Brevet FR2596495A1 — publié le 19871002

L'invention est relative à un dispositif pour relier fluidiquement deux pièces en mouvement relatif. Elle concerne notamment, mais non exclusivement, la commande des robots industriels au moyen d'un fluide. Il est connu de relier fluidiquement deux pièces en mouvement relatif au moyen de tuyaux souples dont les deux ex trématés sont respectivement raccordées à la première pièce et à la seconde pièce. Ces tuyaux doivent avoir une longueur suffisante pour autoriser le mouvement relatif des deux pièces. Outre que ce mode de liaison fluidique est inesthétique, il peut être défavorable dans le cas où les deux pièces ainsi reliées ont à évoluer dans l'espace. Ainsi, dans le domaine des robots industriels, de tels tuyaux souples risquent de gêner le cheminement des robots, voire d'être arrachés. Enfin, dans le cas d'un environnement ambiant sévère, il est probable que la protection de tels tuyaux souples risque d'être problématique. Aussi, le but principal de l'invention est de proposer un dispositif pour relier fluidiquement deux pièces en mouvement de rotation relatif, qui n'emploie pas de tels tuyaux souples mais s'intègre au contraire dans la liaison mécanique entre ces pièces. Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif qui augmente peu le volume de la liaison mécanique entre ces pièces. Dans le même temps, l'invention vise à proposer un tel dispositif qui permette de relier d'une pièce à l'autre une pluralité de voies fluidiques distinctes. L'invention concerne à cet effet un dispositif pour relier fluidiquement deux pièces mécaniques en mouvement de rotation l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation au moins sur un certain angle. Selon l'invention, chaque pièce présente une face sensiblement plane et perpendiculaire audit axe de rotation, par laquelle elle est en contact avec la face plane de l'autre pièce, au moins une gorge étant pratiquée sur la face plane de la première pièce, qui s'étend au moins selon une portion d'une couronne circulaire dont le centre passe par l'axe de rotation, un conduit de circulation de fluide traversant la première pièce et débouchant dans la gorge, ce dispositif comprenant par ailleurs au moins un autre conduit de circulation de fluide, traversant la seconde pièce et débouchant sur la face plane de celle-ci, en un point éloigné radialement dudit axe de rotation d'une distance telle qu'il fait face à la gorge de la première pièce, des moyens étant prévus pour assurer l'étanchéité du contact entre les deux surfaces planes au moins de part et d'autre de la gorge et le long de celle-ci. De préférence, les moyens d'étanchéité comprennent deux rainures circulaires pratiquées sur l'une des surfaces planes de façon à être situées de part et d'autre de la gorge et à être sensiblement concentriques à celle-ci, chaque rainure logeant un joint d'étanchéité circulaire. De préférence, le joint d'étanchéité comprend un joint torique en élastomère. Avantageusement, une garniture en un matériau à faible coefficient de frottement est interposée entre les joints d'étanchéité et la surface plane disposée en regard, cette garniture étant solidaire en rotation de la pièce portant les joints d'étanchéité. Selon un premier mode de réalisation, cette garniture comprend une feuille qui s'étend le long des surfaces planes et qui présente une ouverture destinée à être disposée au droit du conduit de circulation de fluide de la seconde pièce. Selon un second mode de réalisation, la garniture comprend un anneau dont le profil est en forme de U, et qui est disposé dans chacune des rainures circulaires, de façon à coiffer le joint d'étanchéité circulaire Avantageusement, la première pièce comprend un cylindre sur l'une des faces frontales duquel est pratiquée ladite gorge, ce cylindre présentant une collerette périphérique prolongeant la face frontale, la seconde pièce comprend une plaque sur l'une des faces de laquelle sont pratiquées lesdites rainures, une contreplaque annulaire prenant appui sur la collerette du cylindre de la première pièce par l'intermédiaire d'un roulement de butée et étant fixée sur la plaque de la seconde pièce, de façon à appliquer le cylindre contre la plaque, des moyens d'entrainement en rotation étant fixés sur la face libre de la plaque et présentant un arbre qui traverse la plaque et le cylindre, et qui est solidaire en rotation de ce