Brevet FR2676955A1 — publié le 19921204

L'invention est du domaine des dispositifs de manutention, dits manipulateurs à commande programmée, et elle a plus particulièrement pour objet un manipulateur du genre dit "robot cartésien" capable de déplacer un ou plusieurs organes effecteurs suivant au moins deux directions dans l'espace. On rappelle que les robots cartésiens sont notamment destinés à la manutention automatisée pour des applications comme la palettisation, le stockage, et l'alimentation ou le déchargement de machines. Ces robots sont principalement constitués d'un ensemble d'éléments fixes formant une ossature et supportant des ensembles et des sous-ensembles mobiles, les sous-ensembles mobiles se déplaçant par rapport aux ensembles mobiles, qui eux-mêmes se déplacent par rapport à l'ossature. Chacun des mouvements des ensembles et sous-ensembles mobiles sont générés par des organes moteurs qui peuvent être pilotés par des moyens d'automatisation ou de programmation. Un de ces organes moteur est généralement situé sur l'ossature et génère le mouvement d'un ensemble mobile, ledit ensemble mobile supportant au moins un organe moteur générant le mouvement d'un sousensemble mobile. Les déplacements des ensembles et sousensembles mobiles sont généralement rectilignes suivant des axes perpendiculaires entre eux. Pour connaître l'environnement technologique de la présente invention, on pourra se reporter aux manipulateurs décrits par les publications des brevets FR2639572 (RENAULT et EVOLUTECH) et FR2606313 (THIERON SA). Les performances de ces robots sont directement liées à leurs capacités dynamiques, c'està-dire aux vitesses et aux accélérations des éléments en mouvement, qu'ils peuvent développer. Ces capacités sont limitées par l'inertie des masses des éléments mobiles. Le but de la présente invention est de proposer un robot cartésien aux capacités dynamiques accrues, ledit robot pouvant travailler non seulement pour des opérations courantes telles que palettisation ou stockage, mais aussi en milieu hostile, et/ou à haute cadence et/ou pour des opérations nécessitant une grande flexibilité ou une opération double, telle que clouage ou soudage. Selon l'invention, un robot cartésien, du genre des robots manipulateurs équipés de moyens de programmation et/ou de moyens d'automatisation, comprenant des éléments fixes formant une ossature supportant au moins un ensemble mobile supportant lui-même un organe effecteur mobile, ledit ensemble mobile comprenant une pluralité de chariots en étage se supportant successivement jusqu'au dernier chariot, dit d'extrémité, qui supporte ledit organe effecteur, chacun des chariots, d'une part supportant un chemin de guidage du déplacement d'un autre chariot lui succédant, et d'autre part étant relié à un organe moteur par des moyens de transmission, le premier chariot se déplaçant suivant un axe X le long d'un premier chemin de guidage, celui-ci pouvant être supporté par un des dits éléments fixes formant l'ossature, les organes moteurs étant situés à une extrémité dite première du premier chemin de guidage et mis en oeuvre par l'intermédiaire de moyens de coordination des mouvements qu'ils génèrent, les moyens de transmission reliés à chacun des dits chariots successifs, d'une part s'étendant chacun sur au moins la longueur cumulée du chemin de guidage du chariot auquel ils sont reliés et des chemins de guidage des chariots le précédant, et d'autre part comprenant des moyens de renvoi du mouvement généré par l'organe moteur auquel ils sont reliés, depuis l'axe X de déplacement du premier chariot et successivement suivant les axes de déplacement des chariots précédents celui auquel ils sont reliés, est principalement caractérisé en ce que les moyens de transmission sont des courrroies en boucle affectées à et en prise chacune sur un chariot, les moyens de renvoi étant des poulies de renvoi situées à chacune des