Brevet FR2690372A1 — publié le 19931029

i La présente invention concerne un robot de type parallèle dans lequel un organe d'actionnement d'extrémité est supporté par la base du robot par l'intermédiaire de plusieurs ensembles de bras qui sont placés parallèlement les uns aux autres. Un robot parallèle ayant six degrés de liberté est décrit dans le document "Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers", Série C, Vol 56, N O 523, mars 1990 Le robot parallèle décrit possède six bras formés chacun de trois bielles Les trois bielles sont raccordées en série par deux articulations La première extrémité de chaque bras est raccordée à une base par une articulation. Chacune de ces articulations est composée de deux organes formant une paire qui peut tourner autour d'un axe unique. En outre, l'autre extrémité de chaque bras est raccordée à un support par un dispositif d'articulation, par exemple à rotule Les moteurs d'entraînement sont disposés sur la base afin qu'ils fassent pivoter les bielles près de la base Avec cette configuration, la position et l'attitude du support sont commandées. Un tel robot parallèle classique pose les problèmes suivants Lorsque le robot parallèle effectue un déplace- ment à six degrés de liberté, les bielles se déforment progressivement sous l'action des moments de flexion agissant sur elles si bien que des jeux apparaissent En conséquence, la précision du positionnement du support du robot parallèle a tendance à diminuer En outre, comme chaque bras est composé de trois bielles, le poids total du robot parallèle est relativement grand et la vitesse de déplacement du robot parallèle est donc réduite. La présente invention a donc pour objet un robot parallèle perfectionné dans lequel les moments de flexion n'agissent pas sur ses bras. Elle concerne aussi un robot parallèle peu encom- brant ayant une configuration simple. En résumé, un robot parallèle selon la présente invention comporte une base, trois ensembles de bras disposés sur la base avec un espacement prédéterminé afin qu'ils entourent le centre de la base, et un organe de support raccordé aux trois ensembles de bras afin qu'un organe d'actionnement d'extrémité soit supporté Chacun des ensembles de bras comporte une paire de moteurs montés sur la base l'un en face de l'autre avec un espace prédéter- miné, une paire de premières parties de bras supportées par les paires de moteurs afin qu'elles puissent pivoter, et une paire de secondes parties de bras Les premières extrémités des secondes parties de bras sont raccordées aux premières parties de bras par des premiers dispositifs d'articulation et les autres extrémités des secondes parties de bras sont raccordées au support par des seconds dispositifs d'articulation. Dans cette configuration, les deux extrémités de chaque seconde partie de bras sont raccordées au support et à la première partie correspondante de bras par deux dispositifs d'articulation, par exemple à rotule En conséquence, les secondes parties de bras ne subissent pas de déformation sous l'action des moments de flexion agis- sant sur elles En outre, les paires de bras de chaque ensemble de bras sont supportées directement par la paire de moteurs En conséquence, la structure du robot peut être simplifiée et sa dimension peut être réduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un robot parallèle selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue dans la direction de la flèche III de la figure 2; la figure 4 est une vue dans la direction de la flèche IV de la figure 2; et la figure 5 est une vue agrandie de la partie d'extrémité inférieure d'une paire de bras. Sur les figures 1 à 4, un robot parallèle selon la présente invention est composé essentiellement d'une base 1 fixée de façon générale à une partie externe fixe, d'un couvercle protecteur 80 destiné à recouvrir la base 1, d'un support 2 auquel est destiné à être fixé un organe action- neur d'extrémité, et de six bras 31 qui raccordent la base 1 et le support 2. La base 1 a une forme hexagonale, si bien qu'un espace de boite hexagonale est formé par la base 1 et le couvercle protecteur 80 Ce couvercle protecteur 80 com- prend un couvercle protecteur latéral 80 a placé à la périphérie externe de la base 1 et un couvercle protecteur inférieur 80 b parallèle à la base 1 Le couvercle protec- teur 80 fixé à la base 1 par des boulons peut être facile- ment séparé En outre, le couvercle protecteur 80 a trois ouvertures 80 c destinées à permettre le déplacement des bras 31 sans contact avec le couvercle protecteur 80 Des organes d'arrêt 84 sont fixés au couvercle protecteur latéral 80 a à des emplacements qui se trouvent au-dessus des ouvertures 80 c comme représenté sur la figure 1, alors que les organes d'arrêt 83 sont fixés au couvercle protec- teur inférieur 80 b à des emplacements correspondants à l'ouverture 80 c Les bras 31 peuvent pivoter entre les organes d'arrêt 83 et 84. Dans l'espace hexagonal formé par la base 1 et le couvercle protecteur 81, trois supports 11 sont fixés en position correspondant aux ouvertures 80 c Chacun des supports Il porte le bras 31 qui constitue un ensemble de bras En conséquence, le robot parallèle peut être divisé en trois