Brevet FR2599289A1 — publié le 19871204

L'invention concerne une pince mécanique, en particulier pour un robot, comprenant - un support en forme de fourche, ayant deux branches placées sensiblement dans un même plan et disposées symétriquement par rapport à un plan médian perpendiculaire au précédent, - trois mors mobiles qui sont portés respectivement par des extrémités de trois systèmes de leviers mobiles d' axes parallèles entre eux et au plan médian, - un premier et un second leviers étant reliés entre eux par une bielle rigide de façon telle que le mouvement des deux mors correspondants se dirige con-centriquement vers un point central, placé entre les branches et une traverse qui les réunit, tandis qu'un troisième levier est relié à l'un des deux autres par l'intermédiaire de deux pignon-s inverseurs de sens qui sont aptes à conférer au troisième mors un mouvement également concentrique, - des moyens moteurs réversi-bles ayant un corps et une tige de poussée qui appliquent simultanément à ces trois systèmes des couples de rotation propres à provoquer une convergence ou une divergence des mors, grâce à un moyen d'accouplement. De telles pinces sont en particulier applicables aux robots manipulateurs dans lesquels une pince doit présen-ter une région d'entrée ouverte permettant l'approche latérale d'un objet et sa saisie concentrique. Dans certaines pinces connues, dont la constitution répond à celle qui est mentionnée ci-dessus, chacun des mors est porté par un système comprenant deux leviers associés en paralLélogramme déformable ,tandis que les moyens d'accouplement font appel à un doigt moteur qui est par exemple porté par la tige d'un double vérin multiplicateur de force, et qui est engagé dans une glissière solidaire d'une bielle, cette dernière établissant une liaison frottante entre les moyens moteurs et les Leviers. Une telle pince comporte un nombre important de pièces détachées et fait appel à six pivots et à six ar ticulations ; par ailleurs, une usure par frottement se produit nécessairement dans les régions de contact du doigt et de la glissière, qui sont localement soumises à l'intégralité de La force développée par un vérin dont la construction fait appel pour le développement de cette force à La mise en série de deux pistons, le cylindre du vérin étant solidaire du support. L'invention se propose d'apporter à une pince dont la structure générale dérive de celle décrite ci-dessus, des perfectionnements portant non seulement sur La réduction du nombre des pièces détachées, mais visant encore l'obtention d'un fonctionnement répétitif sans usure appréciable des moyens d'accouplement, tout en utilisant dans deux sens opposés la force développée par les moyens moteurs. Selon l'invention, le but recherché est atteint grâce au fait que cette bielle de liaison est représentée par le corps flottant appartenant à des moyens moteurs qui se déplacent parallèlement d'une part à eux-mêmes, et d'autre part au mouvement d'une tige de poussée dont une extrémité est reliée par une articulation à un troisième levier. D'autres particularités de l'invention susceptibles de procurer des avantages particuliers, ainsi que plusieurs modes de réalisation auxquels e-lle se prête, seront mieux compris tant à la lecture de la descripti-on ci-dessous qu'à l'examen des neufs figures qui l'accompagnent, et qui illustrent - à La figure 1, une vue en plan d'une pince selon l'invention dans laquelle Les moyens moteurs ont été partiellement coupés, - à la figure 2 une vue en coupe brisée de la pince de la figure 1 par un plan brisé qui circule e-ntre les axes de pivotement des trois bras de la pince, - à La figure 3 une vue en coupe d'un vérin pouvant servir de moyen moteur et établissant par son corps La présence d'une bielle d'accouplement rigide, - à la figure 4 une vue en plan d'une partie des éléments de la pince selon la figure 1, - à la figure 5, un schéma de principe des liaisons par parallélogramme qui sont établies entre deux bras de leviers, -à la figure 6 une variante de réalisation d'une pince selon l'invention, - à la figure 7 un mode de réalisation d'une pince dont la cinématique est