Brevet FR2692514A1 — publié le 19931224

La présente invention concerne un dispositif formant interface mécanique souple interposée entre un premier élément, tel que le nez ou poignet d'un robot, et un second élément, tel qu'un outil de travail du robot. Un tel dispositif est destiné à réaliser tout type d'assemblage nécessitant un désaxage entre les éléments à assembler et l'outil de travail utilisé. Cet assemblage ne doit pas avoir une configuration particulière et il peut être effectué horizontalement, verticalement ou avec une inclinaison quelconque. A cet effet, le dispositif formant interface de l'invention, du type comprenant un premier plateau solidaire du premier élément et disposé de préférence horizontalement et un second plateau initialement parallèle au premier plateau, solidaire du second élément et relié au premier plateau par des moyens autorisant un pivotement relatif entre les deux plateaux suivant au moins une direction déterminée, est caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comprennent un mécanisme de rotule disposé axialement entre les deux plateaux et une pluralité de vérins pneumatiques disposés entre les deux plateaux et périphériquement autour du mécanisme de rotule de façon à permettre un pivotement relatif entre les deux plateaux selon deux degrés de liberté en rotation autour de deux axes orthogonaux et selon un degré de liberté en rotation autour d'un troisième axe perpendiculaire au plan contenant les deux axes orthogonaux. De préférence, le mécanisme de rotule comprend un axe solidaire de l'un des plateaux précités en son centre en s'étendant perpendiculairement à celui-ci et portant une rotule engagée dans une cage de rotule fixée dans un moyeu solidaire en son centre de l'autre plateau en étant disposé perpendiculairement à celui-ci. La pluralité de vérins pneumatiques comprend une première paire de vérins pneumatiques disposés symétriquement par rapport à la rotule précitée selon l'un des deux axes orthogonaux précités et une deuxième paire de vérins disposés symétriquement par rapport à la rotule selon l'autre des deux axes orthogonaux. Le dispositif comprend de plus des moyens de butée limitant le degré de liberté en rotation autour du troisième axe précité et ainsi le désalignement axial des vérins pneumatiques pendant le pivotement autour de ce troisième axe. De préférence, les moyens de butée comprennent une languette solidaire de l'un des deux plateaux et deux blocs en matière souple solidaires de l'autre plateau, la languette étant disposée entre les deux blocs souples de manière à écraser l'un ou l'autre de ces blocs souples selon le sens de rotation autour du troisième axe précité. Le dispositif comprend également des moyens de sécurité permettant de rendre les moyens de liaison précités entre les deux plateaux totalement souples en éliminant la pression dans les vérins pneumatiques précités. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels:: - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif formant interface conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1; - la figure 4 est une vue suivant la flèche IV de la figure 2; - les figures 5A et 5B sont des vues schématiques respectivement de dessus et de côté représentant l'application du dispositif de l'invention à la préhension de portes de véhicules par un robot en position de prise initiale; - les figures 6A et 6B sont des vues schématiques respectivement de dessus et de côté représentant le dispositif de l'invention en position de prise réelle d'une porte de véhicule automobile; et - les figures 7A et 7B sont des vues schématiques respectivement de dessus et de côté du robot de préhension muni du dispositif formant interface de l'invention en position totalement souple après un arrêt d'urgence. Le dispositif formant interface mécanique souple de l'invention va être décrit dans son application à un robot muni de son outil de travail, étant bien entendu que ce dispositif peut être utilisé avec tout autre moyen industriel qu'un robot pour réaliser tout type d'assemblage nécessitant un désaxage entre des éléments à assembler et le moyen industriel utilisé. En se reportant aux figures 1 à 4, le dispositif formant interface 1 est interposé entre le nez ou poignet d'un robot (non représenté) et un outil de travail du robot constitué par exemple par des éléments de préhension à ventouses V de portes de véhicules automobiles comme cela est représenté aux figures 5A, 5B - 7A,7B. Le dispositif formant interface 1 comprend un plateau 2 permettant la fixation du dispositif 1 au nez ou poignet du robot par des goujons de fixation (non représentés) engagés dans des trous taraudés 3 du plateau 2. Le dispositif 1 comprend également un second plateau 4 assurant la