Brevet FR2601614A1 — publié le 19880122

2601614- Dispositif de changement automatique d'outillage équipant des robots industriels La présente invention se rapporte à un dispositif de changement automatique d'outillage équipant des robots industriels munis d'un bras porte-outils. Des dispositifs conçus jusqu'à présent comportent 5 des moyens d'actionnement pour provoquer le changement de l'outillage, qui se trouvent sur le sol ou sont associés à une structure supportant les outils. En d'autres termes, chaque outil dispose d'un actionneur correspondant implanté au sol, qui est associé à cet outil et qui 10 le bloque ou le débloque (le serre ou le desserre) toutes les fois que le bras du robot est placé dans l'alignement de cet outil proprement dit. Dans d'autres dispositifs, une broche du robot est mise en prise pour provoquer le serrage et le desserrage de l'outil. Cela se traduit par une complexité structurelle considérable, par un encombrement accru des outils et de leurs actionneurs implantés au sol, et par des coûts élevés. La présente invention a pour objet de fournir un dispositif du type précité, qui soit fonctionnel et fiable et qui, dans le même temps, n'accuse pas les inconvénients susmentionnés, mais soit d'une fabrication simple et peu onéreuse. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le dispositif comprend un élément cylindrique de retenue supporté par le bras porte-outils; une bride d'accouplement qui présente une forme sensiblement complémentaire de celle de l'élément de retenue, et à laquelle un outil est fixé; des moyens mobiles de venue 30 en prise, associés à l'élément de retenue; des moyens d'agrippage, associés à la bride et complémentaires des moyens mobiles de venue en prise; ainsi que des moyens d'actionnement portés par l'élément de retenue et associés aux moyens mobiles de venue en prise, afin de bloquer la bride sur l'élément de retenue ou de l'en dégager. Par suite de ces caractéristiques, il n'est pas né5 cessaire de prévoir un actionneur implanté au sol pour serrer chaque outil, étant donné que cet actionneur proprement dit se trouve sur la machine. De ce fait, il est possible de placer un plus grand nombre d'outils sur le sol, ce terme désignant n'importe quelle structure ne se 10 trouvant pas sur la machine, de manière à conférer au robot une plus grande souplesse d'utilisation. De préférence, les moyens mobiles de venue en prise sont constitués par de multiples dents mobiles de venue en prise, qui sont agencées radialement par rapport à l'élément de retenue et peuvent coulisser radialement par rapport à ce dernier. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'agrippage sont constitués par de multiples appendices de fixation qui se présentent sous la forme de cro20 chets, ont une configuration complémentaire de celle des dents de venue en prise, et font saillie'axialement par rapport à la bride. D'autres avantages et caractéristiques du dispositif conforme à l'invention ressortiront de la description 25 détaillée ci-après, à titre d'exemple-nullement limitatif, en se référant aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective de l'extrémité d'un bras porteoutils doté du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une perspective partiellement en éclaté, illustrant un détail de la figure i; la figure 3 est une coupe fragmentaire, selon la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la 35 figure 3, le dispositif étant en condition accouplée; la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 2; et la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 2, le dispositif étant en condition accouplée. Sur les dessins, un bras mobile d'un robot industriel est désigné par 10 et présente, à son extrémité 10a, un flasque de sûreté 12 d'un type connu, équipé de microinterrupteurs de sûreté qui mettent automatiquement le robot à l'arrêt lorsque la charge de l'outil excède une valeur prédéterminée. Un élément cylindrique de retenue, 10 repéré globalement par A, est assujetti au flasque de sûreté 12 par des boulons 11 et des goupilles 13, et possède une surface frontale 14 ainsi qu'une surface latérale 16 cylindrique droite. Des raccords 18, établissant la liaison avec des conduits T à fluides de travail, sont disposés sur la surface latérale 16 de l'élément A. Ces raccords 18 sont reliés, par des canaux 20 ménagés à l'intérieur de l'élément de retenue A, à des raccords mâles 22 à solidarisation rapide occupant des positions correspondantes sur une région périphérique annulaire 14a de la surface frontale 14. Deux raccords 24 établissant la liaison avec des conduits C à air comprimé sont également ménagés sur la surface latérale 16 de l'élément A. Comme illustré sur la figure 3, les deux raccords 24 25 communiquent avec une chambre 26 cylindrique droite qui est située à l'intérieur de l'élément de retenue A et est subdivisée, en deux parties respectives 26a et 26b, par un piston 28 à double action muni d'une tige tubulaire 28a pouvant coulisser sur un axe central cylindrique de guidage 30. La tige 28a du piston 28 possède trois sièges latéraux