Brevet FR2706341A1 — publié le 19941223

" MANIPULATEUR MECANIQUE GRANDE CADENCE A COMMANDE PAR CAMES" La présente invention concerne un manipulateur mécanique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la distribution à grande cadence d'objets de faible masse, notamment en matière plastique. Il existe actuellement de nombreuses machines spéciales construites sur la base de plateaux tournants, principalement pneumatiques, dont la cadence moyenne ne dépasse pas 2000 cycles par heure. Cependant, depuis quelques années, ces plateaux sont peu à peu remplacés par des indexeurs mécaniques commandés par cames et moteurs, qui permettent d'atteindre des cadences de 5000 à 6000 cycles par heure, voire plus. Le développement de ces indexeurs a fait apparaître un nouveau besoin: celui du remplacement des manipulateurs pneumatiques connus par de nouveaux manipulateurs capables d'accepter ces nouvelles cadences. Aujourd'hui, des manipulateurs mécaniques à cames répondent déjà à ce besoin dans l'industrie automobile par exemple, mais ils sont conçus pour le déplacement de charges relativement lourdes, et cette technologie de la commande par cames conduit très souvent à des produits très encombrants dès que les courses de déplacement deviennent importantes. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un manipulateur mécanique à cadence élevée, qui permettrait sous un encombrement réduit de distribuer sur de grandes courses des pièces, principalement en matière plastique, de faible masse, de l'ordre de 3 ou 4 kg. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit manipulateur mécanique comprend une came entraînée par un arbre de rotation et portant, d'une part, sur une première face, une première piste définissant le mouvement d'un premier levier de commande autour d'un premier axe de rotation, par l'intermédiaire d'un premier galet engagé dans ladite première piste, ledit premier levier de commande entraînant en rotation autour dudit premier axe de rotation un premier bras amplificateur destiné à induire un mouvement de translation alternatif horizontal avant/arrière à une plaque-support verticale portant au moins un organe de préhension du manipulateur, et, d'autre part, sur une deuxième face, une deuxième piste définissant le mouvement d'un deuxième levier de commande autour d'un deuxième axe de rotation, par l'intermédiaire d'un deuxième galet engagé dans ladite deuxième piste, ledit deuxième levier de commande entraînant en rotation autour dudit deuxième axe de.rotation un deuxième bras amplificateur destiné à induire un mouvement de translation alternatif vertical de montée/ descente à ladite plaque-support verticale du manipulateur, ladite plaque-support portant en outre, d'une part, un premier profilé en U présentant une rainure verticale dans laquelle coulisse un galet d'entraînement horizontal de la plaque-support, disposé à une extrémité du premier bras amplificateur, et, d'autre part, un deuxième profilé en U présentant une rainure sensiblement horizontale dans laquelle coulisse un galet d'entraînement vertical de la plaque-support, disposé à une extrémité du deuxième bras amplificateur. Ainsi, avec l'utilisation d'un système de bras amplificateurs de courses, il est possible d'obtenir un manipulateur mécanique de faible encombrement, à grande cadence et présentant des courses importantes aussi bien pour le mouvement horizontal que pour le mouvement vertical. De manière à permettre le réglage de la course dans le sens du mouvement de translation horizontal avant/arrière, il est prévu, selon l'invention, que le premier bras amplificateur comporte des moyens de réglage de la position dudit galet d'entraînement horizontal le long de la rainure verticale dudit premier profilé en U. On verra plus loin que cette disposition présente l'avantage supplémentaire de ne pas changer l'origine du mouvement d'arrière en avant du manipulateur mécanique conforme à l'invention. De même, un réglage de la course dans le sens du mouvement de translation vertical de montée/descente est rendu possible du fait que le manipulateur mécanique, objet de l'invention, comporte des moyens d'inclinaison autour de l'horizontale de la rainure du deuxième profilé en U. Ces moyens d'inclinaison sont conçus afin de ne pas changer l'origine du mouvement vertical de montée/descente lorsque la plaque-support est dans une position avant/arrière limite, notamment pour la phase de prise des objets à manipuler. En outre, l'invention prévoit que le deuxième levier de commande et le deuxième bras amplificateur sont reliés par un dispositif de