Brevet FR2594374A1 — publié le 19870821

La présente invention concerne les machines conçues pour assurer le déplacement ou le transfert automatique de pieces, charges ou objets divers, entre différentes installations ou postes dans lesquels ces pièces, charges ou objets subissent des opérations diverses ou sont soumis à des phases opératoires de processus de transformation, de construction ou de montage. Bien que de nombreuses applications puissent être concernées, le manipulateur selon la présente invention est, plus particulièrement, destiné à équiper des machines-transferts utilisées pour la construction et/ou le montage de pièces ou de sous-ensembles impliquant l'assemblage d'un certain nombre de pièces constitutives, ainsi que l'exécution d'opérations d'usinage, de fabrication ou d'assemblage. Pour assumer la fonction ci-dessus, il est connu de mettre en oeuvre des dispositifs ou robots construits de manière à pouvoir assurer la prise en charge, le transfert et la dépose d'au moins une pièce, une charge ou un objet, d'un poste de présentation à un second poste d'intervention, ces deux postes pouvant appartenir à une seule ou a deux machines différentes d'intervention, de production, de fabrication, de montage. Ces dispositifs ou robots comprennent, obligatoirement, un support motorisé devant être déplacé entre les deux postes d'intervention et supportant lui-même au moins un moteur d'actionnement, soit d'un segment articulé, soit d'un organe de fonction, tel qu'une pince de préhension. Ceci implique de concevoir le dispositif pour tenir compte du support et du déplacement d'au moins un organe moteur dont la masse vient diminuer la capacité de prise en charge de l'appareil. De tels robots peuvent être considérés comme satisfaisants pour une simple fonction de transfert, mais ne peuvent être utilisés en tant qu'organes actifs capables, simultanément, de contribuer à la réalisation d'une intervention, d'un usinage ou d'une phase de montage. Pour tenter de faire effectuer cette double fonction à des machines de manipulation et de transfert, il a été préconisé de monter un support motorisé mobile, par l'intermédiaire d'un organe d'entraînement en déplacement le long d'une voie de guidage. Cette solution, qui s'approche plus de la résolution du problème posé, n'est pas satisfaisante, car elle n'offre aucune souplesse d'adaptation en fonction des opérations à exécuter. En effet, si deux opérations d'usinage, de montage ou d'assemblage doivent être exécutées à deux postes de travail indépendants, il est rare que ces deux opérations exigent la même course active, le développement de la meme puissance et/ou le transfert d'une même masse.Pour résoudre tous les cas susceptibles de se présenter dans un cycle opératoire, intéressant plusieurs postes de travail desservis par le même manipulateur, il est donc nécessaire de concevoir ce dernier de manière que ses organes actifs soient capables de répondre aux exigences maximales tenant compte des paramètres de fonctionnement les plus élevées susceptibles de se présenter pour l'ensemble des postes. Ceci conduit, généralement, à créer un manipulateur lourd, encombrant et surpuissant qui doit être déplacé d'un poste à un autre en fonction des opérations à exécuter. Une telle conception exige des organes d'entraînement puissants, consommant beaucoup d'énergie pour l'ensemble du cycle alors que, dans bien des cas, les paramètres maximas ne sont jamais développés simultanément. Cette conception conduit à des dispositifs coûteux de construction, d'entretien et d'utilisation. De tels dispositifs sont, en outre, conçus pour porter le ou les organes moteurs nécessaires qui sont ainsi déplacés simultanément. Il en résulte une sollicitation en flexion alternée des différents câbles ou conduits d'alimentation de ces organes moteurs, ce qui diminue la fiabilité de fonctionnement de tels dispositifs. Par ailleurs, un dispositif du type ci-dessus n'est pas facilement adaptable lorsqu'il convient de l'utiliser au sein d'une même installation générale, toutefois mise en oeuvre pour l'exécu- tion d'opérations différentes pour lesquelles les courses actives, les puissances ou les pressions devant être développées, sont, soit inférieures, soit supérieures à celles pour lesquelles le dispositif a été initialement conçu. L'objet de l'invention vise à résoudre le probleme gene- ral ci-dessus en proposant un nouveau manipulateur, tout particulièrement conçu pour permettre la mise en oeuvre d'organes moteurs dont les caractéristiques et paramètres de fonctionnement sont, pour chacun, exactement adaptés à ltopération à effectuer. Un autre objet de l'invention est de proposer un nouveau manipulateur dans lequel les fonctions motrices et les fonctions support-deplacement sont dissociées, de maniere a pouvoir disposer d'organes