espacés 32, distants d'intervalles mutuels de . Trois leviers coudés 34 sont articulés en D à l'intérieur de l'élément de retenue A, autour d'axes d'arti35 culation perpendiculaires à l'axe de cet élément cylindrique A, repéré par X-X sur les dessins. Chaque levier coudé 34 comprend une première extrémité lobe- 34a logée dans le siège correspondant 32 de la tige. 28a, ainsi qu'une seconde extrémité lobée 34b engagée dans un évidement correspondant 36a,pratiqué dans une dent mobile 36 de venue en prise. Les dents 36 de venue en prise, espacées angulairement les unes des autres de 120 , peuvent coulisser dans des guides radiaux appropriés 38 renfermés par l'élément de retenue A, et présentent une zone extrême 36b destinée à faire saillie radialement audelà 10 de la surface latérale 16 dudit élément de retenue A. Dans l'alignement de chaque dent 36 de venue en prise, la surface latérale 16 de l'élément de retenue A comporte un creux axial 40 dont la fonction sera commentée dans la description ci-après. L'élément de retenue A peut être accouplé à une bride B, à laquelle est fixé un outil constitué par un pistolet 42 de soudage à l'arc dans la forme de réalisation de la figure 1. Comme le montre la figure 2, la bride B comprend une surface frontale 46, une surface 20 de fixation 68 assurant le montage du pistolet 42, ainsi qu'une surface latérale 44 cylindrique droite qui est munie de trois appendices 50 de venue en prise ou de fixation se présentant sous la forme de crochets, distants de 120- les uns des autres et saillant axialement par 25 rapport à la surface frontale 46. Ces appendices 50, qualifiés ci-après de "mordaches", présentent chacun un évidement transversal 50a. Des raccords femelles 48 à solidarisation rapide sont implantés sur la surface frontale 46 de la bride B 30 et communiquent, par l'intermédiaire de canaux 52 à fluides de travail, avec des raccords correspondants 54 situés sur la surface latérale 44 de la bride B. Les raccords 22 à solidarisation rapide de l'élément de retenue A et les raccords complémentaires 48 à solidarisa35 tion rapide de la bride B possèdent des obturateurs respectifs 22a et 48a (soupapes automatiques) associés, d'une manière connue,- des ressorts hélicoïdaux respectifs pour autoriser une communication entre les raccords lorsque ces raccords sont en condition accouplée, comme illustré sur la figure 6. En vue de favoriser un accouplement correct et de permettre une grande transmission de charges entre l'élément de retenue A et la bride d'accouplement B, trois pointeaux tronconiques 56 sont installés sur la surface frontale 14 de l'élément A, à des espacements mutuels de 120 ; ces pointeaux sont complémentaires de logements 58 ménagés dans la surface frontale 46 de la bride B (figure 3). Il convient à présent de décrire les connexions électriques entre l'élément A et la bride B. L'élément de retenue A présente, au niveau de sa surface latérale 16, un connecteur multiple 60 destiné à des câbles électriques transmettant des signaux de commande et de pilotage à l'outil 42. Certains de ces câbles électriques sont raccordés à une fiche 62 située 20 sur la surface frontale 14 de l'élément A, et associée à une douille 64 disposée sur la surface frontale 46 de la bride B. Cette douille 64 est à son tour raccordée à une broche 66 venant à fleur de la surface de fixation 68 de la bride B, sur laquelle l'outil 42 est monté. Cette broche 66 est du type connecteur multiple et elle est connectée électriquement à des détecteurs, actionneurs électriques et dispositifs analogues situés sur l'outil 42. Le connecteur multiple 60 est raccordé électrique30 ment à des détecteurs ou interrupteurs respectifs de proximité 70 et 72 associés à la tige 28a du piston 28, ainsi qu'à un détecteur de proximité 74 (figure 2) situé sur la surface frontale 14 de l'élément de retenue A. Les fonctions de ces détecteurs seront expliquées 35 dans la description ci-après. Des première et seconde paires de barrettes en cui- vre mutuellement parallèles, respectivement désignées par R et S, sont prévues pour établir la connexion électrique entre l'élément de retenue A et la bride d'accouplement B. Chaque barrette 76 de la première paire R comprend, à l'une de ses extrémités, une zone aplatie 76a de contact électrique implantée dans l'alignement de la région centrale de la surface frontale 14 de l'élément de retenue A; et, à son autre extrémité, une zone 76b de connexion électrique qui est munie d'un 10 connecteur 78, pour un câble électrique 79 raccordé à une alimentation électrique. Similairement, chaque barrette 80 de la seconde paire S associée à la bride B comprend une zone extrême aplatie 80a de contact électrique; ainsi. qu'une zone 80b de connexion électrique 15 pourvue d'un connecteur 82 destiné à un câble électrique 84, raccordé à l'une des électrodes Z du pistolet de soudage 42 (figure 1). A la hauteur des zones extrêmes aplaties 76a, les barrettes 76 présentent des surfaces de contact 86 re20 vêtues d'une couche d'argent, afin d'améliorer l'efficacité du contact électrique. En outre, alors que les barrettes 80 de la seconde paire S sont assujetties à la bride B par des vis de fixation 88, les barrettes 76 de la première paire R peuvent accomplir de légers mouve25 ments d'ajustement; des rondelles élastiques de type Belleville sont intercalées entre ces barrettes. 