sécurité autorisant un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre autour dudit deuxième axe de rotation lorsque le mouvement de translation vertical de descente de l'organe de préhension est empêché, notamment si un obstacle s'est accidentellement interposé entre l'organe de préhension et le plateau tournant. On évite ainsi de détériorer le deuxième levier de commande et la deuxième piste de la came. Enfin, des moyens assurant le chargement frontal des objets, ou un chargement et un déchargement simultanés, seront également exposés dans la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue de face du manipulateur mécanique, objet de l'invention. La figure 2 est une coupe selon la ligne A-A de la vue de face de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus correspondant à la vue de face de la figure 1. La figure 4 est une vue en perspective montrant la plaque-support et les systèmes de profilés en U du manipulateur mécanique des figures 1 à 3. La figure 5 est une vue de face de la plaque-support de la figure 4. La figure 6 est une vue de côté correspondant à la vue de face de la figure 5. La figure 7 est une vue en perspective de la plaque avant et de la plaque-support du manipulateur mécanique de l'invention. La figure 8 est une vue en perspective d'un organe de préhension à chargement frontail. La figure 9 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un manipulateur comportant un bras à deux organes de préhension. La figure 10 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un manipulateur comportant un bras à deux organes de préhension. Les figures 1,2 et 3 montrent respectivement une vue de face, une coupe et une vue de dessus d'un manipulateur mécanique comprenant, dans un boiter 10, une came 20 cylindrique portant, sur une première face 21, une première piste 31 définissant le mouvement d'un premier levier 51 de commande autour d'un premier axe D1 de rotation par l'intermédiaire d'un premier galet 61 engagé dans ladite première piste 31. De même, la came 20 porte, sur une deuxième face 22, une deuxième piste 32 définissant le mouvement d'un deuxième levier 52 de commande autour d'un deuxième axe D2 de rotation par l'intermédiaire d'un deuxième galet 62 engagé dans ladite deuxième piste 32. L'ensemble de la came 20 et des leviers 51,52 de commande se trouve enfermé dans le boîtier 10 à l'intérieur d'un bain d'huile rendant ainsi le manipulateur mécanique des figures 1,2 et 3 très fiable. A l'extérieur du boîtier 10, un premier bras amplificateur 71 est entraîné en rotation autour dudit premier axe D1 par le premier levier 51 de commande. De la même manière, un deuxième bras amplificateur 72, situé du même côté du boîtier 10 que le premier bras 71, est entraîné en rotation autour dudit deuxième axe D2 par le deuxième levier 52 de commande. Dans le mode de réalisation représenté sur l'ensemble des figures, un organe 80,80' de préhension, tel qu'une ventouse par exemple, destiné à saisir les pièces à distribuer, est porté par une plaque-support 90 verticale sur laquelle sont fixés un premier profilé 91 en U présentant une rainure verticale 101, et un deuxième profilé 92 en U présentant une rainure 102 sensiblement horizontale. Dans la rainure verticale 101 coulisse un galet 111 d'entraînement horizontal de la plaque-support 90, disposé à l'extremité du premier bras amplificateur 71 de manière à induire un mouvement de translation alternatif horizontal avant/arrière à la plaque support 90 du manipulateur. Simultanément, dans la rainure sensiblement horizontale 102 coulisse un galet 112 d'entraînement vertical de la plaque-support 90, disposé à une extrémité du deuxième bras amplificateur 72, de manière à induire un mouvement de translation alternatif vertical de montée/ descente à la plaque-support 90. Il convient de signaler que les mouvements conférés à la plaque-support 90 sont des mouvements alternatifs de type sinusoïdal qui permettent des vitesses élevées, d'où une cadence rapide, contrairement aux systèmes pneumatiques qui provoquent des chocs. D'autre part, les pistes 31,32 de la came 20 sont telles que les mouvements de translation horizontal et vertical sont composés, en ce sens que le mouvement de montée / descente se produit de manière substantielle après que le mouvement avant/arrière ait été effectué, et inversement. L'arbre 40 de rotation peut être entraîné soit par un moteur avec prise directe, soit par une transmission par courroie depuis la sortie d'un indexeur par exemple. On comprend ici tout l'intérêt que présente ce type de synchronisation dans la mesure où