Brevet FR2578472A1 — publié le 19860912

La présente invention a trait aux robots industriels ou manipulateurs du type à structure sphérique, comportant une tourelle orientable qui se déplace angulairement suivant l'axe ("taille") d'une embase fixe et qui porte une culasse susceptible d'osciller suivant un axe perpendiculaire ("épaule"), laquelle culasse supporte à coulissement le bras équipé en bout de la main porte-pièce ou porte-outil. Dans la technique connue, l'embase des robots de ce type est construite concentriquement autour de l'axe vertical de rotation, en ce sens que ladite embase est formée par une pièce en forme de cloche dont - l'espace intérieur est muni de roulements montés autour d'un axe orienté verticalement et qui occupe ainsi le centre de l'ensemble. Un tel agencement peut être satisfaisant lorsqu'on a affaire à des robots de petite taille, destinés à développer des puissances relativement réduites; par contre il n'en va pas de même quand il s'agit d'appareils manipulateurs de grande taille qui en cours d'utilisation impartissent à l'embase des efforts élevés de basculement. On conçoit que les oscillations consécutives à ces efforts de basculement nuisent à la fiabilité du robot et à la précision de son, fonctionnement. Une observation assez analogue peut être faite en ce qui concerne l'équilibrage du bras mobile par rapport à la culasse et à la tourelle. On comprend effectivement que pour le même effort de travail fourni par la main porte-pièce ou porte-outil, la culasse est soumise à des efforts qui varient suivant la position axiale de la main précitée par rapport à ladite culasse, c'est-à-dire en fonction de la position axiale du bras. Or ces variations ne peuvent être totalement compensées par les registres à ressorts ou autres systèmes compensateurs dont sont dotesles constructions connues, alors qu'elles impartissent des efforts de basculement et/ou de flexion à la tourelle qui supporte la culasse et à l'embase sur laquelle se déplace angulairement ladite tourelle. C'est à ces inconvénients qu'entend principalement remédier la présente invention, laquelle consiste à réaliser l'embase sous la forme d'un ensemble cylindrique à grand diamètre dont l'un des bords repose sur un support fixe tandis que le bord opposé est équipé d'une couronne axiale profilée pour déterminer deux portées obliques opposées, lesquelles portées forment pistes pour deux séries de galets prévues sur la tourelle orientable. On observera qu'un tel agencement permet d'obtenir une stabilité remarquable et en conséquence une résistance élevée aux efforts de basculement qui s'exercent sur l'embase lors du fonctionnement du robot. D'autres caractéristiques remarquables de l'invention, relatives notamment au montage et à l'équilibrage du bras mobile à l'intérieur de la culasse, ressortiront de la description qui va suivre en référence au dessin annexé, lequel dessin, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. 1 est une vue en perspective montrant schématiquement l'agencement général d'un robot à structure sphérique établi conformé- ment à l'invention. Fig. 2 en est une coupe verticale partielle à plus grande échelle. Fig. 3 est une coupe de détail illustrant le montage de la tourelle sur l'embase. Fig. 4 et 5 sont des coupes verticales suivant les plans respectivement référencés IV-IV et V-V en fig. 2; on a indiqué en II-II en fig. 4 le plan de coupe de fig. 2. Fig. 6 est une coupe de détail montrant le montage du chariot qui porte le bras du robot et du contrepoids d'équilibrage associé audit chariot. Le robot à structure sphérique tel que représenté en fig. 1 comprend une embase 1 propre à reposer sur le sol ou autre support, une tourelle 2 apte à se déplacer suivant un axe vertical OC, une culasse 3 articulée suivant un axe horizontal /3, et un bras 4 qui est engagé à coulissement axial (direction r) et qui porte en bout une main 5 susceptible de pivoter suivant un angle J, laquelle main est équipée d'un élément porte- outil