fixation de l'outil de travail du robot par des boulons de fixation (non représentés) passant au travers de perçages 5 réalisés dans le plateau 4. Ce dernier comporte une goupille cylindrique 6 pour le centrage de I'outil de travail sur le plateau 4 qui est initialement parallèle au plateau 2. Les deux plateaux 2,4 sont reliés entre eux par un mécanisme de rotule 7 disposé axialement entre les plateaux 1,4 et une pluralité de vérins pneumatiques 8, dans le cas présent au nombre de 4, disposés entre les deux plateaux 1,4 et périphériquement autour du mécanisme de rotule 7 de façon à permettre un pivotement relatif entre les deux plateaux 1,4 selon deux degrés de liberté en rotation autour de deux axes orthogonaux X et Y et selon un degré de liberté en rotation autour d'un troisième axe Z perpendiculaire au plan contenant les deux axes orthogonaux X et Y. Le mécanisme de rotule 7 comprend un axe 9 fixé sur le plateau 4 au centre de celui-ci par des vis de fixation 10. L'axe 9 s'étend perpendiculairement au plateau 4 vers le plateau 2 et porte une rotule 11 engagée dans une cage de rotule 12 fixée dans un moyeu 13 solidaire du plateau 2 par des vis de fixation 14 parallèles à l'axe 9 et qui assurent également la fixation d'un capot 15 renfermant la rotule 11 dans le moyeu 13. Ce dernier est bien entendu fixé au centre du plateau 2 coaxialement à l'axe 9. La pluralité de vérins pneumatiques 8 comprend une premier paire de vérins pneumatiques 8 disposés symétriquement par rapport à la rotule 1 1 selon l'axe X et une deuxième paire de vérins pneumatiques disposés symétriquement par rapport à la rotule 1 1 selon l'axe Y perpendiculaire à l'axe X. Les vérins 8 sont fixés d'une part au plateau 2 par des vis 16 et d'autre part au plateau 4 par des vis 17. Les vérins 8, disposés parallèlement à l'axe de rotule 9, sont constitués par des vérins souples à soufflets pouvant accepter des désalignements coniques, radiaux et axiaux. Le dispositif formant interface est réglé en statique avec les différentes charges à supporter en déterminant des pressions d'équilibre pour chaque vérin 8 pour maintenir dans la position désirée, de préférence une position horizontale, l'ensemble dispositif 1 - outil de travail. L'arrivée d'air dans les vérins 8 est assurée par des orifices 18 usinés dans le plateau 4 et la pression d'équilibrage est pilotable par un système maître afin de répondre à des modifications de charge, différentes pressions pouvant être commandées pour différentes charges. Ce réglage assure ainsi une position horizontale à l'outil de travail et compense la gravité. Dès qu'un effort supplémentaire agira sur l'outil de travail, celui engendrera une rotation suivant les axes Y,X.La rotation suivant l'axe Z est assurée par la souplesse des vérins 8 et est limitée en course par au moins un moyen de butée 19 qui limite ainsi le désalignement axial des vérins pneumatiques 8 pendant le pivotement autour de l'axe Z. Aucune butée ne limite les rotations du plateau 4 relativement au plateau 2 autour des axes Y et X, la détente d'un vérin étant limitée par la compression du vérin opposé et les limites de désaxage angulaire ne sont jamais atteintes. Le moyen de butée 19 comprend une languette 20 solidaire d'une embase 21 fixée au plateau 4 par des vis de fixation 22 et deux blocs 23 en une matière souple fixés dans une partie formant étrier 24 solidaire du plateau 2 par des vis de fixation 25. La languette 20 est insérée entre les deux blocs souples 23 de manière à écraser l'un ou l'autre de ces deux blocs selon le sens de rotation autour de l'axe Z du plateau 4 relativement au plateau 2. En raison de la longueur des raccords pneumatiques 26 des vérins 8 dans les orifices 18, il est nécessaire de prévoir des plaques entretoises 27 entre les vérins 8 et le plateau 4. Les plaques entretoises 27, dont deux sont rectangulaires et deux autres trapézoïdales comme cela est représenté en figure 3, sont fixées au plateau 4 par des vis de fixation 28. Bien entendu, les vis 17 fixent les vérins au plateau 4 en passant à travers les plaques 27. Le dispositif formant interface 1 comprend enfin des moyens de sécurité (non représentés) pour rendre celui-ci totalement souple en éliminant tout simplement la pression dans les vérins pneumatiques 8. Le dispositif formant interface 1 va être maintenant décrit en application à la préhension de portes de véhicules automobiles comme cela est représenté aux figures SA et 5B. Sur ces figures, le dispositif formant interface souple 1 est fixé au nez d'un robot R et porte des éléments formant ventouses V de préhension ou de saisie d'une porte P. Ces figures montrent le dispositif 1 en position de prise initiale horizontale par équilibrage des chambres des vérins 8 avant la préhension