extrémités des chemins de guidage, et les organes moteurs étant des roues motrices. I1 résulte de ces dispositions d'une part que les capacités dynamiques du robot sont accrues par le fait que les masses en mouvement sont réduites, et d'autre part que le robot peut travailler en milieu hostile par le fait que des moteurs générant le mouvement des roues motrices peuvent être éloignés des organes efecteurs. Lesdits moyens de coordination comprennent avantageusement au moins un différentiel pilotable induisant le déplacement d'une part dans un même ensemble mobile, de l'un quelconque des chariots le long de son axe en fonction du déplacement d'un autre quelconque chariot le long de son axe, et d'autre part d'un ensemble mobile au moins, les moyens de pilotage du différentiel au moins étant un moyen du groupe des moyens comprenant les moyens hydrauliques, les moyens électriques, et les moyens mécaniques incorporant un embrayage et un frein, de telle sorte que le différentiel au moins coordonne en fonction de la position assignée aux organes effecteurs, les déplacements des chariots mobiles successifs entre eux et les déplacements de l'ensemble mobile au moins. I1 résulte que le robot présente une grande flexibilité de manoeuvre, d'une part du fait que les moyens de transmission sont des courroies et d'autre part de la possibilité de gérer le déplacement des organes effecteurs par des combinaisons contrôlées de la mise en oeuvre de cellesci. Selon une forme préférée de réalisation, ledit premier chariot supporte au moins un chemin de guidage, dit deuxième, d'au moins un deuxième chariot guidé en déplacement suivant un axe Z convergent avec l'axe X et relié à une deuxième roue motrice par des deuxièmes courroies. Selon une première forme de réalisation, le robot comporte au moins deux ensembles mobiles supportant chacun un organe effecteur, de telle sorte que les deux organes effecteurs peuvent former ensemble une pince par le déplacement conjugué des deux ensembles mobiles. Selon une deuxième forme de réalisation, le robot comprend au moins deux dits deuxièmes chariots, supportant chacun un organe effecteur similaire, tel que plateau, les deux dits deuxièmes chariots se dépla çant le long du premier chemin suivant deux axes Z et Z' parallèles, de telle sorte que deux organes effecteurs forment ensemble une pince par le déplacement conjugué des deux deuxièmes chariots supportant chacun l'un deux. Il résulte desdites première et deuxième formes de réalisation, non seulement que le robot intègre une fonction de pince à grande capacité d'ouverture dont le serrage peut être symétrique ou non, mais aussi que le robot peut constituer un support d'une pluralité d'outils en vue de la réalisation d'opérations successives. Selon une forme avantageuse de réalisation, le robot comprend au moins deux dits deuxièmes chariots se déplaçant chacun le long d'un chemin de guidage suivant deux axes Z et Y convergents. Selon une autre forme avantageuse de réalisation, le deuxième chariot au moins supporte un chemin de guidage dit troisième le long duquel se déplace, suivant un axe Y convergent avec ledit axe Z, deux chariots dits troisièmes reliés à une troisième roue motrice générant leurs déplacements par des troisièmes moyens de transmission, les troisièmes moyens de transmission depuis l'axe Z vers l'axe Y étant formés d'une vis à bille manoeuvrée depuis l'axe X au moyen de troisièmes courroies, les deux troisièmes chariots s'assemblant avec ladite vis à bille en vue de leur déplacement chacun le long de l'une des extrémités de celle-ci ; d'où il résulte que les organes effecteurs supportés par chacun des deux dits troisièmes chariots forment ensemble une pince, les deux dits troisièmes chariots se déplaçant simultanément pour se rappro cher ou s'éloigner. Avantageusement, les courroies sont des courroies dentées et, de préférence, équipées de tendeurs de précharge. L'ossature est