Brevet FR2618717A1 — publié le 19890203

Dans de nombreux domaines et particulièrement dans Les équipements robotisés drunités de fabrication ou d'assembLage, il est nécessaire de prévoir à la liaison de deux pièces (outil et porte-outil, bras et poignet de robot, capteur et son support...) un dispositif limiteur d'effort afin de limiter les conséquences dommageables d'une surcharge appliquées à l'ensemble des pièces assemblées. A titre d'exemple, dans le cas du soudage par points robotisé, on contact trois cas de surcharge classique qui ont pour conséquence l'endommagement de la tete troisaxes du robot: - lorsque les tôLes à souder par points ne sont pas perpendiculaires à l'axe des électrodes ; - lorsque les électrodes collent à la tole au moment du desserrage de la pince ; - lorsqu'enfin, au cours de la trajectoire de la pince, notamment Lors de la mise au point et la programmation de celle-ci, la pince rencontre un obstacle. Les déformations qui résultent de ces surcharges se transmettent tout le long de la channe cinématique et ce, d'autant mieux que celle-ci est rigide, pour finalement en endommager l'élément le plus faible. Ces dommages se traduisent par une déformation structurelle du robot qui implique une nouvelle programmation, au moins partielle de la trajectoire et donc des arrêts du cycle de fabrication, dans les cas les plus favorables. On a donc cherché à mettre en place sur cette channe de transmission ou de liaison, des systèmes de sécurité qui jusqu'à aujourd'hui n'ont jamais donné pleinement satisfaction, parce que soit trop chers du fait de leur complexité, soit inefficaces car n'assurant pas une protection pour tous les degrés de mobilité nécessaires. L'invention entend proposer un dispositif de liaison de sécurité entre le nez d'un bras de robot et L'coutil qu'il porte, et plus généralement entre deux pièces dont L'une est le support de l'autre qui peut subir des efforts accidentels ou intempestifs, dans lequel La Liaison peut prendre deux états, l'un rigide tant que L'effort auquel est soumise l'une des pièces n'est pas supérieur à un seuil déterminé, L'autre souple permettant six degrés de Liberté d'une pièce par rapport à L'autre. Plus précisément, le dispositif selon l'inven- tion est constitué par des contacts ponctuels répondant aux exigences d'une Liaison isostatique, réalisés pour chacun d'eux entre un élément lié rigidement à la première pièce et un point médian d'ur levier articu') à ta seconde pièce par L'une de ses extrémités et maintenu e appui a son autre extrémité sur un butée de @@@@@@@@@ pitié, au moyen d'un organe élastique attelé à La première pièce et développant un effort réglable déterminé, définissant Ledit seuil. Dans un mode préféré de realisation pour sa simpLicité d'exécution, il comporte trois leviers conver gents par leur extrémité libre vers une zone centrale des pie ces reliées, chacun d'eux présentant à sa partie médiane une surface sphérique coopérant avec Les flancs d'un V porté par l'élément correspondant solidaire de la première pièce, l'organe élastique susdit étant unique et comportant un plateau central d'appui des extrémités des leviers sur leur butée respective. Dans une variante du dispositif selon l'inven tiqn, Les deux pièces sont en outre reliées par des organes souples de suspension qui permettent de mettre hors service le dispositif à leviers. Dans ce cas, il est avantageux qu'en l'absence de sollicitation la position des pièces soit identique, que le mécanisme à levier soit en ou hors service. L'invention sera mieux comprise au cours de ta description donnée ci-apres à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. IL sera fait référence aux dessins annexés dans Lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant Les éléments essentiels du dispositif selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent respectivement par une vue en coupe, selon La ligne II-II de la figure 3, et une vue de dessus partielle, une réalisation du dispositif de L'invention, - La figure 4 est une coupe partielle de la figure 2 selon la Ligne IV-IV, - la figure 5 est un schéma semblable à La figure IL dans lequel Les éléments de suspension ont été supprimés. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit deux pièces i et 2, ici deux plaques reliées entre elles par une pluralité de plots 3 en élastomère, par exemple trois, régulièrement répartis autour d'un axe général central perpendiculaire aux plaques. Cette liaison ou suspension permet un mouvement relatif des pLaques 1 et 2 selon les six degrés de Liberté (bien entendu sous des amplitudes limitées par construction). En outre, les plaques sont reliées L'une à L'autre au moyen d'une pluralité d'organes de liaison, dont un est schématiquement représenté à la figure, et qui comportent chacun - un levier 4 articulé par L'une de ses extrémités à La plaque 2 et reposant sur une butée 5 solidaire de cette plaque; - une patte 6 solidaire de la plaque 1 et en contact ponctuel avec une zone médiane du levier 4 (conformée en surface sphérique 4a); - un organe élastique 7 attelé à la plaque 1 et forçant le levier 4 en appui sur La butée 5. Pour créer entre Les deux pièces 1 et 2 une liaison isostatique, il faut créer un point de contact entre six leviers tels que 4 et six pattes telles que 6, dans la mesure où les normales à ces points de contact sont de rang égal à six. On peut, dans certaines liaisons, ne pas devoir immobiliser les six degrés de liberté. Dans ce cas, on ne mettra en oeuvre qu'un nombre de leviers limité correspondant aux degrés de liberté à supprimer avec ladite sécurité. On voit donc que cette liaison par contacts pon:- tuels sur levier permet de regime rigide rigide l+ancowDlemert des deux pièces. Ceci sera réalisé à condition que l'effort développé par l'ensemble des organes 7 soit supérieur à l'effet d'une charge extérieure (pesanteur plus inertie) sur une plaque avec son équipement, L'autre étant maintenue, et ce dans toutes les orientations spatiates de l'ensemble. On comprend bien que le tarage des organe 7 définit la limite de l'effort tendant à déplacer une plaque par rapport à L'autre. En effet, si sur la figure 1 on tend à écarter la plaque 2 de la plaque 1, paraLlèlement à elle-même, ce mouvement ne sera possible qu'en ayant vaincu l'action des organes 7 sur Le levier 4. A l'inverse, si on rapproche les deux plaques parallèlement à elle-même, il faut également vaincre l'action des organes 7 sur le levier 4. Tout autre mouvement plus complexe dans une liaison isostatique peut se décomposer au droit des organes 7 en un rapprochement ou un éloignement des plaques et aura donc à vaincre leur effet sur les leviers. Ainsi, devant un effort appliqué à l'une des plaques, l'autre étant maintenue fixe, n'ayant pas pu vaincre l'effet des organes 7, la liai son se comporte comme une liaison rigide. En revanche, si cet effort est suffisant, la liaison rigide est rompue et les deux plaques recouvrent tous leurs degrés de liberté relative, et ce dans les deux sens. Afin que L'effet des organes élastiques 7 soit entiè rement consacré à la raideur de la liaison rigide, il faut que les contacts ponctuels soient réalisés pour une position relative des pièces 1 et 2 qui est celle dans laquelle elles se trouvent lorsqu'elles sont uniquement reliées par la suspension élastique 3. La satisfaction de cette condition permet d'éviter la mise en oeuvre d'organes élastiques puissants qui doivent en partie écraser la suspension et donc permet de réduire l'encombrement du dispositif. Par ailleurs, on peut sans rien changer aux pro piétés du mécanisme, disposer les organes 7 au droit des butées 5, comme cela apparait en regard des figures suivantes. Enfin, on notera que si l'on supprime les efforts développés par les organes élastiques 7, les deux pièces ne sont plus reliées que par la suspension élastique 3. Il suffit donc de les écarter des leviers pour les mettre comple- tement hors service afin qu'ils ne nuisent pas aux débattements des pièces. Les