Brevet FR2673877A1 — publié le 19920918

DISPOSITIF DE SAISIE ET DE DÉPLACEMENT BIDIRECTIONNEL La présente invention concerne un dispositif de commande d'un bras de robot adapté à prendre et fournir de façon automatique des objets par l'intermédiaire d'un robot ou d'un dispositif d'alimentation pneumatique utilisé dans des équipe- ments industriels automatiques ou semi-automatiques En parti- culier, la présente invention concerne un dispositif de saisie et de déplacement bidirectionnel qui peut réaliser un dépla- cement bidirectionnel incluant un déplacement vertical et une saisie sous l'effet d'un vérin unique. En général, les équipements industriels automatiques et semi- automatiques comprennent un robot adapté à prendre, fournir ou insérer en continu ou de façon répétée des objets en utilisant un dispositif pneumatique Le dispositif pneumatique implique des opérations de base incluant un déplacement tel que15 le dispositif pneumatique atteint la position de l'objet et un mouvement de saisie de l'objet Par ailleurs, le dispositif pneumatique peut impliquer une combinaison de deux opérations séparées en étapes comprenant une opération de prise telle qu'un objet saisi est déplacé vers une position prédéterminée et une20 opération de placement telle que l'objet est placé à la position prédéterminée. Un exemple typique d'un tel dispositif pneumatique classique est une pince à serrage associée à un vérin d'alimen- tation La structure est illustrée en figure 1 Comme cela est représenté dans la figure, le dispositif pneumatique comprend un vérin de levage 31 dans lequel est disposé un piston, un vérin de saisie 33 couplé à l'extrémité inférieure d'une tige d'en- trainement 32 poussée vers le bas par le vérin de levage 31 et une pince de serrage 35 montée sur le vérin de saisie 33 et munie à sa partie inférieure de doigts 34. Quand le vérin de levage 31 est commandé, la pince 35 se déplace vers le bas ou vers le haut Indépendamment de l'ac- tionnement du vérin de levage 31, les doigts 34 de la pince 35 sont commandés par le vérin 33 de façon à effectuer des opéra- tions de saisie ou de plaoement d'un objet. Pour réaliser de telles opérations séparées en deux étapes, ce dispositif pneumatique classique nécessite deux vé- rins, de la façon susmentionnée Il est également nécessaire de prévoir des éléments supplémentaires tels que des électroaimants pour commander les vérins Par suite, la structure d'ensemble du dispositif pneumatique est complexe En outre, le système pré- sente l'inconvénient d'un retard dans sa durée de fonctionnement et d'une réduction de la précision des tâches, dus au fonction- nement en deux étapes. En conséquence, un objet de la présente invention est d'éliminer les inconvénients susmentionnés que l'on rencontre dans l'art antérieur et de prévoir un dispositif de saisie et de déplacement bidirectionnel capable de réaliser en continu et de façon répétée à la fois des déplacements vers le haut et vers le bas d'une pince et des mouvements d'ouverture et de fermeture de doigts, par un déplacement linéaire unique d'un piston et d'une tige d'entraînement effectué grâce à un vérin unique. Selon la présente invention, cet objet peut être atteint en prévoyant un dispositif de saisie et de déplacement bidirectionnel comprenant un vérin; des éléments de fermeture cylindrique supérieur et inférieur montés aux extrémités supé- rieure et inférieure du vérin et munis d' orifioes de commande pneumatique communiquant avec 1 'intérieur du vérin, respecti- vement; un piston de levage supérieur disposé dans le vérin et à l'extrémité inférieure duquel est montée une tige d'entrai- nement; un piston de saisie disposé dans le vérin sous le piston de levage pour définir un espaoe prédéterminé à partir de l'extrémité inférieure du piston de levage, le piston de saisie comprenant une tige qui s'étend vers le bas à travers l'élément de fermeture inférieur de sorte que son extrémité inférieure fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure de l'élément de fermeture inférieur et un alésage de réoeption de tige à travers lequel s'étend vers le bas la tige d'entraînement du piston de levage de sorte que son extrémité inférieure fait saillie au- delà de l'extrémité inférieure de la tige du piston de saisie; un ressort hélicoidal de compression disposé autour de la tige d'entraînement dans l'espace prédéterminé et adapté à solliciter le piston de levage et le piston de saisie à l'écart l'un de l'autre; et une pinoe fixée à l'extrémité inférieure du piston de saisie et munie d'une paire de doigts dont chacun a une extrémité montée à pivotement sur la pince et l'autre extrémité montée à pivotement sur l'extrémité inférieure en saillie de la tige d'entraînement, de sorte