Brevet FR2672532A1 — publié le 19920814

CHARIOT AUTOMOTEUR ÉOUIPÉ D'UN ROBOT La présente invention concerne un chariot automoteur sur lequel un robot a été monté, et qui de ce fait a la possibilité de se déplacer sur un chantier le long d'itinéraires déterminés pour effectuer un certain nombre d'opérations répétitives avec la précision habituellement exigée de ce type de machine. Le robot, conçu d'une manière qui permette de lui donner des dimensions réduites et d'augmenter la portée de tous ses mouvements au-delà de ce qui est prévu de manière générale pour les machines de ce type, est monté sur un chariot automoteur. Le résultat de la présente invention est donc une unité entièrement automatique qui se déplace le long d'itinéraires programmés et qui s'arrête pour effectuer les opérations prévues. Un grand nombre d'industries utilisent des machines automatiques, en particulier des robots, pour effectuer des tâches répétitives, des travaux en environnement dangereux ou pour effectuer des opérations exigeant de respecter un degré de précision qu'on ne peut atteindre manuellement. Ces robots et manipulateurs sont déjà connus en tant que tels, mais sont toujours utilisés dans des positions fixes ou semi- fixes; et tout au plus sont-ils montés sur des guides qui leur permettent des mouvements limités, généralement entre deux positions déterminées. On connaît déjà des chariots automoteurs qui peuvent suivre automatiquement un certain nombre de pistes marquées le long d'un itinéraire et qui peuvent être programmés pour choisir de manière indépendante la piste à suivre, en fonction de la tâche à exécuter. Par exemple, on connaît certains chariots qui peuvent suivre une piste constituée par un fil enterre -e long duquel se déplace un signal, tandis que des chariots d'autres types sont capables de détecter une piste dessinée sur le sol et peuvent se déplacer le long de l'axe central de cette dite piste. En jargon technique de tels chariots sont désignés sous le vocable d'AGV et c'est ce terme que nous utiliserons tout au long de notre description. Toutefois, les robots et manipulateurs montés sur des chariots AGV pouvant se déplacer sur de longues distances le long d'itinéraires différents pour effectuer un nombre déterminé d'opérations semblent être inconnus. Il existe un besoin pour ce type d'équipement dans un grand nombre d'industries, comme les industries de fabrication et autres industries du même genre, mais sa construction présente de nombreux problèmes majeurs. Par exemple, il est nécessaire de compenser les irrégularités du sol afin que le robot puisse se positionner lui-même avec toute la précision requise; la difficulté de réaliser un robot suffisamment compact pour permettre son montage sur un AGV de dimensions normales tout en conservant toute la liberté et la précision de mouvements nécessaire constitue un problème supplémentaire. Pour pouvoir résoudre ces problèmes, la présente invention propose un robot sur un chariot automoteur dont le châssis est conçu pour s'adapter aux sols irréguliers et dont les roues motrices sont montées sur des supports s'articulant au châssis et dont l'adhérence appropriée au sol est assurée par l'action d'éléments élastiques qui maintiennent lesdites roues contre le sol. Procédons maintenant à la description détaillée de la présente invention au moyen d'un exemple non limitatif en nous référant en particulier aux figures en annexe à la présente description et dans lesquelles:- la Figure 1 est une vue en perspective du robot monté sur un chariot selon l'invention; la Figure 2 est une vue de dessus d'un châssis d'AGV; la Figure 3 est une vue en coupe le long de la ligne A-A représentée sur la Figure 2; les Figures 4 et 5 illustrent respectivement et de manière schématique une vue de dessus et une vue en élévation en coupe de l'embase de ce robot; la Figure 6 est une vue de face du robot; la Figure 7 est une coupe schématique de l'extrémité du bras du robot; la Figure 8 est un schéma indicatif des mouvements du robot selon la présente invention. La Figure 2 représente un châssis d'AGV qui, vu de dessus, comporte deux sections désignées par les repères 1 et 2 respectivement; ces deux sections dans lesquelles sont logées les dispositifs électroniques et l'unité de batteries du robot, sont séparées par une section centrale sur laquelle le robot est monté. La section centrale 3 est plus étroite que les sections latérales afin d'améliorer la mobilité du bras du