dernier. Avantageusement, la première pièce comprend une pluralité de gorges concentriques pratiquées sur sa face plane et un nombre correspondant de conduits de circulation de fluide distincts qui traversent cette pièce et débouchent chacun dans une gorge, la seconde pièce comprenant un nombre correspondant de conduits de circulation de fluide distincts qui la traversent et débouchent chacun sur sa face plane de façon à faire face à l'une des gorges de la première pièce. Avantageusement, les moyens d'étanchéité comprennent une pluralité de rainures circulaires concentriques espacées radialement les unes des autres, chacune des gorges étant disposée radialement entre deux rainures. L'invention concerne aussi un robot comprenant au moins un premier élément monté à rotation par rapport à un second élément autour d'un axe de rotation et au moins sur un certain angle, grâce à des moyens d'entraînement en rotation montés sur le second élément, le premier élément supportant un dispositif d'actionnement fluidique qui est commandé par un compresseur fluidique et relié à ce dernier par des con duites de fluide s'étendant le long desdits éléments. Selon l'invention, ce robot comprend un dispositif de liaison fluidique entre les deux éléments tel que décrit précédemment. La description qui suit ne présente aucun caractère limitatif et doit être lue en regard des figures, parmi lesquelles La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif de liaison fluidique selon l'invention. La figure 2 représente une vue de la pièce 13 du dispositif de la figure 1, en coupe selon la ligne II-II. La figure 3 est une vue agrandie par rapport à la figure 1, montrant les moyens d'étanchéité entre les deux pièces 4 et 14 du dispositif de liaison fluidique. La figure 4 représente une variante de la figure 3 concernant les moyens d'étanchéité précités. Le dispositif de liaison fluidique représentE sur les figures fait partie intégrante d'une structure de robot industriel connue en elle-même, tel qu'un bras mécanique comprenant une pluralité d'éléments articulés les uns par rapport aux autres. Les différents éléments du bras mécanique peuvent Outre actionnés de façon à pivoter les uns par rapport aux autres, notamment grâce à des dispositifs d'actionnement fluidique tels que des vérins hydrauliques rotatifs ou linéaires, qui sont alimentés à partir d'un compresseur hydraulique tel qu'un compresseur à huile. On peut voir ainsi sur les figures un élément intermédiaire 1 d'un bras mécanique, dont on a représenté seulement une extrémité. Cet élément 1 sera appelé par la suite support d'azimut car il supporte un vérin hydraulique rotatif 2, ou vérin d'azimut , dont l'axe de rotation 3 est vertical. Le support d'azimut 1 présente à son extrémité une forme de chapeau circulaire d'axe confondu avec l'axe de rotation 3 précité, qui comprend un fond 4 et une bordure annulaire 5 saillant à partir du fond 4. Le fond 4 présente une ouverture centrale 6 circulaire qui le traverse dans son épaisseur, ainsi que trois rainures circulaires 7, 8, 9 pratiquées sur la face intérieure du fond 4, qui sont concentriques entre elles et avec l'ouverture centrale 6. Dans cet exemple, chaque rainure présente, en section transversale, une forme de U. Le fond 4 du support d'azimut 1 présente également deux conduits de circulation de fluide 10,11. Le conduit 11 clairement apparent sur les figures 1 et 3 comprend une portion lIa s'étendant parallèlement à l'axe 3 du support d'azimut mais débouchant seulement sur la face intérieure du fond 4, entre les deux rainures radialement les plus extérieures 7 et8. La portion de conduit lla présente en section une forme oblongue s'étendant le long des rainures 7,8. Le conduit 11 présente une seconde portion llb s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe 3 du support d'azimut, à partir de l'extrémité de la portion de conduit 11 a opposée aux rainures 7,8, et elle se prolonge à l'intérieur du support d'azimut 1 d'une manière non représentée. Cette seconde portion de conduit llb présente, en section transversale, une forme circulaire. L'autre conduit 10 du fond 4 est de constitution identique à celle du conduit 11 déjà décrit. Toutefois, sa portion lûa débouche entre les deux rainures radialement les plus intérieures 8,9, et le conduit 10 dans son ensemble est légèrement décalé périphériquement, autour de l'axe 3, par rapport au conduit 11. La bordure 5 du support