Brevet FR2618189A1 — publié le 19890120

L'invention concerne un vérin rotatif et en particulier un vérin rotatif à palette. Les vérins rotatifs à palette sont généralement constitués d'un arbre comportant une ou deux palettes et une ou deux cloisons fixes. Les chambres ainsi créées sont mises sous pression alternativement de manière à appliquer un couple sur l'arbre de sortie. Les charges axiales admissibles sont en général très réduites du fait de l'absence de butées particulières en dehors de la butée résultant de la forme de l'arbre. En outre, l'association de deux vérins rotatifs à palette en série, par exemple pour la réalisation d'une articulation motorisée pour bras de rotation en plusieurs parties pose de multiples problèmes - sur le plan mécanique la résultante des efforts extérieurs appliqués au deuxième vérin induit des charges axiales -sur le premier, ce qui provoque des difficultés de fonctionnement - il n'est en général rien prévu pour relier mécaniquement les vérins entre eux et la surface de montage de l'un des vérins ne trouve pas forcément son complément sur l'autre vérin - l'alimentation en fluide du premier vérin ne pose pas le plus souvent de difficultés, mais il n'en est pas de mème pour le deuxième vérin qui est mobile par rapport au bati. Ce phénomène de complication de la distribution hydraulique s'accentue avec le nombre de vérins associés - le maintien d'une position angulaire sous charge n'est pas assuré en l'absence de pression, les fuites internes généralement inévi,tables dans ce type de matériel obligent à prévoir un frein "à manque de pression". Bien que certains de ces problèmes soient partiellement résolus par les matériels existants, les vérins actuels ne permettent malgré tout que d'encaisser peu d'efforts axiaux et ne possèdent pas de système de distribution hydraulique pratique en cas d'association de plusieurs vérins. La présente invention a donc but de réaliser un vérin rotatif pouvant supporter des charges axiales importantes et possèdant une distribution intégrée autorisant une association simple et facile à mettre en oeuvre de plusieurs vérins. L'invention a pour objet un vérin rotatif comportant une entrée de ligne de pression et une sortie de ligne de retour agencées sur le corps du vérin et qui communiquent avec au moins une chambre du vérin par l'intermédiaire d'une servovalve, caractérisé en ce que l'entrée de la ligne de pression est également reliée à un départ de ligne de presion au travers d une conduite de pression associée au corps du vérin, d'une connexion tournante de pression et d'un passage de pression agencé dans l'arbre du vérin, en ce que la sortie de ligne de retour est reliée à une arrivée de ligne de retour au travers d'une conduite de retour associée au corps du vérin, d'une connexion tournante de retour et d'un passage de retour agencé dans l'arbre du vérin, et en ce-qu'il comporte des moyens de liaison permettant de le fixer sur un second vérin identique de manière à permettre l'alimentation en fluide de l'entrée de ligne de pression du second vérin par le départ de ligne de pression du premier vérin et 1' évacuation du fluide de la sortie de ligne de retour du second vérin par l'arrivée de ligne de retour du premier vérin. Suivant d'autres caractéristiques - le corps du vérin comporte au moins une face latérale plane dans laquelle sont agencées l'entrée de ligne de pression et la sortie de ligne de retour, le départ de ligne de pression et l'arrivée de ligne de retour étant agencées de façon complémentaire à une extrémité plane de l'arbre du vérin; - les conduites de pression et de retour sont formées dans le corps du vérin - les conduites de retour et de-pression comprennent respectivement chacune une première portion axiale et une deuxième portion transversale qui débouchent dans une gorge circulaire d'un alésage cylindrique du corps du vérin.L'une des extrémités du passage de pression ou du passage de retour agencé dans l'arbre débouche transversalement à l'axe de ce dernier en vis-à-vis de ladite gorge pour constituer respectivement la connexion tournante de retour ou de pression - le vérin comporte des