Brevet FR2563141A1 — publié le 19851025

La présente invention concerne un mécanisme articulé formant un poignet pour robot et mobile suivant trois axes, et plus précisément un tel ensemble destiné à supporter un ensemble à tube télescopique porté par un portique. L'invention concerne en particulier un mécanisme articulé formant poignet destiné à un manipulateur à robot du type décrit dans la demande de brevet des Etats- Unis d'Amérique n 439 601 cédée à la Demanderesse. Dans cette demande précitée de brevet, un manipu- lateur de robot comporte un -portique qui supporte un poignet classique mobile suivant trois axes, les mouvements suivant chacun des trois axes étant commandés indépendam- ment par un dispositif à moteur, les axes des moteurs étant disposés le long de l'axe d'entraînement de manière qgénérale. Bien que le moteur destiné à faire tourner l'axe vertical puisse être facilement positionné dans un ensemble ayant un tube télescopique, le moteur destiné à faire basculer l'organe de travail dépasse latéralement du mécanisme et limite ainsi le déplacement dans certaines applications, et le moteur destiné à faire tourner l'organe de travail d'extrémité lui-même est incorporé dans un ! bras d'une longueur appréciable, partant du poignet, si bien que cet outil de travail d'extrémité lui-même ne peut pas être monté près de l'intersection des trois axes. L'invention concerne ainsi la réalisation d'un mécanisme pour robot, sous forme d'un poignet mobile suivant trois axes, permettant le montage d'un organe de travail à proximité des axes, un mécanisme à poignet exceptionnellement peu encombrant, permettant à un ensemble à tube télescopique d'approcher très près d'une pièce, de n'importe quel côté, un tel mécanisme dans lequel les trois axes se recoupent en un point, permettant des déplacements composites de l'organe de travail monté à l'extrémité; elle concerne en outre un tel mécanisme qui permet une rotation illimitée de l'organe de travail monté à l'extré- mité autour du troisième axe ou axe final, le mécanisme étant très fiable, pouvant manier de lourdes charges, tout en ayant une construction relativement simple et peu coûteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un robot à portique ayant un mécanisme à trois axes en forme de poignet selon l'invention; la figure 2 est une élévation frontale du méca- nisme; la figure 3 est une élévation latérale du méca- nisme; la figure 4 est une coupe partielle sensi- blement suivant la ligne 4-4 de la figure 3, représentant le dispositif d'entraînement en rotation autour du premier axe, c'est-à-dire de l'axe vertical; la figure 5 est une coupe sensiblement suivant la ligne 5-5 de la figure 2, représentant l'un de deux dispositifs semblables à moteur destiné à assurer l'en- traînement autour du second et du troisième axe; et la figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3 représentant un ensemble différentiel destiné à combiner les mouvements des deux dispositifs semblables à moteur afin qu'ils permettent des rotations autour du second et du troisième axe. Sur les diverses figures, les références iden- tiques désignent des éléments correspondants. La figure 1 représente un bâti 11 qui porte deux ensembles 13 ayant chacun un rail. Un pont 17 est mobile le long des rails et il porte lui- même un chariot 19 sur lequel est supporté un ensemble 23 à tube télescopique en direction verticale. A l'extrémité inférieure du tube télescopique 23, un mécanisme constituant un poignet mobile suivant trois axes selon l'invention, portant la référence générale 24, est monté. Ce poignet porte un outil ou organe 25 de travail, à l'extrémité. La demande précitée de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 439 601 décrit en détail le fonctionnement du chariot monté sur le pont et du tube télescopique, mais il faut noter, dans le présent mémoire, que le déplacement le long de chacun des trois axes orthogonaux est commandé par un circuit à moteur d'asservissement. Par- exemple, chacune des boucles d'asservissement a un servomoteur continu destiné à exercer une force motrice et un circuit détecteur indépendant, par exemple un résolveur ou un dispositif de repérage destiné à déterminer indépendamment l'importance du mouvement réel suivant chaque axe. Comme décrit dans la demande précitée de brevet, il est avanta- geux, dans le cas des robots de ce type qui ont un portique, qu'ils puissent fonctionner d'une manière relativement uniforme dans un grand volume et que ce volume 'puisse être facilement agrandi ou réaménagé. En outre, comme les axes de déplacement en translation sont perpendicu- laires les uns aux autres, le manipulateur peut être programmé d'une manière relativement facile. Un atout important pour le succès de ces manipulateurs est le montage, à l'extrémité inférieure du tube télescopique 23, d'un mécanisme formant un poignet qui permet la rotation de l'organe de travail monté à l'extrémité, de préférence autour de trois axes orthogonaux sécants, si bien que le positionnement de l'organe d'extrémité peut être obtenu avec une