Brevet FR2683479A1 — publié le 19930514

DISPOSITIF DE RACCORDEMENT TOURNANT ET ETANCHE D'UN SOUFFLET DE PROTECTION SUR L'EXTREMITE D'UN BRAS ESCLAVE DE TELEMANIPULATEUR. DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif conçu pour raccorder de façon étanche L'extrémité d'un soufflet de protection d'un bras esclave de télémanipulateur sur l'extrémité correspondante de ce bras portant un outil de travail tel qu'une pince de préhension. Dans les industries utilisant des produits dangereux tels que des produits radioactifs, il est d'usage de protéger le personnel en plaçant ces produits dans des enceintes de confinement étanches. Afin de pouvoir effectuer à distance différentes tâches à l'inté- rieur de ces enceintes, les opérateurs disposent habituellement d'un ou plusieurs télémanipulateurs comportant chacun un bras maître situé à l'extérieur de L'enceinte et un bras esclave placé dans L'enceinte et relié au bras maître de façon à reproduire tous les mouvements que l'opérateur fait accomplir au bras maître. A son extrémité, le bras esclave porte un outil de travail généralement constitué par une pince de préhension dont l'actionnement est commandé par une poignée de manoeuvre montée à l'extrémité du bras maître. Il existe de nombreux types de télémanipulateurs, qui se différencient notamment par les moyens utilisés pour transmettre au bras esclave les mouvements du bras maître, par la structure particulière de chacun des bras, qui peut être articulé ou télescopique, et par le caractère interchangeable de certains des éléments constitutifs du télémanipulateur. Dans l'industrie nucléaire qui constitue la principale application des télémanipulateurs, il est d'usage de protéger le bras esclave en l'entourant d'un soufflet de protection dont les extrémités sont fixées respectivement sur la cloison de L'enceinte étanche et sur L'extrémité du bras esclave. Le volume emprisonné à l'intérieur du soufflet est généralement à la pression atmosphe'rique, alors que l'intérieur de L'enceinte se trouve en dépression afin de protéger le personnel dans le cas où une fuite se produirait. Le soufflet de protection est donc normalement gonflé et il suit les déformations subies par Le bras esclave lorsque le télémanipulateur est utilisé. Dans la pratique, l'outil de travail, généralement constitué par une pince de préhension, qui est monté à L'extrémité du bras esclave dispose d'un degré de liberté de rotation autour de son axe propre, c'està-dire autour de L'axe de L'extrémité du bras esclave. Compte tenu de ce degré de liberté, les utilisateurs ont tendance à faire subir à L'outil de travail des rotations qui peuvent parfois atteindre plusieurs tours. Ces rotations sont transmises à L'extrémité du soufflet de protection qui est fixée sur le bras esclave à proximité de L'outiL de travail. Le soufflet de protection est donc soumis à des efforts de torsion répétés, parfois importants, qui conduisent rapidement à des déchirures. Par conséquent, il est nécessaire de remplacer fréquemment les soufflets de protection, ce qui constitue une opération fastidieuse et pénalisante puisqu'elle rend momentanément indisponible l'enceinte étanche concernée. Par ailleurs, la résistance propre aux soufflets de protection tend à s' opposer à la rotation de L'outil de travail, ce qui complique la tâche de l'opé- rateur qui doit vaincre cette résistance tout en exécutant une opération souvent délicate en elle-même. L'invention a précisément pour objet un dispositif de raccordement étanche d'un soufflet de protec tion sur un bras esclave de télémanipulateur, dont la conception originale permet d'accroître sensiblement la longévité des soufflets de protection et de faciliter l'exécution des tâches confiées aux opérateurs, sans que la qualité de L'étanchéité n'en soit affectée. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un dispositif de raccordement étanche d'un soufflet de protection sur une extrémité d'un bras esclave de télémanipulateur, portant un outil apte à être animé d'un mouvement de rotation autour de son axe, caractérisé par le fait qu'il comporte un anneau sur lequel est fixé le soufflet, apte à tourner autour dudit axe sur L'extrémité du bras, et des moyens d'étanchéité interposés entre l'anneau et le bras. Avantageusement, les moyens d'étanchéité comprennent un joint d'étanchéité à section sensiblement en forme de U, monté sur le soufflet de telle sorte que les deux branches du U soient respectivement en contact étanche avec des faces en vis-à-vis du bras et de l'an- neau. L'intérieur du U formé en section par Le joint d'étanchéité étant tourné vers l'intérieur du soufflet de protection, L'étanchéité est d'autant plus grande que la dépression relative entre l'intérieur de l'en- ceinte étanche et l'intérieur du soufflet de protection est élevée. Le joint d'étanchéité peut notamment être reçu dans un logement annulaire formé sur L'extrémité du bras et ouvert vers L'outil de travail, L'anneau comportant une partie en forme de rondelle fermant le logement et dont une face tournée vers l'outil de travail est en appui sur une butée formée sur le bras. Dans un mode de réalisation préféré de L'invention, l'anneau est monté rotatif sur une bague extérieure d'un raccord étanche monté sur le bras esclave par une première liaison à baionnette et apte à suppor ter l'outil de travail par une deuxième liaison à baSon- nette. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle illustrant de façon schématique un télémanipulateur télescopique dont le bras esclave est protégé par un soufflet qui est raccordé à L'extrémité du bras par un dispositif étanche conforme à l'invention ; - la figure 2 représente à plus grande échelle L'extrémité du bras esclave du télémanipulateur illustré sur la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle illustrant à plus grande échelle le dispositif de raccordement étanche utilisé conformément à l'invention pour raccorder le soufflet de protection sur L'extrémité du bras esclave. Sur la figure 1, la référence 10 désigne une cellule de confinement étanche d'une installation nucléaire. Cette cellule 10 est séparée d'une pièce 12 accessible au personnel d'intervention par une cloison verticale 14 dans laquelle est implanté un télémanipulateur désigné de façon générale par la référence 16. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce télémanipulateur 16 est un télémanipulateur télescopique qui comprend un bras maître 18, un bras esclave 20 et un bloc de traversée 22 sur lequel sont articulés les bras maître 18 et esclave 20 et qui traverse La cloison 14 de façon à pouvoir tourner autour de son axe horizontal. A son extrémité, le bras maître 18 est équipé d'une poignée de manoeuvre 24 permettant de commander l'actionnement d'un outil de travail tel qu'une pince de préhension 26 montée à l'extrémité du bras esclave 20. De façon connue le télémanipulateur 16 permet à un opérateur placé dans la pièce 12 de réaliser un certain nombre de tâches à l'intérieur de la cellule étanche 10, en regardant par un hublot 28 monté à cet effet dans la paroi 14. Pour réaliser ces tâches, l'opérateur modifie la posture du bras maître 18 et actionne la poignée de manoeuvre 24, afin d'obtenir les mouvements souhaités du bras esclave 20 et de la pince de préhension 26. Ces mouvements, qui dépendent des degrés de liberté dont dispose le télémanipulateur, comprennent généralement un mouvement de rotation de La pince de préhension 26 autour de son axe propre. Afin de réduire autant que possible les pièces du télémanipulateur 16 susceptibles d'être contaminées par les éléments radioactifs contenus dans l'enceinte 10, le bras esclave 20 est entouré d'un soufflet de protection 30, réalisé en un matériau souple et étanche. Une première extrémité du soufflet de protection 30 est fixée de façon étanche à la cloison 14 autour du bloc de traversée 22. L'extrémité opposée du soufflet de protection 30 est raccordée de façon étanche à l'extré- mité du bras esclave par un dispositif de raccordement 32 qui autorise, conformément à l'invention, une rotation relative entre la pince de préhension 26 et l'ex- trémité du soufflet de protection 30. Dans l'exemple de réalisation décrit et comme l'ilLustre plus précisément la figure 2, cette dernière extrémité du soufflet de protection 30 est montée par te dispositif de raccordement 32 conforme à l'invention sur un raccord étanche 34 fixé à l'extrémité du bras esclave 20 par une liaison à baionnette 36. Par ailleurs, la pince de préhension 26 est fixée sur le raccord étanche 34 par une liaison à baionnette 38. Ce montage, qui permet de déconnecter d'une part le bras esclave 20 et d'autre part la pince de préhension 26 du raccord étanche 34, est identique à celui qui est décrit dans le document FR-A-2 573 493. Pour plus de détail on se réfèrera donc utilement à ce document. On notera cependant que le dispositif de raccordement étanche 32 conforme à L'invention ne doit pas être considéré comme limité à ce type de montage mais peut au contraire être utilisé quelle que soit la structure des moyens par lesquels la pince de préhension, ou tout autre outil de travail, est fixée à l'extrémité du bras esclave, que cette fixation soit démontable ou non. La structure particulière du dispositif de raccordement étanche selon l'invention va à présent être décrite en détail en se référant à la figure 3. Comme le montre cette figure, L'extrémité du soufflet de protection 30 est fixée de façon étanche sur un anneau 40 comportant une partie en forme de rondelle 40a tournée vers la pince 26 et une partie tubu Laire 40b tournée vers le bras esclave et disposée de telle sorte que l'anneau 40 forme un T en section. Le soufflet 30 est fixé par pincement entre une région extérieure de la partie 40a de l'anneau 40 et un écrou annulaire 44 vissé sur un filetage 46 formé sur la surface extérieure de la partie tubulaire 40b. Le montage est tel que l'écrou annulaire 44 se trouve placé à l'intérieur du soufflet de protection 30 lorsqu'il est vissé sur le filetage 46. Comme le montre également la figure 3, la région intérieure de la partie en forme de rondelle 40a présente deux faces planes opposées 41,42 orientées radialement par rapport à L'axe de l'anneau 40 et tournées respectivement vers la pince 26 et vers le bras esclave 20. Dans l'exemple de réalisation illustré sur La figure 3, l'anneau 40 est monté sur le raccord étan che 34 de telle sorte que la face 41 tournée vers la pince de préhension 26 soit en appui contre une butée formée