Brevet FR2577460A1 — publié le 19860822

1. Lra présente invention concerne des dispositifs manipulahles. L.e brevet européen n - 104 589 décrit un manipula- teur à nombreuses articulations ayant un certain nombre- de tronçons articulés les uns sur les autres. Des fils métalliques sont reliés aux tronçons afin qu'ils assurent un déplacement autour de charnières. Les fil sont guidés par passage dans les éléments disposés dans les tronçons. Selon l'invention, un dispositif manipulable com- porte plusieurs tronçons placés successivement, les tronçons adjacents étant articulés chacun autour d'un seul axe, plusieurs organes de manoeuvre destinés à assurer le dépla- cement relatif des tronçons adjacents, et un conduit souple placé le long des tronçons et à l'intérieur de ceux-ci. Les organes de manoeuvre peuvent comporter des éléments allongés ayant une gaine externe et un fil métalli- que interne mobile axialement dans la gaine, par exemple des câbles "Bowden". Les gaines peuvent être serrées sur les tronçons respectifs. Plusieurs tambours d'enroulement peuvent être associés aux éléments allongés. Les organes de manoeuvre sont destinés à assurer sélectivement un dépla- cement relatif dans l'un ou l'autre sens. Ainsi, chaque tronçon peut avoir deux câbles à gaine souple destinés à faire pivoter le tronçon en sens opposés. Deux des axes au moins peuvent ne pas être paral- lèles. Les axes successifs d'articulation peuvent être parallèles ou inclinés. Les tronçons peuvent avoir des longeurs différentes entre les articulations. Le conduit souple peut être serré dans les tronçons de la même manière que les câbles à gaine souple. Le conduit peut être supporté par des organes déli- mitant les axes d'articulation. Les régions extérieures au conduit peuvent être observées depuis l'intérieur du conduit, et des espaces peuvent être laissés entre les tronçons de manière que les régions extérieures au disposi- tif puissent être observées depuis l'intérieur du conduit. Le conduit souple peut avoir des fenêtres d'obser- vation. Le conduit souple peut être transparent. 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 élévation latérale d'un appareil manipulateur; la figure 2 est une élévation d'une partie de la figure 1, à plus grande échelle et en coupe partielle; la figure 3 représente une partie de l'appareil de la figure 1, avec une orientation différente; la figure 4 représente une partie de la figure 1 avec une autre orientation; la figure 5 représente un croisillon; la figure 6 représente un arrangement à capteur; et la figure 7 est une élévation latérale d'une partie de la figure 6. L'appareil 10 comporte une structure 11 de support sur laquelle sont montés plusieurs tambours 12 d'enroule- ment destinés chacun à manoeuvrer un fil respectif 13 de manoeuvre décrit dans la suite. Un tube 14 de déploiement est monté afin qu'il puisse avancer et reculer axialement sur la structure 11. L'extrémité du tube 14 distante des tambours 12 est articulée sur un mécanisme souple 16 comprenant douze maillons creux et rigides ou tronçons articulés les uns sur les autres, les maillons adjacents étant articulés mutuellement autour d'un seul axe. Les maillons successifs (jusqu'au neuvième y compris) sont articulés autour d'axes parallèles. Ainsi, l'extrémité du tube 14 est articulée sur le premier maillon 20 autour d'un axe 21, le maillon est articulé sur le maillon suivant 22 autour d'un axe 23 parallèle à l'axe 21, et ainsi de suite. Cependant, comme l'indique la figure 2, le neuvième maillon 24 est articulé sur le huitième maillon 25 autour d'un axe 26 qui est parallèle à l'axe 27 d'articulation reliant le maillon 25 au septième maillon 28 (parallèles à l'axe 21), mais perpendiculairement à l'axe 29 reliant le maillon 24 au dixième maillon 30. L'axe 29 est parallèle à l'axe 33 reliant le maillon 30 au onzième maillon 34. Le onzième maillon 34 est articulé sur le douzième maillon autour d'un axe parallèle à l'axe 29. Dans tous les cas, l'axe de pivotement est délimité par deux articulations qui sont diamétralement opposées. Ainsi, l'axe 29 est délimité par les articulations 31, 32 et l'axe 33 est délimité par les articulations 32a. Si l'on compte à partir du tube de support 14, les maillons du premier au neuvième, sont articulés autour d'axes parallèles et les maillons, du dixième au douzième, sont articulés autour d'axes qui sont parallèles mutuelle- ment mais perpendiculaires à l'axe 21, le neuvième maillon étant articulé sur le dixième (30) autour d'un axe (29) perpendiculaire à l'axe 21. Les maillons sont sous forme de parties de tube si bien que, à l'état rectiligne (figure 2), la structure 16 laisse des espaces ou ouvertures 36 sur les côtés, permettant à un dispositif d'inspection de voir vers l'exté- rieur. Un tube interne souple 37 est disposé le long des maillons et peut être formé de matière plastique et peut même être transparent ou peut avoir des parties transpa- rentes dans sa paroi. Le dispositif d'inspection peut être porté par un élément souple et allongé introduit dans le tube 37. Les maillons peuvent être dérlacés les uns par rapport aux autres autour des articulations de raccordement par les fils 13. Dans l'exemple représenté,, les fils sont formés par des câbles à gaine