Brevet FR2578774A1 — publié le 19860919

L'invention concerne un terminal fixe par un coupleur au poignet d'un robot industriel programme. Dans les robots industriels, le terminal qui porte l'outil doit gdndralement occuper une position et une orientation ddtermides par rapport à la pièce sur laquelle doit s'effectuer le travail. Il est donc nécessaire d'établir une programmation tenant compte de nombreuses données afin de minimiser les imprécisions dues au positionnement de la pièce dans le référentiel de travail, ainsi qu'à la dispersion des parambtres géométriques de la pie ce. Si la programmation est faite par apprentissage, les imprécisions sont dgalement dues à l'opérateur, si la programmation est faite à partir de données numériques, et que l'on désire faire déplacer le terminal orthogonalement par rapport à la surface d'une pièce selon un trajet définit par une courbe plane, il faudra introduire des données correspondant au déplacement du coupleur sur une courbe, parallble au trajet (figures 2, 3) et à sa position angulaire par rapport à la tangente au trajet au point considéré. Les systèmes asservis habituels comportent donc des capteurs de position et des moteurs d'orientation asservis électroniquement, permettant de oontrtler de faibles écarts de position et de les corriger. Afin d'éviter la complexité habituelle des bras manipulateurs et surtout afin de réduire dans des proportions considérables, le nombre de données nécessaires à la programmation du déplacement orthogonal d'un terminal, ou au moins de coutil qui y est fixé, sur une surface gauche, l'invention se propose la réalisation d'un tel dispositif dont le déplacement ne nécessite la prise en compte que d'un nombre restreint de données, le terminal étant susceptible de se positionner passivement, orthogonalement à la surface intéressée, tandis que le coupleur suit des portions de droite joignant des couples de points éloignés l'un de l'autre une courbe parallèle du trajet. les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment ltinvention peut entre réalisée. la figure 1 représente un exemple d'extrémité de robot industriel. Les figures 2 et 3 sont des vues en perspective et en projection sur un plan des positions d'un terminal connu qui doivent Outre programmées. Les figures 4 et 5 sont des vues en perspective et en projection sur un plan des positions d'un terminal conforme à l'invention qui doivent Titre programmées. La figure 6 est une vue en perspective d'un terminal conforme à l'invention. la figure 7 est une vue en coupe longitudinale selon VII VII de la figure 6. la figure 8 est une vue éclatée de l'extrémité du terminal. La figure 9 est une vue en coupe dune forme de réalisation d'un porte-outil. les figures 10 et 11 sont des vues schématiques en coupe de deux exemples d'utilisation du terminal selon l'invention; Un bras manipulateur (figure 1) d'un robot industriel porte à son extrémité la t#te outil ou terminal 1 qui est fixé au poignet 2 par un coupleur 3. Selon l'exemple d'utilisation choisi, le robot doit permettre à un capteur de mesurer en continu les paramètres physiques de pièces réalisées, par exemple, en matériaux composites.Ces pièces, plus parti culièrement constituées d'éléments de structure d'avion présentent généralement des surfaces gauches à faible variation de rayon de courbure0 Dans les dispositifs connus le terminal portant l'outil (ou le capteur) suit à la surface de la pièce 4, le trajet 7 correspondant à une courbe plane. le coupleur 3 auquel est fixé le terminal 1 doit donc se déplacer selon une courbe 6 parallèle à -la courbe plane ou trajet 7 En outre l'outil ou le capteur étant fixé rigidement au terminal, ce dernier doit généralement conserver une orientation fixe en chaque point du trajet par rapport à la surface sur laquelle il est tracé.Il est donc nécessaire dtentrer dans la mémoire de l'ordinateur de commande des données correspondant non seulement aux coordonnées de chacun des points où devra avoir lieu une opération d'usinage ou de mesure, mais également les données correspondant à la position angulaire du terminal par rapport à la surface de la pièce 4. Toute imprénision de positionnement de la pièce dans le référentiel de travail amenerait pour le moins une inefficacité du robot sans la précaution consistant à munir l'extrémité porteoutil du terminal de moyens senseurs convenables. le terminal, selon l1invention, permet au coupleur 3 de se déplacer selon des portions de droite définies entre deux ou plusieurs points de la courbe 6 parallèle au trajet réel 7. l'écartement de ces points, ou encore la longueur de la droite entre deux points dépend de la courbure de la surface ou du trajet dans le plan de travail 5 et de l'écart angulaire maximal autorisé entre l'axe de l'outil et 1'axe du terminal. les figures 4 et 5 montrent