Brevet FR2619740A1 — publié le 19890303

La présente invention concerne les appareils utilisés dans l'industrie pour effectuer des opérations répétitives d'usinage au moyen d'unités de travail'qui sont manipulées individuellement. On utilise de façon extensive dans les channes automatisées de fabrication de pièces mécaniques pour différentes industries telles que l'automobile, l'aéronautique et autres, des installations automatiques conçues pour effectuer des opérations répétitives de perçage, fraisage, alésage, épinglage ou autres au moyen e plusieurs appareils, ou unités, qui sont manipulés pour être présentés et engagés dans des douilles de fixation elles-mêmes fixées au préalable sur un gabarit, ou grille, fixé contre la pièce à usiner afin d'effectuer sur celle-ci les opérations nécessaires. Par exemple lorsque des pièces doivent être percées d'un grand nombre de trous suivant une disposition donnée, on fixe contre cette pièce une grille portant des douilles dans une disposition correspondante et un opérateur adapte des unités de perçage dans plusieurs de ces douilles et les déplace pour les adapter dans d'autres douilles au fur et à mesure que les différentes unités ont achevé leur cycle de travail, qui est commandé automatiquement. On a décrit dans la demande française n0 85/15326 un ensemble comprenant en combinaison une unité d'usinage ayant au moins un nez et un corps, et au moins une douille adaptée pour recevoir et guider ce nez, des moyens étant prévus pour accrocher et verrouiller ladite unité sur la douille; cet ensemble permettant l'automatisation de la présentation et du positionnement des nez de l'unité d'usinage par rapport aux douilles destinées à les recevoir et qui sont fixées sur une grille elle-même fixée sur une pièce à percer. Cet ensemble a permis de résoudre partiellement les difficultés d'introduction dans les douilles. Cependant pour donner toute satisfaction dans une installation automatisée dans laquelle les unités sont manipulées par des robots ayant un dispositif de préhension intermédiaire coopérant avec l'unité, ce dispositif doit pouvoir autoriser un mouvement de celle-ci qui lui serait imposé par la douille dans le cas d'un décalage très important au moment de l'introduction. Par ailleurs, les accélérations du robot lors du transfert des unités imposent que cette possibilité soit annulée pour obtenir une rigidité absolue de la préhension. Aucun des dispositifs actifs ou passifs de préhensior disponibles actuellement pour des robots ne peut satisfaire à ces impératifs. En conséquence, le but de l'invention est de fournir un dispositif de préhension pour robot, qui maintienne une prise ferme et rigide mais permette cependant un mouvement imposé à l'objet ou appareil saisi, qui en équilibre la masse, soit passif et enfin assure la présentation et la mise en place de l'objet ou de l'appareil au moyen d'un dispositif indépendant des axes du robot. L'invention a pour objet à cet effet un dispositif df préhension adaptable sur un robot du type utilisé dans une installation automatisée pour saisir un outil, pour l'amener. le présenter et l'ajuster sur un organe complémentaire de guidage solidaire d'un ouvrage devant être travaillé par cet outil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptés pour saisir et retenir l'outil et montés oscillants sur un support, un dispositif d'équilibrage desdits moyens, également monté oscillant sur ledit support en un point intermédiaire de sa longueur et un organe de blocage monté mobile sur ledit support entre une première position dans laquelle il immobilise lesdits moyens, et une seconde position dans laquelle il est dégagé desdits moyens. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens adaptés pour saisir l'outil comprennent une douille ayant un culot et une cavité de forme complémentaire de celle d'une partie de l'outil à saisir et comportant des organes de verrouillage coopérant avec l'outil, et un passage pour un fluide hydraulique. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention ladite douille est montée sur le support de façon à pouvoi osciller dans un plan vertical ou horizontal par l'intermédiaire dt biellettes articulées par une extrémité sur ledit support et par leur extrémité opposée sur la douille, l'agencement étant tel que l'ouverture de la douille est orientée à l'opposé dudit support. Suivant un mode de réalisation, le dispositif d'équilibrage comprend un levier ayant une première extrémité articulée dans le culot de la douille suivant l'axe de la douille, et une seconde extrémité, opposée, portant un contrepoids, ledit levier étant articulé sur le support en un point intermédiaire de sa longueur, entre lesditesbiellettes, de façon à osciller dans le même plan que la douille par rapport au support. De préférence ledit levier est articulé dans le culot de la douille de façon à pouvoir coulisser suivant l'axe de celle-ci. Suivant un mode de réalisation, le dispositif de blocage comprend un bras mobile ayant une extrémité adaptée pour s'engager en prise avec le culot de la douille actionné par un dispositif moteur. D'une façon avantageuse ledit bras mobile est monté coulissant sur une glissière parallèle à l'axe de la douille et fixé sur ledit support. Suivant un mode de réalisation le dispositif moteur est un vérin. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 est une vue schématique d'ensemble montrant une douille de fixation solidaire d'une grille, et une unité de perçage devant être introduite dans ladite douille et portée par un dispositif de préhension suivant l'invention, monté sur un robot. La figure 2 est une vue schématique du dispositif de préhension en position d'immobilisation. La figure 3 est une vue en coupe partielle de la douille du dispositif de préhension dans laquelle est reçu l'outil à manipuler. Les figures 4 et 5 sont des vues partielles en coupe montrant les grilles de verrouillage de la douille en position de fermeture et d'ouverture respectivement. La figure 6 est une vue partielle, en partie en coupe, montrant l'articulation du levier d'équilibrage dans le culot de la douille. La figure 7 montre à plus grande échelle un disposi tif de liaison automatique d'un circuit pneumatique de liai son entre la douille et l'unité, ou outil, engagé en prise avec elle. La figure 8 montre le dispositif de préhension en position libre après l'introduction de l'unité. En se référant tout d'abord à la figure 1, on a représenté partiellement une grille G munie d'une douille D et fixée sur un ouvrage à percer (non représenté), et une unité de travail U , qui sera désignée dans la suite par le terme général "outil", et qui dans cet exemple sont du type représenté et décrit dans la demande français n0 85/153; de la demanderesse, mais qui peuvent être de tout autre type destiné à un travail répétitif. L'outil U est représenté engagé en prise par une par tie arrière dans un dispositif de préhension M et est lui même fixé sur un robot R qui assure la prise, le maintien, le transport, la présentation et l'introduction de l'outil dans la douille D, ou autre, et enfin la commande de cet outil. Comme on l'a indiqué dans la demande française précitée, dans un ensemble automatisé, l'extrémité de l'ou til n'est pas toujours présentée dans l'alignement exact de la douille D et celle-ci est conformée de façon à guider et redresser cet outil, et par ailleurs le corps de l'outil est adapté pour s'accrocher sur l'extrémité de la douille. En conséquence, un dispositif de préhension M fixé sur le robot R doit saisir et maintenir fermement l'outil U mais doit permettre à celui-ci une certaine liberté afin de lui permettre dé s'aligner avec la douille D. A cet effet, le dispositif de préhension M représen té à la figure 2 comprend un support désigné dans son ensem ble par la référence 1. Quatre biellettes 2 sont articulées par une extrémi té en quatre points par des rotules 2a sur le support 1, tan dis que leurs extrémités opposées sont articulées, également en quatre points par des rotules.2b sur une bride 3 d'une douille 4, de manière à former quatre quadrilatères déformables constitués chacun par deux biellettes 2 adjacentes et dont un seul est visible au dessin. La douille 4, représentée seule à la figure 3, comprend un corps cylindrique sur lequel est formée la bride 3. Ce corps cylindrique présente une extrémité tronconique 5 dirigée vers le support 1 entre les quatre biellettes 2, et son extrémité opposée, qui est d'équerre avec son axe, présente une ouverture représentant la grande base d'une cavité tronconique 6 dont la petite base est ouverte sur un alésage axiale 7 débouchant à ladite extrémité 5. La cavité 6 de la douille 4 est destinée à recevoir une partie de l'outil U ayant une forme complémentaire et l'on comprend bien entendu que cette cavité peut avoir une forme différente, comme la partie correspondante de l'outil. Pour saisir et retenir l'outil en prise dans la cavité 6, celle-ci comporte intérieurement autour de son ouverture des trous à travers lesquels font saillie des griffes 8, radialement, de façon effaçable, afin de coopérer avec une gorge formée sur la périphérie externe de la partie de l'outil complémentaire de la cavité de la douille. Les griffes 8 sont des saillies formées latéralement sur des organes élastiques 9 de forme allongée qui sont fixés axialement autour de la douille au moyen de vis 10, l'agencement étant tel qu'à l'état non contraint, les grif fes 8 ne font pas saillie dans l'ouverture 6. Une bague étagée 11 entoure les