que les doigts se déplaoent entre une position ouverte et une position de pincement, par suite d'un déplacement vertical en va-et-vient du piston de levage. D'autres objets et aspects de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation faite en relation avec les dessins joints parmi lesquels: la figure 1 est une vue de faoe représentant schémati- quement un dispositif à pinoe classique; la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif à pinoe et à déplaoement bidirectionnel selon un mode de réalisa- tion de la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne A-A de la figure 2; les figures 4 A et 4 B sont des vues en coupe similaires à la figure 2 parmi lesquelles la figure 4 A montre l'état dans lequel le dispositif de saisie est à sa position inférieure quand il atteint un objet alors que la figure 4 B représente l'état o les doigts du dispositif de saisie sont à leur posi- tion ouverte; et la figure 5 est une vue en perpective d'un dispositif de multi-saisie comprenant une pluralité de dispositifs de saisie selon la présente invention. La figure 2 représente un dispositif de saisie et de déplaoement bidirectionnel selon un mode de réalisation de la présente invention Comme cela est représenté en figure 2, le dispositif de saisie et de déplacement bidirectionnel 1 comprend un vérin pneumatique 2, et des éléments de fermeture cylindri- ques supérieur et inférieur 4 et 5 montés aux extrémités supé- rieure et inférieure du vérin et munis d'orifices de commande pneumatique 3 et 3 ' qui communiquent avec l'intérieur du vérin 2, respectivement Dans le vérin 2 sont disposés un piston supé- rieur de levage 7 et un piston inférieur de saisie 8 A l'extré- mité inférieure du piston 7 est associée une tige d'entraînement 9 Entre l'extrémité inférieure du piston de levage 7 et l'extrémité supérieure du piston de saisie 8, un ressort héli- coidal à compression 6 est disposé autour de la tige de saisie 9 Le ressort 8 agit pour solliciter le piston de levage 7 et le piston de saisie 8 à l'écart l'un de l'autre La tige d'entrai- nement 9 s'étend à travers un alésage 10 de réoeption de tige formé verticalement à travers la partie centrale du piston 8 de sorte que son extrémité inférieure fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure de l'élément de fermeture inférieur 5 Le dispositif de saisie 1 comprend également une pince 12 fixée à l'extrémité inférieure du piston de saisie 8 pour se déplaèr verticalement avec le piston de saisie 8 et munie d'une paire de doigts 13 et 13 ' dont chacune est montée à pivotement à l'une de ses extrémités Les doigts 13, 13 ' sont munis d'évidements 14 et 14 ' à leurs autres extrémités, respectivement Dans les évide- ments 14 et 14 ', est inséré en commun un ergot d'engagement 11 s'étendant à partir de l'extrémité inférieure en saillie de la tige d'entraînement 9. Pour éviter toute rotation et oscillation de la pince 12 quand celle-ci est déplacée verticalement avec le piston de saisie 8, deux tiges de guidage 16 et 16 ' s'étendant vers le haut sont montées sur la pince 12 de sorte qu'elles sont insé- rées dans des trous de guidage verticaux 15 et 15 ' formés dans le piston de saisie 8 pour s'y déplacer vers le haut et vers le bas. Le piston de saisie 8 a une section munie d'une plura- lité de rainures verticales semicirculaires uniformément espa- cées 17 formées à sa périphérie, comme cela est représenté en figure 3 En raison de l'existence des rainures verticales 17, une communication peut être obtenue entre l'espace compris au- dessus du piston de saisie 8 et l'espace compris en-dessous du piston de saisie 8 à l'intérieur du vérin 2 Le piston de saisie 8 comprend à son extrémité supérieure un espac central élargi 18 ayant un diamètre supérieur à celui du trou 10 recevant la tige Dans l'espace agrandi 18 est reçu une partie 19 de plus grand diamètre de la tige d'entraînement 9. Dans les dessins, la référence 20 désigne un joint de piston, la référence 21 un bossage de guidage, la référenc 22 une bague formant ressort et les références 23 et 23 ' des axes de pivotement. On va maintenant décrire en relation avec la figure 4 des déplacements vers le haut et vers le bas de la griffe et des déplacements en ouverture et en fermeture des doigts. La figure 2 représente l'état o le piston de levage 7 et la grille 12 sont positionnés à leurs positions les plus hautes, respectivement Tandis qu'une pression pneumatique est appliquée à l'intérieur du vérin 2, par l'intermédiaire de l'admission de pression 3 formée au niveau de l'élément de fermeture supérieur 4, dans l'état susmentionné, le piston de levage 7 et le piston de saisie 8 sont déplacés ensemble vers le bas par la tige d'entraînement 9 Sous l'effet du déplacement