robot. Le châssis à 6 roues est constitué par des profilés d'acier soudés ou de toute autre construction équivalente; il a été conçu avec une très faible résistance à la torsion pour assurer que chaque roue repose fermement sur le sol. En particulier, le châssis est conçu de manière à ce que toute surcharge d'environ 100 kg sur un des coins dudit châssis abaisse ce coin d'environ 1 cm sous l'effet de la torsion. Les roues se composent d'une paire de roues d'entraînement 4 occupant une position centrale et de deux paires de roues pivotantes 5 logées de part et d'autre de chacune desdites roues d'entraînement. Chacune des roues centrales 4 qui sont des roues motrices équipées de freins, est montée sur une plateforme 6; cette plateforme s'articule par rapport au châssis aux articulations 7; cette dite plateforme est soumise à son extrémité opposée à l'action exercée par une paire de ressorts 8 sur deux tirants pivotant sur l'extrémité libre du plateau. Les ressorts 8 ont été sélectionnés en vue d'être soumis à une faible variation de charge pendant les mouvements du type effectué par ledit plateau afin que la charge transmise aux roues ne soit pas modifiée dans de grandes proportions. Pour assurer que les roues adhèrent suffisamment au sol, les ressorts ont été sélectionnés de façon à ce que la plus grande partie du poids de l'AGV (environ 80/90 %) repose sur les roues motrices. Toutefois cette charge est calculée sur la base du poids mort de l'AGV. Si la charge sur le chariot est plus élevée, la force d'inertie s'opposant au freinage augmente, tandis que la force faisant adhérer les roues motrices au sol (et pendant le freinage) et qui est produite par la tension du ressort 8, reste constante. Un problème est alors soulevé au sujet du freinage effectif du véhicule Dans ce but la géométrie de la plaque 6 a été conçue de façon à ce que la résultante de la force de friction entre la roue et le sol et la force exercée par le ressort 8 ne se transmette pas par l'intermédiaire de l'articulation 7 mais se transmette par l'intermédiaire d'un point situé à un niveau moins élevé, de sorte que lorsque le chariot est freiné la plaque 6 tende à être animée d'un mouvement de rotation dans la direction de la flèche "A" représentée sur la Figure 3, à l'aide de la force d'inertie créée par la masse freinée dans le but d'augmenter l'adhérence des roues sur le sol. Le fait que les roues qui sont en prise directe sur le moteur et qui occupent une position centrale puissent être freinées effectivement de cette manière élimine la nécessité d'installer des dispositifs de transmission de puissance et des circuits de freinage jumelés; l'installation de cesdits dispositifs serait nécessaire si le chariot était équipé de roues d'entraînement et/ou freinées latérales. Dans la section centrale de l'AGV est logée une embase 24 sur laquelle est monté le corps 26 du robot par l'intermédiaire d'un palier de butée 25. Une couronne dentée fixe 27 est logée dans la section centrale sur l'embase 24 Par l'intermédiaire d'un jeu d'engrenages approprié, un moteur 28 entraîne un pignon denté qui est en prise sur la couronne dentée 27 qui fait pivoter le corps de robot autour de son axe. L'engrenage de précision 29 partie intégrante de la couronne dentée 27 est en prise sur le pignon denté ( 30) solidaire d'un transducteur, par exemple un codeur absolu, 31. En-dessous de la couronne dentée 27 se trouve une bague 32 avec un bras 32 ' qui se projette dans une gorge 33 disposée sur la partie latérale de l'embase 24 La bague 32 peut par conséquent effectuer des mouvements de rotation limités autour de l'axe de l'embase et du robot, dont la longueur d'arc dépend de la dimension de la gorge 33. Le corps du robot est équipé d'un bras ou de tout dispositif semblable 34 dirigé vers le bas, et qui rencontre le bras 32 ' de la bague 32 pendant la rotation du robot. Le corps 26 du robot est équipé d'un premier bras et d'un second bras 36 (Figures 5, 8) comportant une tête porte-outil 37. Un moteur 38, logé sur l'embase 24, commande les rotations du premier bras 35 autour de son propre axe; ce moteur imprime un mouvement de rotation à une poulie 40 par l'intermédiaire d'une courroie 39, laquelle poulie entraîne le bras 35 par l'intermédiaire du réducteur 41. Une seconde poulie plus petite 42 faisant partie intégrante de la poulie 40 entraîne la poulie d'un codeur 43 (Figure 6) par l'intermédiaire d'une courroie de précision. Un second moteur 44 est