de préférence une ossature du groupe de celles comprenant les potences, celles-ci pouvant être articulées, les portiques comprenant deux poteaux, les portiques comprenant quatre poteaux en vue de permettre au robot de couvrir une surface de travail importante. Les moyens de guidage sont avantageusement des moyens du groupe de ceux mettant en oeuvre les dispositifs de recirculation à billes et les dispositifs à galets circulant le long de rails, d'où il résulte que le robot peut se déplacer de manière précise et à une vitesse importante. Chacun des éléments mobiles est de préférence équipé d'un dispositif limitateur de course et d'amortisseurs en vue d'une approche industrielle de l'utilisation du robot. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles - la fig.l est une représentation schématique partielle d'un robot selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - la fig.2 est un schéma figurant les moyens de motorisation et de coordination mis en oeuvre dans le robot de la fig.l, - les fig.3 et 4 illustrent respectivement un deuxième exemple de réalisation de robot, et les liaisons entre ses organes moteurs, - les fig.5 et 6 illustrent respectivement un troisième exemple de réalisation de robot, et les liaisons entre ses organes moteurs, - les fig.7 à 10 sont chacune une représentation schématique d'autres formes de réalisation d'un robot selon l'invention correspondantes à différentes applications. Sur la fig.l, un robot selon l'invention comprend deux ensembles mobiles 1 et 2. La base de chacun d'eux est formé de deux premiers chariots 3 et 4 circulant le long d'un premier chemin de guidage 6 qui est supporté par un élément fixe 8 formant l'ossature du robot. Des premières courroies 10 et 11 relient chacun des premiers chariots 3 et 4 à des premières roues motrices 12 et 13 situées à une extrémité 14, dite première, du premier chemin de guidage 6. Les premières courroies 10 et 12 en boucle, sont affectées et en prise chacune sur un chariot 3 et 4 et s'étendent chacune sur la longueur du premier chemin de guidage 6. Ces courroies 3 et 4 sont orientées suivant un axe X de déplacement des premiers chariots par des premières poulies de renvois 16 et 17 situées en regard des premières roues motrices 12 et 13 à l'autre extrémité 18 du premier chemin de guidage 6. Chacun des ensembles mobiles 1 et 2 supporte un deuxième chemin de guidage 20 et 21 le long duquel circule un deuxième chariot 22 et 23. Chacun de ces deuxièmes chariots est relié à une deuxième roue motrice 24 et 25 située à l'extrémité 14 dite première, du premier chemin de guidage par des deuxièmes courroies 26 et 27 en boucle qui s'étendent sur les longueurs cumulées du premier chemin de guidage 6 et du deuxième chemin de guidage 20 ou 21. Ces courroies 26 et 27 sont orientées depuis l'axe X vers un axe Z de déplacement du deuxième chariot 22 ou 23 par des deuxièmes poulies de renvoi 28 et 29 situées à chacune des extrémités de chacun des chemins de guidage 6 et 20 ou 21. Chacun des deuxièmes chariots 22 et 23 supporte un organe effecteur 30 et 31. Par le déplacement conjugé des premiers chariots 3 et 4, les organes effecteurs 30 et 31 forment ensemble une pince 32. Sur la fig.2, les roues motrices 12, 13, 24 et 25 sont reliées entre-elles par des différentiels 34, 35, 36 pilotables en vue de coordoner les déplacements, d'une part des deuxièmes chariots 22 et 23 entre eux, et d'autre part des premiers chariots 3 et 4 avec les deuxièmes chariots 22 et 23. On rappelle que des différentiels, tels que 34,35,36 comprennent essentiellement un arbre d'entrée, un arbre de sortie et une cage rotative agencés de manière connue. Les déplacements simultanés et identiques des premiers chariots 3 et 4, les deuxièmes chariots 22 et 23 étant immobiles par rapport aux premiers chariots 3 et 4, sont générés par les premières roues motrices 12 et 13 au moyen d'un premier moteur 38. Ce moteur 38 