souple comprenant une gaine externe souple et un câble interne souple, mobile axialement dans la gaine. Les câbles partent des tambours 12, passent dans le tube 14 et atteignent le mécanisme 16. Ainsi, sur la figure 2, l'un des câbles a une gaine externe 13b dont l'extrémité est fixée à un bloc 42 de traction fixé lui- même dans le maillon 28 et l'extrémité du fil associé 13c est fixée à un bloc 43 de traction de fil fixé au maillon adjacent 25. Un fil diamétralement opposé 13d dont la gaine 13e est fixée dans le bloc 44 de traction, est fixé au maillon 28 en position diamétralement opposée au bloc 42 et l'extrémité de son fil interne 13f est fixée dans le bloc 45 de traction fixé au maillon 25- en position diamé- tralement opposée au bloc 43. Les deux fils 13c, 13f sont raccordés au même tambour 12 si bien que la rotation du tambour dans un sens provoque une traction exercée sur le fil 13c et le pivotement du maillon 25 (et des maillons placés plus loin du tube 14) dans un premier sens et la rotation du tambour 12 dans l'autre sens tire le fil 13f et fait tourner le maillon 25 (et les maillons plus éloignés du tube 14) dans l'autre sens. Un premier fil destiné à tirer. le maillon 30, autour de l'axe 29, est représenté par la référence 13h, et un premier fil destiné à tirer le maillon 34 autour de l'axe 33 est repéré par la référence 13k. Comme représenté sur la figure 3, le mécanisme 16 peut fléchir simultanément autour de plusieurs axes de pivotement, sous l'action de forces de traction appli- quées sur les divers fils des câbles à gaine souple. Deux blocs de traction sont fixés à l'extrémité du tube 14, les fils associés étant fixés dans les blocs du premier maillon afin qu'ils permettent l'application de forces de traction aux fils et le pivotement autour de l'axe 21. La disposition d'axes orthogonaux d'articulation sur le maillon 24 permet un déplacement du mécanisme 16 dans deux directions perpendiculaires. Une série de croisillons espacés 70 guide le tube 37. Les croisillons forment les axes 71 d'articulation sur lesquels pivotent les maillons. Par exemple, un croisil- lon peut avoir deux parties identiques 72, 73 ayant des flasques 74 séparés par des entretoises 75, avec des boulons 76 représentés schématiquement sur la figure 5. Chaque croisillon peut avoir des saillies opposées 77 ayant chacune une ou plusieurs ouvertures 78 pour le passage des câbles 13 qui sont ainsi guidés. Le conduit 37 peut être supporté dans les croisillons 70 par coopéra- tion de sa surface externe ondulée avec les surfaces inter- nes 79 des'croisillons. Plusieurs conduits souples 37 peuvent être placés le long de l'appareil. L'appareil peut être utilisé afin qu'il permette un accès et une inspection à distance par exemple d'une partie d'un réacteur nucléaire, à des emplacements dont l'accès est limité ou sinueux. La structure du squelette tubulaire sinueux ou exosquelette 16 peut être déplacée par commande simultanée ou successive des fils choisis (et ainsi des articulations). Des dispositifs souples et allongés peuvent être introduits dans le tube 37 puis récupérés. Ces dispositifs peuvent porter, à leurs extrémités, des outils ou des dispo- sitifs d'inspection qui peuvent être manoeuvrés à distance par utilisation du dispositif souple. Dans des variantes, les axes successifs d'articula- tion des maillons ne sont pas tous parallèles mais peuvent être inclinés mutuellement. Par exemple, les axes successifs d'articulation peuvent être perpendiculaires ou peuvent former d'autres angles relatifs. Plusieurs maillons 24 peuvent être incorporés au mécanisme 16 qui peut avoir plus ou moins de douze maillons. Les maillons peuvent tous avoir la même longueur axiale entre les articulations ou certaines articulations peuvent être plus espacées que d'autres. Dans un autre arrangement, la distance de séparation et l'inclinaison relative des maillons adjacents dans une séquence de maillons peuvent être choisies afin que le dispositif soit particulièrement adapté à un chemin particu- lier d'accès ou d'introduction du mécanisme 16. On considère maintenant des exemples d'appareillages qui peuvent être déplacés ou introduits le long du tube 37 * des dispositifs d'observation à fibres, de petites caméras de circuit fermé de télévision, des appareils photo- graphiques, des sources radioagraphiques, des tubes d'échan- tillonnage, des sondes ultrasonores, des dispositifs d'application par exemple d'un agent d'accouplement, d'un lubrifiant; d'un inhibiteur de corrosion ou d'une peinture. L'appareil peut être relativement long par rapport à sa section ou son diamètre, et a de nombreuses articula- tions bien maîtrisées. Les maillons peuvent être déplacés par des organes de manoeuvre autres que les câbles à gaine souple; par exemple, les gaines peuvent être supprimées lorsque les fils sont acheminés près des axes des articulations par lesquels ils passent; des organes de manoeuvre de type électromagnétique, électrothermique, hydraulique ou pneuma- tique, peuvent être utilisés dans diverses combinaisons. Des transducteurs de réaction ou d'autres disposi- tifs peuvent être utilisés afin qu'ils donnent des données relatives à la position et à la vitesse de déplacement de certaines articulations ou de toutes