d'azimut 1 présente un taraudage intérieur 12. Un distributeur d'azimut 13 présente un cylindre 14 pourvu d'une ouverture axiale traversante 15, ainsi qu'une collerette périphérique annulaire 16 prolongeant radialement l'une des faces frontales du cylindre 14. Sur cette face frontale sont pratiquées deux gorges circulaires 17,18 dont le centre est situé sur l'axe 3 du distributeur d'azimut 13, et qui sont esp-acées l'une de l'autre. Les gorges 17,18 présentent, en section transversale, une forme de U. Le distributeur d'azimut 13 est traversé par un premier conduit de circulation de fluide 19 qui s'étend selon un axe incliné par rapport à l'axe 3 du distributeur d'azimut. Ce conduit 19 débouche d'une part dans la gorge radialement la la plus extérieure 17 et d'autre part sur la face frontale du cylindre 14 ne portant pas de gorges. Le distributeur d'azimut, tel qu'apparent sur la figure 1, est en coupe selon la ligne I-I de la figure 2. Le distributeur d'azimut 13 est traversé aussi par un second conduit de circulation de fluide 20 qui s'étend parallèlement à son axe 3, et qui débouche dans l'autre gorge 18 et sur la face frontale du cylindre 14 ne portant pas de gorges. Ce second conduit 20 est représenté fictivement sur la figure 1 : en fait il est décalé angulairement par rapport au premier conduit 19 autour de l'axe 13, comme il apparaît clairement sur la figure 2. Un support de roulis 30 est solidaire du distributeur d'azimut 13 et est destiné à supporter un vérin hydraulique rotatif 31 d'axe horizontal. Ce support de roulis 30 présente un cylindre 33 prolongé latéralement du cBté de l'une de ses faces frontales par une collerette 34. Le cylindre 33 présente une ouverture axiale traversante 35 de section carrée. Il présente aussi deux conduits de circulation de fluide, dont un 36 est visible sur la figure 1, qui s'étendent entre les deux faces frontales du cylindre 33 : ils sont décalés angulairement autour de l'axe 3 du cylindre 33. La collerette 34 supporte un carter de protection 37 en forme de cylindre creux. Lors de l'assemblage des pièces précitées, le distributeur d'azimut 13 est disposé contre le fond 4 du support d'azimut 1, les gorges de l'un faisant face aux rainures de l'autre. Un écrou 40 maintient ces deux pièces l'une contre 1'autre Un roulement de butée 41 est interposé entre une collerette périphérique intérieure 44 de l'écrou 40 et le distributeur d'azimut 13. Une cale 42 en forme d'anneau est par ailleurs interposée entre une collerette périphérique extérieure 43 de l'écrou et la bordure 5 du support d'azimut 1 afin de limiter le serrage de l'écrou 40 à une valeur prédéterminée. On notera que l'écrou 40 présente une forme de cuvette permettant de récupérer le liquide fuyant entre le support d'azimut 1 et le distributeur d'azimut 13, et de l'évacuer grâce à des conduits non représentés sur les figures. Afin d'assurer l'étanchéité entre les faces du fond 4 du support d'azimut et du distributeur d'azimut 13 qui sont en contact, et selon un premier agencement (figure 3), des joints toriques en élastomère 50,51,52 sont préalablement disposés dans les rainures 7,8 et 9 du fond 4. Ces joints toriques sont recouverts chacun par une garniture 53,54,55 comprenant un anneau dont le profil est en forme de U, qui pénètre dans la rainure et chevauche le joint torique correspondant, de façon à ne pas dépasser sensiblement par rapport à la surface du fond 4. Dans le cas présent, le profil de chaque garniture est sensiblement identique à celui des rainures et chaque joint torique remplit sensiblement l'espace délimité entre rainure et garniture. Les garnitures 53,54,55 sont en un matériau à faible coefficient de frottement, par exemple en polytétrafluoroéthylène ; ce matériau est de préférence renforcé par addition de fibres de verre. Ces garnitures permettent d'éviter un contact direct entre chaque joint torique monté fixe par rapport au support d'azimut, et le distributeur d'azimut monté rotatif par rapport à ce dernier, un. tel contact pouvant en effet provoquer la détérioration rapide du joint torique. Le montage serré de chaque garniture dans une rainure permettra son immobilisation en rotation, suffisante pour ne pas être entraînée par le distributeur d'azimut. Il y a lieu de remarquer que la combinaison très avantageuse d'un joint d'étanchéité élastique et d'une garniture à faible coefficient de frottement permet de résoudre le