souplesse maximale. La figure 2 représente le mécanisme à poignet mobile suivant trois axes qui comporte une plaque 27 de montage destinée à sa fixation à la partie inférieure du tube télescopique 23. Un carter tubulaire 29 est monté sous la plaque 27 et constitue essentiellement un prolon- gement du dernier tronçon de tube télescopique. Un organe d'entra nement en rotation décrit plus en détail dans la suite est monté dans ce carter tubulaire et il est destiné à faire tourner un organe 33 de base autour de l'axe (vertical) du tube télescopique 23. L'organe 33 de base porte deux ensembles allongés et 37 à moteur qui sont montés verticalement afin qu'ils soient parallèles au tube 29 et très près de celui- ci, ainsi que de l'organe d'entraînement en rotation qui y est contenu. Chacun des ensembles à moteur 35 et 37 entraîne un réducteur 41, 43 ayant des pignons coniques, changeant la direction de l'axe d'entraînement en rotation du moteur de 90 . Un carter 45 de réducteur est monté entre les pignons coniques et contient un différentiel 47. Celui-ci a deux organes d'entrée alignés mais opposés, constituant des arbres, entraînés chacun par l'un des pignons coniques 41 et 43 du réducteur d'angle. Le diffé- rentiel a aussi un arbre de sortie qui porte une plaque 49 de montage sur laquelle peut être monté un organe de travail du robot. Chacun des sousensembles est décrit plus en détail dans la suite en référence à un coupe correspondante. La figure 4 indique que le carter ou boîtier tubulaire 29 a un tube interne 51 raccordé rigidement à la plaque 27 de montage, et un tube externe 53 qui peut tourillonner sur le tube interne au niveau de paliers 54 et 55. Un servomoteur continu allongé 56 est monté dans le tube interne et l'arbre de sortie du moteur entraîne l'arbre d'entrée d'un réducteur harmonique de vitesse 57. Ce réducteur 57 entraîne lui-même le tube externe 53, par exemple par l'intermédiaire d'un arbre de sortie 58 raccordé à la plaque 49 de montage avec le tube externe 53. Un résolveur 59 d'asservissement est destiné à détecter directement la position angulaire de l'arbre 58 de sortie et à transmettre un signal de réaction qui peut être utilisé pour la commande de l'excitation du servomoteur 56 indépendamment du jeu ou des erreurs de décalage du système mécanique de montage. Les avantages d'une telle commande par réaction sont décrits plus en détail dans la demande précitée de brevet des Etats-Unis d'Amérique. Le dispositif 35 à moteur est représenté plus en détail sur la figure 5. Il faut noter que le dispositif 37 à moteur est pratiquement identique bien qu'il soit monté de l'autre côté de la plaque 33, et on ne le décrit donc pas séparément. De la même manière que pour le dispositif d'en- tra nement en rotation autour de l'axe vertical, chacun des deux moteurs 35 et 37 comporte un servomoteur continu allongé 61 qui entraîne un réducteur harmonique respectif 62 de vitesse (voir figure 5). Un pignon conique, de préférence de type hypoide dans lequel les axes des arbres d'entrée et de sortie son décalés, est associé à chaque moteur 61 et à chaque réducteur 62. L'arbre 63 de sortie du réducteur 62 entraîne le plus petit des pignons coniques, c'est-à-dire le pignon 64. Le plus grand pignon ou couronne entraîne l'arbre de sortie 66. Les deux ensembles analogues à moteur sont montés de part et d'autre de la plaque de montage ou organe de base 33 et ils ont une orientation telle que les arbres de sortie respectifs sont alignés mais tournes en sens opposés afin qu'ils puissent coopérer avec les arbres ou organes d'entrée du différentiel 47. La position angulaire réelle de chacun des arbres 66 de sortie est détectée par un résolveur 67 d'asservissement respectif qui transmet un signal de réaction que l'organe de commande du robot peut utiliser pour la commande de l'excitation du servomoteur continu 61. On se réfère maintenant à la figure 6 sur laquelle les arbres d'entrée du différentiel portent les références 71 et 72. Ces arbres tourillonnent dans le carter 45 du différentiel et ils sont raccordés à des pignons coniques 73 et 74. Un arbre 75 de sortie tourillonne aussi dans le carter 45, perpendiculairement aux arbres 71 et 72. L'arbre 75 porte un pignon conique 76 qui est en prise avec les deux pignons 73 et 74. L'autre extrémité de l'arbre 75 porte la plaque 49 de montage de l'organe de travail du robot comme décrit précédemment. On peut noter que le carter 45 du différentiel est flottant, c'est-à-dire qu'il n'est pas fixé à l'organe de base 33 mais qu'il est simplement maintenu par les deux arbres d'entrée 71 et 72. Ainsi, il faut noter que, lorsque les arbres 71 et 72 sont entrainés en sens opposés, l'arbre de sortie tourne autour de son axe propre, c'est-à- dire qu'il fait tourner l'organe de travail d'extrémité autour de l'axe final (gamma). D'autre part, lorsque les deux arbres d'entrée 71 et 72 tournent dans le même sens, l'arbre 75 de sortie, avec le carter 45 et l'organe de travail, pivote autour de l'axe commun des arbres du différentiel. On peut noter, d'après la description qui