figures suivantes montrent également une disposition simple permettant cette mise en et hors service de ta liaison rigide "en parallèle" avec la suspension. Les figures 2 et 3 représentent une réalisation possible de l'invention, dans laquelle on retrouve les plaques 1 et 2, la plaque 2 ayant été retirée à la figure 3. La suspension qui relie ces plaques est constituée par trois ensembles de trois plots élastiques 3a, 3b, 3c dont l'un 3b est coulissant par rapport à La plaque 2 pour constituer un seuil supérieur de réaction de la suspension, les deux autres 3a, 3c étant solidaires des plaques. Le mécanisme de Liai son à leviers comprend ici trois leviers 4b, 4c, 4d convergents par leur extrémité libre vers l'axe central de. L'accouplement et articulés sur la plaque 2 au moyen de deux Lames flexibles 8 et 9 perpendiculaires attelées entre une extrémité en T 10 du levier et un socle 11 fixé sur la plaque 2. A leur extrémité libre, Les leviers 4b, 4c, 4d reposent sur une butée 5 par l'intermédiaire d'une pièce 12 de contact, bombée ou cylindrique en regard de la butée 5, fixée à cette extrémité de Levier. En partie médiane chaque levier est équipé également d'un corps d'appui rapporté 13 qui est au contact des deux ailes convergentes d'un V6a porté par la plaque 1. La figure 4 exemplifie cette disposition difficile à représenter aux figures 2 et 3. On notera ici que seuls trois leviers sont mis en oeuvre.Mais grâce au fait que chaque levier pressente deus points de contact avec l'élément 6asolìdaire de a plaque 1, on a bien crée les six points de @@@@@@ nécessaires au positionnement isostatique, constatant par ailleurs que les normales aux points de contact satisfont l'exigence requise par l'isostatisme. Cette disposition est donc une première simplification constructive du dispositif général décrit en regard de la figure 1. Une seconde simplification résulte du fait que l'ensemble des organes élastiques est réuni en un seul organe central 7a constitué par une enceinte 14 à parois déformables, susceptible d'être connectée à une source de pression par un raccord 15. Cette enceinte comporte du côté des leviers un plateau 16 uniquement fixé au centre de la paroi adjacente qui coopère avec les extrémités libres de trois leviers juste en face des butées 5. Ce plateau 16 est rendu indéformable par un nervurage 17. Les dimensions des différents éléments de ce dispositif sont telles que, en l'absence de sollicitation et de gonflage de l'enceinte 14, la pièce 13 est au contact du V6a, et la pièce 12 est en appui sur la butée 5 (si la plaque 2 est placée sous La plaque1). De ce fait le gonflage de l'enceinte 14 ne provoque aucune déformation de la suspension 3a, 3b et 3c et l'effort développé est entièrement consacre à la raideur de la liaison rigide. On remarquera que Les deux états de liaison des plaques 1 et 2 sont obtenus l'un en l'absence de gonflage de l'enceinte 14 (liaison souple), L'autre par gonflage de cette dernière (liaison rigide) le seuil de la liaison rigide étant simplement obtenu et réglé en agissant sur la pression à L'intérieur de L'enceinte. Le dispositif selon l'invention, notamment dans cette version de construction, est d'encombrement très réduit. Sa construction n'exige pas de précisions de montage ou d'usinage très importantes. Le positionnement des plaques l'une par rapport à l'autre dans la liaison rigide est toujours identique, si bien que ce dispositif trouve une application intéressante en robotique ou les coordonnés d'une pièce dans L'espace doivent toujours être connues avec préci sion, que ce soit pour l'usinage, le montage dans des chaSnes de fabrication, ou le contrôle dimensionnel sur des channes de vérification. L'invention n'est pas limitée à la description donnée ci-dessus mais couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées. L'une d'elles consiste par exemple à prévoir à la place du vérin 14 un dispositif à ressorts qui en position normale force par le plateau 16 les leviers en appui sur leur