vers le bas de la tige d'entraînement 9, la griffe 12 fixée à l'extrémité inférieure du piston de saisie 8 est déplacée vers le bas Pendant ètte étape, le déplacement vers le bas de la griffe 12 est guidé par les tiges de guidage 16 et 16 ' Pendant le déplacement vers le bas, l'espace entre le piston de levage 7 et le piston de saisie 8 est maintenu uniforme sous l'effet de la forc élastique du ressort 6 disposé entre le piston de levage 7 et le piston de saisie 8. Le déplacement vers le bas du piston de saisie 8 se continue jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du piston de saisie 8 entre en contact avec l'extrémité inférieure interne du vérin 2, comme èla est représenté en figure 4 A Quand le dépla- cement vers le bas du piston de saisie 8 est arrêté, le dépla- cement vers le bas de la pince 12 est également arrêté A ce moment, le piston de levage 7 est maintenu à la position décalée de la distance D illustrée en figure 4 A par rapport à la posi- tion illustrée en figure 2. Jusqu'à ae que le dispositif de saisie 1 atteigne l'état illustré en figure 4 A, les doigts 13 et 13 ' sont encore maintenus à leurs états initiaux puisque l'espace défini entre le piston de levage 7 et le piston de saisie 8 est encore main- tenu sans aucune réduction en raison de la sollicitation du ressort 6 Ainsi, il n'y a pas de déplacement relatif entre la tige d'entraînement 9 et le piston de saisie 8 Toutefois, quand la force d'entraînement vers le bas appliquée en continu au pis- ton de levage 7 par la pression pneumatique dépasse la raideur du ressort 6, la compression du ressort 6 prend place, amenant ainsi la tige d'entraînement 9 à être déplacée vers le bas dans l'alésage de réception de tige 10. Sous l'effet du déplacement vers le bas de la tige d'entraînement 9, les doigts 13 et 13 ' qui sont reliés à l'ergot d'engagement 11 formé à l'extrémité inférieure de la tige d'en- traînement 9 pivotent vers l'extérieur autour des axes de pivo- tement 23 et 23 ', respectivement, dans une direction propre à agrandir l'espace qu'ils définissent entre eux. Le déplacement vers le bas de la tige d'entraînement 9 est arrêté quand l'extrémité inférieure de la partie 19 de plus grand diamètre entre en contact avec l'extrémité inférieure de l'espace agrandi 18 Par suite, la distance dont la partie de plus grand diamètre 19 se déplace dans l'espace agrandi 18 cor- respond à la valeur de l'élargissement d des doigts 13 et 13 '. Par le processus susmentionné, on réalise le déplace- ment vers le bas de la pince et le muvement d'ouverture des doigts Quand une pression pneumatique est appliquée dans le vérin 2 par l'ouverture d'admission 3 ' formée au niveau de l'élément de fermeture inférieur 5 dans l'état illustré en figu- re 4 B, d'une façon inversée, selon l'actionnement d'un électro- aimant de commande, de l'air s'écoule dans l'espace défini entre le piston de levage 7 et le piston de saisie 8 par l'intermé- diaire des rainures verticales 17 formées à la périphérie du piston de saisie 8 et agit sur l'extrémité inférieure du piston de levage 7 de sorte que le piston 7 revient à sa position ini- tiale par rapport au piston 8 A ce moment, le ressort 6 revient également à son état initial Par le déplacement vers le haut du piston de levage 7 par rapport au piston de saisie 8, la tige d'entraînement est soulevée, amenant ainsi les doigts 13 et 13 ' à revenir à leur position de saisie initiale illustrée en figure 4 A. Quand la pression pneumatique continue à être appli- quée par l'admission de pression 3 ' de l'élément de fermeture inférieur 5, dans l'état représenté en figure 4 A, le dispositif de saisie 1 revient à son état initial illustré en figure 2. Ainsi, un seul cycle de fonctionnement du dispositif de saisie 1 est réalisé. Le dispositif de saisie selon la présente invention peut être utilisé de façon indépendante par lui-même Toutefois, on préfère utiliser une pluralité de dispositifs de saisie mon- tés à la périphérie d'une monture polyédrique, en combinaison avec des dispositifs de saisie unidirectionnels typiques comme cela est représenté en figure 5. La figure 5 représente un cas dans lequel deux dispo- sitifs de saisie et de déplacement bidirectionnel selon la pré- sente invention et quatre dispositifs de saisie à succion sont montés sur un vérin général unidirectionnel, en combinaison. Comme cela est représenté dans les dessins, les dispositifs de saisie bidirectionnels 1 et les dispositifs classiques à succion 26 sont montés sur la surface périphérique d'une monture 24, par des systèmes de liaison de bras de robot 25 et 25 ' Six dispo- sitifs de saisie sont déplacés vers le bas séquentiellement pour effectuer une opération d'élargissement de doigts ou une opéra- tion