moteurs à position fixe et d'organes de support mobiles distincts pouvant être amenés, spécifiquement, en relation avec chacun des organes moteurs. Un des avantages de cette construction est de permettre la réduction de puissance du ou des organes moteurs mis en oeuvre pour assurer le transfert, étant donné que ce ou ces organes ne sont développés, utilisés, que pour déplacer les organes de support indépendamment des organes moteurs de fonction. Un autre objet de l'invention est de proposer un manipulateur offrant une grande possibilité d'adaptation des différents organes moteurs de fonction qui peuvent ainsi être montés ou changés, de maniere que leurs caractéristiques soient choisies en correspondance exacte de la fonction à assumer. Pour atteindre les buts ci-dessus, le manipulateur conforme à l'invention comprend - un bâti porteur d'au moins une voie de support et de guidage et d'au moins deux organes moteurs indépendants, à position fixe, placés en relation avec la voie, - au moins un équipage mobile porté par la voie et comprenant . un chariot principal monté sur la voie et portant un jeu de glissières de direction différente de celle de la voie, . un chariot secondaire monté sur les glis sieres du chariot principal, . un organe de fonction porté par le chariot secondaire, . et un organe d'assemblage temporaire entre le chariot secondaire et chaque organe moteur, - et au moins un organe d'entraînement capable de déplacer l'équipage mobile le long de la voie pour amener l'organe d'assemblage temporaire à coopérer individuellement avec chaque organe moteur à position fixe. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de 11 invention. La fig. 1 est une élévation du manipulateur conforme à l'invention. La fig. 2 et la fig. 3 sont des coupes transversales prises, respectivement, selon les lignes Il-Il et III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe-élévation en partie arrachée, analogue à la fig. 2, mais illustrant à plus grande échelle l'objet de l'invention. La fig. 5 est une vue en plan d'une variante de réali set ion. La fig. 6 est une élévation schématique partielle montrant une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention. Selon le premier exemple illustré par les fig. à 3, le manipulateur selon l'invention est prévu pour assurer la prise en charge et le transfert de pieces, charges ou objets divers, depuis un convoyeur d'amenage 1 jusqu'à une machine transfert 2 dans laquelle ces pièces, charges ou objets subissent des phases de traitement, d'assemblage, de montage, d'usinage ou d'exécutions diverses. Le manipulateur comprend un bâti 3 s'étendant horizontalement au-dessus du convoyeur 1 et de la machine transfert 2. Le bâti 3 est soutenu, à la manière d'un portique, par des membrures verticales suspendues à une structure superposée ou par des montants, poteaux ou autres organes analogues s'élevant à partir du sol. De telles structures de suspension ou de support n'entrent pas directement dans le cadre de l'invention et font partie de la technique de réalisation connue de bâtis de machines diverses. Le bâti 3 porte une voie de support et de guidage 4 qui s'étend horizontalement et de façon rectiligne dans -l'exemple illustré. La voie 4 est destinée à assurer le support et le guidage d'au moins un équipage mobile 5 susceptible d'être entraîné en déplacement sur la voie 4 par l'intermédiaire d'un organe d'entraînement 6. La voie 4 et l'organe d'entraînement 6 sont conçus pour permettre, dans le cas illustré, un déplacement de l'équipage mobile 5 d'une position A correspondant à l'aplomb du convoyeur 1 jusqu'à une position B d'aplomb par rapport à la machine 2 et inversement.L'organe d'entraînement 6, choisi pour assumer cette fonction, constitue un organe moteur à course rectiligne alternative, constitué dans l'exemple de réalisation par un vérin 7, du type à double effet, pneumatique, électrique ou hydraulique, dont le corps est porté par le bâti 3 et dont la tige 8 est solidarisée avec l'équipage mobile 5. Les positions A et B correspondent à deux postes de travail particuliers, au niveau de chacun desquels des opérations intermédiaires peuvent éventuellement être exécutées par des organes moteurs appropriés.Dans le cas présent, le bâti 3 porte, pour l'exécution de ces opérations au droit des postes A et B, deux organes moteurs 9 et 10 indépendants, fixes, pouvant mettre en oeuvre des énergies identiques ou différentes selon ltopération à exécuter et capables, en conséquence, de posséder des courses utiles, des types de mouvements d'entraînement, ainsi que des puissances, exactement adaptés aux besoins et, en conséquence, différents les uns des autres. Chaque organe moteur est fixé sur une plaque 11 portée par des colonnettes 12 s'élevant depuis le bâti 3. L'arbre de sortie tournant ou à déplacement