moyens de reprise des efforts extérieurs radiaux et axiaux disposés au voisinage de-l extrémité de l'arbre où sont agencés le départ de ligne de pression et l'arrivée de ligne de retour les - les moyens de liaison sont constitués par une bride de fixation montée à l'extrémité de l'arbre où sont agencés le départ de ligne de pression et l'arrivée de ligne de retour, et qui est prévue pour se fixer sur la face latérale plane d'un second vérin dans laquelle sont agencées une entrée de ligne de pression et une sortie de ligne de retout;; - des moyens de blocage en position angulaires placés à l'extrémité de l'arbre opposée à celle où sont agencés le départ de ligne de pression et l'arrivée de ligne de retour sont prévus, pour permet tre de bloquer le vérin en position angulaire en 1 absence de pression. L'invention sera décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la Fig.1 représente une vue en perspective d'un vérin rotatif selon l'invention - la Fig.2 représente une vue en coupe longitudinale d'un ensemble de deux vérins selon l'invention associés en série - la Fig.3 représente une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig.2 ; et - la Fig.4 représente un bras articulé de robot dont les articulations motorisées sont constituées par un ensemble de vérins selon l'invention. On a représenté aux figures 1 et 3, un vérin rotatif à palette selon l'invention. Dans un but de simplification de la description on a considéré le cas d'un vérin à palette comportant une palette mobile et une cloison fixe, mais il est bien entendu que cet exemple n'est pas limitatif et que l'invention peut ètre réalisée avec un vérin rotatif comportant plusieurs palettes et cloisons fixes. A la Fig.2, on a représenté une vue en coupe d'un ensemble de deux vérins identiques 1, 2, placés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre de manière à expliquer le fonctionnement de l'invention, mais on ne décrira qu'un seul vérin dans un but de simplification de l'exposé. Le vérin rotatif 1 comporte un corps creux 3 de forme générale parallélépipédique muni intérieurement d'une cloison fixe A. Un arbre 5 portant une palette mobile 6 (Fig.3) est monté tournant dans l'alésage du vérin et est disposé par rapport à ce dernier dans le sens axial. De manière classique, l'alimentation en fluide de la chambre du vérin 1 est commandée par une servovalve 7 placée sur le corps 3. Le corps 3 du vérin comporte une face plane 9 sur laquelle sont agencées une entrée E de ligne de pression et une sortie S de ligne de retour communiquant avec la chambre du vérin par l'intermédiaire de la servovalve 7 et destinée à la distribution du fluide de commande. Des perçages de fixation- 10 sont disposés sur la face 9 de manière à permettre la liaison avec un autre vérin ainsi que cela sera expliqué ultérieurement dans la description. Le corps de vérin 3 comporte à chacune de ses extrémités un couvercle 11, 13. Chaque couvercle comprend un flasque 15, 17 et un corps cylindrique 19, 21 au travers desquels l'arbre 5 fait saillie. Chaque couvercle est fixée au corps de vérin 3 par des moyens connus, comme par exemple des vis 22. A l'une 23 des extrémités de l'arbre 5 débouchent un départ D de ligne de pression et une arrivée A de ligne de retour, disposés de façon complémentaire de la disposition de l'entrée E de ligne de pression et la sortie S de ligne de retour sur la face 9, c'est à dire que l'en- traxe entre A et D est égal à icelui existant entre E et S. L'extrémité 23 de l'arbre comporte une face plane 24. Une bride de fixation 25 est montée sur l'extrémité 23 de l'arbre 5 et est prévue pour venir se fixer sur la face plane 9 du corps d'un vérin 2 identique au vérin 1. La bride de fixation 25 comporte des perçages de fixation 26 disposés de manière complémentaire aux perçages 10 de la face plane 9 du vérin 1, c'est-à-dire de la face 9 du vérin 2. A l'extrémité opposée 27 de l'arbre 5 et au-delà du couvercle 13 est disposé un système de blocage en position angulaire de référence générale 28 dont le rôle sera décrit dans la suite de la description. L'entrée E de ligne de pression destinée à l'alimentation en fluide