Brevet FR2688436A1 — publié le 19930917

TELEMANIPULATEUR MAITRE-ESCLAVE MECANIQUE A GENOUILLERES PERFECTIONNEES. DESCRIPTION L'invention concerne un télémanipulateur maître-esclave mécanique dont les genouillères sont conçues d'une manière telle qu'une éventuelle cassure se produit de préférence du côté maître et que la maintenance en est facilitée. Dans les industries nucléaire et chimique ainsi que dans les industries mettant en oeuvre des explosifs, l'exécution de certaines taches s'effectue au moyen de télémanipulateurs maître-esclave mécaniques qui reproduisent dans une zone inaccessible à l'homme des mouvements exécutés par un opérateur. Ces télémanipulateurs maître-esclave mécaniques comprennent un bloc de traversée monté rotatif dans une paroi de l'enceinte délimitant la zone inaccessible et dont les extrémités supportent de façon pivotante un bras maître et un bras esclave situés respectivement à l'extérieur et à l'intérieur de la zone considérée. A son extrémité opposée, le bras maître supporte une poignée de commande par l'intermédiaire d'une première genouillère. De façon comparable, l'extrémité opposée du bras esclave supporte une pince de préhension par l'intermédiaire d'une deuxième genouillère. Selon le type de manipulateur considéré, les bras maître et esclave peuvent être soit des bras articulés, soit des bras télescopiques. Ces télémanipulateurs sont en outre équipés de moyens de transmission mécanique de mouvements, grâce auxquels le mouvement de la poignée de commande est transmis à la pince de préhension, de telle sorte que celle-ci reproduit le mouvement de la poignée. Ces moyens de transmission mécanique de mouvements comprennent des arbres rotatifs logés dans le bloc de traversée, des câbles ou des rubans logés dans les bras maître et esclave, et des ensembles d'engrenage logés dans les genouillères. En outre, la majorité des télémanipulateurs maître-esclave mécaniques sont équipés de moyens permettant de réaliser un décalage du bras esclave par rapport au bras maître. Ces moyens de décalage, qui agissent généralement sur des mécanismes logés dans le bras esclave par des moteurs électriques placés du côté maître du bloc de traversée, ont pour objectif de permettre à un opérateur d'effectuer des manutentions en des emplacements décalés par rapport au bras maître, sans que cet opérateur ait à prendre des attitudes peu commodes et fatigantes. Les télémanipulateurs comportent habituellement des genouillères identiques du côté maître et du côté esclave. En outre, la résistance mécanique des ensembles d'engrenage logés dans les gehouillères est généralement inférieure à celle des câbles ou des rubans logés dans les bras maître et esclave, afin qu'une éventuelle cassure due à un choc ou à l'application d'un effort trop important se produise dans les genouillères. Cette caractéristique s'explique par le fait qu'il est moins coûteux d'avoir à remplacer une genouillère qu'un bras maître ou esclave. Cependant, l'expérience montre que dans la pratique, c'est presque toujours la genouillère située à l'extrémité du bras esclave qui casse lorsque le télémanipulateur subit un choc ou lorsqu'il est utilisé en dehors de ses capacités normales. Cela s'explique en grande partie par le fait que la partie esclave du télémanipulateur subit des agressions multiples (contamination, irradiation ou contact avec des produits chimiques) alors que la partie maître se trouve dans un environnement non agressif.Dans le cas où le téléma nipulateur comporte des moyens permettant de décaler le bras esclave par rapport au bras maître, cet effet dû à l'environnement est accentué par le fait qu'un décalage du bras esclave par rapport au bras maître conduit généralement à donner au bras esclave un bras de levier plus important entraînant l'application d'efforts plus élevés sur la genouillère située à l'extrémité du bras esclave que sur celle qui est située du côté maître. Les cassures qui se produisent dans l'ensemble d'engrenages logé dans la genouillère située du côté esclave compliquent fortement la maintenance. En effet, la réparation ou le remplacement de la genouillère ne peut être effectué qu'en sortant l'ensemble du bras esclave de la zone inaccessible, puis en le décontaminant lorsque le télémanipulateur équipe une installation nucléaire. Cela entraîne des procédures particulièrement longues et délicates qui se traduisent par des surcoûts d'exploitation et entraînent une réduction sensible du taux de disponibilité des télémanipulateurs. L'invention a précisément pour objet un télémanipulateur maître-esclave mécanique équipé de genouillères d'un type original permettant, sans réduire la capacité de charge des télémanipulateurs existants, de reporter préférentiellement les risques de casses sur la genouillère située du côté maître et de faciliter la maintenance des genouillères. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un télémanipulateur maître-esclave mécanique, comprenant un bras maître terminé par une première genouillère portant une poignée de commande, un bras esclave relié mécaniquement au bras maître et terminé par une deuxième genouillère portant une pince de préhension, et des moyens de transmission mécanique de mouvements entre la poignée de commande et la pince de préhension, comportant un premier et un deuxième ensembles d'engrenages logés respectivement à l'intérieur de la première et de la deuxième genouillères, caractérisé par le fait que chaque ensemble d'engrenages est monté dans une cassette amovible de la genouillère correspondante, et par le fait que le deuxième ensemble d'engrenages présente une résistance mécanique supérieure à celle du premier ensemble d'engrenages. En donnant à l'ensemble d'engrenages de la genouillère située du côté maître du télémanipulateur des caractéristiques identiques à celles qui sont données initialement par le constructeur du télémanipulateur et en donnant à l'ensemble d'engrenages de la genouillère située du côté esclave une résistance mécanique supérieure, grâce à l'utilisation de matériaux différents, une casse éventuelle se produit préférentiellement du côté du bras maître et non du côté du bras esclave comme dans les télémanipulateurs existants. On évite ainsi dans de nombreux cas d'avoir à démonter le bras esclave du télémanipulateur, ce qui réduit très sensiblement les procédures. De plus, que la casse se produise du côté maître ou du côté esclave, la maintenance est facilitée par la présence dans la genouillère d'une cassette amovible contenant l'ensemble d'engrenages correspondant. De préférence, les cassettes amovibles de la première et de la deuxième genouillères sont identiques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chacune des genouillères comprend une enveloppe extérieure démontable dans laquelle est logée la cassette amovible. Cette enveloppe extérieure démontable peut notamment être formée de deux demi-coquilles normalement reliées par des moyens d'assemblage démontables. Chacune des cassettes amovibles coopère alors avec l'enveloppe extérieure démontable par des organes de positionnement appropriés. 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 de côté illustrant schématiquement un télémanipulateur maître-esclave mécanique réalisé conformément à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en perspective éclatée représentant l'une des deux genouillères du télémanipulateur de la figure 1. Sur la figure 1, la référence 10 désigne la paroi avant d'une cellule de confinement 12 dont l'atmosphère, par exemple nucléaire, chimique et/ou explosive est inaccessible à l'homme. Un télémanipulateur 14 est implanté dans la paroi 10, de façon à permettre à un opérateur placé dans une pièce 16 d'effectuer à distance un certain nombre de tâches à l'intérieur de la cellule 12. Pour faciliter l'exécution de ces tâches, l'opérateur dispose en outre de moyens d'observation tels qu'un hublot 18 faisant partie intégrante de la paroi 10. Le télémanipulateur 14 est un télémanipulateur maître-esclave mécanique qui comprend de façon connue un bloc de traversée horizontal 20 traversant la paroi 10 de façon étanche, ce bloc étant apte à tourner sur lui-même autour de son axe horizontal. La partie maître du télémanipulateur 14, située dans la pièce 16, comprend un bras maître 22 articulé à l'extrémité correspondante du bloc de traversée 20 par un axe d'épaule 24 et portant à son extrémité opposée une poignée de commande 26, par l'intermédiaire d'une genouillère 28 donnant à la poignée 26 un certain nombre de degrés de liberté de rotation par rapport au bras maître 22. La partie esclave du télémanipulateur 14 située dans la cellule 12 comprend un bras esclave 30, articulé à l'extrémité correspondante du bloc de traversée 20 par un axe d'épaule 32, ainsi qu'unie pince de préhension 34 montée à l'extrémité opposée du bras esclave 30 par une genouillère 36 dont la structure est généralement la même que celle de la genouillère 28, de telle sorte qu'elle donne à la pince 34 les mêmes degrés de liberté de rotation que ceux dont dispose la poignée 26 par rapport au bras maître 22. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le bras maître 22 et le bras esclave 30 sont des bras télescopiques. Cependant, il est rappelé que l'invention s'applique également à un télémanipulateur dont les bras maître et esclave sont des bras articulés. Selon l'application considérée, le télémanipulateur 14 peut en outre comprendre des moyens de décalage permettant, à l'aide de moteurs électriques placés du côté maître sur le bloc de traversée 20, de décaler angulairement et/ou en longueur le bras esclave 30 par rapport au bras maître 22. De manière connue, la transmission à la pince de préhension 34 des mouvements de la poignée 20 et la transmission au bras esclave 30 des mouvements du bras maître 22 sont assurées par des moyens de transmission mécanique de mouvements qui sont logés dans le bloc de traversée 20, dans les bras maître et esclave ainsi que dans les genouillères 28 et 36. A l'intérieur du bloc de traversée 20, ces moyens de transmission mécanique comprennent habituellement des arbres rotatifs parallèles les uns aux autres. A l'intérieur des bras 22 et 30, la transmission des mouvements est assurée par des rubans ou des câbles. Enfin, cette transmission est assurée à l'intérieur des genouillères 28 et 36 par des ensembles d'engrenages.Ces différents éléments coopèrent entre eux de telle sorte qu'à un mouvement donné de la poignée 26 corresponde