Brevet FR2627419A1 — publié le 19890825

L'invention concerne un manipulateur mécanique à axes multiples à course réglable et à protection totale contre les surcharges. Il existe déjà une grande variété de manipulateurs mécaniques, sur deux ou trois axes, qui diffèrent principalement par le mécanisme d'indexage utilisé: came à tambour, cames plates conjuguées et came cylindrique. Ce dernier moyen étant principalement réservé aux manipulateurs mécaniques sur trois axes. Toutefois, ces mécanismes d'indexage, malgré les avantages indéniables qu'ils offrent: construction compacte, haute précision, vitesse de transfert élevée, accélération contrôlée, positionnement positif, réduction des temps morts, etc... présentent par contre, en contrepartie, les inconvénients liés à la rigidité, en effet: - les mouvements sont figés: les déplacements linéaires et angulaires sont fixes et non réglables, - pour les mouvements intermittents, les lois de mouvements sont choisies pour obtenir des conditions d'accélération et de freinage optimales: ce qui donne une vitesse maximum à mi-course, - les arrêts à mi-course se traduisent par des chocs importants, car les mécanismes d'indexage sont, dans la plupart des cas, entraînés par un moteur, - frein par l'intermédiaire d'un réducteur à roue et vis sans fin. Par ailleurs, en cas de blocage en position d'arrêt de l'arbre de sortie, les galets se trouvant alors dans la partie de verrouillage de la came (angle d'arrêt), il y a risque de rupture de ceux-ci ou de la came; du fait que l'angle de pression, existant alors entre galets et came est égal à zéro. Or, en présence d'un couple à l'entrée, même faible, les efforts sur les galets tendent vers l'infini. Aussi, pour s'affranchir du risque de rupture, utilise-t-on habituellement des limiteurs de couple classique, à déclenchement en cas de blocage, qui introduisent cependant les inconvénients suivants: - après déclenchement, il faut rechercher la position initiale du plateau ou du bras manipulateur: ce qui exige une connaissance précise du matériel et entraîne souvent, de ce fait, un arrêt de production se traduisant par des pertes de productivité, - lors du déclenchement, les masses en mouvement ne sont plus contrôlées et deviennent donc dangereuses, surtout pour les mouvements verticaux, - le limiteur de couple à déclenchement doit être surveillé électriquement, - un limiteur de couple à déclenchement réduit la précision et son utilisation est, par conséquent, exclue pour des applications de haute précision d'indexage ou de positionnement. On connait déjà un dispositif de protection des manipulateurs mécaniques contre les surcharges, tel que celui décrit dans Le brevet d'invention français FR-A-2.451.250, ayant pour objet un dispositif de manipulation de matériel, comportant deux cames à corps cylindrique dont la seconde est associée à un galet monté de façon à pouvoir osciller autour d'un axe transversal à celui de la came afin que, combiné à un moyen de désengagement en cas de surcharge tel qu'un embrayage à ressorts, il puisse permettre un mouvement de la came concernée, sans qu'il soit accompagné d'un mouvement du moyen de préhension, lorsque celui-ci rencontre un obstacle. Toutefois, le moyen de désengagement utilisé (embrayage à ressort fonctionnant en limiteur de couple) oblige à rechercher, après utilisation, la position initiale du bras manipulateur avec l'interruption de production que cela suppose. L'invention vise à remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus et à résoudre le problème consistant à créer un manipulateur mécanique à axes multiples offrant des possibilités de réglage de course, et une protection totale contre les surcharges, sans perdre les avantages de fiabilité du système mécanique. Le manipulateur mécanique selon L'invention se caractérise principalement en ce que le mouvement est transmis au mécanisme d'indexage par la combinaison d'un moteur-frein, d'un réducteur à roue et vis sans fin et d'un limiteur de couple réglable, en ce que la loi de mouvement du mécanisme d'indexage est déterminée pour obtenir, en combinaison avec le limiteur de couple indiqué ci-dessus, une vitesse constante sur une large plage, avec points d'arrêts éventuels, en ce que la liaison de la came cylindrique d'indexage au mécanisme d'indexage est obtenue par l'intermédiaire d'un boîtier à ressorts, en ce que le mouvement est transmis à la came cylindrique par l'intermédiaire d'un limiteur de couple réglable et en ce que le déplacement du bras manipulateur s'effectue par l'intermédiaire d'une platine à ressorts, à tension réglable, permettant un effacement angulaire momentané du bras lorsqu'il rencontre un obstacle. Le limiteur de couple, transmettant le mouvement au mécanisme d'indexage, est un limiteur à friction à ressorts à tension réglable. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le réglage de la tension des ressorts des Limiteurs de couple du mécanisme d'indexage et de la came cylindrique s'effectue à distance par l'intermédiaire de vérins hydrauliques, dont le fonctionnement est déterminé par l'automate programmable assurant la gestion du manipulateur. Le boîtier à ressorts assurant la liaison entre le bâti tournant et le mécanisme d'indexage est réalisé en trois parties, empilées l'une sur l'autre et imbriquées l'une dans l'autre avec un certain angle de liberté en rotation l'une par rapport à l'autre, déterminé par des ressorts précontraints, dont la flèche est fonction du couple transmis au bol t i er. La platine à ressorts à tension réglable permettant l'effacement angulaire du bras manipulateur, lorsqu'il rencontre un obstacle, est constituée d'une embase creuse plaquée dans une empreinte aménagée sur le coulisseau porte-bras, par l'intermédiaire d'un axe fileté, implanté dans le couLisseau, sur Lequel est monté un ressort prenant appui contre L'embase creuse et contre la face avant d'un dispositif de mise en tension du ressort. L'effacement du bras est limité par une butée. Selon un mode de réalisation du dispositif de mise en tension du ressort de la platine, cette mise en tension est obtenue par l'intermédiaire d'une rondelle et d'un écrou. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de mise en tension du ressort de la platine, cette mise en tension est obtenue par l'intermédiaire d'un vérin. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiettllement en cec que la précision d'arrêt obtenue est très fiable, étant donné que l'inclinaison maximum de la nervure de la came est constante tout en étant relativement faible, le limiteur de couple à friction d'entraînement du mécanisme d'indexation est réglé à deux ou trois fois le couple nécessaire pour accélérer et freiner, afin qu'il glisse seulement lors d'un arrêt intermédiaire si son couple de tarage est dépassé; chaque mouvement a son propre limiteur à friction avec réglage fin facile et accessible, l' utilisation d'un réducteur à roue et vis sans fin à jeu réduit, la faible inertie du moteur-frein, le mode de réglage des points d'arrêts (simple réglage de came) chaque point d'arrêt dispose d'une came de commande et l'arbre porte-cames de commande ne fait jamais plus d'un tour pour réaliser la course maximum. La protection est totale, puisque les inconvénients des limiteurs à déclenchement, ci- dessus évoqués, sont éliminés; le bras de manipulation s'efface lorsqu'il rencontre des obstacles et le limiteur de couple à friction d'entraînement de la came cylindrique est réglé au dessus du couple d'effacement du bras de manipulation. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un manipulateur mécanique à trois axes réalisés selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés représentant: - Fig. 1: une vue d'ensemble, en perspective, du manipulateur, - Fig. 2: une vue en perspective du boitier à ressorts, - Fig. 3: une vue de côté, en coupe partielle, du bras de manipulation, - Fig. 4: un graphique donnant la vitesse et l'accélération en fonction du déplacement, sur un cycle. Les dessins représentent un manipulateur mécanique à axes multiples, à course réglable et à protection totale contre les surcharges, constitué essentiellement d'un mécanisme d'indexage 10 entraîné par la combinaison d'un moteur-frein 2, d'un réducteur à roue et vis sans fin 30, et d'un limiteur de couple réglable 40; le mécanisme d'indexage 10 étant relié, par l'intermédiaire d'un bottier à ressorts 50, à un bâti tournant 56. Une came cylindrique verticale 6, assure le déplacement vertical d'un bras manipulateur 7 par l'intermédiaire d'un galet. 