alternatif 9a ou 10a est, dans le cas présent, dirigé verticalement en direction du bâti qu'il traverse librement. Dans exemple illustré, les organes moteurs 9 et 10 sont constitués par deux vérins à double effet pneumatique, hydraulique ou électrique. La position des deux vérins 9 et 10 sur le bâti 3 est déterminée de manière que les tiges 9a et 10a soient situées à l'aplomb vertical des positions A et B. La fig. 4 montre, plus en détail, la structure de l1équi- page mobile 5 qui comprend un chariot principal 13 formé par une platine 14 sur la face supérieure de laquelle sont montés des paliers ouverts 15 coopérant avec deux glissières 16 formant ensemble la voie 4. Les glissières 16, en forme de rails inversés comportant un champignon ayant une section droite transversale cylindrique, sont rapportées, de façon démontable, sous le bâti 3. La platine 14 sur laquelle est fixée, par tous moyens appropriés non représentés, la tige 8 de l'organe d'entraînement 6, supporte un jeu de deux glissières verticales 17, parallèles entre elles et de direction perpendiculaire à celle de la voie 4. Les glissières verticales 17 sont, de préférence, cylindriques et constituées par des éléments indépendants fixés par encastrement pour s'étendre vers le bas à partir de la face inférieure de la platine 16. Les glissières 17 assurent le support coulissant d'un chariot secondaire 18 comprenant une platine 19 munie de bagues 20 enfilées à coulissement libre sur les glissières 17. La platine 19 du chariot secondaire porte, entre les bagues 20, un organe de fonction 21 constitué par un outil spécifique de l'opération à exécuter et, par exemple, illustré à la fig. 4 sous la forme d'une pince de préhension. Le fonctionnement de cet outil peut être automatique ou commandé à distance par l'intermédiaire d'un vérin 22 à course limitée. L'outil spécifique 21 ne fait pas partie de l'invention en raison de la grande possibilité d'adaptation, en fonction des opérations à effectuer et du caractère spécifique des pièces, charges ou objets devant être manipulés. Dans l'exemple de réalisation illustré par la fig. 4, le chariot secondaire 18 est maintenu en position haute normale sur les glissières 6, c'est-à-dire à proximité de la platine 14 du chariot principal 13, par l'intermédiaire d'un organe de suspension 23 s'élevant à partir de la face supérieure de la platine 19 pour traverser une ouverture centrale 24 ménagée dans la platine 14 du chariot principal 13. L'organe de suspension 23 comprend un prolongement vertical 25, en bout duquel sont montées des pattes laterales 26 assurant le support de roulements 27 d'axes horizontaux.Les roulements 27 sont, par exemple, prévus au nombre de quatre, comme cela ressort de la fig. 1 et constituent une sorte de trolley coopérant avec la face supérieure d'un rail de suspension 28 porté par le bâti 3 pour s'étendre parallèlement à la voie 4 et, par exemple, entre les glissières 16. Le rail 28 assure ainsi la suspension et le maintien dans la position extrême haute du châssis secondaire 18 par rapport au châssis principal 13, pendant toute la course de déplacement de ce dernier le long de la voie 4. L'organe de suspension 23 assume, également, une fonction sunplémentaire de dispositif d'assemblage temporaire entre le chariot secondaire 18 et l'un ou l'autre des organes moteurs 9 ou 10. A cette fin, il est prévu de munir l'arbre de sortie ou la tige 9a, 10a d'un nez 29, dont l'extrémité porte un segment de rail 30, de même profil que le rail 28. Le segment 30 est normalement placé, dans une position de repos de 11 organe moteur 9 ou 10, dans une interruption ménagée par le rail 28 et en alignement avec ce dernier. Le segment 30 reconstitue, en quelque sorte, la continuité du rail 28 en représentant, toutefois, un segment susceptible d'être décalé verticalement du plan de ce dernier d'une mesure correspondant à la course de l'organe moteur 9, 10. Le manipulateur décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. A partir de la position illustrée par la fig. 1, l'or gane 9 est alimenté de manière à provoquer la course d'extension de la tige 9a. Ceci a pour effet d'abaisser le segment de rail 30 et d'autoriser ainsi le coulissement descendant par gravité du chariot secondaire 18 sur les glissières 17. L'organe de fonction 21, occupant la position A, est ainsi amené à proximité du convoyeur 1 pour assurer, par exemple, la prise en charge d'une pièce P, préalablement amenée à l'aplomb de la position A et du poste 9, par tout moyen convenable. Lorsque la préhension a été effectuée, l'alimentation du vérin 9 est inversée, de manière que la rétraction de la tige 9a provoque-le coulissement ascendant du chariot 18 sur les glissières 17. Le chariot secondaire 18 est ainsi ramené dans sa position originelle. Lorsque cette première phase du cycle a