Brevet FR2564365A1 — publié le 19851122

Dispositif de sécurité pour manipulateurs, servant à arrêter le dispositif d'entraînement par moteur dans le cas d'une collision L'invention concerne un dispositif de sécurité pour des manipulateurs, servant à arrêter le disposi- tif d'entraînement par moteur dans le cas d'une collision, qui est constitué par deux composants reliés entre eux par une liaison de force et disposés de manière à pouvoir être écartés, dans les trois dimensions, à partir de leur position de centrage, et par un in- terrupteur prévu pour le dispositif d'entraînement et réagissant au déplacement d'écartement. De tels dispositifs de sécurité sont connus d'a- près le brevet allemand n 27 17871etd'après la deman- de de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le n 27 49 603. En principe, il s'agit d'arrêter de façon brusque le déplacement, commandé de façon automatique, d'un manipulateur lorsqu'un composant de ce dernier ren- contre de façon inattendue une résistance. La plu- part du temps il s'agit de l'outil du manipulateur qui vient heurter de façon indésirable une partie de la pièce à usiner. L'arrêt du déplacement commandé de façon automatique est censé éviter tout endomma- gement. Les dispositifs de sécurité déjà connus sont mon- tés de préférence à l'extrémité du bras en console du manipulateur, au niveau de l'interface entre le dernier axe secondaire et l'outil. Dans les deux cas déjà connus, les composants reliés entre eux sont associés l'un à l'autre dans un guide chargé par une action de force. L'action de force, qui est produite par un ou plusieurs ressorts,est réglée à une valeur suffisamment intense pour que les composants reliés entre eux possèdent, pendant le fonctionnement normal, une liaison telle qu'ils sont immobiles l'un par rap- port à l'autre. Mais si l'outil ou une autre partie du manipulateur rencontre de façon inattendue une ré- sistance, la liaison de force entre les composants est alors supprimée, auquel cas le déplacement d'écar- tement relatif est identifié par un interrupteur réa- gissant à ce déplacement et est utilisé pour arrêter le dispositif d'entraînement. Les dispositifs de sécu- rité déjà connus sont conformés de telle sorte qu'ils devraient réagir à des variations tridimensionnelles de leur position de centrage établie au moyen d'une action de force. Ceci est également obtenu lorsque les deux composants se rapprochent l'un de l'autre suivant une direction coaxiale ou bien sont entraînés l'un par rapport à l'autre suivant la direction cir- conférentielle. Les cas de collision observés dans la pratique sont cependant basés sur une action de force agissant dans une direction quelconque, auquel cas les dispositifs de sécurité déjà connus ne réagis- sent pas aussi parfaitement que dans le cas des con- traintes mentionnées le long de l'axe ou transversa- lement par rapport à ce dernier. C'est pourquoi l'invention a pour but de dévelop- per les dispositifs de sécurité déjà connus de manière qu'ils puissent réagir sans être gênés, et ce indépen- damment de la direction suivant laquelle la force im- pulsionnelle agit dans le cas d'une collision. Ce problème est résolu conformément à l'invention, dans un dispositif de sécurité du type indiqué plus haut, caractérisé par le fait que le dispositif de sécurité comporte deux organes de commutation mainte- nus à distance et serrés l'un vers l'autre selon une liaison de force et dont la modification de la distance est utilisée comme moyen pour arrêter le dis- positif d'entraînement, la position des moyens d'en- tretoisement des organes de commutation, étant-modi- fiée dans le cas d'une collision. L'invention part également de l'enseignement de principe consistant à maintenir deux organes de commu- tation à une distance mutuelle prédéterminée, à l'ai- de de moyens formant entretoises. Dans le cas d'une collision, le déplacement relatif se produisant entre les composants reliés entre eux par une liaison de force doit agir directement sur les moyens formant entretoises, ce qui entraîne une modification de la distance entre les organes de commutation. Cette modi- fication de la distance est déterminée par l'inter- rupteur et est utilisée pour arrêter le dispositif d'entraînement. Il est évident que cette idée fondamentalement nouvelle peut être résolue de différentes manières du point de vue construction. C'est pourquoi l'inven- tion n'est pas limitéee à l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, étant donné que cet exemple ne révèle que l'une de plusieurs solutions possibles. Aussi bien la construction des organes de commutation que celle des entretoises et enfin celle de l'inter- rupteur peuvent être