8, d'un coulisseau 9, d'une embase creuse 7a, d'un axe fileté 22, d'un ressort 23, d'une rondelle 24 et d'un écrou 25; l'entrainement en rotation de la came cylindrique 6 est obtenu par l'intermédiaire d'un moteur-frein 26, d'un réducteur 27 et d'un limiteur de couple réglable 28. Une butée 55 limite le débattement angulaire du bras manipulateur 7. En examinant les figures 1 et 4, on remarque que le réglage de La course téta du manipulateur est obtenu par la combinaison du moteur-frein 2, du réducteur à roue et vis sans fin 30, du limiteur de couple réglable 40, du mécanisme d'indexage 10 et du boitier à ressorts 50 solidaire du bâti tournant 56, en utilisant une loi de mouvement, A, B, C, D, fonction de l'angle de rotation sur un tour, reproduite sur le mécanisme d'indexage 10 ou sur la came cylindrique 6, permettant d'obtenir une grande plage BC à vitesse constante Vc. Le fait de disposer d'une vitesse constante Vc sur une grande plage BC permet d'utiliser une inclinaison de nervures plus faibles, d'o une meilleure irreversibilité avec le réducteur et le moteur-frein: ce qui présente beaucoup d'intérêt. Il est ainsi possible de marquer des arrêts dans la plage BC à vitesse constante Vc dans les mêmes conditions, c'est-à-dire avec la même précision d'arrêt. Compte-tenu de l'absence d'accélération gamma dans la plage BC, contrairement aux plages AB et CD o il existe une pointe d'accélération gamma maximum, La précision est, de ce fait, liée à la vitesse V et aux masses à mouvoir, mais, pour une majorité d'application cette précision est largement suffisante pour de nombreux appareils de ce type; d'autant qu'il existe des cas o il est nécessaire de marquer un arrêt intermédiaire d'attente, pour des raisons de sécurité ou pour réduire le temps d'approche. Le réglage du point d'arrêt et, par suite, de la course, s'effectue par simple réglage de came, chaque point d'arrêt disposant d'une came de commande. De ce fait, l'arbre sur lequel sont placées les cames de commande ne fait jamais plus d'un tour pour réaliser la course maximum. Pour trois points d'arrêts, par exemple, la came cylindrique fait plusieurs tours pour réaliser la course maximum. Pour une rotation angulaire à 2 points d'arrêts du mécanisme d'indexage, par exemple, il est nécessaire d'utiliser deux cames de commande. Quant à la protection totale du manipulateur dont l-es mouvements sont obtenus par l'intermédiaire des mécanismes précités, elle est réalisée par la combinaison d'un limiteur de couple 40 pour l'entrainement du mécanisme d'indexage 10, du boitier à ressorts 50, situé entre le mécanisme d'indexage 10 et le bâti tournant 56, et de l'embase creuse7a à ressorts à tension réglable 23 par l'intermédiaire de son axe fiLeté 22 d'une rondelle 24 et d'un écrou 25. En effet, si t'on se reporte, à nouveau aux figures 1 et 4, on remarque qu'un mouvement intermittent rotatif n'est protégé par le limiteur de couple à friction 40, situé en amont du mécanisme d'indexage , que dans la plage à vitesse constante BC, puisque, dans les parties AB et CD, l'angle de pression entre galets et came est faible, il est égal à zéro aux points A et D. Aussi, pour éviter la rupture des galets 12 du mécanisme 10, dans les parties AB et CD à accélération gamma maximum, te boitier à ressorts 50 (fig.2) est-il placé entre Le mécanisme 10 et le bâti tournant 56, afin que, en cas de blocage du bras de manipulation 7, le mécanisme d'indexage puisse effectuer un déplacement Y permettant de franchir Le point B ou Le point C pour atteindre la plage à vitesse constante BC. Si l'on se reporte à la figure 2, on remarque que, en effet, le boitier à ressorts 50, assurant la Liaison entre le mécanisme d'indexage 10 et le bâti tournant 56 comporte trois parties 51, 52 et 53 empilées L'une sur L'autre et imbriquées l'une dans L'autre avec un certain angle Y de liberté maximum de débattement en rotation déterminé, dans un sens comme dans l'autre, par des ressorts précomprimés 54. Si l'on se reporte maintenant à nouveau aux figures 1 et 3, on remarque que, en cas de blocage du bâti tournant 56 par entrée en contact du bras manipulateur 