ou porte-pièce 6 mobile suivant les deux angles E et t. Comme plus particulièrement montré en fig. 2, l'embase 1 est constituée par un piètement cylindrique 7 réalisé en béton dans l'exemple de réalisation considéré. Contre le bord supérieur de ce piétement 7 est fixée, par l'intermédiaire d'une bague de centrage 8, une couronne 9 dentée extérieurement. A la manière représentée en détail en fig. 3, à l'opposé de sa denture extérieure 9a, la couronne 9 est profilée de façon à présenter deux portées 9b orientées obliquement vers le bas, respectivement vers le haut, et destinées à former pistes pour le roulement de deux séries de galets 10, lesquels sont mont&eA sur la base de la tourelle 2. On conçoit que dans ces conditions, cette tourelle 2 peut se déplacer angulairement par rapport à l'embase 1 qui, de par sa constitution, est à même de supporter sans fléchir des efforts de basculement très élevés. La rotation de la tourelle 2 est-assurée à l'aide d'un moteur 11 à axe vertical (fig. 4 et 5) fixé latéralement sur ladite tourelle l'arbre, tourné vers le bas, de ce moteur 11 porte en bout un pignon 12 qui engrène avec la denture 9a de la couronne 9. Au voisinage de son sommet, la tourelle 2 supporte un arbre horizontal 13 (fig. 1, 2 et 4) solidaire de deux flasques verticaux 14 prévus à la base de la culasse 3. Contre ces flasques 14 sont rapportes deux secteurs dentes 15 qui engrènent avec des pignons 16 portés par un arbre commun 16a entrainS, avec interposition d'un m6canisme démultiplica- teur 18, par un moteur 19 fixé latéralement contre la tourelle 2. On comprend que la commande de ce moteur 19 dans un sens ou dans l'autre permet d'opérer le basculement correspondant de la culasse 3 et du bras 4 porté par celle-ci. Comme moutré en fig. 2, le bras 4 est solidaire d'un chariot 20 apte à se déplacer le long de deux guides horizontaux 21 rapportes à l'int4rieur du carter 22 qui forme la partie infgrieure de la culasse 3. Comme montré en fig. 6, chaque guide 21 comporte deux portées obliques 21a destinées à former pistes de roulement pour deux s6ries de galets 23 prévues latéralement sur le chariot 20. Le déplacement de celui-ci le long des guides 21 est op8ré à l'aide de deux pignons 24 qui engrlnent avec une denture ou crémaillère 21b ménagée sur le bord supérieur de chacun des guides précités, l'arbre 25 sur lequel sont calés lesdits pignons 24 étant entratn6 par un moteur 26 (fig. 2) à travers un mécanisme réducteur appropri8. Ce moteur 26, en même temps que les moteurs 27, 28 et 29 qui sont destinée à assurer la commande en rotation des trois organes co-axiaux 30. 31, 32 de la main 5 et de l'élément porte-outil ou porte-piece 6, sont bien entendu montas surle chariot 20, immédiatement an artisre de l'extrémité, solidaire dudit chariot, du tube 33 qui constitue le bras 4, ledit tube renfermant les trois organes sus-mentionnés. Afin de compenser le poids en porte-à-faux de l'ensemble 3-4 du robot, on a logé à l'intérieur de la tourelle 2 un registre à ressorts 34 dont la base est fixée à deux oreilles inférieures 35 solidaires de ladite tourelle, tandis que son sommet vient s'attacher en 36 (fig. 5) au fond du carter 22 de la culasse 3. Par ailleurs, pour compenser les efforts variables exerces sur la tourelle 2 par le déplacement longitudinal du chariot 20 et du bras 4, on prévoit un contrepoids mobile 38 en forme d'étrier, conformé de manière à pouvoir circuler au-dessus des quatres moteurs portés par le chariot susmentionné. Comme plus particulièrement montré en fig. 6, la base de chacune des branches du contrepoids 38 est équipée d'une part de deux galets 39 à axe horizontal, d'autre part de deux galets 40 à axe vertical; ces galets 39 et 40 circulent le long de deux portées ou pistes 21c ménagées sur chaque guide 21 a l'opposé des portées ou pistes 21a destinées au guidage du chariot 20. La liaison entre le chariot 20 et le contrepoids 38 est opérée à l'aide d'un c9ble sans fin 41 (fig. 2) renvoyé par des poulies 42 