ensembles de bras ayant la même constitution Dans la suite, on ne décrit qu'une paire de bras 31 d'un ensemble de bras supporté par l'un des supports 11. Le support Il comprend deux plaques latérales parallèles 81 et une plaque arrière 82 raccordant les plaques latérales 81 Deux moteurs 41 qui entraînent les deux bras 31 sont supportés respectivement par les plaques latérales 81 afin qu'ils soient tournés l'un vers l'autre. Les plaques latérales 81 et la plaque arrière 82 sont fixées perpendiculairement à la base 1. Comme l'indique la figure 3, chacun des moteurs 41 comprend une partie fixe 41 a et un boîtier cylindrique 41 b disposé coaxialement par rapport à la partie fixe 41 a. Lorsque chacun des moteurs 41 est activé, le boîtier 41 b tourne par rapport à la partie fixe 41 a Les parties fixes 41 a des moteurs 41 sont fixées aux plaques latérales respectives 81 afin qu'elles soient alignées mutuellement sur un axe de rotation 100 Chacun des bras 31 a une première partie 71 de section carrée et une seconde partie 72 en forme de tige Les premières parties 71 de deux bras 31 sont fixées aux surfaces d'extrémité interne des parties cylindriques 41 b des moteurs 41 afin qu'elles soient tournées l'une vers l'autre avec un espace prédéterminé. Les premières parties 71 de bras tournent autour de l'axe de rotation 100 des moteurs 41. Une masse d'équilibrage 41 c en forme de demi-cercle est montée sur chaque boîtier cylindrique 41 b à un emplace- ment tel que la masse 41 c d'équilibrage se déplace autour de l'axe de rotation 100 lorsque la première partie corres- pondante 71 de bras est en position verticale comme repré- senté sur la figure 1 La plaque arrière 82 a un trou 82 a afin que les boîtiers cylindriques 41 b ayant les masses d'équilibrage 41 c puissent se déplacer sans contact avec la plaque arrière 82 pendant les mouvements de pivotement des premières parties 71 de bras. La première partie 71 de chaque bras 31 est raccor- dée à une première extrémité d'une seconde partie corres- pondante de bras par un premier dispositif d'articulation, par exemple un joint à rotule 61 Chaque seconde partie de bras 72 peut pivoter tridimensionnellement par rapport à la première partie correspondante de bras 71, chaque joint à rotule 61 jouant le rôle d'un point L'autre extrémité de chaque seconde partie 72 de bras est raccordée au support 2 par des secondes articulations, par exemple un joint à rotule 51 Dans cette configuration, chaque seconde partie 72 de bras peut pivoter tridimensionnellement par rapport au support 2, chaque joint à rotule 51 jouant le rôle d'un point. Chacun des joints à rotule 51 comporte une première partie 91 de joint ayant une rotule 9 la et un boulon 91 b, et une seconde partie de joint 90 ayant un logement 90 a et un organe de support 90 b Les parties d'extrémité infé- rieure des deux bras 31 sont représentées sur la figure 5. Le boulon 91 b de chaque première partie de joint 91 est fixé au support 2 alors que l'organe 90 b de support de chaque seconde partie de joint 90 est fixé à la seconde partie correspondante 72 de bras Chaque logement 90 a a un trou dirigé vers le boulon correspondant 91 b afin que la distance comprise entre le centre de la rotule 91 a et la surface 90 a' tournée vers le support 2 soit égale à une distance prédéterminée y La distance y est avantageusement nulle afin que la plage de déplacement des joints à rotule 51 soit agrandie Cependant, si la distance y est trop faible, les rotules 91 a ont tendance à sortir des logements a En conséquence, compte tenu des erreurs d'usinage, il est préférable que la distance y soit comprise entre 0,5 et 1 mm En outre, les extrémités inférieures des deux bras 31, c'est-à-dire des deux secondes parties 90 d'articula- tion des joints à rotule 51, sont raccordées par un dispo- sitif élastique tel qu'un ressort 93 a, si bien que le contact entre la première partie 91 et la seconde partie 90 est toujours maintenu Les joints à rotule 61 formés entre les premières parties 71 et les secondes parties 72 de bras ont la même structure que les joints à rotule 51 Les extrémités des paires de secondes parties de bras 72, c'est-à-dire les deux secondes parties 90 de joint à rotule 61, sont aussi raccordées par un ressort 93 b comme indiqué sur la figure 3. Lorsqu'un organe de commande (non représenté) transmet des signaux de commande aux six moteurs 41 respectivement, les six premières parties de bras 71 supportées par le moteur 41 pivotent autour de l'axe respectif de rotation 100 Les mouvements de pivotement des six premières parties de bras 71 sont combinés afin que les secondes parties de bras 72 raccordées aux extrémités des premières parties de bras 71 puissent pivoter tridimension- nellement En conséquence, le positionnement du support 2 est assuré par trois bras 31, chacun de ces bras étant l'un des bras 31 qui sont supportés par chaque support 11 Les trois autres bras déterminent l'attitude du support 2 De cette manière, le robot parallèle selon l'invention commande le support 2 avec six degrés de liberté, c'est-à- dire en position et en attitude, grâce au déplacement des bras 31. Comme décrit précédemment, dans le robot parallèle selon l'invention, chaque