de la porte P. Le système robot R - dispositif formant interface 1 outil de travail V permet d'effectuer une opération sur une pièce P qui n'est pas positionnée correctement ou d'avoir le robot R mal positionné, dans une zone fonction du débattement, par rapport à la pièce.Ce système a également l'avantage de posséder un grand débattement de plusieurs centimètres utile par exemple dans une autre application tel que le ferrage. La figure 6A représente le dispositif formant interface 1 en position de prise réelle de la porte P qui n'est pas dans la bonne position. Dans ce cas, un effort supérieur à la normale comprime les vérins 8 et permet le déplacement des moyens de préhension V jusqu'à une position correcte pour la saisie de la porte P. Si aucun effort anormal ne se produit, les moyens de préhension V restent en position horizontale grâce à l'équilibrage de la pression dans les chambres des vérins 8 comme expliqué précédemment (figure 6B). Comme déjà mentionné précédemment, il est possible, en cas d'un mauvais fonctionnement, de rendre le dispositif formant interface 1 totalement souple afin de ne rien casser. Ceci est le cas lorsque le robot présente un défaut de fonctionnement. Cette situation est représentée aux figures 7A et 7B. On a ainsi décrit un dispositif formant interface comportant des moyens assurant des rotations autour des axes X,Y,Z d'un outil de travail par rapport au nez d'un robot et des moyens pneumatiques permettant l'amortissement des déplacements et également la compensation de la gravité par le réglage des pressions dans les chambres des vérins formant ces moyens pneumatiques. Le dispositif 1 est ainsi pilotable pneumatiquement, peut être adapté sur un robot ou une machine automatisée, permet de travailler dans toutes les positions, de préférence la position horizontale, peut être réglé de façon à être rigide et tout système ou outil de travail peut être adapté sur le plateau 4 de celui-ci. REVENDICATIONS I. Dispositif formant interface mécanique souple (1) interposée entre un premier élément, tel que le nez ou poignet d'un robot (R), et un second élément, tel qu'un outil de travail (V) du robot (R), du type comprenant un premier plateau (2) solidaire du premier élément et disposé de préférence horizontalement, et un second plateau (4) initialement parallèle au premier plateau (2), solidaire du second élément et relié au premier plateau (2) par des moyens autonsant un pivotement relatif entre les deux plateaux (2,4) suivant au moins une direction déterminée, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comprennent un mécanisme de rotule (7) disposé axialement entre les deux plateaux (2,4) et une pluralité de vérins pneumatiques (8) disposés entre les deux plateaux (2,4) et périphériquement autour du mécanisme de rotule (7) de façon à permettre un pivotement relatif entre les deux plateaux (2,4) selon deux degrés de liberté en rotation autour de deux axes orthogonaux (X,Y) et selon un degré de liberté en rotation autour d'un troisième axe (Z) perpendiculaire au plan contenant les deux axes orthogonaux (X,Y) 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de rotule (7) comprend un axe (9) solidaire en son centre de l'un (4) des plateaux (2,4) précités en s'étendant perpendiculairement à celui-ci et portant une rotule (11) engagée dans une cage de rotule (12) fixée dans un moyeu (13) solidaire en son centre de l'autre plateau (2) en étant disposé perpendiculairement à celui-ci. 3 Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pluralité de vérins pneumatiques (8) comprend une première paire de vérins pneumatiques (8) disposés symétriquement par rapport à la rotule (11) précitée selon l'un (X) des deux axes orthogonaux précités et une deuxième paires de vérins pneumatiques (8) disposés symétriquement par rapport à la rotule (11) selon l'autre (Y) des deux axes orthogonaux (X,Y). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée (19) limitant le degré de liberté en rotation précité autour du troisième axe (Z) et ainsi le désalignement axial des vérins pneumatiques (8) pendant le pivotement autour de cet axe (Z). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de butée (19) comprennent une languette (20) solidaire de l'un (4) des deux plateaux (2,4) et deux blocs en matière souple (23) solidaires de l'autre plateau (2), la languette (20) étant disposée entre les deux blocs souples (23) de manière à écraser l'un ou l'autre de ces blocs selon le sens de rotation du plateau (4) relativement au plateau (2). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sécurité permettant de rendre les moyens de liaison précités entre les deux plateaux (2,4) totalement souples en éliminant la pression dans les vérins pneumatiques (8) précités.