fois à les porter et à définir leurs positions dans chaque station d'assemblage. Dans le cas où ces palettes peuvent occuper deux ou plusieurs positions axialement décalées le long de l'axe X, ce qui est représenté par la partie inférieure de la fig. 1, elles (les palettes 6) sont portées par des coulisses 7 cons titrées par exemple par des plaques anti-frottements. Elles sont associées S il-9 ii;lj;rprir, 1 placement comprenant, par exemple, une crémaillère 8 co tplée a un pignon 9 commandé par un moteur (non représenté) asservi par une unité de commande numérique centrale (non représentée).Le couplage des palettes 6 et de la crémaillère 8 s'effectue avantageusement grâce à deux trous circulaire 10 et oblong Il, dans lesquels s'engagent respectivement deux goupilles 12 qui assurent le guidage latéral des palettes 6 pendant leur déplacement axial selon l'axe X. Chaque palette peut ainsi se déplacer selon l'axe X entraînée par les goupilles 12 et glissant sur les coulisses 7. Dans le cas où une opération de montage ou d'assemblage à exécuter ne nécessite pas de déplacement asservi des palettes d'assemblage selon l'axe X, ces palettes peuvent être immobiles dans la station d'assemblage correspondante. Le mécanisme à crémaillère permettant le déplacement de la palette 6 peut être supprimé, comme le montre la partie supérieure droite de la fig. 1. Le dispositif de support et d'indexage comprend une plaque d'appui 13 fixée de façon permanente sur les deux poutres 5, et qui est équipée de deux goupilles 12' s'engageant respectivement dans deux trous circulaire 10' et oblong 11 ' ménagés dans la palette d'assemblage 6' pour positionner avec précision et guider latéralement cette dernière dans l'aire de travail correspondante. Les déplacements engendrés par les moyens de déplacement peuvent être commandés numériquement ou effectués en butée selon le nombre et la nature des composants à assembler et selon le degré de souplesse que l'on veut atteindre avec le robot. Le dispositif de transfert pour transférer simultanément plusieurs palettes 6 ou 6' d'une station d'assemblage vers une autre ou pour évacuer ces palettes après les opérations d'assemblage sera décrit plus en détail ci-dessous en référence aux fig. 2 et 3. Il comporte deux bras parallèles positionnés de part et d'autre du dispositif de support et d'indexage d'au moins deux palettes, sans toutefois que ces palettes d'assemblage juxtaposées 6 ou 6' soient en contact avec ces brase Les bras sont coudés le long de leur partie antérieure, dans la zone d'ev mité 15 du dispositif de transfert. Par ce moyen, on peut réaliser un er:.- r chement ou cou:lagr. de bras r le de deux dispositifs de transfert de d 6deux ro- bots identiques juxtaposés et transférer les palettes du premier vers it le & cond robot pour faire subir aux composants des produits, les opérations d'assemblage nécessaires. Une butée réglable 16 permet de définir la position axiale des palettes 6.Deux positionneurs latéraux 17, éventuellement actionnés par des vérins hydrauliques ou pneumatiques, définissent la position latérale desdites palettes. En supposant que l'assemblage des produits nécessite le passage par plus de deux postes de travail correspondant à des positions décalées selon l'axe X, les déplacements des palettes le long de cet axe sont commandés numérique ment par l'unité de commande numérique centrale. Si cet assemblage nécessite le passage par deux postes de travail décalés selon l'axe X, les déplacements des palettes le long de cet axe peuvent être commandés en butée. Lorsque les opérations d'assemblage sont exécutées, les palettes sont ramenées dans leur position initiale. Pour leur évacuation, les bras 14 se déplacent tout d'abord verticalement selon l'axe Z jusqu'à ce que les trous 10 et Il des plateaux 6 se dégagent des goupilles 12 correspondantes. Ils se déplacent ensuite dans le sens de l'axe X pour amener les palettes 6 ou 6' d'un premier poste de travail vers un second poste de travail ou pour les amener sur les bras 18 d'un support de transfert d'un autre robot ou d'un système d'évacuation (non représenté). Dès la fin du transfert, un autre cycle d'assemblage peut être entamé et une autre jpalette 6 peut être positionnée contre la butée mobile 16. On notera que pendant les cycles d'assemblage, les bras 14 ne sont pas en contact avec les palettes 6 ou 6'. Le travail effectué dans les différents postes de travail comporte habituellement un positionnement de l'outil de travail pour permettre une préhension d'une pièce dans une aire de préhension hors des postes de travail, suivi de la préhension effective de cette pièce, d'un mouvement de translation destiné à positionner la pièce au-dessus du poste de travail et de la mise en place de la pièce dans le poste de travail. Les mouvements de transfert peuvent être exécutés pendant la période correspondant aux opérations de préhension. L'avantage essentiel du robot, dont une forme de réalisation a été décrite ci-dessus, provient de ce que l'on peut intégrer en un seul robot muni d'une seule unité de commande numérique centrale, un nombre élevé d'opérations élémentaires dont seules sont commandées de manière flexible, c'est-à-dire par commande numérique, celles qui le nécessitent effectivement, les autres mouvements étant effectués en butée. Dans chaque station d'assemblage, les moyens de déplacement sont adaptés aux opérations à effectuer. A titre d'exemple, si l'on veut assembler un seul produit pour lequel aucune variante n'est prévue et pour lequel chaque tête de travail n'effectue qu'une seule opération dans une