sous pression, par exemple, en huile, du vérin 1 est située sur la face plane 9 du corps de vérin 3 et reliée d'une part à une conduite 29 d'alimentation de la servovalve 7 (Fig.3), et d'autre part à une conduite de pression 31 formée dans le corps de vérin 3. La conduite de pression 31 comporte une première portion axiale 31a, parallèle à l'axe longitudinal du corps du vérin et une deuxième portion transversale 31b disposée dans le couvercle 13 du corps de vérin. La portion transversale 31b de la conduite de pression 31 s'étend perpendiculairement à la portion axiale 31a et débouche dans une gorge circulaire 33 d'un alésage cylindrique du couvercle 13.Une extrémité 35 d'un passage de pression 37 agencé dans l'arbre 5, parallèlement à l'axe X-X' de ce dernier, débouche eÀ vis-à-vis de la gorge circulaire 33 pour constituer avec la portion transversale 31b de la conduite de pression une connexion hydraulique tournante 39. L'autre extrémité du passage de pression 37 constitue le départ D de ligne de pression et débouche à la face plane 24 de l'extrémité 23 de l'arbre 5. De manière similaire la sortie S de ligne de retour est reliée d'une part à la servovalve 7 et d'autre part à une conduite de retour 41 formée dans le corps de vérin 3. La conduite de retour 41 comporte une première portion axiale 41a parallèle à l'axe du corps de vérin et une deuxième portion transversale 41b disposée dans le couvercle 11 du corps de vérin. La portion transversale 41b de la conduite de retour 41 s'étend perpendiculairement à la premiére portion axiale 41a et débouche dans une gorge circulaire 43 d'un alésage cylindrique du couvercle 11. Une extrémité 45 d'un passage de retour 47 agencé dans l'arbre 5 parallèlement à l'axe X-X' de ce dernier et disposé du coté de l'axe X-X' opposé au passage de pression 37, débouche en vis-à-vis de la gorge circulaire 43 pour constituer avec la po-rtion transversale 41b de la conduite de retour une connexion hydraulique tournante de retour 49. L'autre extrémité du passage de retour 47 constitue l'arrivée A de ligne de retour et débouche à la face plane 24 de l'extrémité 23 de l'arbre 5. L'arbre 5 est muni à chacune de ses extrémités 23, 27 de moyens de reprise des efforts extérieurs axiaux et radiaux . Ces moyens étant symétriques sur les deux extrémités, on ne décrira donc que les moyens en relation avec du couvercle 11. Ils sont constitués par une butée 51 montée sur l'arbre 5 et venant se placer en contact avec le couvercle 1 1 dans le corps de couvercle 19. La butée 51 est ensuite frettée sur l'arbre 5 par des éléments démontables biconiques 53. Le jeu entre le couvercle 11 et la butée 51 est réglable, et une butée à aiguille 55 est placée entre le flasque 15 du couvercle 11 et la butée 51 et contribue à la reprise des efforts axiaux. Les efforts radiaux sont repris par un roulement à aiguilles 57 placé entre la butée 51 et le corps de couvercle 19.Les éléments 53 servent aussi de moyens de positionnement et de verrouillage en position axiale de la bride de fixation 25. Un dispositif de blocage en position angulaire, de référence genérale 28, est disposé à l'ex trémité 27 de 1 arbre 5 et est destiné à assurer le maintien de la position angulaire du vérin en l'absence de pression. Il comporte un système de frein 60 à disques multiples classique, solidaire en rotation du corps 3 du vérin. Le système de frein 60 comporte une cloche de freinage 61 solidaire en rotation de l'arbre 5 et un ensemble de disques 63 est fixé au corps 21 du couvercle 13 par l'intermédiaire de vis 64. Le système de frein est actionné par un vérin annulaire 65 comportant un piston 66 et un cylindre 67 et alimenté par une conduite 68 branchée en dérivation de la partie transversale 31b de la conduite de pression 31. Le vérin annulaire est monté sur le corps cylindrique 21 du couvercle 13 et agit sur le système de frein par l'intermédiaire d'un disque 69.En l'absence de pression, le piston 60 est sollicité en permanence par un empilage de plusieurs rondelles élastiques 7I disposées entre le cylindre 67 du vérin annulaire et le flasque 17 du couvercle 13, dans le sens correspondant au