Brevet FR2699443A1 — publié le 19940624

STRUCTURE MODULAIRE POUR APPAREILS MANIPULATEURS, PROJETEURS ET SIMILAIRES L'invention se rattache aux secteurs techniques des équipements, matériels, habitacles, constructions pour réceptionner des automatismes servant au guidage, à l'entraînement et déplacement selon un ou plusieurs axes, d'appareils du type manipulateurs ou autres, pouvant exercer des fonctions de préhension, de projection de tous fluides liquides ou gazeux, en vue de différentes applications. Selon l'art antérieur, lesdits automatismes sont introduits dans des carters de protection ou bâtis agencés avec des éléments support des parties et composants d'automatismes pour assurer les différentes fonctions précitées. Cela entraîne des montages complexes et coûteux, qui ne permettent pas une standardisation de réalisation. Le demandeur est titulaire et exploite, dans des applications totalement différentes, des modules linéaires de guidage en particulier utilisables dans le domaine de la machine-outil. Ces modules linéaires de guidage sont obtenus à partir de profilés aluminium extrudés aux caractéristiques très particulières, et qui font notamment l'objet de plusieurs demandes de brevets tels que EP n0 448.484, EP n0 448.485, EP n0 911420093.6, EP n0 92/420928.4, EP n0 91/420094.4, FR n0 91/14924.Ces modules linéaires de guidage sont agencés intérieurement avec des profils autorisant le déplacement à étanchéité de chariots ayant une partie guidée à déplacement à l'intérieur du module considéré et une partie débordante pouvant être accouplée à tous moyens extérieurs telle que semelle de fixation pour coopérer avec tous organes appropriés. Une motorisation adaptée autorise le déplacement du traînard dans un mouvement de va-et-vient. Les modules linéaires de guidage ainsi décrits peuvent être agencés avec une ou plusieurs rainures intérieures autorisant simultanément ou indépendamment le déplacement d'un ou de plusieurs chariots associés à un ou des moyens extérieurs. Ce type de module linéaire de guidage présente une grande fiabilité dans sa conception et son fonctionnement. Dans le cadre d'b ces recherches générales, en rapport avec les automatismes, manipulateurs, robots en tous genres, avec des applications les plus diverses, la démarche du demandeur a été d'examiner les possibilités d'utilisation des modules linéaires conçus précédemment, en vue de constituer des structures modulaires d'accueil pouvant être utilisables pour assurer le pFositionnement et le déplacement d'automatismes, manipulateurs ou autres, selon les trois axes (XX - YY - ZZ). A cet effet, le demandeur a ainsi mis au point une nouvelle conception de structure d'accueil et de réception d'appareils manipulateurs, robots, projeteurs et similaires, pouvant mettre en oeuvre les modules linéaires, objet des brevets précités. Selon une première caractéristique de l'invention, la structure est composée par un ensemble modulaire d'une pluralité de modules linéaires de guidage, extrudés en aluminium, constituant les montants d'angle de la structure, agencés intérieurement avec une ou plusieurs cavités profilées autorisant le positionnement de guidage et le déplacement de chariots, lesdits chariots étant susceptibles de déborder partiellement desdites cavités formées, pour être associés à des moyens support constitués par un ou des modules de guidage autorisant le déplacement vertical d'un bras manipulateur, robot ou autre, ledit bras étant susceptible de déborder partiellement de ladite structure, en déplacement relatif par rapport auxdits moyens support, lesdits modules de guidage présentant extérieurement des formes ou rainures en "T" autorisant la fixation d'un carter de protection, en définissant une ouverture frontale pour le passage du bras. Selon une autre caractéristique, deux modules linéaires disposés à l'arrière sont agencés pour autoriser le déplacement et coulissement d'un dispositif d'équilibrage, en fonction du déplacement vertical de l'ensemble support-bras. Selon une autre caractéristique, la structure comprend un dispositif de contre-équilibrage de la charge créé par le bras et sa structure support inclue l'utilisation d'un contre-poids disposé à l'arrière de la structure entre les modules arrière gauche et droit, ledit contrepoids étant guidé par ses faces transversales dans les ouvertures des modules correspondants, ledit contre-poids étant maintenu et solidarisé à une courroie présentant un cheminement continu à l'intérieur de la structure. Selon une autre caractéristique, la courroie assure une première fonction de déplacement du contre-poids, une deuxième fonction d'équilibrage de la charge de la masse déplacée, en combinaison avec le moyen de guidage et de déplacement de chariot dans les modules linéaires correspondants. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative aux figures des dessins où: - la figure 1 est une vue en perspective de la structure modulaire, selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale considérée selon la ligne 2.2 de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 3.3 de la figure 2. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustré aux figures des dessins. La structure, selon l'invention, est référencée dans son ensemble par (1) et est agencée pour autoriser la réception d'automatismes, tels que manipulateurs, robots de préhension ou autres, susceptibles de se déplacer dans des plans linéaires verticaux et horizontaux. Cette structure est composée par un ensemble modulaire d'une pluralité de modules linéaires de guidage extrudés, en aluminium, tels que décrits notamment dans les brevets E.P n0 448.484, EP n0 448.485, EP n0 91/420093.6, EP n 92/420928.4, EP n0 91/420094.4, FR n0 91/14924.La structure de section carrée ou rectangulaire, de toute hauteur appropriée reçoit à chacun de ses angles, un module linéaire de guidage, disposés verticalement constituant ainsi les montants de ladite structure. Lesdits modules sont agencés sur leur face extérieure lors de leur fabrication avec des formes ou rainures en "T" ouvertes vers l'extérieur autorisant le positionnement d'éléments de fixation et de protection, et plus particulièrement de plaques, pour définir le carter extérieur de protection. La face frontale de la structure laisse apparaître une ouverture pour autoriser le passage d'un bras manipulateur. On peut utiliser 4 modules linéaires de guidage identiques les uns aux autres en positionnant judicieusement les ouvertures de passage des chariots pour assurer la tente, la fixation, l'entraînement des mécanismes associés aux manipulateurs, robots et similaires. Si ces derniers présentent une charge importante, il est alors préférable d'envisager l'utilisation d'un moyen d'équilibrage de la charge lors des mouvements et déplacements des ensembles à l'intérieur de la structure. A cet effet et de manière avantageuse, ainsi qu'illustrée aux dessins, la structure comprend 3 modules linéaires de guidage simple, c'està-dire avec une seule cavité intérieure longitudinale, autorisant le déplacement d'un chariot, et un module linéaire de guidage double présentant deux cavités intérieures, longitudinales, adjacentes, l'une au moins autorisant le déplacement d'un chariot. Ces cavités ou rainures ont été décrites dans les brevets précités et elles autorisent le guidage et le déplacement des chariots, sans qu'il soit nécessaire de redécrire très précisément leurs caractéristiques de montage propres. Il y a lieu de se référer aux textes des brevets pour que l'homme de métier puisse intégrer sans difficulté ces mécanismes dans les modules, y compris avec leur dispositif d'étanchéité propre. En considérant que la partie avant de la structure est celle de sortie du bras (2) manipulateur, robot, ou autre, on a ainsi référencé par (3) le module avant gauche qui est un module simple, par (4) le module avant droit qui est un module simple, par (5) le module arrière gauche qui est un module double, et par (6) le module arrière droit qui est un module simple. La position des modules et de leur zone d'ouverture (3.1 - 4.1 - 5.1 - 5.2 - 6.1) de la structure est la suivante. Le module avant gauche présente son ouverture (3.1) dans le plan de la paroi de la structure. Le module avant droit présente son ouverture (4.1) dans le plan de la paroi de la structure. Le module arrière gauche présente ses ouvertures+,(5.1 - 5.2) vers l'intérieur de la structure. Le module arrière droit présente son ouverture (6.1) en regard des ouvertures (5.1 - 5.2) formées sur le module arrière gauche et en particulier dans l'alignement de la seconde ouverture (5.2) située en extrémité d'angle de la structure. Le bras manipulateur ou similaire référencé dans son ensemble par (2), venant partiellement à l'intérieur de la structure, est en débordement de celle-ci, et est fixé sur une base (7) ou semelle définie elle-même par un module de guidage d'une conception similaire aux autres modules précités. Cette base est elle-même fixée par tous moyens appropriés aux chariots (8) déplaçables dans le module avant gauche (3) et dans la première ouverture (5.1) du module arrière gauche (5). Cette fixation est obtenue avec des équerres de liaison (9) ou équivalents, permettant ainsi, à l'aide d'un bloc moteur (10), de faire déplacer ladite base et le bras associé à la verticale, dans la structure, le long des modules linéaires précités. Le bras, pris dans son concept général, a lui-même la capacité de se déplacer, par rapport à sa base support (7), selon une course délimitée par la longueur de la base. Le bras lui-même peut être composé d'éléments télescopiques, non illustrés aux dessins, permettant un développement de sa longueur. L'extrémité (2.1) du bras est agencée, de toutes manières appropriées, selon les applications souhaitées, soit avec une tête orientable