modifiées de multiples façons. Dans l'exemple de réalisation préféré de l'inven- tion, il est prévu, comme organes d'écartement, deux disques guidés coaxialement l'un par rapport à l'autre et repoussés l'un contre l'autre au moyen de ressorts et entre lesquels se trouvent guidées des entretoises périphériques réalisées de préférence sous la forme de billes et dont la position est fixée par des butées E déplaçables en cas de collision. S'il se produit une collision, les butées se déplacent. Par conséquent il est prévu un écartement des entretoises réalisées sous la forme de billes, ce qui conduit à une modification de l'écartement entre les disques réalisés sous la forme d'organes de commutation. Afin d'obtenir un gui- dage parfait des billes, les disques sont biseautés au niveau de leurs bords se faisant face. Il est judicieux de prévoir un interrupteur de proximité sur l'un des disques et de relier l'autre disque à une butée réglable, par exemple une languette de commutation, coopérant avec l'interrupteur. De même la forme de l'interrupteur est variable de multiples manières. - Un avantage de l'invention consiste en ce que les disques sont guidés par l'intermédiaire de leurs entretoises dans l'un des deux composants et sont en outre bloqués en rotation. De cette manière les dis- ques prennent une position concrète par rapport à la position de centrage des composants reliés entre eux. Un autre objectif essentiel de l'invention réside dans la conformation des composants reliés entre eux. Il s'est avéré approprié que les composants soient reliés entre eux par plusieurs, de préférence trois billes de centrage, qui sont guidées radialement dans le composant extérieur entourant l'autre composant et sont chargées par des ressorts et s'engagent dans un guide en forme de calotte du composant intérieur. La liaison des deux composants est constituée par conséquent par trois joints à rotule, qui sont chargés par une action de force, notamment au moyen de ressorts. Si cette liaison centrée des deux compo- sants, réalisée au moyen d'une action de force, est perturbée, il se produit un actionnement de l'interrup- teur servant à arrêter le dispositif d'entraînement motorisé. Dans un exemple de réalisation préféré de l'in- vention, ceci est obtenu grâce au fait que le guide unique en forme de calotte obture un perçage radial du composant intérieur, dans lequel se trouve guidée au moins une bille prévue en tant qu'entretoise et qui contacte de façon directe ou indirecte la bille de centrage. Les billes servant d'entretoises et les billes de centrage ainsi qu'éventuellement au moins une bille de liaison située entre lesdites billes sont disposées dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation des composants reliés entre eux. Une force agissant suivant une direction quelcon- que sur l'un des deux composants conduit à ce que la bille de centrage est déplacée hors de son guide. Mais ceci entraîne un déplacement relatif des billes pré- vues en tant qu'entretoises, étant donné que ces der- nières sont reliées par une liaison de force à la bil- le de centrage. Si la bille de centrage s'écarte, les billes formant entretoises doivent la suivre. Mais ceci conduit à une modification de l'écartement des organes de commutation réalisés sous la forme de dis- ques dans l'exemple de réalisation préféré, ce qui est à nouveau détecté par l'interrupteur, notamment par un interrupteur de proximité et est utilisé pour réaliser l'arrêt du dispositif d'entraînement. Il est évident que l'action de force peut s'ef- fectuer suivant une direction quelconque, étant donné que les billes de centrage sont serrées dans les guir des en forme de calottes et réagissent par conséquent de la même manière à chaque action de force diffé- rentes. L'invention prévoit enfin que le composant exté- rieur comporte des chambres radiales accessibles de l'extérieur et qui contiennent, au niveau de Jeur fond, le guide prévu pour les billes de centrageetdans les- quelles sont prévus des paquets de ressorts, par exem- ple des ressorts Belleville, qui agissent sur les bil- les de centrage et sont munis de leurs dispositifs de précontrainte. Cette forme de réalisation présente comme avanta- ge le fait que le réglage du dispositif de sécurité conforme à l'invention depuis l'extérieur peut être réalisé d'une manière extrêmement simple sans que l'ou- til ait à être retiré du bras en console du manipula- teur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe radiale d'un dispo- sitif de sécurité conforme à l'invention, prise sui- vant la ligne I-I sur la figure 2; et - la figure 2 est une vue de face du dispositif de sécurité conforme à la figure 1. Sur la figure 1 on