identique à celle représentée à la figure 1 mais où les moyens moteurs sont électriques, - à la figure 8 un bras de Levier de 1a pince qui est équipé de moyens détecteurs de position, - et â La figure 9 une pince dans laquelle n'ont été représentés que le support et deux leviers associés chacun à un organe de rappel élastique. L'une 1 des pinces conformes à l'invention, que l'on peut voir aux figures 1 à 4, comporte un support 2 qui prend l'allure d'une fourche ayant une traverse 3 réunissant deux branches sensiblement parallèles 4,5. L'entrée 50 de a cette fourche, qui est dirigée vers un objet 50 devant être saisi, et qui se déplace dans ce but en sens -B-, présente un écartement adapté aux dimensions extérieures maximales de l'objet. Les branches 4,5 et la traverse 3 se trouvent sensiblement dans un plan QQ', voir figure 2, qui est perpendiculaire à un plan médian PP', voir aussi figure 1, par rapport auquel les branches 4,5 présentent une certaine symétrie, la traverse 3 étant elle-même sensiblement perpendiculaire à ce plan médian. Sur ce support 2 sont pivotés autour d'axes XX' et YY' perpendiculaires au plan QQ', deux systèmes de levier 48 respectivement 28, voir figure 2. Le système 48 comprend un premier bras 8 qui est terminé par un mors 10 et qui est rendu solidaire d'un arbre 6 pivotant dans un palier 6 situé vers a l'extrémité 4 de la branche 4, et recevant un second bras 1Z a solidaire ; des moyens d'articulation 14 sont placés à l'extrémité du second bras. Le système 28 comprend un premier bras 32 qui est terminé par un mors 30 et qui est rendu solidaire d'un arbre 26 pivotant dans un palier 26 situé vers la racine 5b a de la branche 5 et recevant un second bras 24 à l'extrémité duquel sont placés des moyens d'articulation 22. Vers une extrémité 5 de la branche 5 est pivoté a autour d'un axe ZZ' un troisième système 21 comprenant un premier bras 9 qui est terminé par un mors 11 et qui est rendu solidaire d'un arbre 7 pivotant dans un palier 7 a Cet arbre 7 est également solidaire d'un second arbre 13 qui est terminé par des moyens d'articulation 15. Dans cette disposition, les premiers bras 8, 32 et 9 sont placés au-dessous du plan QQ' et les seconds bras 12, 24 et 13 sont placés au dessus de lui. Les positions des axes XX', YY' et ZZ' sur le support 2, ainsi que les longueurs et les orientations des premiers bras sont choisies de telle façon que des rotations de même amplitude de ces systèmes dans les sens a1, a2 et ss fassent converger concentriquement les mors 10, 30, 11 vers un point central w contenu dans le plan PP'. Ces rotations de même amplitude sont procurées d'une part, à l'aide d'une bielle de liaison dont la présence est symbolisée par une ligne tiretée 23 à la figure 3, et d'autre part, à l'aide d'une pignonnerie 39 comprenant par exemple des roues ou secteurs dentés 34as 34b qui sont respectivement solidaires des arbres 26 t 7 ou des leviers qui leur sont associés, voir figures 2 et 4. Ainsi qu'on le voit à la figure 3, la bielle 23 est ici matérialisée par le corps 26 et par des pattes opposées 16, 20 de celui-ci appartenant à des moyens moteurs 18. Ces extrémités coopèrent avec Les leviers 12 et respectivement 24 par des moyens 14,14 et 22, 22 constituant a les articulations mobiles et pivotantes 38 respectivement 36 d'axes UU' et VV', parallèles à XX', respectivement YY' Les axes XX', YY', UU' et Vu'forment en vue de dessus, voir figure 5, un parallélogramme déformable -S- dont deux points XX' et YY' sont fixes, de sorte que l'égalité des amplitudes de rotation est ainsi assurée. L'égalité des amplitudes de rotation des systèmes de levier 28 et 21 est, elle , assurée par l'égalité des diamètres primitifs des engrenages 34 et 34 a b La force motrice qui est développée par les moyens moteurs 18 fait ici appel à un vérin dont le cylindre 26a, qui est placé dans le corps 26 coopère avec un piston 25 associé à une tige 17 ayant une extrémité externe 17 a mobile, voir figure 3. Entre ce corps et cette extrémité sont développées des forces antagonistes d'action A-et de réaction R1 R2 lorsque l'une des entrées de fluide 27 ou 29 est alimentée. La force d'action