avec des pinces de préhension, soit avec une buse de projection de tous fluides liquides ou gazeux, soit pour recevoir tous moyens, outils ou autres, en fonction des applications considérées. La liaison du bras sur la base est réalisée à l'aide de moyens d'accouplement (11) permettant une mobilité du bras par rapport à la base.Il peut être, par exemple, prévu un entraînement par courroie (11.1) intégrée dans la base support avec galets de guidage et de renvoi disposés aux extrémités intérieures de ladite base, corame indiqué par exemple dans les différents brevets précités. La courroie (11.1) est solidarisée au chariot dont la partie débordante formant semelle, permet la fixation du bras. Un groupe moteur (12) permet la mise en mouvement du bras par rapport à sa base, et a été représenté de manière schématique aux dessins. Selon les applications, le bras peut recevoir intérieurement un arbre guidé de toutes manières appropriées, cet arbre recevant à son extrémité débordante du bras des griffes et moyens de préhension pouvant être mis en rotation, en vue de saisir tous produits, pièces souhaités. La mise en mouvement est obtenue à l'aide d'un groupe moteur (13). L'entraînement s'effectue à l'aide de courroies de transmission (14). Pour assurer le contrôle, en vue de déterminer les positions à atteindre, l'un au moins des modules de guidage linéaires reçoit intérieurement une règle de mesure (15) disposée fixement dans la rainure correspondante du module. Le chariot disposé dans le module reçoit un moyen de détection (16) ou de lecture pouvant être magnétique par exemple et étant associé par tous moyens de commandes appropriés en vue de définir les courses de déplacement du chariot par rapport à la règle de référence. Selon les charges qui sont à déplacer dans la structure résultant essentiellement du bras (2) et de sa base support, il peut être avantageux d'assurer un équilibre des charges.A cet effet, le module avant droit (4) peut être également agencé avec un chariot de guidage dont la partie débordante extérieurement est associée à un moyen support de liaison avec la base (7) pour autoriser ainsi une répartition de la charge de la masse déplacée. Dans ce cas là, la base support du bras est positionnée dans un plan horizontal et les moyens de liaison, avec les chariots de dé##acement, sont positionnés pour être fixés sous la face inférieure de ladite base. Le bras manipulateur est alors disposé sur la face de dessus de la base. Dans cette mise en oeuvre, pour assurer la synchronisation de déplacement des chariots dans les modules linéaires de guidage avant droit et gauche, il est prévu, dans la partie inférieure des deux modules considérés, un arbre de transmission (17) susceptible d'accoupler les différents galets disposés à la partie inférieure des modules de guidage pour assurer un entraînement commun en déplacement. Le bloc moteur (10) reçoit alors une courroie (18) s'ajustant sur l'arbre de transmission précité pour assurer la commande en rotation de l'arbre et le déplacement des deux chariots. Selon une autre caractéristique importante, on utilise un dispositif de contre-équilibrage de la charge créée par le bras et sa structure support correspondante. Ce dispositif inclut l'utilisation d'un contrepoids (20) constitué par exemple par un bloc parallélépipèdique disposé à l'arrière de la structure entre les modules arrières gauche et droite de celle-ci. Ledit contre-poids présente sur ses faces transversales (20.1) des moyens profilés susceptibles de s'engager et être guidés dans les ouvertures (5.2 - 6.1) des modules correspondant pour permettre une bonne tenue de guidage du contre-poids. Ce contre-poids est maintenu et attaché par une courroie (21) disposée préférentiellement dans la partie médiane, longitudinale, de la structure.Cette courroie est conformée et dimensionnée pour entourer des galets de renvoi (22) disposés aux extrémités supérieures et inférieures des 4 angles de la structure, lesdits galets étant montés libres en rotation autour d'axes (24) dont les extrémités sont engagées dans le corps des modules de guidage précités. L'arbre ae transmission (17) peut servir, le cas échéant, de support de l'un des galets de renvoi (22) de la courroie. La courroie présente ainsi un cheminement continu à l'intérieur de la structure . La largeur de la courroie est avantageusement établie pour s'adapter à l'ouverture avant de la structure modulaire d'accueil autorisant le passage et la sortie du bras manipulateur. Ladite courroie ainsi que le bras manipulateur sont positionnés centrés dans la structure modulaire d'accueil. Pour éviter tous contacts entre la courroie et le bras, selon une caractéristique avantageuse, la courroie (21) est réalisée sous forme de deux brins (21.1 - 21.2) de longueur égale ou différente, en fonction des contraintes dimensionnelles de la structure. La fixation des deux brins, par leurs