clairement le déplacement du terminal parallèlement à lui-mdme entre les deux points P1 P2 ou P2 P3 de droites le long duquel se déplace le coupleur Ce résultat est atteint en prévoyant un porte-outil susceptible d'8tre orienté passivement par la surface de la pièce 4 et dont la distance au coupleur est variable et autoajustable. Un exemple de réalisation d'un terminal conforme à l'invention est repréentb figure 6. Une extrémité du terminal porte la bride de couplage 8 pour le montage sur le coupleur du bras du robot, l'autre extrémité est-équipée d'un dispositif de suspension 10 dans lequel est fixé le porte-outil 9 qui porte sur la face en regard de la pièce 4 des butées 11 déterminant une base de contact avec la surface de la pièce. Le dispositif de suspension est monté sur un dispositif de coulissement axial 42 formant tout ou partie du corps du terminal. Le dispositif de suspension (figure 8) est un système à cardan constitué d'une fourche de cardan 12, d'un croisillon 13 et du porte-outil 9. le porte-outil est muni sur sa face inférieure d'au moins trois butées il disposées sur une circonférence et régulièrement espacées,eonstituées de préférence par des organes de roulements non directifs. Selon deux exemples de. réalisation, ces butées sont formées par des galets orientables 14 (figure 8) ou par des butées à bille 15 (figure 9). la fourche de cardan 12 (figure 8) est formée par un élément tronconique creux 16, fermé par un fond 17, portant selon une génératrice une échancrure 18 permettant la mise en place de l'outil ou du capteur dans le porte-outil. Le bord libre de l'élément tronconique porte deux c oreilles 19 diamétralement opposées dans lesquelles sont prévus deux al#sages coaxiaux 20 pour recevoir des tourillons 21 (figure 7) coopérant avec des alésages du croisillon 130 te croisillon 13 est formé par un anneau 22 portant, selon deux diamètres perpendiculaires, des oreilles 23 dans lesquelles sont prévus des alésages coaxiaux 24, dont les axes sont dans un même plan, parallèle à celui de l'anneau. Deux des alésages diamétralement opposés coopèrent avec des tourillons 21 passant dans les alésages 20 des oreilles de la fourche. le porte-outil 9 présente une forme cylindro-conique creuse d'un diamètre inférieur à celui défini à l'intérieur des oreilles 23 du croisillon 13. La partie cylindrique 25 comporte diamétralement opposés deux alésages qui reçoivent des tourillons 27 dont une extrémité coopère avec deux oreilles 23 diamétralement opposées du#croisillon 13. la partie cylindrique 25 est raccordée à la partie conique 28 par une partie annulaire 29, parallèle aux faces 30, 31 du porte-outil, sur laquelle sont fixés au moins trois galets orientables 14. Eventuellement des moyens de fixation de ltoutil ou du capteur sont prévus sur le porte-outil. Dans la réalisation de porte-outil montrée figure 9, celui-ci présente un corps 32 approximativement cylindrique à la périphérie de la face inférieure duquel sont fixées des butées à billes 15. Ces butées peuvent 8tre réunies en une butée à billes annulaire. la fourche 12 porte un trou borgne 33 coaxial au fond 17. Ce trou reçoit et maintient l'extrémité d'un coulisseau cylindrique 34 qui est susceptible de se déplacer axialement dans un alésage 35 prévu dans une embase 37 constituant une partie du corps du terminal. Un dispositif de guidage du coulisseau est prévu pour empêcher la rotation de celui-ci dans l'alésage 35 et par suite la rotation du dispositif de suspension du porte-outil autour de l'axe du terminal. Selon la forme de réalisation représentée, une colonne 38 excentrée est disposée parallèlement au coulisseau et coopère avec un alésage 39 prévu dans l'embase 37. Un dispositif extenseur, disposé entre le coulisseau et le fond 58 de l'alésage 35 prévu dans l'embase, maintient le dispositif de coulissement en extension. Selon la forme de réalisation représentée, le dispositif extenseur est constitué d'un ressort hélicoïdal 40 disposé dans un logement cylindrique 41 prévu dans le coulisseau s'appuyant par une de ses extrémités contre le fond 38 de l'embase. le dispositif de coulissement 42 ci-dessus décrit est protégé par un manchon élastique 43. Selon une deuxième forme de réalisation, non représentée, du dispositif extenseur, le coulisseau forme le piston d'un vérin pneumatique ou hydraulique dont la chambre est constituée par un volume cylindrique prévu dans l'embase 37. Selon une troisième forme de réalisation, non représentée, un vérin, logé dans une chambre coaxiale prévue dans l'embase, entratne le coulisseau. les dispositifs extenseurs du type à vérin permettent d'appliquer le porte-outil contre la surface à suivre sous une pression déterminée constante, ce qui présente un intérdt certain lorsque le travail à exécuter consiste en un usinage. le mode de fonctionnement du