précède, qu'aucun des deux moteurs 35 et 37 n'assure une commande indépendante autour de l'un quelconque des deux axes finaux de rotation, mais que la relation assurée est de type composite. Bien que cette relation complique dans une certaine mesure la tâche de l'organe de commande, la combinaison des déplacements correspond simplement à une sommation des signaux de position créés par les résol- veurs associés aux moteurs respectifs. Ceci diffère des relations géométriques complexes qui peuvent exister dans d'autres appareils à robot dans lesquels les axes de rotation ne sont pas perpendiculairesou sécants. L'avantage de ce mécanisme d'entraînement à différentiel selon l'invention est, comme indiqué précédem- ment, que les divers moteurs allongés peuvent être montés près du tube vertical et parallèlement à celui-ci, et que l'organe de travail peut être monté très près de l'intersection des trois axes si bien qu'aucun bras de longueur notable n'est nécessaire pour la délimitation de l'espace de logement du moteur entraînant l'organe de travail autour du troisième axe (gamma). REVENDICATIONS 1. Mécanisme articulé formant un poignet pour robot, caractérisé en ce qu'il comprend: un organe tubulaire allongé de montage (29), un organe de base (33), un dispositif d'entraînement en rotation (56), aligné sur l'organe tubulaire et destiné à entraîner l'organe de base en rotation autour de l'axe de l'organe tubulaire, deux dispositifs allongés à moteur (35, 37) montés sur l'organe de base, près de l'organe tubulaire de montage et parallèlement à celui-ci, un carter (45) de réducteur, un différentiel (47) tourillonnant dans le carter et ayant deux organes d'entrée destinés à tourner autour d'axes alignés et opposés, raccordés chacun à l'un des dispositifs allongés à moteur, et un arbre de sortie perpendiculaire aux organes d'entrée, et un dispositif (49) de montage d'un organe de travail, monté sur l'arbre de sortie, si bien qu'un organe de travail porté par le dispositif de montage (49) peut être entraîné en rotation autour de l'axe de l'arbre de sortie lors d'une manoeuvre des dispositifs à moteur en sens opposés et il peut pivoter, avec le carter, autour des axes des organes d'entrée par manoeuvre des dispositifs à moteur dans le même sens tout en pouvant pivoter autour de l'axe de l'organe tubu- laire de montage lors du fonctionnement du dispositif d'entraînement en rotation. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'axe de l'organe tubulaire de montage (29) et les axes des arbres d'entrée du différentiel (47) et l'axe de l'arbre de sortie du différentiel se recoupent en un point commun. 3. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des dispositifs à moteur (35, 37) comprend un moteur à courant continu, un réducteur harmonique destiné à réduire la vitesse du moteur, et un pignon conique destiné à changer la direction du mouvement à vitesse réduite. 4. Mécanisme selon la revendication3, caractérisé en ce que chacun des dispositifs à moteur (35, 37) comporte aussi un résolveur destiné à tansmettre un signal de réaction représentatif de la position de l'organe respectif d'entrée. 5. Mécanisme articulé formant poignet de robot, caractérisé en ce qu'il comprend: un organe tubulaire allongé (29) de montage, de type télescopique, un organe de base (33), un dispositif rotatif d'entraînement (56) aligné sur l'organe tubulaire et destiné à faire tourner l'organe de base atour de l'axe de l'organe tubulaire, deux dispositifs allongés à moteur (35, 37) montés sur l'organe de base près de l'axe de l'organe tubulaire de montage et parallèment à cet axe, des pignons coniques (73, 74) associés à chaque dispositif allongé à moteur (35, 37), destinés à changer l'axe de rotation du mouvement assuré par le dispositif respectif à moteur, d'un angle de 90 , un carter (47) de réducteur disposé entre les pignons coniques, un différentiel (47) tourillonnant dans le carter, ayant deux organes d'entrée destinés à tourner autour d'axes alignés mais opposés, chacun étant raccordé à l'un des pignons coniques, et un arbre de sortie perpen- diculaire aux organes d'entrée, et un dispositif (49) de montage d'un organe de travail, placé sur l'arbre de sortie, si bien qu'un organe de travail porté par le dispositif de montage (49) peut être entraîné en rotation autour de l'axe de l'arbre de sortie par fonctionnement en sens opposés des dispositifs à moteur et, avec le carter, il peut pivoter autour de l'axe des organes d'entrée lorsque les dispositifs à moteur tournent dans le même sens, tout en pouvant tourner autour de l'axe de l'organe tubulaire de montage sous la commande du dispositif d'en- tra nement en rotation. 6. Mécanisme selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les pignons coniques (73, 74) sont de type hypoide, les axes des pignons étant décalés. 7. Mécanisme selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'axe de l'organe tubulaire de montage (29) et les axes des organes d'entrée du différentiel (47) et l'axe de l'arbre de sortie du différentiel se recoupent tous en un point commun.