A est communiquée par une articulation 37 qui associe les moyens 15, 15 ? l'extrémité a du levier 13 et respectivement d'une pièce 19 solidaire de l'extrémité 17a, tandis que les forces de réaction sont appliquées par la bielle 23, respectivement par les pattes 16,20 aux articulations 36,38. Ces deux déplacements effectués simultanément dans des sens opposés et chacun avec la même force, sont donc totalement utilisés, le train de pignons 39 ne servant alors qu'à établir un synchronisme des déplacements angulaires effectués par les leviers 21 et 2-8. Au cotrs de l'extension ou de la contraction du vérin, le corps de celui-ci reste parallèle à une droite A, qui est elle-même parallèle à la direction de déplacement -H,G - de la tige 17 et effectue des déplacements correspondants perpendiculaires à A de faible amplitude D, voir figure 1. Les propriétés qui viennent d'être décrites ne peuvent être obtenues que grâce à une orientation et à une dimension déterminées des bras 12, 13, 24. La vérification de la loi de rapprochement concentrique des mors dépend, elle, des orientations respectives des bras 12, 13, 24 par rapport aux bras 8, 9, 30) Dans l'état de repos qui est illustré à la figure 1, où la pince est totalement ouverte, les orientations des bras 12, 13 sont également inclinées par rapport au plan médian PP' tandis que les bras 12,24 sont paraLLèLes ; de plus, les rayons -r- de ces leviers sont égaux.Ces égalités angulaires où les angles 61 et 62 mesurés par rapport à A sont égaux, et dimensionnelles résultent d'une part de l'existence d'une symétrie des deux systèmes de leviers 48, 21 et d'autre part, de La disposition en parallélogramme -S- des axes XX', YY', UU', VV', voir figure 5. Des aménagements complémentaires sont apportés à l'appareil pour lui conférer des propriétés particulières. C'est ainsi qu'un système de rappel 80 à ressorts tels que 81, 82 peut être associé aux systèmes de leviers 48, 21 pour donner à ceux-ci un état de sécurité correspondant à volonté à l'état de fermeture ou d'ouverture de la pince, qui est souhaité lorsque l'alimentation en fluide du vérin est accidentellement interrompue. Ces ressorts seront avantageusement constitués par des ressorts hélicoidaux 81, 82, voir figures 2 et 9, dont des premières extrémités mobiles 85 respectivement 86 sont associées au bras des leviers respectifs 13, 12, et dont des secondes extrémités fixes sont ancrées, par exemple, dans des Logements appropriés 83 respectivement 84 du support 2. Afin de bénéficier d'une saisie concentrique -- d'un objet 50 de forme cylindrique, Les mors 10,11, 30 qui se déplacent simultanément le long de trajectoires circulaires a1, ss , a2 présentant des surfaces convexes qui sont, soit régies par des portions de directrices en développante de cercle, soit usinées avec des rayons correspondant aux cercles auscultateurs. Ainsi qu'on le voit à la figure 2, ces mors pourront avantageusement être rapportés sur les bras 8,32,9 et fixés à l'aide de vis et/ou s'étendre parallè-lement à un axe WW' qui est de préférence perpendiculaire au plan de la figure 1. Une colonne de maintien telle que 33 permettra d'associer le support 2 de la pince à un mécanisme porteur susceptible de lui conférer des déplacements quelconques dans l'espace, voir figure 4. Selon une première variante 101, visible à La figure 6, où les pièces ayant des fonctions similaires à celles des pièces déjà décrites sont assorties de repères semblables augmentés d'une centaine, la cinématique définie cidessus est toujours respectée grâce à l'existence d'un parallélogramme -S , d'une bielle 123 et d'une symétrie des deux systèmes de leviers 148, 121 ; le train de pignon 139, 134, 134b associe maintenant te bras 124 du levier de parallélogramme et le levier 109 appartenant au système de leviers symétriques 148, 121 , tandis que le bras 113 qui se trouve relié à la tige d'actionnement 117 peut être dépourvu de pignon; toutefois pour éviter des effets d'arc-boutement pouvant apparaître lorsque les angles égaux t 2 sont droits, il est recommandé d'associer les arbres 106, 107 des pivots par des pignons identiques. Comme dans le mode de