été accomplie, l'organe d'entraînement en déplacement 6 est alimenté pour provoquer le déplacement de l'équipage mobile 5 dans le sens de la flèche f1. Le chariot principal 13 glisse sur les glissières 16 par les paliers ouverts 15 et, simultanément, le trolley 27 roule sur le segment 30 qu'il quitte pour coopérer avec le rail 28. L'équipage mobile est ainsi amené jusque dans laquelle on comprend que le trolley 27 est alors amené à coopérer avec le segment de rail 30 porté par la tige 10a de l'organe moteur 10. Dans cette position qui peut, éventuel- lement, être indexée, le vérin 10 est alimenté pour provoquer la course d'extension de la tige 10a, sollicitant en déplacement descendant le chariot secondaire 18, qui amène ainsi la pièce P dans la nouvelle position requise, soit de travail, soit de prise en charge par la machine transfert 2. Il y a lieu de noter que l'organe d'assemblage temporaire 23 est conçu de manière que les galets 27 ménagent, par leur génératrice inférieure et avec la face supérieure du prolongement 25, un écartement correspondant, au jeu près, à l'épaisseur du segment 30. Ainsi, l'organe moteur 10 peut être mis en oeuvre pour exercer une pression contrôlée sur le prolongement 25 et être utilisé pour l'exécution d'une opération de travail au poste B, telle qu'une conformation, un emboutissage, un emboîtement, un assemblage, etc ... Lorsque l'opération devant être exécutée a été réalisée, l'alimentation du vérin 10 est inversée, de façon à ramener le chariot secondaire 18 dans sa position originelle par rapport au chariot principal 13. L'alimentation de l'organe d'entraînement en déplacement 6 est alors inversée pour ramener l'équipage mobile à l'aplomb de la position A. Ainsi que cela ressort de la description qui précède, le manipulateur selon l'invention se caractérise par une dissociation des fonctions motrices de travail par rapport à la ou aux fonctions motrices de transfert. Ceci conduit à réaliser un manipulateur en adaptant, de façon fixe sur le bâti, le ou les organes moteurs de fonction qui ne sont plus portés par l'équipage mobile, comme dans les constructions traditionnelles. Cette structure permet de conférer, à chaque organe moteur de fonction, les caractéristiques ou paramètres de fonctionnement exactement adaptés à l'opération à exécuter et de pouvoir ainsi disposer, par exemple, d'un organe moteur 9 possédant une course longue et développant une faible puissance, correspondant à la fonction de préhension et de prélèvement d'une pièce P et d'un organe moteur 10 à course plus courte mais à puissance plus élevée, s'il convient d'exécuter, au niveau du poste B, une opération de dépose mais aussi, simultanément, d'emboutissage, de découpe ou de conformation. Le fait de disposer d'organes moteurs à position fixe présente, en outre, l'avantage de supprimer les contraintes de flexion alternées qui sont imposées dans les constructions traditionnelles aux câbles électriques ou flexibles de raccordement. il en résulte une plus grande fiabilité et longévité de fonctionnement de ces organes qui sont chargés de transmettre les impulsions ou les énergies de commande. Dans ce qui précède, il est indiqué que la voie 4 supporte au moins un équipage mobile 5. La fig. 1 montre, de façon partielle, un bâti 3 dont la voie 4 supporte un second équipage mobile, désigné dans son ensemble par la référence 5'. Il doit être entendu que ce second équipage mobile peut, le cas échéant, être animé d'un déplacement sur la voie 4' par l'intermédiaire d'un organe d'entraînement propre ou, encore, être attelé à l'équipage 5 pour être déplacé simultanément à ce dernier. Dans un tel cas, comme illustré par la fig. 4, il est alors possible de relier les chariots principaux 13 et 13' par une barre d'attelage 31 disposée latéralement. Dans certaines machines-transferts, il est nécessaire de pouvoir réaliser, localement, le retrait d'une pièce ou d'un ensemble de pièces ou l'apport de pièces complémentaires ou, encore, l'execu- tion d'une opération hors du cheminement imposé par la machinetransfert. Le manipulateur selon l'invention peut alors comporter, dans un tel cas, au moins une autre voie 41, supportée par le bâti 3 pour s'étendre selon une direction non parallèle à la voie 4. La voie 41 est réalisée de même façon que décrit ci-dessus pour assurer le support et le guidage d'au moins un équipage mobile propre 51 associé à des organes moteurs propres de fonction et de transfert. Les fig. 1, 2 et 3 montrent un tel exemple dans lequel le bâti 3 supporte une voie 41 orthogonale, assurant le guidage d'un équipage mobile 51 pouvant être amené par un organe d'entraînement en déplacement 61 en relation avec l'un ou l'autre de deux organes moteurs de fonction 91 et 101. Dans ce qui précède, il est indiqué que le bâti 3 supporte des voies 4 rectilignes. La