butée respective. La mise hors service de la liaison rigide consiste alors en un actionneur (vérin pneumatique) qui, commandé, vient comprimer les ressorts pour qu'ils n'aient plus d'effet sur le plateau 16. Cette disposition présente un avantage du point de vue de la sécurité car, en l'absence d'énergie, la liaison est maintenue dans son état rigide. L'autre reside dans la provision entre les leviers et leur butée, et entre les leviers et la pièce en V,de capteurs de contact qui, à l'ouverture, indiqueront que le seuil est dépassé donc constitueront des capteurs de surcharge plus simples à mettre en oeuvre que des capteurs d'effort. La figure 5 illustre en outre une seconde variante du dispositif selon L'invention dans laquelle t'une des liaisons souples (suspension) est supprimée. On voit en effet que les organes de liaison à leviers, identiques à ceux décrits en figure 1 avec Les mêmes références (ici, trois leviers 4 coopérant avec trois pièces en V 6a), sont les seuls à relier les plaques 1 et 2. Dans ce cas, ils sont toujours maintenus en service par le ressort unique central 7' dont on peut tarer la force d'appui sur le plateau 16'. Dans ce cas, la liaison est normalement rigide et peut s'effacer sous l'effet d'une sollicitation supérieure au seuil imposé par le ressort 7'. Contrairement aux dispositions décrites en regard des figures précédentes, La liaison n'est plus soit soupie soit rigide avec seut dç sécurité, selon le choix de l'utilisateur. Cela est rigide et dévié. souple lorsque La sécurité joue. R EV E ND I C AT IONS 1. Dispositif de liaison de deux pièces (1,2) à deux états de rigidité et un ensemble de moyens pour maintenir rigidement l'une des pièces par rapport à l'autre dans une position unique déterminée, et s'effacer au profit d'une liaison déformable sous Effet d'une sollicitation de sens et de direction quelconques supérieure à un seuil déterminé, caractérisé en ce qu'il est constitué par des contacts ponctuels répondant aux exigences d'une liaison isostatique, réalisés pour chacun d'eux entre un élément (6, 6a) lié rigidement à la première pièce (1) et un point médian (4a,10) d'un levier (4, 4b, 4c, 4d) articulé à La seconde pièce (2) par L'une de ses extrémités et maintenu en appui par son autre extrémité sur une butée (5) de la seconde pièce (2), au moyen d'un organe élastique (7, 14) attelé à la première pièce (1) et développant un effort réglable déterminé, définissant ledit seuil. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte trois Leviers (4b, 4c, 4d) convergents par leur extrémité libre vers une zone centrale des pièces (1, 2) reliées, chacun d'eux présentant à sa partie médiane, une surface sphérique (13) coopérant avec les flancs d'un V (6a) porté par L'élément (6) correspondant solidaire de la première pièce (1), L'organe élastique susdit étant unique et comportant un plateau (16) central d'appui des extrémités des Leviers (4b, 4c, 4d) sur leur butée respective (5) 3. Dispositif selon La revendication 2, caractérisé en ce que l'organe élastique est constitué par au moins un ressort taré. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe élastique est un vérin à gaz (14) 5. Dispositif selon L'une quelconque des reven dictions précédentes, caractérisé en ce que l'une (1) des pièces susdites est une platine terminale d'un bras de robot, l'autre (2) étant une platine de fixation d'un outil à La platine terminale susdite. 6. Dispositif selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de Liaison souple entre Les deux pièces (12) constitués par des éléments (3) de suspension de l'une des pièces (1) par rapport à l'autre (2), La position relative des pièces, en L'absence de solLicitation extérieure, étant sensiblement identique, qu'elles soient réunies par lesdits leviers ou lesdits éléments de suspension. 7. Dispositif selon La revendication 6, caractérisé en ce que ledit organe élastique est en ressort associé à un moyen de commande de sa mise hors et un se@@@@@@ constitue par un vérin.