tous les mouvements de distribution d'objets et de rotation d'indexeurs sont invariablement liés quelle que soit la vitesse de fonctionnement de l'ensemble. La figure 1 fait également apparaître une caractéristique très avantageuse du manipulateur mécanique conforme à l'invention qui consiste en la possibilité de régler la course du mouvement de translation horizontal avant/arrière de la plaque-support 90 du manipulateur. A cet effet, le premier bras amplificateur 71 comporte des moyens de réglage, tels qu'un dispositif à vis 121, de la position du galet 111 d'entraînement horizontal le long de la rainure verticale 101 dudit premier profilé 91 en U. Dans sa position initiale, le bras amplificateur 71 est vertical de même que la course de réglage du galet d'entraînement horizontal qui peut passer de la position référencée 111 à la position référencée villa. On notera que ce réglage, effectué parallèlement à la rainure verticale 101 du premier profilé 91 en U, ne change pas la position d'origine de la plaque-support 90 et donc celle de l'organe de préhension. Lorsque le premier bras amplificateur a atteint sa position limite référencée 71' sur la figure 1, la position du galet d'entraînement horizontal peut varier entre les positions limites référencées 111' et lll'a. Ces deux positions extrêmes n'étant pas situées sur la même verticale, il s'ensuit une course horizontale plus ou moins longue et réglable de la plaque-support 90, solidaire du profilé 91 en U, dans la rainure 101 duquel se déplace le galet d'entraînement horizontal. On obtient ainsi un réglage de la course horizontale de l'organe 80 de préhension sans changement d'origine, dont l'amplitude peut varier de 130 à 150 mm. L'amplification de mouvement induite par le premier bras amplificateur 71 a pour inconvénient d'amplifier également les jeux de fonctionnement. C'est pourquoi, il y a avantage à neutraliser ces jeux en exerçant sur ledit premier bras amplificateur en positions limites des contraintes générées par des éléments élastiques, tels que des tampons de caoutchouc 131, 141. Il est également possible de réaliser un réglage de la course du mouvement de translation vertical de montée/descente grâce à des moyens d'inclinaison autour de l'horizontale H de la rainure 102 du deuxième profilé 92 en U. Ces moyens d'inclinaison, illustrés aux figures 1,4,5,6 et 7, sont constitués d'un axe D3 de pivotement de la rainure 102 autour de l'horizontale H, d'une lumière oblique 122 aménagée au fond de ladite rainure 102, et d'une noix 132 mobile horizontalement portant un pion 142 débouchant dans ladite lumière oblique 122. Dans le mode de réalisation représenté, la noix 132 est mobile horizontalement sous l'action d'une tige 152 de commande par vis depuis une extrémité du deuxième profilé 92 en U. Ainsi, en actionnant ladite tige 152 de commande dans un sens ou dans un autre, on déplace la noix mobile 132 dans la direction horizontale vers l'avant ou l'arrière, ce qui produit, du fait de la coopération du pion 142 et de la lumière oblique 122, le pivotement de la rainure 102 du profilé 92 en U autour de l'axe D3 et son inclinaison vers le haut ou vers le bas autour de l'horizontale H. Sous l'effet de l'inclinaison du deuxième profilé 92 en U, la plaque-support 90 subit lors du mouvement de translation horizontal avant, par exemple, un mouvement de montée ou de descente, préalable au mouvement de translation vertical de montée/ descente proprement dit, dont l'amplitude, fonction de l'inclinaison donnée, vient s'ajouter algébriquement à la course imposée par le deuxième bras amplificateur 72. Le réglage de la position verticale de la plaque-support 90 peut être de +/- 3 mm autour de la position nominale. Afin de ne pas changer l'origine du mouvement vertical de montée/descente lorsque la plaque-support 90 est dans une position avant/arrière limite, pour la prise d'objets par exemple, on prévoit que dans cette position limite l'axe D3 de pivotement coïncide avec l'axe du galet 112 d'entraînement vertical. On peut voir sur la figure 6 un système 162 de rondelles Belleville ou de ressort qui a pour fonction de plaquer, sous l'action d'une vis 172, le deuxième profilé 92 en U contre la plaque-support 90 avec un effort donné dans le but de neutraliser toutes formes de jeu sans empêcher le réglage en inclinaison. Il apparaît sur la figure 1 que le deuxième levier 52 de commande et le deuxième bras amplificateur 72 sont reliés par un dispositif de sécurité autorisant un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre autour de l'axe D2 de rotation lorsque le mouvement de translation vertical de descente de l'organe 80 de préhension est empêché, par exemple par un obstacle se trouvant accidentellement sur'le trajet dudit organe de préhension. Dans ce cas, il est absolument nécessaire de prévoir un dispositif de sécurité qui permettra d'éviter un blocage du deuxième levier. 