fig. 6 illustre une variante de réalisation selon laquelle le bâti 3 supporte une voie courbe 34 assurant le guidage d'un équipage mobile 35 susceptible d'être entraîné en déplacement alternatif par un organe moteur de transfert 36, par exemple constitué par une crémaillère 40 à position fixe avec laquelle coopère un pignon denté 41 porté par l'arbre de sortie d'un moteur électrique monté sur le chariot principal de l'équipage 35. Dans cette forme de réalisation, il peut être prévu, également, de faire porter au bâti 3, au moins une autre voie de support 341 par exemple de direction radiale, assurant le guidage d'un équipage mobile 351 associé à un organe d'entraînement en déplacement 361 Les exemples de réalisation donnés ci-dessus concernent un manipulateur conçu pour être placé en superposition de plans d'un convoyeur 1 et/ou d'une machine transfert 2. Dans certains domaines d'application, il peut être envisagé d'inverser cette disposition, s'il convient, notamment, de travailler à partir des faces inférieures d'organes de support et d'entraînement portés par la machine-transfert 2. La fig. 6 illustre un tel exemple d'application dans lequel le bâti 3 est constitué sous la forme d'un banc horizontal portant, de place en place, le ou les organes moteurs 9, 10, adaptés de manière que les arbres de sortie ou tiges 9a, 10a s'étendent verticalement vers le haut à travers le bâti 3. La voie de guidage 4 supporte, par les mêmes moyens que décrits ci-dessus, le chariot principal 13 dont la face inférieure porte les paliers ouverts 15. Les glissières verticales 17 s'élèvent de la platine 14 pour assurer le guidage du chariot secondaire 18 portant l'outil de fonction 21. Dans un tel cas, l'organe d'assemblage temporaire 23 n'assume plus la fonction de suspension du chariot secondaire 18 qui reposes par gravité, sur des butées présentées par le chariot principal 13. La fonction de l'organe 23 est, dans un tel cas, limitée à la coopération avec le ou les segments de profilé 30 qui peuvent etre associés à un rail 18 assumant, dans un tel cas, une fonction éventuelle de rampe permettant de modifier le niveau ou la hauteur d'assemblage temporaire en fonction des caractéristiques ou positions structurelles occupées par le ou les vérins 9 et 10. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y etre apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Manipulateur pour pièces, charges ou objets divers, caractérisé en ce qu'il comprend - un bâti (3) porteur d'au moins une voie (4) de support et de guidage et d'au moins deux organes moteurs indépendants (9, 10), à position fixe, placés en relation avec la voie, - au moins un équipage mobile (5) porté par la voie et comprenant . un chariot principal (13) monté sur la voie et portant un jeu de glissière (17) de direction différente de celle de la voie, . un chariot secondaire (18) monté sur les glissières du chariot principal, . un organe da fonction (21) porté par le chariot secondaire, . et un organe (23) d'assemblage temporaire entre le chariot secondaire et chaque or gane moteur, - et au moins un organe d'entraînement (6) capable de déplacer l'équipage mobile le long de la voie pour amener l'organe d'assemblage temporaire à coopérer individuellement avec chaque organe moteur à position fixe. 2 - Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bâti (3) porte au moins deux voies (4, 4', 41) de support et de guidage de directions non parallèles. 3 - Manipulateur selon la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que le bati (3) porte au moins une voie (4) de support et de guidage rectiligne. 4 - Manipulateur selon la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que le bâti (3) porte au moins une voie (34) de support et de guidage courbe. 5 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bâti (3) porte au moins une voie (4) assurant le support d'au moins un équipage mobile (5) suspendu et dont l'organe d'assemblage temporaire (23) assume aussi une fonction de suspension du chariot secondaire en coopérant avec un rail (28) s'étendant, parallèlement à la voie, entre et/ou de part et d'autre des organes moteurs (9, 10). 6 - Manipulateur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que l'organe d'assemblage temporaire (23) comprend un prolongement du chariot secondaire s'étendant parallèlement à la direction des glissières (17) du chariot principal, traversant librement ce dernier et portant en bout un trolley (27) capable de coopérer avec un segment de rail (38) complémentaire adapté sur l'extrémité de la pièce mobile motrice (9a, 10a) des organes moteurs (9, 10). 7 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bâti (3) porte au moins une voie (4) de support et de guidage d'au moins deux équipages mobiles (5, 5') réunis entre eux par une barre d'attelage (31).