un mouvement similai re de la pince de préhension 34 et qu'à un mouvement du bras maître 22 corresponde un mouvement similaire du bras esclave 30. Avantageusement, les genouillères 28 et 36 présentent une structure identique, de telle sorte que la description qui va à présent être faite de la genouillère 28 située du côté maître s'applique également à la genouillère 36 située du côté esclave, sauf en ce qui concerne la résistance mécanique des ensembles d'engrenages logés dans ces genouillères, comme on le précisera ultérieurement. Sur la figure 2, la référence 38 désigne l'ensemble d'engrenages constituant la partie des moyens de transmission mécanique de mouvements du télémanipulateur logée à l'intérieur de la genouillère 28. Cet ensemble d'engrenages 38, qui peut présenter une structure quelconque selon la nature du télémanipulateur concerné, est logé conformément à l'invention dans une cassette amovible 40 qui se présente dans ce cas sous la forme d'une chape en forme de U supportant les axes 42 des différents engrenages constituant l'ensemble d'engrenages 38. La genouillère 28 comporte de plus une enveloppe extérieure démontable formée de deux demi-coquilles 44 normalement assemblées l'une à l'autre par des moyens d'assemblage démontables tels que des boulons (non représentés). Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, ces boulons traversent des trous 48 formés dans les demi-coquilles 44 ainsi que des trous 50 formés dans la cassette amovible 40. Lorsque l'assemblage est réalisé, l'enveloppe extérieure formée par les deux demi-coquilles 44 entoure la cassette 40, de façon à en assurer la protection. Afin que le positionnement de la cassette 40 à l'intérieur des demi-coquilles 44 soit satisfaisant, la cassette 40 comporte avantageusement des moyens de positionnement constitués dans l'exemple de réalisation représenté par des doigts 52 qui font saillie vers l'extérieur de part et d'autre de la cassette, de façon à venir se loger dans des trous complémentaires 54 prévus à cet effet à l'intérieur des demi-coquilles 44, comme l'illustrent les flèches en traits mixtes sur la figure 2. En plus de la structure qui vient d'être décrite, il est important d'observer que les matériaux constituant les différents engrenages de l'ensemble d'engrenages 38 contenu dans la genouillère 36 située du côté esclave présentent une résistance mécanique supérieure à celle des matériaux constituant les engrenages de l'ensemble d'engrenages 38 logé dans la genouillère 28 située du côté maître. De plus, les matériaux de l'ensemble d'engrenages 38 de la genouillère 28 située du côté maître présentent une résistance mécanique correspondant à celle qui est habituellement utilisée dans un télémanipulateur de ce type. En d'autres termes, l'ensemble d'engrenages 38 logé dans la genouillère 36 située du côté esclave du télémanipulateur est renforcé. Compte tenu de cette dernière caractéristique, si une erreur de manoeuvre de l'opérateur conduit à un choc ou au dépassement des capacités normales du télémanipulateur, une rupture se produit préférentiellement dans l'ensemble d'engrenages 38 logé dans la genouillère 28 située du côté maître. Par conséquent, la remise en état du télémanipulateur peut être effectuée très rapidement, puisqu'aucun démontage du bras esclave n'est alors nécessaire. En outre, quelle que soit la genouillère dans laquelle se produit la cassure, le montage des ensembles d'engrenages 38 dans des cassettes interchangeables 40 facilite sensiblement l'intervention puisque la cassette endommagée peut être remplacée directement par une cassette neuve en démontant les deux demi-coquilles 44. En pratique, les engrenages de l'ensemble 38 logé dans la genouillère 28 située du côté maître peuvent être réalisés en acier inoxydable ordinaire, alors que les engrenages de l'ensemble logé dans la genouillère 36 située du côté esclave peuvent être réalisés en acier inoxydable renforcé, par exemple par du chrome ou du molybdène. 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, la structure de la cassette amovible logée dans chacune des genouillères, ainsi que la structure de lrenveloppe extérieure de la genouillère contenant cette cassette peuvent prendre des formes différentes de celles qui ont été décrites, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Télémanipulateur maître-esclave mécanique, comprenant un bras maître (22) terminé par une première genouillère (28) portant une poignée de commande 2. Télémanipulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cassettes amovibles (40) de la première et de la deuxième genouillères (28,36) sont identiques. 3. Télémanipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chaque genouillère (28,36) comprend une enveloppe extérieure démontable (44) dans laquelle est logée la cassette amovible (40). 4. Télémanipulateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chacune des cassettes amovibles (40) coopère avec l'enveloppe extérieure démontable (44) par des organes de positionnement (52). 5. Télémanipulateur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que chacune des enveloppes extérieures démontables comprend deux demi-coquilles (44) normalement reliées par des moyens d'assemblage démontables (46).