52 de commande conduisant irrémédiablement à l'endommagement dudit deuxième levier de commande, ainsi qu'à celle de la deuxième piste 32 de la came 20 et de la liaison entre le deuxième levier de commande et le deuxième bras amplificateur. Ainsi, le mouvement relatif autorisé par ledit dispositif de sécurité permet au deuxième levier 52 de commande de continuer son mouvement même si celui du deuxième bras amplificateur 72 est bloqué. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de sécurité comprend, d'une part, une rainure 211 en V aménagée dans le deuxième levier 52 de commande, et, d'autre part, une bille 201 solidaire du deuxième bras amplificateur 72 et destinée à coopérer, en position nominale, avec ladite rainure 211 sous l'action d'un moyen élastique221, tel qu'un ressort par exemple. De cette manière, la bille 201 du deuxième bras amplificateur 72 est normalement engagée dans la rainure 211, tandis que, lorsque le mouvement dudit deuxième bras amplificateur est empêché, le deuxième levier 52 de commande poursuit son mouvement, ce qui a pour effet de dégager la bille 201 de la rainure 211. Lorsque, entraîné par le deuxième levier 52 de commande dans un mouvement vertical de montée, consécutif au mouvement de translation vertical de descente empêché, le deuxième bras amplificateur 72 effectue une rotation vers le haut autour de l'axe D2 de rotation. La totalité du poids des éléments mobiles du manipulateur, à savoir la plaque-support 90 et ses accessoires, s'applique alors sur le deuxième bras amplificateur 72, lequel reprend sa position nominale par rapport au deuxième levier 52 de commande. On a ainsi réalisé un réarmement du manipulateur par gravité. Au cas où le réarmement par gravité s'avérait inefficace, le deuxième bras amplificateur 72 pourra néanmoins être réarmé à l'aide d'une butée fixe 203 agissant contre un élément mobile verticalement du manipulateur. Dans le même temps, on peut prévoir un interrupteur 202 qui, lorsque le deuxième bras amplificateur 72 est en position empêchée, arrête le fonctionnement du manipulateur afin de pouvoir intervenir sur la machine et éliminer la cause de l'empêchement. Comme le montrent les figures 1 et 2, cet interrupteur 202 peut être commandé par un palpeur élastique 222 coopérant avec une deuxième rainure 222 en V du deuxième levier 52 de commande. Un avantage offert par le manipulateur mécanique, objet de l'invention, est qu'il permet un chargement frontal selon un axe horizontal. Plus précisément, on peut voir sur la figure 8 que, pour réaliser cette fonction, sont prévus des moyens de pivotement de l'organe 80 de préhension autour d'un axe horizontal D4 orthogonal à la direction de translation horizontale avant/arrière. Ces moyens de pivotement comprennent un galet 301 de pivotement, mobile dans une piste 302 de came aménagée dans une plaque avant 300 fixe par rapport à la plaque-support 90 lorsque celle-ci se déplace selon le mouvement de translation horizontal avant/arrière. La figure 7 montre plus en détail l'agencement relatif de la plaque-support 90 et de la plaque avant 300. La plaque avant 300 porte des rails horizontaux 310 sur lesquels coulissent des roulements 93 solidaires de la plaque- support 90. Par contre, la plaque-support 90 entraîne dans son mouvement vertical de montée/descente la plaque avant 300 qui coulisse alors le long de rails verticaux 303 fixes. Bien entendu, si lors du chargement frontal, on veut éviter que le mouvement de translation vertical de montée/descente en fin de mouvement de translation horizontal avant ne se produise, il faudra que la deuxième piste 32 de la came 20 soit dessinée en conséquence. La conception du manipulateur mécanique de l'invention permet de convertir très facilement le mouvement de translation horizontal avant/arrière de la plaque-support 90 en un mouvement de rotation droite/gauche autour d'un axe vertical D5 fixe d'un bras 81, représenté aux figures. 