76 et l'élément de retenue A afin d'assurer une pression de contact prédéterminée entre les zones respectives 76a et 80a des barrettes 76 et 80, de manière à provoquer une résistance de 30 contact moindre et une plus grande délivrance de puissance au pistolet de soudage 42. Une plaque de pression 92 et des pièces de liaison profilées 94 (figure 4) sont respectivement interposées entre les rondelles élastiques 90 et les barrettes 76, pour permettre à ces barrettes 76 d'effectuer de légères rotations d'ajustement. Dans leurs positions déconnectées, les barrettes 76 sont retenues contre l'élément de retenue A par des vis 96. Au stade du changement d'outillage, le bras 10 du robot est positionné dans l'alignement d'une structure de support au sol (non illustrée), destinée à loger l'outil 42. Une fois cette position atteinte, de l'air comprimé est délivré aux raccords 24 communiquant avec la partie 26b de la chambre cylindrique 26 associée au piston 28. Ce piston est par conséquent poussé vers le bras 10, en 10 imprimant une rotation aux leviers coudés 34 par suite de l'accouplement entre leurs extrémités 34a et les sièges 32 de la tige 28a. Cette rotation provoque le mouvement radial de translation des dents mobiles 36, qui sortent des évidements 50a des mordaches 50 pour entrai15 ner, par gravité, la dissociation de la bride d'accouplement B d'avec l'élément de retenue A. Cette dissociation se traduit par la fermeture des obturateurs 22a et 48a des raccords 22 et 48 à solidarisation rapide, ainsi que par l'ouverture des contacts électriques des barrettes 20 76 et 80, et des connexions électriques 62 et 64 délivrant les signaux de pilotage et de commande à l'outil 42. En vue de permettre un nettoyage des canaux à fluides de travail parcourant l'outil, un courant d'air comprimé est délivré aux raccords 22 pour débarrasser les canaux de leurs impuretés préalablement à l'actionnement de la tige 28a. L'instruction de commande, pour permettre le mouvement du bras 10 du robot après l'enlèvement de l'outil 42, est fournie par l'interrupteur de proximité 70 qui 30 indique la position correcte de fin de course du piston 28, par rapport à l'extraction complète des dents 36 de venue en prise. Le bras 10 dépourvu de l'outil est ensuite positionné dans l'alignement d'un autre outil 42 placé sur une 35 structure au sol. L'approche de l'élément de retenue A, en direction de la bride B, a lieu d'une manière telle -2601614 que les mordaches 50 de cette bride B coulissent dans des creux appropriés 40 dudit élément A. L'interruption de ce mouvement d'approche, également guidé par les pointeaux 56, est commandée par le détecteur de proximité -74 qui est monté élastiquement de façon à augmenter la précision d'accouplement. Au cours de cette phase, les raccords automatiques 22 et 48 établissent la communication entre les conduits T du robot et les canaux, ménagés dans l'outil 42, pour faire circuler les fluides de travail tels que des liquides, des gaz, de l'air comprimé, du vide, etc. De l'air comprimé est ensuite délivré aux raccords 24 communiquant avec la partie 26a de la chambre cylindrique interne 26, pour provoquer le mouvement radial de translation des dents 36 de venue en prise, vers l'extérieur. L'interrupteur de proximité 72 indique l'instant auquel le piston 28 a atteint sa position correcte de fin de course; et il assure que la bride d'accouplement B soit enserrée par l'élément de retenue A. Lorsque le signal d'autorisation 20 provenant du détecteur 72 a été reçu, le bras 10 du robot peut débuter son cycle de travail avec le nouvel outil 42. Il est bien évident que tout le processus de changement d'outillage, de-même que les autres phases de travail, se déroulent d'une manière entièrement automatique, 25 grâce au programme de travail du robot emmagasiné dans le système de commande de ce robot proprement dit. Bien entendu, les principes de l'invention demeurant par ailleurs inchangés, les détails structurels et les formes de réalisation peuvent subir d'amples modifica30 tions par rapport à ceux décrits et illustrés sur les dessins. Par exemple, les barrettes de raccordement électrique peuvent être agencées en une configuration coaxiale au lieu de présenter des surfaces aplaties. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement automatique d'outillage, équipant des robots industriels munis d'un bras (10) porte-outils, dispositif caractérisé par le fait qu'il comprend un élément cylindrique de retenue (A) supporté par le bras (10) porte-outils; une bride d'accouplement (B) qui présente une forme sensiblement complémentaire de celle de l'élément de retenue (A), et à laquelle un outil (42) est fixé; des moyens mobiles (36) de venue en prise, associés à l'élément de retenue (A); des moyens d'agrip10 page (50, 50a), associés à la bride (B) et complémentaires des moyens mobiles (36) de venue en prise; ainsi que des moyens d'actionnement (28, 34) portés par l'élément de retenue (A) et associés aux moyens mobiles (36) de venue en prise, afin de bloquer la bride (B) sur ledit 15 élément (A) ou de l'en dégager. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens mobiles de venue en prise sont constitués par plusieurs dents mobiles (36) de venue en prise, qui sont agencées radialement par rapport à l'élément de retenue (A) et peuvent coulisser par rapport à ce dernier. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens d'agrippage sont constitués de plusieurs appendices de fixation (50) qui se présen25 tent sous la forme de crochets, ont une configuration complémentaire de celle des dents (36) de venue en prise, et font saillie axialement par rapport à la bride (B). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'actionnement comprennent un 30 piston (28) à double action muni d'une tige (28a) et actionné par un fluide sous pression, ce piston étant logé 26D1614 dans une chambre cylindrique (26) ménagée à l'intérieur de l'élément de retenue (A); et. plusieurs leviers coudés (34) articulés sur l'élément de retenue (A), chaque levier (34) étant relié par l'une (34a) de ses ex5 trémités à la tige (28a) du piston (28) et, par son autre extrémité (34b), à une dent correspondante (36) de venue en prise. 5. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'élément cylindrique de rete10 nue (A) présente plusieurs creux axiaux (40) ménagés dans sa surface latérale (16) en correspondance avec les dents mobiles (36), ces creux (40) étant complémentaires desappendices de fixation (50) de la bride (B). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica15 tions précédentes, caractérisé par le fait que l'élément cylindrique de retenue (A) et la bride (B) sont associés par des raccords complémentaires (22, 48) à solidarisation rapide, qui sont destinés à des fluides de travail, sont disposés axialement et sont munis de soupapes automati20 ques (22a, 48a) pour autoriser une circulation en condition accouplée de l'élément et de la bride, et pour interrompre cette communication dans leur condition désaccouplée. 7. Dispositif selon l'une.quelconque des revendica25 tions 4 à 6, caractérisé par le fait que le piston (28) présente deux détecteurs de proximité associés (70, 72), pour détecter des signaux indicatifs des deux positions de fin de course de ce piston (28) correspondant aux conditions respectives de blocage et de dégagement de 30 l'outil (42). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un détecteur frontal de proximité (74) porté par l'élément de retenue (A) et conçu pour détecter une condition 35 d'accouplement correct entre cet élément (A) et la bride (B), de façon à permettre un blocage de l'outil 42. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-'tions précédentes, en particulier, mais non exclusivement, pour des robots de soudage équipés d'un pistolet (42) de soudage à l'arc, dispositif caractérisé par le fait que l'élément cylindrique de retenue (A) est associé frontalement à une première paire (R) de barrettes électriquement conductrices (76), présentant des faces de contact aplaties (76a) complémentaires de faces aplaties correspondantes (80a) d'une seconde paire (S) de barret10 tes électriquement conductrices (80) supportées frontalement par la bride (B), la première paire (R) de barrettes (76) étant raccordée à une alimentation électrique, et la seconde paire (S) de barrettes (80) étant raccordée électriquement aux électrodes (Z) du pistolet de soudage (42). 15 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que des moyens élastiques (90) sont intercalés entre la première paire (R) de barrettes (76) et l'élément cylindrique de retenue (A), de manière à assurer une pression de contact prédéterminée entre les faces 20 (76a, 80a) des barrettes (76, 80) dans la condition d'accouplement mutuel de 1 'élément de retenue (A) et de la bride (B). 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que les barrettes (76, 80) de chaque paire de barrettes sont parallèles les unes aux autres et comprennent des premières zones extrêmes (76a, 80a) situées sensiblement dans l'alignement de l'axe respectif (X-X) de l'élément de retenue (A) et de la bride (B), ainsi que des secondes zones extrêmes (76b, 80b) opposées 30 aux premières extrémités et faisant respectivement saillie, dans le sens radial, par rapport à l'élément de retenue (A) et à la bride (B), chaque seconde zone extrême (76b, 80b) étant munie d'un connecteur (78, 82) pour son raccordement électrique. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que les barrettes (76) de la pre- mière paire (R) de barrettes peuvent accomplir un mouvement d'ajustement au cours de l'accouplement de leurs faces (76a) et de faces correspondantes (80a) des barrettes (80) de la seconde paire (S). 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les premières zones extrêmes (76a) des barrettes (76) de la première paire (R) présentent des surfaces (86) de contact électrique revêtues d'argent.