organes élastiques 9 et est fixée sur la douille 4 de façon à délimiter avec celle-ciun espace annulaire 12 dans lequel est monté cou lissant axialement un manchon 13 ayant un épaulement complémentaire de la forme étagée de la bague 11, entre celle-ci et les organes 9. Un ressort hélicoldal 14 est disposé dans l'espace 12 en appui sur l'épaulement du manchon 13 afin de forcer ce dernier vers les griffes 8 dans une position, représentée à la figure 4, dans laquelle les griffes 8 sont bloquées en saillie dans l'ouverture de la cavité 6. On comprend que pour effacer les griffes 8, le manchon 13 doit être repoussé à l'encontre de l'action du ressort 14 afin de libérer les organes élastiques 9. Dans ce but, il est prévu dans le corps de la douille un passage radial 15 (figure 3) débouchant entre l'épaulement du manchon 13 et la forme étagée de la bague externe 11, et un tuyau 16 (figure 2) est relié à ce passage 15 pour injecter un fluide sous pression dans cet intervalle. D'une façon avantageuse il est prévu des garnitures d'étanchéité 17 dans des gorges de la bague 11 et du manchon 13, ce dernier agissant comme un piston repoussé par la pression du fluide sur son épaulement (figure 5). Dans l'extrémité arrière tronconique 5 de la douill 4, dirigée vers le support 1, est articulée une extrémité d'une barre rectiligne 18 formant levier qui s'étend-à travers un étrier 19 qui la soutient par l'intermédiaire d'un cardan 20. L'extrémité de la barre 18 opposée à la douille 4 par rapport à l'étrier 19 porte une masse d'équilibrage 21 adaptée pour équilibrer la masse de la douille 4 augmentée de celle de l'outil U. La figure 6 montre l'articulation de la barre 18 dans l'extrémité arrière, ou culot, de la douille 4. L'extrémité de la barre 18 est pourvue d'une sphère 22 traversée diamétralement par une broche 23. La sphère 22 est logée dans un manchon 24 dont le diamètre interne correspond au diamètre externe de la sphère, ce manchon présentant deux fentes diamétrales axiales 25 dans lesquelles sont reçues les extrémités 23 de la broche; le manchon 24 est fixé dans l'extrémité de l'alésage 7. Cet agencement permet un léger mouvement relatif entre le culot 5 de la douille 4 et l'extrémité de la barre suivant l'axe de celle-ci, dans un but qui apparaîtra dans la suite. En se référant de nouveau à la figure 2, le dispositif suivant l'invention comprend enfin une glissière 26 fixée rigidement sur le support 1. Sur cette glissière est monté un coulisseau 27 actionné par un vérin 28. Le coulisseau 27 porte un bras 29 s'étendant entre les biellettes 2 et dont l'extrémité libre comporte une pièce 30 en forme de cercle autour du levier 18 et dont le diamètre interne correspond au diamètre externe du culot 5 au niveau de la bride 3, cette pièce 30 étant orientée de manière à venir entourer le culot 5 et s'appliquer contre la bride lorsque le coulisseau 27 se trouve à la fin de sa course provoquée par l'extension du vérin 28 (figure 2). Dans cette position, la douille 4 se trouve fermement maintenue, ainsi que les biellettes 2. Lorsque le vérin 28 est rétracté (figure 8) la douille 4 est libérée et les biellettes 2 peuvent s'incliner vers le haut et vers le bas ou latéralement lorsqu'une force sollicite l'extrémité de l'outil, par exemple lorsque cette extrémité est introduite dans ladouilleD avec un défaut d'alignement par rapport à celle-ci, le contrepoids 21 équilibrant l'ensemble de la douille 4 et de l'outil U. De préférence les biellettes 2 convergent en direction de l'extrémité de l'outil, leur point de convergence étant situé sur cet outil et constituant le centre instantané de rotation de l'ensemble. On a représenté à la figure 7, à plus grande échelle,un dispositif de liaison par fluide entre la douille 4 et l'outil U, utile pour commander le fonctionnement de celui-ci à partir du robot R. Un conduit 31 pour un fluide sous pression est ménagé dans la douille 4 et est relié au mécanisme du robot R par un tuyau souple 32 (figure 2). Le conduit 31 débouche dans la surface radiale 33 entourant l'ouverture 6 de la douille, en délimitant un doigt 34 entouré d'un anneau d'étanchéité 35. Une surface 36 de la partie de l'outil U engagée dans la douille 4 et qui vient en contact avec la surface 33 lorsque l'outil U est saisi par le dispositif, comporte un conduit 37 de fluide sous pression dans une position en regard du doigt 34, et débouche dans un logement 38 fermé par un clapet à bille 39 et à ressort tel qu'en position de fermeture la bille 39 fait légèrement saillie sur la surface 36. Grâce à cet agencement, lorsque les surfaces 33 et 36 viennent en contact, le doigt 34 repousse la bille 39, ouvrant ainsi le clapet de sorte qu'un signal de commande émis par le robot se trouve transmis à l'outil, ou