réalisation précédent, les longue-urs actives -r- des leviers 112, 113, 124 sont ici encore Les mêmes, mais les origines des déplacements angulaires a'1 - a'2 - 6' - sont ici partiellement inversées par rapport aux déplacements correspondants a1 - a2 - ss iéf;,lis å la figure 1. Selon une seconde variante 60, visible à la figure 7, où le mécanisme de transmission des systèmes de Leviers 48, 21, 28 ainsi que le support 2 sont Les mêmes que ceux de la figure 1, des moyens moteurs électriques sont substitués aux précédents moyens pneumatiques ou hydrauliques. Ces moyens électriques font ici appel à un moteur réversible rotatif 68 qui est associé à/et est porté par un système mécanique 63 transformant ces mouvements rotatifs en déplacements rectilignes. Ce système mécanique contient, par exemple, dans un corps 61 un train de pignons réducteurs ou de pouliecourroie ou de- roue et vis sans fin 67 transmettant une rotation de vitesse réduite à un écrou rotatif axialement fixe 66 dans lequel se visse une tige de poussée filetée 69 angulairement fixe, dont l'extrémité externe est reliée au levier 13 par une articulation 73 constituée par des éléments coopérants 72, 62. Le corps 61 présente deux pattes opposées 71, 64 définissant la bielle 23' du parallélogramme. Le moteur peut être également associédirectement à une vis ou écrou tournants dans le cas où l'avance de ce moteur est opérée pas à pas. Comme des ressorts de sécurité, tels que ceux précédemment décrits à la figure 9, ne sont pas ici en mesure d'opérer leur effet en raison du caractère irréversible du système à vis et écrou 66, 69, on pourra, le cas échéant, associer à cet écrou un système interne de rappel élastique, par exemple, à ressort hélicoidal tel que représenté schématiquement par 65 à la figure 7. La tige de poussée 69 se déplace ici encore parallèlement à la droite d et les déplacements transversaux parallèles -D- sont ici encore établis par les propriétés géométriques du système. Si le moteur 68 est un moteur pas à pas, le nombre d'impulsions qui Lui est fourni permettra d'une part, de donner à l'écartement des mors une valeur déterminée, et d'autre part, de définir l'intensité de la force de serrage de la pince. On peut, si L'on souhaite effectuer cette dernière opération de serrage à l'aide de systèmes électriques à boucle fermée, équiper l'un des mors tels que 10 d'un détecteur de force 90 piezo-électrique ou piezo-résistif. Si le moteur 68 est du type à courant continu, on peut associer à son arbre un dispositif de codage angulaire 70. Dans tous Les cas, mais en particulier Lorsque la pince met en oeuvre un vérin, voir figure 8, un signal électrique proportionnel à l'angle de rotation de l'un des systèmes de levier 48 peut être, par exemple, developpé par un dispositif de mesure angulaire 76 comprenant deux poulies 71, 73 associées par une courroie, ou un autre lien souple sans glissement 72, la première étant liée à L'arbre 6 du levier 8 et la seconde étant liée, par exemple, à un potentiomètre rotatif 74 fixé sur le support 2. Cebdispositif sera avantageusement placé d'un côté du plan QQ' de la figure 2, opposé à celui qui reçoit le vérin 18 et pourra être protégé par un capot 75 représenté en traits pointillés. Il est à noter que si les mors sont en développante de cercle, L'angle de déflexion du levier est sensiblement proportionnel au rayon. Il faut porter en outre au crédit des pinces qui viennent d'être présentées, une économie technique de fabrication résultant d'une part, des identités des leviers 12, 13, 24 et respectivement 8, 9, 32 et, d'autre part, de la réduction sensible du nombre des paliers. Les articulations 38, 36 et 37 qui supportent dans l'espace et en trois points les moyens moteurs 18 ou autres 118, 63, 68 doivent naturellement etre conçues pour tenir compte, le cas échéant, de composantes de forces annexes dues à la gravité où à la génération d'éventuels couples moteurs parasites subis par exemple par la pièce 72 de la figure 7. REVENDICATIONS 1. Pince mécanique, en particulier pour un robot, comprenant - un support (2) en forme de fourche, ayant deux branches (4,5) placées sensiblement dans un