serrage. Le mode de fonctionnement du dispositf de blocage en position angulaire est le suivant. Pendant le fonctionnement normal du vérin rotatif, le système de freinage est "desserré". En effet, la mise sous pression du vérin annulaire le déplace en direction du flasque 17 du couvercle 13, le séparant ainsi du disque 69 et lui faisant comprimer l'empilage de rondelles élastiques 71. La poussée du vérin annulaire sur le système de frein n'est donc plus assurée et l'arbre 5 du vérin 1 peut tourner librement. En l'absence de pression, le vérin annulaire 65 est soumis à la sollicitation des rondelles élastiques 71 et vient donc en contact avec le disque 69, act,ionnant par là le système de frein 60 et per mettant ainsi le blocage en position de l'arbre 5 du vérin 1. Le vérin comporte, lorsqu'il est utilisé en boucle fermée, un codeur de position non représenté mesurant l'angle existant entre le corps de vérin 3 et l'arbre de vérin 5. Cette mesure d'angle peut également être effectuée à l'aide d'un potentiomètre extérieur. Le vérin selon l'invention permet d'associer plusieurs vérins identiques selon des axes orthogonaux de manière relativement simple en ayant réduit au minimum les complications présentées par le système de distribution de fluide. En effet, chaque vérin comporte une ligne de pression et une ligne de retour, la ligne de pression comportant une entrée E et un départ D et la ligne de retour comportant une sortie S et une arrivée A. L'assemblage de plusieurs vérins s effectue de la manière suivante.On relie l'extrémité de l'arbre 5 d'un premier vérin dans laquelle débouche le départ D de ligne de pression et l'arrivée A de ligne de retour et sur laquelle est montée la bride de fixation 25, à la face plane 9' d'un deuxième vérin dans laquelle débouche l'entrée E de ligne de pression et la sortie S de ligne-de retour de ce deuxième vérin. La fixation est réalisée par des vis traversant les perçages complémentaires respectifs 26, 10 et il est alors possible d'alimenter à partir du premier vérin une succession de vérins montés perpendiculairement les uns aux autres, les conduites d'alimentation au fluide sous pression communiquant les unes avec les autres, de meme que les conduites de retour. On dispose donc d'un système de plusieurs vérins associés qui peut être facilement alimenté à partir d'une source unique de fluide, ce qui en simplifie notablement l'installation et en diminue le court. Chaque vérin est commandé par sa propre servovalve indépendamment des autres, permettant ainsi d'obtenir une distribution en parallèle sur les n vérins.La servovalve de chaque vérin alimente l'une ou l'autre chambre du vérin et permet d obtenir ainsi deux sens de rotation de 1 arbre du vérin, Le vérin rotatif décrit ci-dessus est utilisé dans une articulation motorisée selon deux axes orthogonaux pour bras de robot en deux parties, l'articulation comportant un vérin par axe et les vérins étant disposés de manière à ce que la première partie du bras de robot est reliée au corps d'un premier vérin et la deuxième partie du bras de robot est reliée fixe en rotation à l'arbre du deuxième vérin. On a représenté à la figure 4 un tel bras de robot. Le bras de robot, de référence générale 80 comporte deux parties 81 , 83 reliées entre elles par une articulation 85 constituée par un ensemble de deux vérins identiques 1, 2 disposés perpendiculairement l'un à l'autre. Le bras de robot 80 est relié à un bati 87 par une articulation 85a et se termine par un outil, dans le cas représenté ici, une pince 89, qui lui est relié par une articulation 85b, les articulations 85a et 85b étant identiques à l'articulation 85. Le déplacement du bras de robot 80 est commandé de manière classique par un système de commande (non représenté) raccordé aux servovalves des différents vérins des articulations. REVENDICATIONS 1. Vérin rotatif comportant une entrée (E) de ligne de pression et une sortie (S) de ligne de retour agencées sur le corps (3) du vérin qui communiquent avec au moins une chambre du vérin par l'intermédiaire d'une servovalve (7), caractérisé en ce que l'entrée 2. Vérin rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (13) du vérin comporte au moins une face latérale plane (9) dans laquelle sont agencées l'entrée (E) de ligne de pression et la sortie (S) de ligne de retour et en ce que le départ (D) de ligne de pression et l'arrivée (A) de ligne de retour sont agencés de façon complémentaire à une extrémité plane (23) de l'arbre (5) du vérin. 