relié de la même manière à un engrenage réducteur 45 disposé sure le côté opposé du bras 35; cet engrenage réducteur actionne un tourillon concentrique 46 sur lequel est fixé une manivelle 47 Une bielle 48 faisant charnière autour de la manivelle 47 (Figure 6) transmet le mouvement au bras 36. La tête porte-outils 37, fixée au bras 36 peut effectuer une rotation supérieure à 360 autour de l'axe de ce bras. Le problème qui se pose ici concerne le câblage entre le corps du robot et la tête porte-outils, ainsi que les accessoires dudit corps. Quelque 50-60 câbles sont en général connecté à une tête de ce type, et le problème est difficile à résoudre car l'utilisation de contacts glissants entraîne des problèmes d'usure considérables, par contre un faisceau de plusieurs douzaines de fils est trop rigide et trop encombrant. Dans le cas de la présente invention, un tourillon 49 est relié à la tête porte-outils 37 par l'intermédiaire d'une bride; lorsque la tête est équipee, ce tourillon est accouplé directement avec le réducteur 50. Le tourillon 49 est creux, tout au moins dans sa partie située tout près de la portion adjacente à la tête porte-outils. La tête porte-outils 37 est équipée d'un bras 36 monté sur roulements et les câbles sont torsadés sous la forme d'un faisceau qui à son tour s'enroule autour du tourillon 49. Le faisceau de câbles est de ce fait assez flexible et permet tout mouvement de la tête sans problème particulier. Le faisceau de câbles est ensuite dirigé vers la tête porte-outils 37 au travers d'un alésage à l'intérieur du tourillon 49. En cours d'utilisation, le chariot sur lequel le robot est monté se déplace sous l'action d'un guidage effectué d'une manière connue, le long d'itinéraires prévus. La flexibilité à la torsion du châssis permet au chariot de s'adapter aux inégalités du sol, et de maintenir en toutes circonstances toutes les roues en contact avec le sol; en ce qui concerne les roue motrices fixées au plateau 6 relié au châssis par l'intermédiaire d'articulations, elles adhèrent en permanence avec le sol sous l'effet de la force exercée par le ressort 8 par l'intermédiaire du tirant 9. Lorsque le chariot est freiné la résultante des forces appliquées sur la roue 4 et sur le plateau correspondant 6 a tendance à imprimer une rotation vers le bas à cedit plateau ce qui a pour effet d'appuyer la roue encore plus fermement contre le sol, et d'utiliser ainsi la force d'inertie du chariot pour améliorer l'adhérence de la roue freinée. Le chariot peut aussi être équipé d'éléments télescopiques en forme de coin qui s'insèrent dans des logements de forme identique disposés aux stations de travail ce qui assure un maximum de précision au positionnement quel que soit l'état de surface du sol. Pour augmenter la flexibilité de la machine la portée des mouvements du robot doit être aussi large que possible. Toutefois cette condition est en conflit avec la nécessité d'installer des butées mécaniques de fin de course qui stoppent les mouvements de la machine au cas o les dispositifs électroniques seraient défaillants. Sur certaines machines connues la présence de ces butées mécaniques de fin de course restreint les rotations de la machine à moins de 3600 autour de l'axe vertical. Pour compenser cette restriction, le robot selon la présente invention est équipé d'une butée de fin de course, représentée par le bras 32 ', qui peut exercer des mouvements limités, et de ce fait permettre à la machine d'effectuer une rotation supérieure à 360 . Ces dispositifs sont illustrés aux Figures 4 et 5. Le corps 26 du robot est monté sur l'embase 24 sur laquelle est en prise un engrenage fixé à l'arbre du moteur 28. En conséquence ce moteur commande les mouvements de rotation du robot autour de son axe vertical; cesdits mouvements sont contrôlés par le codeur 31 en prise avec l'engrenage fixe de précision 29 par l'intermédiaire du pignon denté 30. Le bras 32 ' sert de butée mécanique de fin de course pour le corps 26. Lorsque le corps exécute une révolution complète le bras 32, poussé par le tourillon 34, se déplace à l'intérieur de la gorge 33, ce qui permet au corps du robot de poursuivre sa rotation avant de rencontrer la butée de fin de course constituée par l'extrémité de la paroi de la gorge 33. Grâce à ce système le robot peut effectuer une révolution supérieure à 360 ' malgré la présence d'une butée mécanique de fin de course. La position occupée par les moteurs 38 et 44 (Figure 6) et leur