bras 31 comporte une première partie 71 et une seconde partie 72 La première partie 71 et la seconde partie 72 de chaque bras 31 sont raccordées l'une à l'autre par un premier dispositif d'articulation, par exemple un joint à rotule 61 Ainsi, le déplacement avec six degrés de liberté est obtenu avec un plus petit nombre d'éléments que dans le robot parallèle classique, si bien qu'il est possible de réduire le poids du robot parallèle et de déplacer les bras à une plus grande vitesse Les extrémités des secondes parties de bras 72 sont raccordées au support 2 et à la première partie correspondante de bras 71 par le dispositif d'articulation, par exemple les joints à rotule 51 et 61 respectivement En conséquence, la déformation des secondes parties de bras 72 dues au moment de flexion agissant sur elles est empêchée car elle pourrait donner autrement des jeux. Deux moteurs 41 sont fixés aux plaques latérales 81 de chaque support 11, afin que les moteurs soient tournés l'un vers l'autre Chacun des moteurs 41 supporte direc- tement la première partie de bras 71 à son extrémité interne Grâce à cette construction, un espace d formé entre deux bras 31 peut être réduit comme indiqué sur la figure 4 si bien que le support 2 peut avoir une dimension réduite En conséquence, il est possible de réduire l'en- combrement du robot parallèle et d'augmenter ses perfor- mances cinétiques En outre, comme les moteurs 41 sont exposés lorsque le couvercle protecteur 80 est retiré, la maintenance des moteurs 41 peut être réalisée facilement. De plus, comme la masse d'équilibrage 41 c en forme de demi-cercle est montée sur chaque moteur 41, la charge déséquilibrée qui agit sur chaque moteur 41 du fait de l'existence du support 2 et du bras correspondant 31, est compensée En conséquence, il est possible de déplacer progressivement les bras 31 De plus, ce mécanisme de compensation de la charge de déséquilibre nécessite un espace réduit. En outre, au niveau de chaque joint à rotule 51, la distance y comprise entre le centre de la rotule 91 a et la surface 90 a' tournée vers le support 2 est réglée à une valeur presque nulle En conséquence, la région de travail des bras 31 peut être augmentée Comme les joints à rotule 51 d'une paire de bras 31 sont aussi raccordés par un ressort 93, le ressort 93 empêche la séparation des rotules 91 a des joints à rotule 51 des logements 90 a même lorsque le déplacement des bras recouvre une grande zone. Par ailleurs, si la distance y est trop grande pour le maintien de la rotule 91 a dans chaque joint à rotule 51 et 61, les ressorts 93 a et 93 b peuvent être supprimés En outre, bien que les joints à rotule soient utilisés comme premier et second dispositif d'articulation, des joints universels peuvent être utilisés à la place des joints à rotule 51 et 61 Dans ce cas, les ressorts 93 a et 93 b peuvent être supprimés. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux robots parallèles qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Robot parallèle, comprenant une base ( 1), trois ensembles de bras disposés sur la base avec un espacement prédéterminé afin qu'ils entourent le centre de la base, et un support ( 2) raccordé aux trois ensembles de bras pour le support d'un organe d'actionnement d'extrémité, caractérisé en ce que chacun des ensembles de bras comporte une paire de moteurs ( 41) montés sur la base afin qu'ils soient tournés l'un vers l'autre avec un espace prédéterminé, une paire de premières parties ( 71) de bras suppor- tées par la paire de moteurs afin qu'ils puissent pivoter, et une paire de seconde parties ( 72) de bras, des premières extrémités des secondes parties de bras étant raccordées aux premières parties de bras par des premières articulations ( 61) et les autres extrémités des secondes parties de bras étant raccordées au support ( 2) par des secondes articulations ( 51). 2 Robot parallèle selon la revendication 1, carac- térisé en ce que chacun des moteurs ( 41) possède une partie fixe et une partie cylindrique disposée coaxialement à la partie fixe afin qu'elle tourne autour de la partie fixe, et la partie fixe de chaque moteur est fixée à la base ( 1) et chacune des premières parties ( 71) de bras est fixée à la partie cylindrique d'un moteur. 3 Robot parallèle selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'une masse d'équilibrage ( 41 c) en forme de demi-cercle est montée sur la partie cylindrique de chaque moteur. 4 Robot parallèle selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les premières articulations ou les secondes articulations au moins sont sous forme de joints à rotule, chaque joint à rotule ayant une partie de rotule et une partie de logement recouvrant la partie de rotule. Robot parallèle selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la partie de logement de chaque joint à rotule ( 51, 61) recouvre la moitié de la partie de rotule, et les joints à rotule ( 51, 61) sont montés dans chaque ensemble de bras sous forme de la première articulation ou de la seconde articulation au moins de manière que le contact entre les parties de logement et les parties de rotule soit maintenu par un dispositif élastique placé entre les deux secondes parties de bras.