problème de l'étanchéité entre le support d'azimut et le distributeur d'azimut qui sont en mouvement relatif de rotation. On notera que la disposition radiale relative entre les rainures du fond 4 du support d'azimut et les gorges du distributeur d'azimut, est telle que chaque gorge 17,18 est placée entre deux rainures (respectivement 7,8 et 8,9). Le fluide sous pression présent dans la gorge 17 (respectivement 18) est donc contraint de s'écouler dans les conduits 11,19 (respectivement 10,20). Selon une variante des moyens d'étanchéité (figure 4), ceux-ci comprennent encore trois joints toriques 60,61,62 disposés dans les trois rainures 63,64,65 du fond 66 du support d'azimut. Mais cette fois-ci, une seule garniture est prévue sous la forme d'un disque de faible épaisseur 67 présentant une ouverture centrale circulaire identique à celle du support d'azimut et du distributeur d'azimut, ainsi que deux ouvertures distantes radialement du centre du disque 67, de façon à être situées respectivement en regard des conduits 69,70 du fond 66 du support d'azimut. Sur la figure 4, on peut ainsi voir l'une 68 de ces ouvertures, en face du zon- duit 70. Le disque 67 est en un matériau identique à celui prévu pour les anneaux précités. Ce disque s'étend radialement au moins de façon à recouvrir les trois joints toriques 60,61,62. Il est noyé dans l'épaisseur du fond 66 du support d'azimut. Il présente par exemple quelques orifices périphériques destinés à être traversés par des picots prévus sur le fond 66, afin d'être immobilisé en rotation. On remarquera que l'écrou 40 (figure 1) et la cale 42 permettent avantageusement de régler précisément le taux de serrage entre les surfaces en contact, du support d'azimut 1 et du distributeur d'azimut 13. Ce taux de serrage doit en effet être au-dessus d'un seuil minimal de desserrage mais également au-dessous d'un seuil maximal de serrage il a en effet été constaté que dans les deux cas, on observe des fuites de fluide. Une fois le distributeur d'azimut 13 monté sur le support d'azimut 1, le support de roulis~30 est fixé sur la face libre du distributeur d'azimut ; les conduits respectifs de ces deux pièces sont disposés de façon qu'ils débouchent en un même poi#nt sur leurs faces en contact : ainsi, sur la figure 1, le conduit 36 de l'une rejoint l'extrémité du conduit 19 de l'autre. L'étanchéité entre les faces en contact et au droit de ces conduits, est assurée par un joint torique 38. Du côté extérieur du fond 4 du support d'azimut 1 est fixé un vérin hydraulique rotatif d'azimut dont l'arbre 80 traverse le support d'azimut, le distributeur d'azimut et le support de roulis. L'extrémité carrée de cet arbre 80 permet l'entraînement en rotation du support de roulis 30, et donc du distributeur d'azimut 13 qui en est solidaire. Sur la face libre du support de roulis 30 est fixé un vérin hydraulique rotatif de roulis 31 présentant un arbre 81 permettant d'entraîner un élément de robot monté en aval. Les conduits de circulation de fluide du support de roulis, tels que 36, communiquent avec le vérin de roulis 31 d'une façon non représentée : en effet, dans cet exemple, l'ensemble du dispositif de liaison fluidique a pour but de permettre la commande hydraulique du vérin de roulis 31, à partir d'un compresseur hydraulique situé en amont du support d'azimut 1. Par ailleurs, le support d'azimut 1 est relié audit compresseur hydraulique, grâce à ses conduits 10,11, et éventuellement par l'intermédiaire d'autres éléments de robot situés en amont du support d'azimut 1, c'est-à-dire du côté du compresseur hydraulique. De façon connue en soi, l'étanchéité entre les deux vérins rotatifs 2,31 et leur support, entre le support d'azimut 1 et l'écrou 40, et entre le distributeur d'azimut 13 et l'arbre 80 de vérin, sera assurée au moyen de joints toriques en élastomère. L'étanchéité entre l'écrou fixe 40 et le distributeur d'azimut rotatif 13 est assurée par un joint à lèvre 82. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour relier fluidiquement deux pièces mécaniques (1,13) en mouvement de rotation l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (3) au moins sur un cer tain angle, caractérisé en ce que chaque pièce présente une face sensiblement plane et perpendiculaire audit axe de rota tion (3), par laquelle elle est en contact avec la face plane de l'autre pièce, au moins une gorge (17) étant pratiquée sur ladite face plane de la première pièce (13), qui s'étend au moins selon une portion d'une couronne circulaire dont le centre passe par ledit axe de rotation (3), un conduit de circulation de fluide (19) traversant ladite première pièce (13) et débouchant dans ladite gorge (17), ledit dispositif comprenant par ailleurs au moins un autre conduit de circu lation de fluide (11) traversant la seconde pièce (1) et dé bouchant sur la face plane de celle-ci, en un point éloigné radialement dudit axe de rotation (3) d'une distance telle qu'il fait face à la gorge (17) de la première pièce(l3), des moyens (7,8,50,51) étant prévus pour assurer l'étanchéité du contact entre les deux surfaces planes au moins de part et d'autre de ladite gorge (17) et le long de celle-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comprennent deux rainu res circulaires (7,8) pratiquées sur l'une desdites surfaces planes de façon à être situées de part et d'autre de ladite gorge (17) et à être sensiblement concentriques à celle-ci, chaque rainure logeant un joint d'étanchéité circulaire (50,51). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit joint d'étanchéité comprend un joint torique en élastomère (50). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la re vendication 3, caractérisé en ce qu'une garniture (53,54) en un matériau à faible coefficient de frottement est interposée entre lesdits joints d'étanchéité (50,51) et la surface plane disposée en regard, cette garniture étant solidaire en rotation de la pièce (1) portant les joints d'étanchéité (50, 51). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite garniture comprend une feuille (67) qui s'étend le long desdites surfaces planes et qui présente une ouverture (68) destinée à être disposée au droit du conduit de circulation de fluide (70) de ladite seconde pièce (66). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite garniture comprend un anneau (53,54) dont le profil est en forme de U, et qui est disposé dans chacune desdites rainures circulaires (7,8) de façon à coiffer ledit joint d'étanchéité circulaire (50,51). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première pièce (13) comprend un cylindre (14) sur l'une des faces frontales duquel est pratiquée ladite gorge (17), ce cylindre présentant une collerette périphérique (16) prolongeant ladite face frontale, en ce que ladite seconde pièce (1) comprend une plaque sur lune des faces de laquelle sont pratiquées lesdites rainures (7,8), une contreplaque annulaire (40) prenant appui sur la collerette du cylindre (14) de la première pièce (13) par l'intermédiaire d'un roulement de butée (41) et étant fixée sur ladite plaque de la seconde pièce (1), de façon à appliquer le cylindre (14) contre la plaque, des moyens d'entraînement en rotation (2) étant fixés sur la face libre de ladite plaque et présentant un arbre (80) qui traverse la plaque et le cylindre, et qui est solidaire en rotation de ce dernier. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première pièce (13) comprend une pluralité de gorges concentriques (17,18) pratiquées sur sa face plane et un nombre correspondant de conduits de circulation de fluide distincts (19,20) qui traversent cette pièce et débouchent chacun dans une gorge, la seconde pièce (1) comprenant un nombre correspondant de conduits de circulation de fluide distincts (11,10) qui la traversent et débouchent chacun sur sa face plane de façon à faire face à l'une des gorges (17,18) de la première pièce (13). 9. Dispositif selon les revendications 2 et 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité comprennent une pluralité de rainures circulaires concentriques (7,8,9) espacées radialement les unes des autres, chacune desdites gorges (17,18) étant disposée radialement entre deux rainures. 10. Robot comprenant au moins un premier élément (13) monté à rotation par rapport à un second élément (1) autour d'un axe de rotation (3) et au moins sur un certain angle, grâce à des moyens d'entraînement en rotation (2) montés sur le second élément (1), le premier élément (13) supportant un dispositif d'actionnement fluidique (31) qui est commandé par un compresseur fluidique et relié à ce dernier par des conduites de fluide s'étendant le long desdits éléments, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de liaison fluidique entre les deux éléments (13,1) qui est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.