entraîne la roue motrice 12, dite première, de l'un des premiers chariots 4. Cette roue motrice 12 est montée sur l'arbre d'entrée d'un premier différentiel 34, et la roue motrice 13 dite deuxième, de l'autre premier chariot 3 est montée sur l'arbre de sortie de ce même différentiel 34. L'ouverture ou la fermeture de la pince 32 sont obtenues, d'une part par un déplacement différencié et coordonné de chacun des premiers chariots 3 et 4 et d'autre part par un contrôle de l'immobilité des deuxièmes chariots 22 et 23 par rapport aux premiers chariots 3 et 4. Le déplacement différencié et coordonné de chacun des premiers chariots 3 et 4 est obtenu par la mise en oeuvre d'un deuxième moteur 40 qui entraîne en rotation la cage rotative du premier différentiel 34. L'immobilité des deuxièmes chariots 22 et 23 est obtenue au moyen d'un jeu de deux différentiels 35 et 36. L'arbre d'entrée de l'un de ceux-ci 35, dit deuxième, est relié à la première roue motrice 12 ; la roue motrice 24 dite troisième, d'entraînement d'un premier deuxième chariot 4 est monté sur l'arbre de sortie dudit deuxième différentiel 35. L'arbre d'entrée de l'autre différentiel 36, dit troisième, dudit jeu de différentiel est relié à la deuxième roue motrice 13 ; la roue motrice 25 dite quatrième, d'entraînement du second desdits deuxièmes chariots 23 est montée sur l'arbre de sortie du troisième différentiel 36. Les déplacements simultanés et identiques des premier 22 et second 23 deuxièmes chariots, les premiers chariots 3 et 4 étant immobiles, sont générés par lesdites troisième 24 et quatrième 25 roues motrices au moyen d'un troisième moteur 42 qui entraine chacune des cages rotatives des deuxième 35 et troisième 36 différentiels. Sur la fig.3, le premier chariot 4 supporte un deuxième chemin de guidage 22 le long duquel circule deux dits deuxièmes chariots 44 et 45 supportant chacun un organe effecteur 46 et 47. Le déplacement conjugué de l'un des deuxièmes chariots 46 suivant un axe Z, et de l'autre 47 des deuxièmes chariots suivant un axe Z' parallèle à l'axe Z confère aux organes effecteurs 46 et 47 une fonction de pince 48. Sur la fig.4, la roue motrice 12, dite première, du premier chariot 4 est entraînée en rotation par un premier moteur 30. L'arbre de sortie d'un différentiel 50, dit premier, est relié à la roue motrice 24 de l'un 44, dit premier, des dits deuxièmes chariots ; l'arbre de sortie d'un deuxième différentiel 52 est relié à l'autre, dit deuxième 45 desdits deuxièmes chariots ; l'arbre de sortie du premier différentiel 50 est relié à l'arbre d'entrée du deuxième différentiel 52. Un deuxième moteur 54 entraîne en rotation la cage rotative des deux différentiels 50 et 52. Un dispositif de liaison 56 comportant un embrayage et un frein, est placé dans la zone de liaison entre le moteur 54 dit deuxième et la cage rotative du deuxième différentiel 52. Les déplacements du premier chariot 4 sont obtenus par la mise en oeuvre du premier moteur 38 et du frein du dispositif de liaison 56 ledit frein assurant l'immobilité des deuxièmes chariots 44 et 45 par rapport au premier chariot 4. L'ouverture ou la fermeture de la pince 48 sont obtenues par la mise en oeuvre du deuxième moteur 54 et de l'embrayage du dispositif de liaison 56. Sur la fig.5, le deuxième chariot 44 supporte un troisième chemin de guidage 60 le long duquel se déplacent, suivant un axe Y, deux chariots 58 et 59 dits troisièmes reliés à une troisième roue motrice 61 au moyen de troisièmes moyens de transmission. Les troisièmes moyens de transmissions sont composés, d'une part d'une courroie 63 s'étendant sur les longueurs cumulées des premiers 6 et des deuxième 22 chemins de guidage, et d'autre part d'une vis 64 à bille s'étendant sur la longueur du troisième chemin de guidage 60. Les troisièmes chariots 58 et 59 supportent chacun un organe effecteur 46 et 47 et s'assemblent avec la vis à bille 64 pour se déplacer chacun