Brevet FR2580978A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de manutention automatique, en particulier des manipulateurs et robots, et a pour objet un dispositif de sécurité multidirectionnel pour de tels matériels. Les manipulateurs et robots sont des machines destinées à transférer des pièces d'un poste de travail à un autre, ou d'une palette à un poste de travail et inversement et sont équipés d'une ou de plusieurs pinces, en général une seule, pour la préhension des pièces, mon tées sur ltextrémité des bras de manière mobile ou fixe par rapport à ces derniers. Actuellement, ces pinces sont généralement montées directement sur les bras, de sorte qu'un obstacle éventuel sur le parcours décrit par la pince, avec ou sans la pièce, peut eAtre la cause d'une détérioration du manipulateur ou robot et/ou de la pièce. Pour obvier à cet inconvénient, il a été proposé d'interposer entre la pince et le bras une plaque de montage dite "fusible" destinée à se rompre en cas de sollicitations inhabituelles telles que chocs, surcharge due à une imbrication de plusieurs pièces entre elles, etc... Ce mode de réalisation permet, certes, dtéviter une destruction du manipulateur ou robot, mais ne permet cependant pas d'assurer la sécurité d'un opérateur contre un choc éventuel. En outre, chaque destruction du 1,porte fusible" nécessite un arrêt de la machine en vue du remplacement dudit fusible". La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un dispositif de sécurité multidirectionnel pour manipulateurs et robots caractérisé en ce qu'il est monté entre le bras du manipulateur ou robot et la pince, et en ce qu'il est essentiellement constitué par au moins un moyen de liaison pouvant immobiliser entre elles, sous une pression donnée et à une distance prédéterminée, les plaques de montage solidaires du bras et de la pince, et par au moins un moyen de déclenchement de sécurité arrentant instantanément le mouvement du bras en cas de rencontre de la pince ou du dispositif avec un obstacle imprevu. L'invention sera mieux comprise grace à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dans lequel la figure 1 est une vue partielle en élévation du dispositif conforme à l'invention, et la figure 2 est une vue en plan, à plus petite échelle, représentant un schéma d'implantation du dispositif. Conformément à l'invention, et comme le montrent, plus particulièrement, à titre d'exemple, les figures 1 et 2 du dessin annexé, le dispositif de sécurité multidirectionnel pour manipulateurs et robots est monté entre le bras 4 d'un manipulateur ou robot et la pince 5 et est constitué par au moins un moyen de liaison 1 qui peut immolîLiser les plaques de montage 2 et 3 solidaires du bras 4 et de la pince 5 entre elles sous une pression donnée et à une distance mutuelle prédéterminée, et par au moins un moyen 6 de déclenchement de sécurité qui est destine à arrêter instantanément le mouvement du bras 4 dès que la pince 5 ou l'ensemble du dispositif rencontre un obstacle imprévu. Le moyen de liaison 1 est avantageusement cons titué par trois vérins montés à articulation au moyen de rotules 7, par la chape du cylindre 8 à la plaque 2 du bras 4, et par la chape du piston 9 à la plaque 3 de la pince 5, et le moyen 6 de déclenchement de sécurité est constitué par une paire de capteurs de position ou de fin de course 10 et il détectant respectivement les positions basse et haute du piston de l'un des vérins. Le montage des extrémités des vérins sur les plaques 2 et 3 au moyen des rotules 7 permet un déplacement mutuel des plaques 2 et 3, par exemple lors d'un mouvement de saisie d'une pièce pour réaliser l'alignement parfait de la pince 5 avec ladite pièce, indépendamment de la position du bras 4. Ainsi, une grande précision de la position du bras 4 par rapport à la pièce à saisir n'est plus nécessaire pour assurer un positionnement et une préhension corrects de ladite pièce dans la pince 5. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque vérin est muni d'une paire de capteurs de position ou de fin de course 10 et 11. Les capteurs de position ou de fin de course basse 10 et haute 11 sont des capteurs magnétiques, à came, ou inductifs, ou encore sous forme de cellules photoélectriques, ou pneumatiques et coopèrent avec un élément mobile de chaque vérin, à savoir le piston 9 ou un élément solidaire de ce dernier pour délivrer un signal d'arrêt de l'actionnement du bras 4, en présence d'obstacle ou de résistance imprévu, l'un, 10, lors de l'approche de la pince vers la pièce à saisir, l'autre, 11, lors du transport de ladite pièce. En effet, lors du mouvement de préhension de la pièce, les pistons 9 des vérins sont déployés et les capteurs 10 de position ou de fin de course basse sont actionnés, les plaques 2 et 3 pouvant effectuer un mouvement relatif entre elles sans que les contacts desdits capteurs déclenchent grâce aux articulations à rotule 7. Après saisie d'une pièce par la pince 5, les vérins sont alimentés et les pistons 9 sont déplacés dans la position haute détectée par les capteurs 11, réalisant ainsi un soulèvement de la pièce de son support préalablement au déplacement du bras 4. La pression de charge des vérins est préréglée en fonction de la pièce à saisir pour permettre un déplacement facile dès l'apparition d'une surcharge ou autre force antagoniste. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, au moins un des vérins est muni d'une cloche 12 d'application sur la plaque 3 solidaire de la pince 5, cette cloche entourant coaxialement le piston 9 dudit vérin et s'appliquant sur la plaque 3 en entourant l'articulation à rotule 7 pour réaliser un plan d'appui, en fin de course de montée du piston, assurant une rigidification de la liaison entre les plaques 2 et 3 et ainsi un parallélisme parfait. En effet, par application de la surface circulaire de la cloche 12 sur la plaque 3, cette dernière est parfaitement perpendiculaire à l'axe du piston 9 et donc du vérin, -et comme chaque piston 9 présente la même course, les deux plaques 2 et 3 sont maintenues parfaitement parallèles entre elles.De préférence, chaque vérin sera muni d'une cloche 12, de sorte que la rigidification du dispositif après saisie d'une pièce est améliorée. Ainsi, lorsque les capteurs 11 sont actionnés, les axes passant par les rotules 7 de chaque vérin sont alignés et perpendiculaires aux plaques 2 et 3, et les cloches 12 sont appliquées sur la plaque 3. Les vérins sont avantageusement montés sur les plaques 2 et 3 suivant une disposition en triangle (figure 2) favorisant un bon équilibrage du dispositif. Si, lors du déplacement de montée du bras 4, un ou plusieurs des capteurs 11 sont déclenches suite à une surcharge de la pince 5 due à une imbrication de plusieurs pièces entre elles, ou du fait que la plaque 3 reste accrochée à un obstacle, ce déclenchement délivre instan tanément un signal d'arrêt du manipulateur ou robot interrompant le programme de ce dernier. En outre, si la pince 5 avec la pièce ou la plaque 3 entre en contact avec un obstacle lors d'un déplacement horizontal ou d'une rotation, dans le cas d'un fonctionnement en poignet, la force de réaction résultante exerce un moment de rotation sur les rotules 7, qui a pour effet de déplacer les pistons 9 des vérins dans le sens d'une sortie contre la pression régnant dans lesdits vérins, les cloches 12 formant chacune un point d'appui sur la plaque 3 du côté d'application de la force par l'obstacle. En effet, lors d'une telle rencontre avec un obstacle, si la force antagoniste est suffisamment grande, le bras de levier formé entre le point d'application de cette force et le point d'appui le plus proche des cloches 12 est tel que la pression de charge des vérins, et donc d'application des cloches 12 sur la plaque 3, peut être facilement surmontée, de sorte que les pistons 9 sont déplacés et que les capteurs 11 déclenchent. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la cloche 12 peut également eAtre remplacée par trois tiges d'appui solidaires du vérin. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif peut être muni d'un capteur supplémentaire 13, indépendant des capteurs de position 10 et 11, sous forme d'une cellule ou d'un microcontact à tige de manoeuvre monté sur la plaque 3 et dont la tige coopère avec un guidage précis de forme correspondante solidaire de la plaque 2, cette cellule ou ce microcontact ôtant à déclen- chement très rapide. Un tel capteur supplémentaire est particulièrement intéressant pour réaliser un déclenchement et donc un arrêt immédiat du robot ou manipulateur dans le cas de rencontre d'un obstacle en déplacement horizontal ou en poignet. Les capteurs 10 et 11 sont avantageusement des capteurs présentant une plage d'actionnement relativement grande, de sorte que des sollicitations parasites ne sont pas prises en compte lors du déplacement du bras avec le dispositif et la pince, seuls les obstacles réels provoquant la délivrance d'un signal d'arret. En effet, en admettant que les capteurs présentent une plage d'actionnement de 20 mm, une légère retenue due à une mauvaise disposition de pièce, ou ltécartement sans heurt d'une pièce mobile est possible, le déplacement des pistons 9 ne dépassant pas alors les limites d'actionnement des capteurs. Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, non représentée au dessin annexé, le moyen de liaison 1 est constitué, de préférence, par trois ensembles télescopiques, montés à articulation par rotule sur les plaques 2 et 3, et dont au moins un est muni d'un dispositif dtimmobilisation des plaques 2 et 3 parallèlement entre elles à une distance donnée et sous une pression donnée. Un tel mode de réalisation consiste, par exemple, en deux tiges télescopiques et en un vérin muni d'une cloche, les tiges télescopiques assurant le maintien de la plaque inférieure avec la pince pendant le mouvement d'ap- proche du bras, tandis que le vérin assure la rigidification du dispositif lors du déplacement inverse. Il est également possible de réaliser le dispositif sous forme d'un vérin unique reliant les plaques 2 et 3 et de dispositifs de positionnement annexes tels que des points centreurs d'appui, le moyen de déclenchement de sécurité pouvant être solidaire desdits dispositifs de positionnement annexes ou du vérin. Enfin, selon une autre vanante de réalisation de l'invention, il est également possible de remplacer les rotules 7 par des articulations simples. Ainsi, le nombre de directions de liberté de la pince 5 par rapport au bras 4 peut être limité. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif assurant une sécurité parfaite tant pour les opérateurs que pour les manipulateurs ou robots contre les risques d'accidents ou de détériorations dus à des obstacles se trouvant sur le parcours du bras de tels manipulateurs ou robots. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexes. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS i. Dispositif de sécurité multidirectionnel pour manipulateurs et robots, caractérisé en ce qu'il est monté entre le bras (4) du manipulateur ou robot et la pince (5), et en ce qu'il est essentiellement constitué par au moins un moyen de liaison (1) pouvant immobiliser entre elles, sous une pression donnée et à une distance prédéterminée, les plaques de montage (2 et 3) solidaires du bras (4) et de la pince (5)sont -et par au moins un moyen (6) de déclen- chement de sécurité arrêtant instantanément le mouvement du bras (4) en cas de rencontre de la pince (5) ou du dispositif avec un obstacle imprévu. 2. Dispositifs suivant la revendication 1, carac térisé en ce que le moyen de liaison (1) est avantageusement constitué par trois vérins montés à articulation au moyen de rotules (7), par la chape du cylindre (8) à la plaque (2) du bras (4), et par la chape du piston (9) à la plaque (3) de la pince (5), et le moyen (6) de déclenchement de sécurité est constitué par une paire de capteurs de position ou de fin de course (10 et 11) détectant respectivement les positions basse et haute du piston de l'un des vérins.- 3. Dispositif, suivant la revendication 2 carac térise en ce que chaque vérin est muni d'une paire de capteurs de position ou de fin de course (10 et 11). 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les capteurs de position ou de fin de course basse (10) et haute (11) sont des capteurs magnétiques, à came, ou inductifs, ou encore sous forme de cellules photo-électriques, ou pneumatiques et coopèrent avec un élément mobile de chaque vérin, à savoir le piston (9) ou un élément solidaire de ce dernier pour délivrer un signal d'arrêt de l'actionnement du bras (4), en présence d'obstacle ou de résistance imprévu, l'un, (10), lors de l'approche de la pince vers la pièce à saisir, l'autre, (11), lors du transport de ladite pièce. 5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'au moins un des vérins est muni d'une cloche (12) d'application sur la plaque (3) solidaire de la pince (5), cette cloche entourant coaxialement le piston (9) dudit vérin et s'appliquant sur la plaque (3) en entourant l'articulation à rotule (7) pour réaliser un plan d'appui, en fin de course de montée du piston, assurant une rigidification de la liaison entre les plaques (2 et 3) et ainsi un parallélisme parfait. 6. Dispositif, suivant la revendication 5, carac térisé en ce que la cloche (12) peut également êtré remplacée par trois tiges d'appui solidaires du vérin. 7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il est muni d'un capteur supplémentaire (13), indépendant des capteurs de position (10 et 11) sous forme d'une cellule ou d'un microcontact à tige de manoeuvre monté sur la plaque (3) et dont la tige coopère avec un guidage précis de forme correspondante solidaire de la plaque (2), cette cellule ou ce microcontact étant à déclenchement très rapide. 8. Dispositif, suivant la revendication ls carac térisé en ce que le moyen de liaison (1) est constitué, de préférence, par trois ensembles télescopiques, montés à articulation par rotule sur les plaques (2 et 3) et dont au moins un est muni d'un dispositif d'immobilisation des plaques (2 et 3) parallèlement entre elles à une distance donnée et sous une pression donnée. 9. Dispositif, suivant la revendication 1, carac térisé en ce qu'il est sous forme d'un vérin unique reliant les plaques (2 et 3) et de dispositifs de positionnement annexes tels que des points centreurs d'appui, le moyen de déclenchement de sécurité pouvant etre solidaire desdits dispositifs de positionnement annexes ou du vérin. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2, 5 et 8, caractérisé en ce que les rotules (7) sont remplacées par des articulations simples.