voit que l'exemple de réali- sation de l'invention comporte deux composants 1, 2, qui font partie d'un manipulateur. Il s'agit de préfé- rence d'un composant 1 qui reçoit l'outil 3, et d'un autre composant 2, qui est relié au dernier axe secon- daire 4 du bras en console d'un manipulateur. Les deux' composants 1, 2 sont reliés entre eux rigidement, dans la position normale de fonctionnement. Mais s'il se produit une collision, par exemple si l'outil rencon- tre une résistance, cette liaison ferme des deux com- posants 1, 2 n'est pas rigide, mais variable. A partir du déplacement relatif des deux composants 1, 2 se trouve dérivée une impulsion de commutation qui est utilisée pour arrêter le dispositif d'entraînement motorisé du manipulateur. Dans le cas de l'exemple de réalisation repré- senté sur la figure 1, le composant 1 est fixé sur l'outil 3 par l'intermédiaire d'une plaque formant bride 5, à l'aide du boulon 6. Le composant 1 est entouré par le composant 2 dans une zone en forme de moyeu, le composant 1 possé- dant un pourtour extérieur bombé 7 au niveau de son moyeu afin que le composant 2 puisse avoir un dépla- cement relatif autour du composant 1, à la manière d'un déplacement sphérique. Entre les deux composants 1, 2 il est prévu en plusieurs endroits, de préférence en trois endroits équidistants, des billes de centrage 8 qui réalisent la liaison de force entre les deux composants 1, 2. Chaque bille de centrage 8 est guidée avec possibilité de déplacement radial dans un guide 9. Sur son côté extérieur, la bille de centrage 8 est chargée par un paquet de ressorts 12, qui est guidé dans un logement en forme d'embout saillant 11 et peut être précon- traint de la manière souhaitée à l'aide d'un dispo- sitif de serrage 13. Chaque dispositif de précontrain- te 13 est accessible de l'extérieur et garantit par conséquent le réglage du dispositif de sécurité con- forme à l'invention, sans démontage de composants in- dividuels. Sur le côté intérieur de la bille de centrage 8 se trouve situé un guide en forme de calotte 14, qui est prévu en tant qu'insert dans le composant in- térieur 1. Ce guide en forme de calotte 14 obture un perçage radial 15 ménagé dans le composant intérieur 1, dans lequel se trouvent guidées deux billes 27, 28 parmi lesquelles la bille 27 est désignée sous le terme d'entretoise et la bille 28 est désignée sous le terme de bille de liaison. Ces billes 27, 28 sont en contact avec la bille de centrage 8, et ce dans un plan radial. Un mouvement décartement de la bille de centrage dans une direction quelconque conduit par conséquent à un déplacement de réaction des billes 27, 28. Chaque bille formant entretoise 27 coopère avec des biseaux 24 que portent deux organes de commutation 16, 17 qui sont distants l'un de l'autre et qui égale- ment désignés sous le terme de disques. Ces organes de commutation 16, 17 sont coaxiaux et parallèles en- tre eux et sont reliés entre eux par l'intermédiaire de boulons 18. Chaque boulon 18 s'engage au moyen d'un filetage, dans l'organe de commutation 17. Un ressort de pression 19, qui tend à repousser l'un vers l'au- tre ces deux organes de commutation 16, 17, est situé entre l'autre organe de commutation 16 et la tête du boulon 18. Sur l'organe de commutation 17 se trouve disposé un interrupteur de proximité 20 dont le rôle est de contrôler la distance entre les organes de commutation 16, 17. Si la distance se réduit au-delà d'une valeur déterminée, alors l'interrupteur de proximité 20 doit convertir la réduction de distance en un arrêt du dis- positif d'entraînement motorisé. A cet effet une vis de réglage 22, qui porte une languette de commutation 21 constituant une butée et qui coopère avec l'inter- rupteur de proximité 20, est montée par l'intermédiai- re d'un taraudage dans l'organe de commutation 16. Le réglage réalisé à l'aide de la vis de réglage 22 peut être fixé grâce à un contre-écrou 23. Dans le cas du fonctionnement normal, la bille de centrage 8 agit radialement vers l'intérieur contre les billes 27, 28, sous l'action de la force du pa- quet de ressorts 12, la bille formant entretoise 27 veillant à ce que les deux organes de commutation 16, 17 soient situés à une distance mutuelle prédétermi- née. Un mouvement de rotation des organes de commuta- tion 16, 17 est empêché par au moins une goupille 25 qui s'engage dans une fente 26 de l'organe de commuta- tion 16. La force de précontrainte entre les organes de commutation 16, 17 peut être réglée par l'inter- médiaire du ressort de pression 19, à l'aide du boulon 18. Si un déplacement relatif entre les composants 1, 2 conduit à une modification de la position des billes de centrage 8 par rapport à