engrenages réducteurs 41 et 45 signifie que le robot est très compact, ce qui lui confère une mobilité totale dans un espace exigu et permet d'utiliser un chariot de dimensions réduites. Le fait que les câbles de contrôle de la tête porte-outils sont torsadés pour former un faisceau qui entoure le support de ladite tête porteoutils rend l'ensemble particulièrement flexible et confère à ladite tête une liberté de mouvement maximale. un expert dans ce domaine peut concevoir de nombreuses modifications et variations qui doivent être considérées comme comprises à l'intérieur des limites de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Un chariot automoteur équipé d'un robot, lequel chariot se caractérise par le fait que son châssis est doté d'une flexibilité de torsion élevée afin de permettre audit chariot de s'adapter aux sols irréguliers. 2 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon la Revendication 1, dans lequel chariot le châssis est conçu de manière à permettre à une charge supérieure à 100 kg placée sur un coin dudit chariot d'abaisser ledit coin d'environ 1 cm sous l'effet de la torsion. 3 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon l'une ou l'autre des Revendications 1 ou 2, lequel chariot se caractérise par le fait que les roues ( 4) d'entraînement/freinage sont fixées à des plateaux ( 7) s'articulant au châssis du chariot et sont soumises à l'action d'éléments élastiques ( 8) destinés à maintenir lesdites roues contre le sol. 4 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon la Revendication 3, lequel chariot se caractérise par le fait que lesdits éléments élastiques ( 8) sont constitués par des ressorts destinés à charger la plus grande partie du poids mort du véhicule sur les roues motrices, lesdites roues motrices ( 4) étant placées sur lesdits plateaux mobiles ( 7) d'une manière telle que la résultante de la force de friction entre les roues et le sol et la force exercée par lesdits ressorts se transmette à travers un point situé plus bas que le point d'articulation de sorte que lorsque le véhicule est freiné le plateau support de roue ait tendance à effectuer une rotation et à appuyer plus fermement sur les roues pour les faire adhérer au sol. Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon n'importe laquelle des revendications précédentes, lequel chariot se caractérise par le fait que ledit robot est il monté de façon à pouvoir effectuer des révolutions sur un support équipé d'une butée mécanique ( 25) destinée à limiter les mouvements de façon à permettre audit robot d'effectuer une rotation égale ou supérieure à 3600. 6 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon la Revendication 5 dans lequel ledit robot est monté d'une manière lui permettant d'effectuer une rotation sur son support au centre duquel est fixé un engrenage fixe ( 29) de précision en prise sur un pignon denté correspondant actionné par un des moteurs ( 28) du robot, et un pignon denté ( 29) sur lequel est en prise un engrenage correspondant solidaire d'un codeur ( 31). 7 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon l'une ou l'autre des Revendications 5 et 6, lequel chariot se caractérise par le fait qu'il comporte un bras ( 32 ') servant de butée de fin de course monté de façon à ce que ledit bras puisse être animé d'un mouvement de rotation sur l'embase ( 24) du robot de manière à ce que ledit bras puisse effectuer une rotation autour de l'axe du corps de robot, l'extrémité dudit bras étant insérée dans une fente ( 33) sur le périmètre de ladite embase, la dimension de ladite fente étant suffisante pour permettre les rotations limitées dudit bras. 8 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon les revendications qui précèdent, lequel chariot se caractérise par le fait que les moteurs ( 32, 44) entraînant les bras ( 35, 36) du robot sont logés sur l'embase dudit robot, et que par l'intermédiaire de courroies ( 39) à créneaux chaque moteur actionne une poulie fixée à l'un des bras du robot, chaque poulie étant solidaire d'un codeur. 9 Un chariot automoteur équipé d'un robot, selon les revendications précédentes, lequel chariot se caractérise par le fait que la tête porte-outils ( 37) est montée sur le bras ( 36) correspondant par l'intermédiaire d'un tourillon ( 46) creux destiné à permettre le passage de fils connecté à ladite tête, le faisceau desdits fils étant enroulé sous la forme d'une bobine de quelques boucles autour dudit bras.