3. Vérin selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la conduite de pression (31) est formée dans le corps (3) du vérin. 4. Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite conduite de pression (31) comprend une première portion axiale (31a) et une deuxième portion transversale (31b) qui débouche dans une gorge circulaire (33) d'un alésage cylindrique du corps (3) du vérin et en ce que l'une des extrémités dudit passage de pression (37) agencé dans l'arbre (5) débouche transversalement à l'axe de ce dernier en vis-à-vis de ladite gorge, pour constituer ladite connexion tournante (39) de pression. 5. Vérin selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la conduite de retour 141)est formée dans le corps du vérin. 6. Vérin selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite conduite de retour (41) comprend une première portion axiale (41a) et une deuxième portion transversale (41b) qui débouche dans une gorge circulaire (43) d'un alésage cylindrique du corps (3) du vérin et en ce que l'une des extrémités (45) dudit passage de retour (47) agencé dans l'arbre (5) débouche transversalement à l'axe de ce dernier, en vis-à-vis de ladite gorge pour venir constituer ladite connexion tournante (49) de retour. 7. Vérin selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de reprise des efforts extérieurs radiaux et axiaux disposés au voisinage de l'extrémité (23) de l'arbre (5) où sont agencés le départ (D) de ligne. de pression et l'arrivée (A) de ligne de retour. 8. Vérin selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens de reprise des efforts extérieurs radiaux et axiaux à l'autre extrémité (27) de l'arbre (5). 9. Vérin selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de reprise des efforts extérieurs axiaux sont constitués par une butée (51) et par un roulement placé dans le sens axial entre un couvercle (11, 13) du corps (3) du vérin et ladite butée (51). 10. Vérin selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de reprise des efforts extérieurs radiaux comportent un roulement (57) de reprise de l effort radial placé dans le sens radial entre ledit couvercle (11,13) du corps (3) de vérin et ladite butée (51). 11. Vérin selon l une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les moyens de liaison (25) sont constitués par une bride de fixation (25) montée sur l'extrémité (23) de l'arbre (5) du vérin où sont agencés le départ (D) de ligne de pression et l'arrivée (A) de ligne de retour et prévue pour se fixer sur la face latérale plane (9') dudit second vérin. 12. Vérin selon la revendication 11 caractérisé en ce que la bride de fixation (25) comporte des moyens (53) de positionnement et de verrouillage en position axiale sur l'extrémité (23) de l'arbre (5). 13. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (28) de blocage en position angulaire placés à l'extrémité (27) de l'arbre opposée à celle où sont agencés le départ (D) de ligne de pression et l'arrivée (A) de ligne de retour, permettant de bloquer le vérin en position en l'absence de pression 14. Vérin selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de blocage en position angulaire sont constitués par un système (60) de frein à disques et des moyens d'actionnement élastiques (71). 15. Vérin selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de blocage en position angulaire comportent un vérin de desserrage (65). 16. Articulation motorisée selon deux axes orthogonaux pour bras de robot en plusieurs parties (80), caractérisée en ce qu'elle comporte -deux vérins selon l'une quelconque des revendications précédentes disposés de manière qu'une partie (81) du bras de robot soit reliée au corps d'un premier vérin t1) et qu'une autre partie (83) soit reliée fixe en rotation à l'arbre du deuxième vérin (2).