sur la surface extérieure du raccord étanche 34. De façon plus précise, cette butée est constituée par une collerette 50 qui fait saillie sur la surface extérieure d'une bague extérieure 52 du raccord étanche 34. La bague extérieure 52 constitue une bague coulissante ou éclipsable qui a pour fonction d'immobiliser le système à baionnette 36 dans son état verrouillé, comme cela est décrit en détail dans le document FR-A-2 573 493. Une pièce annulaire 58 est fixée à la bague extérieure 52, sur l'extrémité de cette bague adjacente au bras esclave 20, par exemple au moyen de vis telles que celle qui est représentée en 60 sur la figure 3. La pièce annulaire 58 présente, sur sa face tournée vers la pince de préhension 26, un prolongement tubulaire 58a placé à l'intérieur de la partie tubulaire 40b de l'anneau 40. Ce prolongement tubulaire 58a délimite intérieurement un logement annulaire 56, de section sensiblement carrée, ouvert en direction de la pince de préhension 26, de telle sorte que ce logement 56 est pratiquement fermé par la région intérieure de la partie en forme de rondelle 40a de l'anneau 40. Comme L'illustre la figure 3, un joint d'étanchéité annulaire 54, à section sensiblement en forme de U, est reçu dans le logement annulaire 56 de façon à s'ouvrir radialement vers l'extérieur et à être monté de façon étanche sur la bague extérieure 52. Les deux branches du U ainsi formé forment deux lèvres 54a,54b respectivement en contact étanche avec la face plane 42 de l'anneau 40 et avec une face plane 57 de la pièce annulaire 58 formant le fond du logement annulaire 56. Grâce à l'agencement qui vient d'être décrit, l'extrémité du bras esclave 20 portant la pince de préhension 26 par l'intermédiaire du raccord étanche 34 peut tourner Librement à l'intérieur de l'anneau 40 lorsque l'opérateur commande une rotation de la pince autour de son axe. Par conséquent, ce mouvement de la pince n'entraîne aucun vrillage du soufflet de protection 30. La longévité de ce dernier s'en trouve donc sensiblement améliorée. Par ailleurs, la rotation libre du raccord étanche 34 à l'intérieur de l'anneau 40 permet à l'opérateur de commander un tel mouvement de rotation de façon plus aisée, puisqu'il n'a plus à vaincre la résistance à la torsion opposée habituellement par le soufflet de protection 30. En outre, il est important d'observer que la structure particulière du joint d'étanchéité annulaire 54 et son montage permettent de préserver l'étanchéité entre l'anneau 40 et le raccord étanche 34. En outre, la dépression qui règne à l'intérieur de L'enceinte étanche 10 par rapport à la valeur de la pression à l'intérieur du soufflet de protection 30 a pour effet de plaquer la lèvre du joint 54 adjacente à la partie intérieure 48 en forme de rondelle de l'anneau 40 contre la surface adjacente de cette partie intérieure. Un effet comparable est obtenu lorsque la pression à l'in- térieur du soufflet de protection 30 augmente, par exemple sous L'effet d'une diminution de longueur du bras esclave 20. Bien entendu, L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, comme on l'a déjà observé, le dispositif de raccordement selon l'invention peut être utilisé sur des télémanipulateurs de tout type, et notamment sur des télémanipulateurs à bras articulés. De même, la pince de préhension 26 peut être remplacée par un outil de travail quelconque sans sortir du cadre de l'invention. Enfin, le dispositif de raccordement étanche selon L'invention peut être monté directement sur l'extrémité du bras esclave, sur un raccord étanche intermédiaire ou même sur l'outil de travail, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement étanche d'un soufflet de protection (30) sur une extrémité d'un bras esclave (20) de télémanipulateur, portant un outil (26) apte à être animé d'un mouvement de rotation autour de son axe, caractérisé par le fait qu'il comporte un anneau (40) sur lequel est fixé le soufflet (30), apte à tourner autour dudit axe sur l'extrémité du bras (20), et des moyens d'étanchéité (54) interposés entre l'an- neau et le bras. 2. Dispositif de raccordement selon La revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité comprennent un joint d'étanchéité (54) à section sensiblement en forme de U, monté sur le soufflet (30) de telle sorte que les deux branches du U soient respectivement en contact étanche avec des faces en vis-à-vis du bras (20) et de L'anneau (40). 3. Dispositif de raccordement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le joint d'étanchéité est reçu dans un logement annulaire (54) formé sur l'extrémité du bras (20) et ouvert vers L'outil de travail (26), L'anneau (40) comportant une partie en forme de rondelle (40a) fermant ledit logement et dont une face tournée vers L'outil de travail est en appui sur une butée (50) formée sur le bras. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que L'anneau (40) est monté rotatif sur une bague extérieure (52) d'un raccord étanche (34) monté sur le bras esclave (20) par une première liaison à baionnette (36) et apte à supporter l'outil de travail (26) par une deuxième liaison à baïonnette (38). 5. Dispositif selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que L'outil de travail est une pince de préhension (26).