amarrées contre les parois verticales opposées d'un couvercle 43 qui ferme vers le haut le carter 22 de la culasse 3. Comme montre, le brin inférieur de ce cable sans fin 41 est attaché au chariot 20 par l'interm6- diaire du moteur 26 porté par celui-ci, tandis que le brin supérieur est fixé au contrepoids 38, si bien que tout déplacement dudit chariot provoque un déplacement identique, mais en sens opposé, du contrepoids 38. On comprend que grace a cette compensation parfaitement precise, on peut obtenir que le bras 3 du robot applique à l'arbre de rotation 13 de la culasse sur la tourelle un couple constant a toutes les positions axiales dudit bras, en évitant de la sorte que ledit arbre 13 soit soumis à des variations susceptibles d'impartir de brusques a-coups. Il doit d'ailleurs 8tre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres Équivalents. RE V E N D I C A T I 0 N S 1. Robot industriel du type à structure sphérique, du genre comprenant une embase fixe (1), une tourelle (2) orientable suivant l'axe de ladite embase, une culasse (3) montée à basculement sur ladite tourelle suivant un axe (13) penpendiculaire à celui de l'embase, et un bras (4) mobile par rapport à ladite culasse et pourvu d'un élément porte-pièce ou porteoutil (6) susceptible de se déplacer suivant des orientations distinctes, caractérisé en ce que l'embase (1) est réalisée sous la forme d'un ensemble cylindrique (7-8) dont un bord est destiné à reposer sur un support fixe tandis que le bord opposé est équipé d'une couronne axiale (9) profilée pour déterminer deux portées obliques (9b) opposées, lesquelles portées forment pistes de roulement pour deux séries de galets (10) prévues sur la tourelle (2). 2. Robot suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne axiale (9) comporte une denture latérale (9a) qui coopère avec un pignon (12) entraîné par un moteur (11) xapporté latéralement contre la tourelle (2) afin d'assurer le déplacement angulaire de celle-ci suivant l'axe de l'embase (1). 3. Robot suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie inférieure de la culasse (3) est solidaire de deux secteurs dentés (15) qui engrènent avec des pignons (16) entraînés par un moteur (19), de façon à assurer le déplacement angulaire de ladite culasse autour de son axe de basculement (13). 4. Robot suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'opposé de l'élément porte-outil ou porte-pièce (6), le bras (3) est solidaire d'un chariot (20) sur lequel sont fixés le moteur (26) qui assure le déplacement longitudinal dudit chariot, ainsi que les moteurs (27, 28, 29) qui opèrent l'actionnement angulaire de l'élément précité (6), un contrepoids mobile (38) étant lié cinémati- quement audit chariot (20) de façon à se déplacer en même temps que ledit chariot mais en sens inverse. 5. Robot suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le chariot (20) et le contrepoids (38) sont pourvus de galets (23, 39, 40) qui roulent sur des portées ou pistes (21a, 21c) ménagées sur deux guides communs (21) prévus longitudinalement dans la culasse (3). 6. Robot suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le contrepoids (38) est établi à un profil en forme d'étrier de façon à pouvoir passer par dessus le chariot (20). 7. Robot suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la liaison entre le chariot (20) et le contrepoids (38) est assurée par un câble sans fin (41) renvoyé à l'intérieur de la culasse (3) et dont les brins sont attachés l'un audit chariot, l'autre au contrepoids. 8. Robot suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le moteur (26) destiné au déplacement longitudinal du chariot (20) et du contrepoids (38) associé à celui-ci entratne deux pignons (24) qui engrènent avec une denture ou crémaillère (21b) prévues sur chacun des deux guides communs (21). 9. Robot suivant l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisé en ce que la culasse (3) est reliée à la tourelle (2) par un compensateur (34).