les articulations afin que le réglage du mécanisme sinueux 16 puisse être maîtrisé. Un ou plusieurs conduits centraux 37 peuvent être réalisés en un matériau transparent ou peuvent avoir des fenêtres d'observation, comme en ont les maillons creux, afin qu'un dispositif d'observation tel qu'un dispositif à fibres puisse "voir" vers l'extériEur sur la longueur du dispositif et suivant son trajet d'introduction afin que l'introduction soit plus facile et que la récupération en particulier soit plus facile en cas de défaut de fonc- tionnement. En plus d'un conduit dans lequel des dispositifs peuvent être introduits sous forme sinueuse, le dispositif sinueux peut être utili%é comme manipulateur et le conduit central peut être utilisé pour diverses opérations qui peuvent être facilement changées en fonction de diverses têtes de travail (caméras de télévision, dispositifs de projection de peinture, perceuses, meules, organes de coupe, oudeuses par exemple), si bien que l'ensemble forme un système robotique très souple. L'inspection, le nettoyage, le soudage et la protection contre la corrosion sont par exemple une combinaison utile de fonctions. Le dispositif peut aussi être utilisé comme conduit de guidage pour l'introduction de câbles, de tuyauteries souples, etc. par des chemins dont l'utilisation serait autrement difficile. Une construction modulaire peut aussi être utilisée. Dans ce cas, une série d'articulations normalisées peut être réalisée puis montée avec un tube ou d'autres tronçons creux de diamètre normalisé, formant une série de maillons de diverses longueurs et ayant divers angles, entre les axes adjacents d'articulation, si bien qu'un dispositif sinueux peut facilement être réalisé afin qu'il corresponde à des chemins spécifiques d'accès et à des applications particulières. Les tambours 12 d'enroulement peuvent être manoeu- vrés à la main ou à l'aide de moteurs électriques, ou des organes rectilignes de manoeuvre peuvent remplacer les tambours. Dans ce derniers cas, un dispositif de commande peut assurer la commande des moteurs ou des organes de manoeuvre, par exemple d'une manière prédéterminée. Le dispositif de commande peut comprendre un ordinateur et il est souhaitable que des signaux soient représentatifs des positions relatives des maillons adjacents. Ces signaux peuvent être avantageusement obtenus avec des potentio- mètres, comme indiqué sur les figures 6, 7, par exemple sur lesquelles les maillons A, B sont articulés en 80 et le maillon A porte une piste conductrice 81 et le maillon B un curseur 82 coopérant avec la piste 81 afin qu'un signal sous forme d'une tension soit transmis par un conducteur 83 suivant la position angulaire relative des maillons A et B. Il n'est pas nécessaire que la structure 11 soit horizontale, et elle peut être inclinée ou verticale. Il n'est pas nécessaire que les maillons aient une section circulaire, leur section pouvant être rectangu- laire ou hexagonale par exemple. Le conduit 37 n'est pas obligatoirement formé de matière plastique mais il peut ausi être sous forme d'un ressort hélicoïdal. Les câbles à gaine souple peuvent être supprimés lorsque les fils et câbles peuvent coulisser dans les sup- ports montés sur les axes neutres des diverses articulations. Des galets peuvent être montés dans le mécanisme 16 afin qu'ils facilitent l'introduction du conduit 37 et son enlèvement, les galets pouvant être montés par exemple sur des supports ou des croisillons maintenant le conduit. REVENDICATIONS ].. Dispositif manipulable, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs tronçons (20) disposés successivement, les tronçons adjacents étant articulés les uns sur les autres autour d'un axe unique, plusieurs organes de manoeu- vre (13) destinés à assurer un déplacement relatif des tronçons adjacents, et un conduit souple (37) placé le long des tronçons et à l'intérieur de ceux-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de manoeuvre (13) sont des éléments allongés ayant une gaine externe et un fil interne mobiles suivant l'axe de la gaine. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gaines sont serrées sur des tronçons respec- tifs (20). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les organes de manoeuvre (13) sont destinés à assurer un déplacement rela- tif sélectivement dans l'un de deux sens. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que deux des axes au moins ne sont pas parallèles. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le conduit (37) est serré dans les tronçons. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit (37) est supporté par des organes délimitant les axes d'articulation. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les régions exté- rieures au conduit (37) peuvent être vues depuis l'inté- rieur du conduit, et des espaces sont formés entre les tronçons (20) de manière que les régions extérieures au dispositif puissent être vues depuis l'intérieur du conduit. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit (37) est transparent. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cat.iono)réc,édentes, caractérisé en ce qu'il, comprend un dispositif commandé par le déplacement relatif et destiné à assurer la commande des organes de manoeuvre.