leurs guides en forme de calottes 14, l'interrupteur est alors action- né par suite de la variation de l'écartement des orga- nes de commutation 16, 17 et le dispositif d'entraî- nement motorisé est arrêté. Afin que les composants 1, 2 ne puissent pas sortir de leur position' de cons- truction prédéterminée, il est prévu un ou plusieurs goujons de blocage 29 qui s'engagent dans un évidement , conçu avec une large tolérance, de l'autre compo- sant et empêchentpar conséquent la séparation réci- proque des deux composants 1, 2. Sur l'exemple de la figure 2, on reconnaît les éléments de vissage 31 servant à relier le composant extérieur 2 au dernier axe secondaire 4 du bras en console et en outre les éléments de vissage 32 servant à relier le composant intérieur 1 à l'outil 3. Les différents logements en forme d'embouts sail- lants 11 du composant extérieur 2 sont cependant agen- cés, dans le cas de l'exemple de réalisation, de telle sorte que d'une part ils permettent la rotation des dispositifs de précontrainte 13 et d'autre part assu- rent un blocage de la position en rotation réglée. A cet effet chaque logement en forme d'embout sail- lant 11 comporte une fente 33, conformément à la fi- gure 2. A l'aide d'éléments de vissage 34 il est pos- sible de serrer le logement 11 en forme d'embout sail- lant contre le dispositif de précontrainte 13 et par conséquent de bloquer le logement en position. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité pour des manipulateurs, servant à arrêter le dispositif d'entraînement par moteur dans le cas d'unecollision et, qui est constitué par deux composants (1, 2) reliés entre eux par une liaison de force et disposés de manière à pouvoir être écartés, dans les trois dimensions, à partir de leur position de centrage, et par un interrupteur (20) prévu pour le dispositif d'entraînement et réagissant au déplace- 1o ment d'écartement, caractérisé par le fait que. le dis- positif de sécurité comporte deux organes de commuta- tion (16, 17) maintenus à distance et serrés l'un vers l'autre selon une liaison de force et dont la modi- fication de la distance est utilisée comme moyen pour arrêter le dispositif d'entrainement, la position des moyens (27) d'entretoisement des organes de commutation, étant modifiée dans le cas d'une collision. 2. Dispositif de sécurité suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu, comme organes d'écartement, deux disques (16, 17) guidés coa- xialement l'un par rapport à l'autre et repoussés l'un contre l'autre au moyen de ressorts (19) et entre les- quels se trouvent guidées des entretoises périphériques (27) réalisées de préférence sous la forme de billes et dont la position est fixée par des butées (8, 28) déplaçables en cas de collision. 3. Dispositif de sécurité suivant la revendica- tion 2, caractérisé par le fait que les disques (16, 17) sont réalisés avec des biseaux (24) au niveau de leurs bords se faisant face. 4. Dispositif de sécurité suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'un des disques (17) comporte un interrupteur de proximité (20) et que l'autre disque (16) comporte une butée réglable (21) coopérant avec l'interrupteur (20). 5. Dispositif de sécurité suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les disques (16, 17) sont guidés par l'intermé- diaire de leurs entretoises (27) dans l'un (1) des deux composants et sont bloqués en outre contre toute rota- tion (25, 26). 6. Dispositif de sécurité suivant l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les composants (1, 2) sont reliés entre eux par l'intermé- diaire de plusieurs, de préférence trois, billes de centrage (8), qui sont guidées radialement dans le com- posant extérieur (2) entourant l'autre composant (1) et sont chargées par un ressort (12), et s'engagent dans un guide en forme de calotte (14) du composant intérieur (1). 7. Dispositif de sécurité suivant la revendica- tion 6, caractérisé par le fait que chaque guide en forme de calotte (14) obture un perçage radial (15) du composant intérieur (1), dans lequel se trouve gui- dée au moins une bille prévue en tant qu'entretoise (27) et qui contacte de façon directe ou indirecte la bille de centrage (8). 8. Dispositif de sécurité suivant l'une des reven- dications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le com- posant extérieur (2) comporte des chambres radiales (10) accessibles de l'extérieur et qui contiennent, au niveau de leur fond, le guide (9) prévu pour les billes de centrage (8) dans lesquelles sont prévus des paquets de ressorts (12), par exemple des ressorts Bel- leville, qui agissent sur les billes de centrage (8) et sont munis de leurs dispositifs de précontrainte (13).