terminal selon 11 invention est le suivant : le bras du robot est programmé de manière que le coupleur se déplace selon des portions de droite (figures 4, 5), situées dans le plan de travail 5 contenant le trajet 7, entre des points P1, r2, P3, etc... les points points P1, P1, sont déterminés en fonction de la courbure de la surface de la pièce et des possibilités de débattement angulaire du porte-outil (angle maximum que peut prendre l'axe du porte-outil par rapport à l'axe du terminal) et de telle manière que la distance la plus petite et la distance la plus grande entre la portion de droite comprise entre deux points P1 P2 ou P2 P3000 et le trajet 7 correspondant soit compatible avec le débattement du porte outil, c'est-à-dire avec les possibilités de déplacement longitudinal du dispositif extenseur, Dans ce cas, les butées du perse outil sont en contact avec la surface de la pièce et le dispositif de suspension du porte-outil permet à celui-ci de siorienter de manière que son axe soit normal au centra de la surface comprise entre les butées. lorsque le bras du robot atteint le point P2, le poignet portant le terminal est actionné afin de placer lXase du terminal dans une position (ou orientation) approximativement normale en un point milieu du trajet 7. les figures 10 et il montrent deux exemples d'tilisation du terminal autonormalisant dans le cas de l'arrasage d'une tdte de riveta le porte outil 9 maintient de manière connue une tette de fraisage dont l'outil 44 est prévu pour un travail de bowt(figure 10) ou un travail en roulant (figure 11)o le porte-outil 9 est appliqué, par le dispositif extenseur, contre la surface de la pièce à usiner avec une pression suffisante pour contrer lteffort de soulèvement dû au travail de l'outil. Dans le travail en bout, la tEte de fraisage est mobile axialement de manière à permettre à outil qui se trouve rétracté par rapport à la surface de la pièce et par conséquent an plan défini par les points de contact des butées, d'entrer en contact avec la tette de rivet et de poursuivre le travail jusqu1à son arasage. l'amplitude du mouvement de outil selon 11axe du porte-outil est moindre dans le cas d'un usinage en roulant (figure 11), la périphérie de la fraise devant astre tangente à la surface de la pièce. Selon un exemple de réalisation d'un terminal selon l'invention, le débattement angulaire du porte-outil est compris approximativement dans un cane de 300 (150 par rapport à l'axe du terminal) et le débattement en hauteur de 30 mm. l'ouverture du porte-outil permet l'utilisation d'outils ou de capteurs de 20 nini de diamètre. REVENDICATlONS 1. Terminal autonormalisant poul robot industriel, ledit terminal, étant fixé au poignet du bras du robot par un coupleur, un outil ou capteur étant maintenu dans le porte-outil du terminal pour usiner ou contrôler la surface courbe d'une pièce selon un trajet formant une courbe , caractérisé en ce que qu'il est constitué d'au moins une embase (37) fixée à une bride de couplage (8), d'un dispositif de suspension (10) portant le porte-outil (9) et d'un dispositif de coulissement axial (42) disposé entre l'embase et le dispositif de suspension, 2.Terminal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de suspension (10) est un système à cardan constitué d'une fourche (12) d'un croisillon (13) et du porte-outil (9), le porte-outil étant muni sur une face d'au moins trois butées (11),disposées sur une circonférence et régulièrement espacées destinées à reposer sur la surface de la pièce. 3. Terminal selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fourche de cardan (12) est formée d'un élément tronconique creux (16), fermé par un fond (17), portant selon une génératrice une échancrure (18) permettant la mise en place de l'outil ou du capteur. 4. Terminal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de coulissement axial (42) est constitué d'un coulisseau (34), portant le dispositif de suspension (10), mobile axialement dans un alésage (35) de l'embase (37); d'un moyen de guidage (38, 39) empêchant la rotation du coulisseau dans l'alésage et d'un dispositif extenseur (40) prévu entre le fond de l'alésage (35) de l'embase (37) et le coulisseau (34). 5. Terminal selon la revendication 47 caractérisé en ce que le dispositif extenseur (40) est un ressort hélicoïdal, 6. Terminal selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif extenseur est un vérin0 7. Terminal selon la revendication 2, caractérisé en ce que les butées sont constituées par des galets orientables (14). 8. Terminal selon la revendication 2, caractérisé en ce que les butées sont constituées d'au moins une butée à bille (15). 9. Terminal selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débattement de l'axe du porte-outil par rapport à l'axe du terminal est de 1 t ordre de 150.