position fixe relative aux composants du produit concerné, les moyens de déplacement du dispositif de support et d'indexage ou ceux de la tête de travail sont de préférence commandés en butée. En revanche, si l'on veut assembler plusieurs produits d'une même famille de produits dont certains composants présentent des variantes, ou si une même tête de travail est destinée à effectuer plusieurs opérations correspondant à des positions décalées des palettes d'assemblage ou de la tête de travail, les moyens de déplacement sont avantageusement commandés numériquement. L'adaptation peut se faire très rapidement, ce qui assure une grande souplesse dtutilisation du robot décrit. Dans la pratique, on peut avoir avantage à associer à chaque palette un mécanisme de déplacement tel que le mécanisme à crémaillère et pignon dé crit, ou tout autre mécanisme équivalent, mais à ne commander numériquement que certains de ces mécanismes, alors que les autres sont commandés en butee. Revendications I. Robot industriel d'assemblage conçu pour assurer le montage de divers produits à plusieurs composants, comportant plusieurs stations d'assemblage disposées en ligne sur un même bâti (5), ces stations étant équipées chacune d'un dispositif de support et d'indexage de palettes d'assemblage portant les composants (6a) des produits à assembler, et d'au moins une tête de tra vail (4), et un dispositif de transfert pour transférer plusieurs palettes d'une station d'assemblage à une autre selon un axe de translation d'un repère cartésien X, Y, Z, caractérisé en ce qu'au moins une des stations d'assemblage comporte des moyens de déplacement pour déplacer au moins l'un des disposisitifs de support et d'indexage des palettes d'assemblage selon ledit axe de translation. 2. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite station est munie de moyens pour déplacer la tête de travail selon au moins une direction orthogonale audit axe de translation. 3. Robot selon la revendication I, caractérisé en ce que certains des moyens de déplacement sont agencés pour effectuer des déplacements en butée et d'autres pour effectuer des déplacements commandés numériquement. 4. Robot selon la revendication I, caractérisé en ce que les moyens de déplacement pour déplacer le dispositif de support et d'indexage des palettes (6) sont agencés pour amener, dans une même station d'assemblage, successivement les palettes dans au moins deux positions distinctes décalées le long de l'axe de translation X. 5. Robot selon la revendication I, caractérisé en ce que ces moyens de déplacement comportent une crémaillère (8) liée au dispositif de support et d'indexage des palettes et un pignon d'entraînement (9) qui s'engrène avec la crémaillère (8). 6. Robot selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pignon d'entraî nernent rst ecrnrnardé numériquement. 7. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de support et d'indexage des palettes comporte un plaque d'appui (13) pourvue de goupilles fixes (12') destinées à être engagées dans des ouvertures (10', 11') ménagées dans les palettes d'assemblage (6'). 8. Robot selon les revendications I et 5, caractérisé en ce que le dispositif de support et d'indexage des palettes comporte des coulisses (7) solidaires du bâti (5) et la crémaillère (8) pourvue de goupilles fixes (12) destinées à être engagées dans des ouvertures (10, 11) ménagées dans les palettes d'assemblage (6). 9. Robot selon les revendications 1, 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif de transfert comporte un support mobile agencé pour se déplacer successivement en translation selon l'axe Z, pour soulever au moins deux palettes d'assemblage (6 ou 6') et pour dégager les goupilles (12 ou 12') des ouvertures (10, 11 ou 10', vil') en translation selon l'axe X pour transférer ces palettes (6 ou 6') d'une station d'assemblage dans une autre, et en translation selon l'axe Z pour abaisser les palettes d'assemblage et pour engager les goupilles (12 ou 12') dans les ouvertures (10, 11 ou 10', 11'). 10. Robot selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support mobile du dispositif de transfert comporte deux bras latéraux (14) disposés de part et d'autre du dispositif de support et d'indexage des palettes (6 ou 6'). 11. Robot selon la revendication 10, caractérisé en ce que les bras latéraux (14) sont coudés à une de leurs extrémités (15) pour permettre un couplage avec les extrémités opposées des bras d'un autre robot similaire. 12. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque station d'assemblage, les moyens de déplacement sont à butée lorsque la tête de travail et/ou le dispositif de support et d'indexage des palettes sont amenés à prendre au plus deux positions distinctes dans la même station: d'assemblage au cours de l'assemblage de certains composants d'un même proSiu ou de produits différents, et sont à commande numérique lorsque la tête ut travail et/ou le dispositif de support et d'indexage des palettes sont ame.nt5 à prendre plus de deux positions distinctes au cours de l'assemblage de certains composants d'un même produit ou de produits différents. 13. Robot selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande numérique centrale, agencée pour commander simultanément de manière coordonnée les moyens de déplacement associés à des stations d'assemblage distinctes. 14. Robot selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de déplacement de chaque station sont agencés pour pouvoirêtre commandés soit en butée, soit par commande numérique au moyen de l'unité de commande numérique centrale.