extrémités (21.3 - 21.4) d'une part, et (21.5 - 21.6) d'autre part, est telle que chaque brin à une extrémité (21.3 - 21.5) fixée au contre-poids et une autre extrémité (21.4 - 21.6) fixée à la base support (7) du bras (2).Pour permettre une verticalité de la courroie par rapport au bras, la base support présente, de part et d'autre du bras, des plaques (23a - 23b) profilées, disposées en déport, pour venir sensiblement au-dessus et sensiblement au -dessous des faces correspondantes du bras (2). Lesdites plaques sont solidarisées fixement, de toutes manières appropriées, à la base. Ces plaques reçoivent à fixation les extrémités (21.4 - 21.6) de la courroie. Il peut être en outre prévu de disposer dans l'espace formé entre les plaques (23a - 23b) et les faces en regard du bras, des balais (24) susceptibles de former étanchéité avec les parois en regard du bras, tout en autorisant le déplacement de celui-ci.Dans cette réalisation particulièrement avantageuse, on conçoit ainsi, outre la fonction de déplacement du contre-poids, la courroie assure une autre fonction qui est celle d'un équilibrage de la charge de la masse résultant du bras et de la base support. Cet ensemble est ainsi guidé et translaté à la fois par les chariots disposés dans les modules linéaires de guidage avec les courroies d'entraînement correspondantes, d'un côté, et de l'autre, par la fixation de la courroie à la base support. La structure modulaire d'accueil, selon l'invention, est particulièrement avantageuse, en ce qu'elle permet d'utiliser, à partir de modules linéaires de guidage, un ensemble de mécanismes, automatismes, qui sont parfaitement guidés, protégés, et d'un montage rapide. En fonction de la nature et de l'importance des charges à déplacer dans un plan vertical, on peut utiliser, en combinaison des modules linéaires de guidage simples ou doubles, c'est-à-dire à une ou à plusieurs rainures de guidage intérieures. La charge à translater verticalement est donc maintenue en un ou plusieurs points selon les besoins et exigences de sécurité. En outre, les modules linéaires de guidage sont agencés pour permettre le passage des différents cables électriques de commandes, fin de course, butées, et tous moyens nécessaires au fonctionnement des automatismes. Les faces extérieures des modules permettent l'adaptation de capots sous forme de plaques qui peuvent être facilement enlevées pour procéder à l'entretien, réparation ou modification des composants, et changement du bras, le cas échéant. Les faces supérieures et inférieures sont également susceptibles de recevoir des capots de protection pouvant être fixés aux rainurages extérieurs des modules. En fonction des domaines d'application et d'utilisation de cette structure modulaire d'accueil, celle-ci garantit toute protection et étanchéité à l'environnement extérieur. Cette structure d'accueil permet le déplacement de bras, manipulateurs ou appareils de projection de fluides, liquides ou gazeux. REVENDICATIONS 1 - Structure pour appareils manipulateurs, robots, projeteurs et similaires, agencée pour autoriser la réception d'automatismes et assurer leur déplacement dans des plans linéaires verticaux et horizontaux, caractérisée en ce qu'elle est composée par un ensemble modulaire d'une pluralité de modules (3 - 4 - 5 - 6) linéaires de guidage, extrudés en aluminium, constituant les montants d'angle de la structure, agencés intérieurement avec une ou plusieurs cavités profilées autorisant le positionnement de guidage et le déplacement de chariots, lesdits chariots étant susceptibles de déborder partiellement desdites cavités formées, pour être associés à des moyens support (7) constitués par un ou des modules de guidage autorisant le déplacement vertical d'un bras (2) manipulateur, robot ou autre, ledit bras (2) étant susceptible de déborder partiellement de ladite structure, en déplacement relatif par rapport auxdits moyens support (7), lesdits modules de guidage présentant extérieurement des formes ou rainures en "T" autorisant la fixation d'un carter de protection, en définissant une ouverture frontale pour le passage du bras (2). 2 - Structure selon la revendication 1 caractérisée en ce que deux modules linéaires disposés à l'arrière sont agencés pour autoriser le déplacement et coulissement d'un dispositif d'équilibrage, en fonction du déplacement vertical de l'ensemble support (7)-bras (2). 3 - Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend trois modules (3 - 4 - 6) linéaires de guidage simple, avec une cavité intérieure longitudinale autorisant le déplacement d'un chariot et un module linéaire (5) de guidage double, présentant deux cavités intérieures longitudinales, adjacentes, l'une autorisant le déplacement d'un chariot, l'autre le déplacement d'une charge d'équilibrage. 