7 avec un obstacle, ce dernier s'efface angulairement, momentanément, par l'intermédiaire de l'embase creuse 7a à ressorts 23, par basculement latéral autour d'une arête, dans l'empreinte 9a du coulisseau 9 jusqu'à entrée en contact éventuel avec la butée 55. Le débattement Y' est limité par la butée mécanique 55 et le limiteur de couple supérieur 28 assure la protection du galet 8 et de la came cylindrique 6, car nous nous trouvons dans ce cas, dans la partie BC d'angle de pression maximum. Il en est de même, lorsque, lors d'un mouvement vertical vers le haut, le bras manipulateur 7 rencontre un obstacle, puisque celui-ci s'incline alors, comme représenté en trait mixte sur la figure 3, pour permettre au galet d'entraînement 8 de terminer sa course si il se trouve dans les parties AB ou CD de la course. Dans ce cas, aussi, le limiteur de couple supérieur 28 intervient pour stopper l'entraînement de la came horizontale 6 pour un déplacement vertical Y' du bras, si le galet d'entraînement 8 n'a pas terminé sa course. La protection est donc totale, puisqu'assurée à deux niveaux par l'intermédiaire des limiteurs de couple 28 et 40, du boîtier à ressorts 50 et de l'embase creuse 7a à ressorts 23. Selon un mode de réalisation simplifié du manipulateur, le système de protection n'est constitué 1 1 que du limiteur de couple inférieur 40 et du boîtier à ressorts 50 pour les tables d'indexage, et de la platine 7a à ressorts 23, et des Limiteurs de couple 28 et 40 pour Les manipulateurs à axes multiples. Le manipulateur selon l'invention est destiné principalement au chargement et au déchargement de pièces de grandes dimensions et au transfert de pièces en général. Revendications 1. Manipulateur mécanique à axes multiples à course réglable et à protection contre les surcharges, caractérisé essentiellement en ce que le mouvement est transmis au mécanisme d'indexage (10) par la combinaison d'un moteur frein (2) d'un réducteur à roue et vis sans fin (30) et d'un limiteur de couple réglable (40), en ce que la loi de mouvement du mécanisme d'indexage (10) est déterminée pour obtenir une vitesse constante sur une large plage (B,C), avec points d'arrêts éventuels, en ce que la liaison du bâti tournant (56) au mécanisme d'indexage(10) est obtenue par l'intermédiaire d'un boîtier à ressorts (50), en ce que le mouvement est transmis à la came cylindrique (6) par l'intermédiaire d'un limiteur de couple réglable (28) et en ce que le déplacement du bras manipulateur (7) s'effectue par l'intermédiaire d'une platine à ressort permettant un effacement angulaire momentané du bras (7) lorsqu'il rencontre un obstacle. 2. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les Limiteurs de couple (28 et 40) transmettant le mouvement à la came cylindrique (6) et au mécanisme d'indexage (10) sont des limiteurs à friction à ressorts à tension réglable à distance par l'intermédiaire de vérins. 3. Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier à ressorts (50) assurant la liaison entre le bâti tournant (56) et le mécanisme d'indexage (10) est réalisé en trois parties (51,52 et 53) empilées l'une sur l'autre et imbriquées l'une dans L'autre avec un certain débattement Y de liberté en rotation L'une par rapport à l'autre déterminé par des ressorts (54) dont La flèche est fonction du couple transmis au boîtier. 4. Manipulateur seLon La revendication 1, caractérisé en ce que la platine à ressorts à tension réglable permettant l'effacement angulaire du bras (7), lorsqu'il rencontre un obstacle, est constituée d'une embase creuse (7a) plaquée dans une empreinte (9a) aménagée sur Le coutisseau porte-bras (9) par intermédiaire d'un axe fileté implanté dans le coulisseau porte-bras (9) sur lequel est monté un ressort (23) prenant appui contre l'embase creuse (7a) et contre la face avant d'un dispositif de mise en tension du ressort (23). 5. Manipulateur selon La revendication 4, caractérisé en ce que te dispositif de mise en tension du ressort (23) de la platine est constitué d'une rondelle (24) et d'un écrou (25). 6. Manipulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le débattement angulaire du bras (7), lorsqu'il rencontre un obstacle, est limité par une butée mécanique (55).