inversement. On comprend que lorsque le dispositif de préhension suivant l'invention se trouve dans l'état représenté à la figure 2, avec la douille 4 immobilisée par la pièce 30 du bras 29, cette douille est alors portée rigidement, de sorte que le robot peut alors amener la douille derrière un outil U pour engager une partie arrière de l'outil en prise dans la douille 4, la pression étant appliquée par le robot dans le conduit 15 pour maintenir les griffes 8 effacées. Dès que l'outil est engagé à fond dans la douille 4 cette pression est relâchee et les griffes 8 s'engagent dans la gorge de l'outil et verrouillent celui-ci. Le robot peut alors transporter l'outil pour en présenter l'extrémité dans la douille D de la grille G et actionner le vérin pour reculer le bras 29. Si, comme représenté à la figure 1, l'axe de l'outil n'est pas exactement aligné avec celui de la douille, la force exercée par la douille D sur l'extrémité de l'outil déformera l'équipage formé par les biellettes 2 et le support avec la douille qui n'oppose pratiquement aucune résistance en raison de l'équilibrage assuré par le contrepoids 21, et l'outil s'alignera automatiquement avec l'axe de la douille. Une pression de fluide appliquée par le robot dans le conduit 31 peut alors actionner l'outil. De préférence la barre 18 est rappelée dans une position parallèle à la glissière 26 au moyen de deux ressorts 40 qui la relient aux branches de l'étrier 19. On comprend également que grâce à cet agencement, lorsque le robot R est fixe, l'action du seul vérin 28 peut alors assurer l'avance de l'ensemble du dispositif de préhension M pour introduire l'outil U dans la douille D, ce même vérin pouvant bloquer ou libérer la douille 4. REVENDICATIONS 1. Dispositif de préhension adaptable sur un robot du type utilisé dans une installation automatisée pour sai sir un outil, pour l'amener, le présenter et l'ajuster sur un organe complémentaire de guidage solidaire d'un ouvrage devant être travaillé par cet outil, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (2, 4, 8) adaptés pour saisir et retenir l'outil et montés oscillants sur un support (1), un dispositif d'équilibrage (18, 21) desdits moyens, également monté oscillant sur ledit support (1) en un point intermé diaire de sa longueur et un organe de blocage (29) monté mobile sur ledit support (1) entre une première position dans laquelle il immobilise lesdits moyens (2, 4), et une seconde position dans laquelle il est dégagé des dits moyens. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractéri sé en ce que lesdits moyens adaptés pour saisir l'outil com prennent une douille (4) ayant un culot (5) et une cavité (6) de forme complémentaire de celle d'une partie de l'outil (U) à saisir et comportant des organes de verrouillage (8, 9, 13) coopérant avec l'outil, et un passage (15j pour un fluide hydraulique. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractéri sé en ce que ladite douille (4) estmontéesur le support (1) de façon à pouvoir osciller dans les plans vertical et horizontal par ltinteriSdiaire-de biellettes (2) articulées par des rotules par une extrémité arldditsupport (1) et par leur extrémité opposée sur la douille (4) l'agencement étant tel que l'ouverture (6) de la douille (4) est orientée à l'opposé dudit support. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractéri sé en ce que le dispositif d'équilibrage comprend un levier (18) ayant une première extrémité articulée dans le culot (5) de la douille (4) suivant l'axe de la douille, et une seconde extrémité, opposée, portant un contrepoids (21), ledit levier (18) étant articulé sur le support (1) en un point intermédiaire de sa longueur, entre lesdits biellettes (2), de façon à osciller dans le même plan que la douille (4) par rapport au support (1). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractéri sé en ce que ledit levier (18) est articulé dans le culot (5) de la douille (4) de façon à pouvoir coulisser suivant l'axe de celle-ci. 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de blocage comprend un bras (29) coulissant sur une glissière (26) fixée sur le support (1) et parallèle à l'axe de la douille (4), ce bras (29), actionn par un moteur, ayant une extrémité (30) adaptée pour venir en prise avec le culot (5) de la douille (4). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif moteur est un vérin (28). 8. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits organes de verrouillage sont des griffes (8) qui sont forcées en saillie radialement sur la périphérie interne de l'ouverture de la cavité (6) de la douille, par un organe mobile (13) formant piston et sous l'action d'un ressort (14), ledit piston étant exposé à la pression d'un fluide provenant dudit conduit (15).