4 - Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que le module avant gauche (3) présente son ouverture (3.1) dans le plan Ide la paroi de la structure, le module avant droit (4) présente son ouverture (4.1) dans le plan de la paroi de la structure, le module arrière gauche présente ses ouvertures (5.1 - 5.2) vers l'intérieur de la structure, le module arrière droit présente son otivrerture (6.1) en regard des ouvertures (5.1 - 5.2), et en particulier dans l'alignement de la seconde ouverture (5.2). 5 - Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que le bras (2) est fixé sur une base support (7) définie et constituée par un module de guidage de type précité, ladite base (7) étant associée et fixée par des moyens (9) aux chariots (8) déplaçables dans le module avant gauche (3) et dans la première ouverture du module arrière gauche (5), lesdits chariots étant commandés en déplacement par un groupe moteur (10), et en ce que le bras (2) coopère par des moyens d'accouplement (11) avec la base support (7) en autorisant son déplacement limité et contrôlé, à l'aide de moyens d'entraînement disposés dans ledit bras et d'un bloc moteur (12) approprié. 6 - Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bras (2) reçoit intérieurement un arbre convenablement guidé et présentant, à son extrémité débordante, des griffes, moyens de préhension, buse de projection pouvant être mise en rotation à l'aide d'un bloc moteur (13) associé à une courroie d'entraînement (14). 7 - Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'un au moins des modules de guidage linéaires reçoit intérieurement une règle de mesure (15) disposée fixement dans la rainure correspondante du module, le chariot disposé dans ledit module recevant un moyen de détection (16) ou de lecture pour définir les courses de déplacement du chariot par rapport à la règle de référence. 8 - Structure selon les revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le module avant (4) reçoit un chariot de guidage dont la partie débordante exterieure est associée à un moyen de liaison avec la base (7), et en ce que en vue du déplacement synchronisé des chariots dans les modules linéaires de guidage avant droit et gauche, est disposé dans leur partie inférieure un arbre de transmission (17) susceptible d'accoupler les différents moyens de déplacement des chariots, le bloc moteur (h 0) assurant la commande en déplacement de l'ensemble. 9 - Structure selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le dispositif de contre-équilibrage de la charge créé par le bras (2) et sa structure support (7) inclue l'utilisation d'un contre-poids (20) disposé à l'arrière de la structure entre les modules arrière gauche et droit, ledit contre-poids étant guidé par ses faces transversales dans les ouvertures (5.2 - 6.1) des modules correspondants, ledit contre-poids étant maintenu et solidarisé à une courroie (21) présentant un cheminement continu à l'intérieur de la structure. 10 - Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce que la courroie (.21) est conformée et dimensionnée pour entourer des galets de renvoi (22) disposés aux extrémités supérieures et inférieures des angles de la structure, lesdits galets étant montés libres en rotation autour d'axes (24) dont les extrémités sont engagées dans le corps des modules de guidage. 11 - Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que la courroie est établie sous forme de deux brins (21.1 - 21.2), dont la fixation est établie par leurs extrémités (21.3 - 21.4) d'une part, et (21.5 - 21.6) d'autre part, pour s'accoupler respectivement au contrepoids (20) et à des plaques de liaison (23a - 23b) associées à la base support (7), lesdites plaques étant disposéeslde part et d'autre du bras (2) pourtiassurer un défilement vertical de la courroie. 12 - Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que les plaques (23a - 23b) sont disposées et fixées à la base support (7) en déport, lesdites plaques recevant en outre des balais (24) formant étanchéité avec les parois en regard du bras. 13 - Structure selon les revendications 11 et 12, caractérisée en ce que la courroie assure une première fonction de déplacement du contre-poids (20), une deuxième fonction d'équilibrage de la charge de la masse déplacée, en combinaison avec le moyen de guidage et de déplacement de chariot dans les modules linéaires correspondants. 14 - Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce que la courroie assure une troisième fonction d'étanchéité par rapport à l'ouverture frontale formée sur la structure pour autoriser le déplacement et débordement du bras. 15 - Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que le galet de renvoi (22), dans la partie avant basse de la structure, est associé à l'arbre de transmission (17) 16 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle combine l'utilisation de plusieurs modules de guidage simple ou double, dans les parties d'angle de la structure, en fonction des automatismes et charges à déplacer.