le long de l'une des extrémités de celle-ci. Sur la fig.6, le montage des moyens de motorisation et de coordination des mouvements est identique à celui décrit sur la fig. 4. Les déplacements du premier chariot 4 sont obtenus par la mise en oeuvre du premier moteur 38 et du frein du dispositif de liaison 56. Les déplacements du deuxième chariot 44 sont obtenus par la mise en oeuvre du deuxième moteur 54 et de l'embrayage du dispositif de liaison 56. L'ouverture et la fermeture de la pince 48 sont obtenues par la mise en oeuvre du deuxième moteur 54 et du frein du dispositif de liaison 56. Le dispositif 56 est qualifié de "liaison" en raison du fait qu'il contrôle la relation entre l'arbre de sortie du moteur 54 et le différentiel 52. Sur la fig.7, l'ossature est un portique comprenant deux poteaux 66 et 67 et les organes effecteurs 46,47 sont des outils, tels que cloueuses. Sur la fig.8, l'ossature est une potence 68 qui peut être articulée suivant un axe G de rotation. Sur la fig.9, le robot comporte une pluralité de premiers chariots, comportant chacun un tapis roulant animé par une courroie 26, les chariots restant équidistants entre-eux mais pouvant être déplacés ensemble par une courroie 11. Sur la fig.l0, l'ossature est un portique comprenant quatre poteaux 70,71,72,73. Sur les fig.7 à 10, on a désigné par les mêmes références qu'à la fig.l les organes remplissant des fonctions analogues ; sur ces figures, des moyens de programmation 74 gèrent les mises en oeuvre des différents moteurs et, par conséquent, les déplacements des différents chariots. Bien que l'on ait décrit et représenté une forme préférée de réalisation, il doit être compris que la portée de la présente invention n'est pas limitée à cette forme mais qu'elle s'étend à tout dispositif comportant les caractéristiques énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1.- Robot cartésien, du genre des robots manipulateur équi pés de moyens de programmation (74) et/ou de moyens d'automatisation, comprenant des éléments fixes formant une ossature supportant au moins un ensemble mobile (1 et 2) supportant lui-même un organe effecteur (30 et 31) mobile, ledit ensemble mobile (1 et 2) comprenant une pluralité de chariots (3,23 et 4,22) en étage se supportant successivement jusqu'au dernier chariot, dit d'extrémité, qui supporte ledit organe effecteur (30 et 31) chacun des chariots, d'une part supportant un chemin de guidage (20,21) du déplacement d'un autre chariot lui succédant, et d'autre part étant relié à un organe moteur (12,13,24,25) par des moyens de transmission, le premier chariot se déplaçant suivant un axe X le long d'un premier chemin de guidage (6), celui-ci pouvant être supporté par un desdits éléments fixes (8) formant l'ossature, les organes moteurs (12, 13,24,25) étant situés à une extrémité dite première (14) du premier chemin de guidage (6) et mis en oeuvre par l'intermédiaire de moyens de coordination des mouve ments qu'ils génèrent, les moyens de transmission reliés à chacun desdits chariots successifs, d'une part s'é tendant chacun sur au moins les longueurs cumulées du chemin de guidage des chariots le précédant, et d'autre part comprenant des moyens de renvoi (16,17, 28,29) du mouvement généré par l'organe moteur auquel ils sont reliés, depuis l'axe X de déplacement du pre mier chariot (4,3) et successivement suivant les axes de déplacement des chariots précédents celui auquel ils sont reliés, vers l'axe de déplacement du chariot auquel ils sont reliés, caractérisé en ce que les moyens de trans mission sont des courroies (10,11 et 26,27) en boucle affectées à et en prise chacune sur, un chariot, (4,3 et 22,23), en ce que les moyens de renvoi sont des poulies (16,17 et 28,29) situées à chacune des extrémités des chemins de guidage (6 et 20,21), et en ce que les organes moteurs sont des roues motrices (12,13 et 24,25) 2.