de succion pour saisir des objets puis déplacés vers le haut vers leurs positions initiales Dans le cas o l'on place des objets à des positions souhaitées, les dispositifs de saisie sont actionnés de façon inversée Dans le cas o on utilise un robot de type polaire, il agit pour régler la position en rota- tion et la position d'insertion d'un bras de robot par contre, si on utilise un robot de type cartésien, il n'y a pas de rota- tion du bras de robot. Comme cela est clair à partir de la description précé- dente, la présente invention prévoit un dispositif de saisie et de déplacement bidirectionnel qui peut réaliser un déplacement bidirectionnel incluant des mouvements vers le haut et vers le bas de la griffe et un mouvement d'ouverture et de fermeture de doigts, au moyen d'un vérin unique, permettant ainsi d'obtenir une structure d'ensemble simplifiée et un temps de fonction- nement réduit Par suite, le temps de cycle complet peut être beaucoup réduit Egalement, le fonctionnement bidirectionnel peut être réalisé avec plus de précision, améliorant ainsi la fiabilité des tâches. Quand plusieurs dispositifs de saisie selon la présen- te invention sont combinés pour construire un système à plu- sieurs saisies, pour être utilisés dans un robot de type polaire ou un robot de type cartésien dans lesquels le déplacement et l'insertion d'objets sont effectués verticalement, diverses tâches peuvent être réalisées simultanément par les dispositifs 9 de saisie Dans ce cas, il est possible de réduire le poids total du système ainsi que le temps de cycle total En outre, chaque dispositif de saisie présente l'avantage de pouvoir être utilisé dans un but général puisqu'il peut être remplacé de 5 façon modulaire. Bien que des modes de réalisation préférés de la pré- sente invention aient été décrits à titre illustratif, l'homme de l'art notera que diverses variantes, additions et substitu- tions peuvent être réalisées sans sortir du domaine de l'inven-10 tion. REVENDICATIONS 1 Dispositif de saisie et de déplaement bidirec- tionnel caractérisé en ce qu'il comprend un vérin ( 2); des éléments de fermeture cylindrique supérieur et inférieur ( 4, 5) montés aux extrémités supérieure et inférieure du vérin et munis d'orifices de commande pneumatique ( 3, 3 ') communiquant avec l'intérieur du vérin, respectivement; un piston de levage supérieur ( 7) disposé dans le vérin et à l'extrémité inférieure duquel est montée une tige d'entraînement ( 9); un piston de saisie ( 8) disposé dans le vérin sous le piston de levage pour définir un espaoe prédéterminé à partir de l'extrémité inférieure du piston de levage, le piston de saisie comprenant une tige qui s'étend vers le bas à travers l'élément de fermeture inférieur de sorte que son extrémité inférieure fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure de l'élément de fermeture inférieur et un alésage ( 10) de réception de tige à travers lequel s'étend vers le bas la tige d'entraînement du piston de levage de sorte que son extrémité inférieure fait saillie au-delà de l'extrémité inférieure de la tige du piston de saisie; un ressort hélicoidal de compression ( 6) disposé autour de la tige d'entraînement dans l'espace prédéterminé et adapté à solliciter le piston de levage et le piston de saisie à l'écart l'un de l'autre; et une pince ( 12) fixée à l'extrémité inférieure du piston de saisie et munie d'une paire de doigts ( 13, 13 ') dont chacun a une extrémité montée à pivotement sur la pince et l'au- tre extrémité montée à pivotement sur l'extrémité inférieure en saillie ( 11) de la tige d'entraînement, de sorte que les doigts se déplacent entre une position ouverte et une position de pinoement, par suite d'un déplacement vertical en va-et-vient du piston de levage. il 2 Dispositif de saisie et de déplacement bidirection- nel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston de saisie est muni, à sa surface périphérique, d'une pluralité de rainures verticales ( 17) adaptées à faire communiquer l'espace 5 prédéterminé défini entre le piston de levage et le piston de saisie avec le passage de pression pneumatique ( 3 ') formé dans l'élément de fermeture inférieur ( 5), et, au niveau de la partie supérieure de son alésage de réception de tige, d'une partie agrandie ( 18) adaptée à recevoir une partie ( 19) de plus grand diamètre de la tige d'entraînement. 3 Dispositif de saisie et d'entraînement bidirection- nel selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de fermeture inférieur ( 5) comprend deux trous de guidage verticaux ( 15, 15 ') dans lesquels deux tiges de guidage ( 16, 16 ') sont insérées vers le haut, respectivement, chaque tige de guidage étant montée de façon fixe à son extrémité inférieure sur la pince.