même plan et disposées symétriquement par rapport à un plan médian (P,P') perpendiculaire au précédent, - trois mors mobiles (10, 11, 30) qui sont portés respectivement par des extrémités de trois systèmes de leviers mobiles (8,12,9,13,24,32) d'axes de rotation (6,7,26) parallèges entre eux et au plan médian (P,P'), - un premier (8) un second (9) et un troisième (32) leviers appartenant à ces systèmes se trouvant mécaniquement associés au moins par une bielle rigide (23) et par l'intermédiaire de deux pignons inverseurs (34a' 34b) de façon telle que le mouvement des trois mors correspondants se dirige concentriquement vers un point central (X) placé entre les branches(4, 5) et une traverse (3) qui les réunit, -et des moyens moteurs (1; 63,68; 118) réversibles ayant un corps(26) et une tige (17) de poussée qui appliquent simultanément a ces trois systèmes des couples de rotation propres à provoquer une convergence ou une divergence des mors, grâce à un moyen d'accouplement, caractérisé en ce que cette bielle de liaison (23,23') (123) est représentée par le corps flottant (26, 61 ; 126) appartenant à des moyens moteurs (18 ; 63,68 ; 118) qui se déplacent parallèlement à eux-mêmes --, et au mouvement -F,Gd'une tige de poussée (17, 69) respectivement (117) de ces moyens moteurs, dont une extrémité (17 ; 117 ) est reliée a a par une articulation (37, 73, 137) à l'un des leviers (13, 113). 2. Pince mécanique selon la revendication 1 caractérisée en ce que le corps (26) et la tige de poussée (17) des moyens moteurs (18) sont liés à trois leviers identiques (12), (24), (13) par des articulations (38, 36) (37) qui supportent ces moyens. 3. Pince mécanique selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens moteurs (18), ainsi que Les leviers identiques (12, 13, 24) d'une part, et des bras de leviers (8, 9,30) angulairement associés d'autre part, sont placés de part et d'autre d'un plan QQ' dans lequel se trouve principalement placées une traverse (3) et les deux branches (4,5) d'un support commun (2). 4. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que un train (39) de pignons inverseurs engrenés (34 t 34b) lie angulairement le troisième système de Leviers (28) et l'un (21) des deux systèmes de leviers (21,48) symétriques par rapport au plan médian PP'. 5. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que un train (139) de pignons inverseurs engrenés (134 , 134 )relie l'un (121) des deux systèmes de leviers (121, 148) symétriquement disposé par rapport au plan médian PP', à un bras de levier (124) complétant le guidage parallèle du corps (126) contenant une partie des moyens moteurs (118), tandis que le troisième système de leviers (128) est relié à La tige de poussée (117). 6. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que des moyens élastiques de rappel (80) sont indifféremment associés à l'un des systèmes de leviers (48, 21) ou aux deux pour conférer à la pince un état stable d'ouverture ou de fermeture lorsque les moyens moteurs ne sont pas alimentés. 7. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les moyens m tueurs (18) sont constitués par un vérin ayant un corps (26) communiquant une force de réaction -R- et une tige mobile à mouvement rectiligne (17) apte à développer une force d'action -A-. 8. Pince mécanique seton l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les moyens moteurs comprennent un moteur électrique t68) qui est associé à un boîtier réducteur (61) communiquant une force de réaction -R- et présentant une tige mobile à mouvement rectiligne apte a développer une force d'action -A-. 9. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que des moyens de mesure (70,76) de La position angulaire des systèmes de leviers (48, 21, 28) sont indifféremment associés à l'un de ceux-ci ou aux moyens moteurs (68). 10. Pince mécanique selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que des moyens de mesure (90) de la pression exercée par les mors (10, 11, 30) sur un objet (50) à manipuler, sont indifféremment associés a au moins l'un d'entre eux (10), ou aux trois pour établir une mesure de la moyenne des efforts effectivement exercés.