- Robot selon la revendication 2 caractérisé en ce que les courroies (10,11) et (26,27) sont mues par l'intermédiaire desdits moyens de coordination qui comprennent au moins un différentiel (34,35,36) pilotable induisant le déplacement, - dans un même ensemble mobile (1,2) de l'un quelconque des chariots (3,4 et 22,23) le long de son axe en fonction du déplacement d'un autre quelconque chariot de long de son axe, - d'un ensemble mobile (1,2 au moins, de telle sorte que le différen tiel au moins coordonne en fonction de la position assignée aux organes effecteurs, les déplacements des chariots mobiles successifs entre eux, et les déplace ments de l'ensemble mobile au moins 3.- Robot selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de pilotage du différentiel au moins (34,35,36) est un moyen du groupe des moyens comprenant les moyens hydrauliques, les moyens électriques (38,40,42 et 54) et les moyens mécaniques (56) incorporant un embrayage et un frein 4.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier chariot (3 et 4) supporte au moins un chemin de guidage, (21 et 20), dit deuxième, d'au moins un deuxième chariot (22 et 23) guidé en déplacement suivant un axe Z conver gent avec l'axe X et relié à une deuxième roue motrice (24 et 25) par des deuxièmes courroies 5.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ensembles mobiles (1 et 2) supportant chacun un organe effecteur (30,31) de telle sorte que les deux organes effecteurs peuvent former ensemble une pince (32) par le déplacement conjugué des deux ensembles mobiles 6.- Robot selon la revendication (4) caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dits deuxièmes chariots (44,45) supportant chacun un organe effecteur (46,47) similaire, tel que plateau, les deux dits deuxièmes chariots se déplaçant le long du deuxième chemin (22) suivant deux axes Z et Z' paral lèles, de telle sorte que deux organes effecteurs forment ensemble une pince par le déplacement conjugué des deux premiers chariots supportant chacun l'un deux 7.- Robot selon la revendication 4 caractérisé - en ce qu'il comprend au moins deux dits deuxième chariots se déplaçant chacun le long d'un chemin de guidage suivant deux axes Z et Y convergents 8.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce que le deuxième chariot au moins (44) supporte un chemin de guidage (60) dit troisième le long duquel se déplace, suivant un axe Y' convergent avec ledit axe Z, deux chariots (58,59) dits troisièmes reliés à une troisième roue motrice (61) générant leurs déplacements par des troisièmes moyens de transmission, en ce que les troisièmes moyens de transmission depuis l'axe Z vers l'axe Y' sont formés d'une vis à bille (64) manoeuvrée depuis l'axe X au moyen de troisièmes courroies (63), en ce que les deux troisièmes chariots (58 et 59) s'assemblent avec ladite vis à bille (64) en vue de circuler chacun le long de l'une des extrémités de celle-ci, de telle sorte que les organes effecteurs (46, 47) supportés par chacun des deux dits troisièmes chariots (58, 59) forment ensemble une pince, (48) les deux dits troisièmes chariots se déplaçant simultanément pour se rapprocher ou s'éloigner 9.- Robot selon la revendication 1 caractérisée en ce que les courroies (10,11,16,27 et 63) sont des courroies dentées et équi pées de tendeurs de précharge 10.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ossature est une ossature du groupe de celles comprenant les potences (68), celles-ci pouvant être articulées (6), les por tiques comprenant deux poteaux (66,67), les portiques comprenant quatre poteaux (70 à 73) 11.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de guidage sont des moyens du groupe de ceux mettant en oeuvre les dispositifs de recirculation à bille et les dispo sitifs à galets circulant le long de rails. 12.- Robot selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des éléments mobiles est équipé d'un dispositif limitateur de course et d'amortisseurs.