9 et 10, portant ,par exemple, deux organes 80,80' de préhension, ceci afin de charger et de décharger simultanément des objets à traiter sur un outillage. Selon le mode de réalisation de la figure 9, l'axe D5 de rotation vertical est solidaire de la plaque avant 300, et le bras 81 est mobile en rotation sous l'action d'une crémaillère 401 horizontale aménagée sur la plaque-support 90 et d'un secteur denté 402 solidaire de l'axe D5 et coopérant avec ladite crémaillère 401. Dans le mode de réalisation de la figure 10, le mouvement de rotation du bras 81 autour de l'axe vertical D5 est obtenu par un pion vertical 501 solidaire de la plaque-support 90 et par une lumière 502 solidaire de l'axe D5 et coopérant avec ledit pion vertical 501. Pour un fonctionnement par cycle, l'arbre 40 de rotation peut être muni d'une came de fin de course, non représentée, commandant un interrupteur du moteur d'entraînement du manipulateur. Une came destinée à actionner soit un système d'aspiration soit un système de pinces de préhension peut également être installée sur l'arbre de rotation. REVENDICATIONS 1 - Manipulateur mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend une came (20) entraînée par un arbre (40) de rotation et portant, d'une part, sur une première face (21), une première piste (31) définissant le mouvement d'un premier levier (51) de commande autour d'un premier axe (D1) de rotation, par l'intermédiaire d'un premier galet (61) engagé dans ladite première piste (31), ledit premier levier(51) de commande entraînant en rotation autour dudit premier axe (D1) un premier bras amplificateur (71) destiné à induire un mouvement de translation alternatif horizontal avant/arrière à une plaque-support (90) verticale portant au moins un organe (80,80') de préhension du manipulateur, et, d'autre part, sur une deuxième face (22), une deuxième piste (32) définissant le mouvement d'un deuxième levier (52) de commande autour d'un deuxième axe (D2) de rotation, par l'intermédiaire d'un deuxième galet (62) engagé dans ladite deuxième piste (32), ledit deuxième levier (52) de commande entraînant en rotation autour dudit deuxième axe (D2) de rotation un deuxième bras amplificateur (72) destiné à induire un mouvement de translation alternatif vertical de montée/descente à ladite plaque-support (90) verticale du manipulateur, ladite plaque-support (90) portant en outre, d'une part, un premier profilé (91) en U présentant une rainure verticale (101) dans laquelle coulisse un galet (111) d'entraînement horizontal de la plaque-support (90), disposé à une extrémité du premier bras amplificateur (71), et, d'autre part, un deuxième profilé (92) en U présentant une rainure (102) sensiblement horizontale dans laquelle coulisse un galet (112) d'entraînement vertical de la plaque-support (90), disposé à une extrémité du deuxième bras amplificateur (72). 2 - Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier bras amplificateur (71) comporte des moyens (121) de réglage de la position dudit galet (111) d'entraînement horizontal le long de la rainure verticale (101) dudit premier profilé (91) en U. 3 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'inclinaison autour de l'horizontale (H) de la rainure (102) du deuxième profilé (92) en U. 4 - Manipulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'inclinaison sont constitués d'un axe (D3) de pivotement solidaire de la plaque-support (90), d'une lumière oblique (122) aménagée au fond de la rainure (102) du deuxième profilé (92) en U, et d'une noix mobile (132) horizontalement portant un pion (142) débouchant dans ladite lumière oblique (122). 5 - Manipulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit axe (D3) de pivotement coïncide avec l'axe du galet (112) d'entraînement vertical lorsque la plaque-support (90) est dans une position avant/arrière limite. 6 - Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième levier (52) de commande et le deuxième bras amplificateur (72) sont reliés par un dispositif de sécurité autorisant un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre autour dudit deuxième axe (D2) de rotation lorsque le mouvement de translation vertical de descente de l'organe (80) de préhension est empêché. 7 - Manipulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit système de sécurité comporte un moyen de réarmement du deuxième bras amplificateur (72), apte à ramener en position nominale ledit deuxième bras amplificateur lors du mouvement de translation vertical de montée, consécutif au mouvement de translation vertical de descente empêché. 8 - Manipulateur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit système de sécurité comporte également un interrupteur (202) du fonctionnement dudit manipulateur 9 - Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de sécurité comprend, d'une part, une rainure (211) en V aménagée sur le deuxième levier de commande (52), et, d'autre part, une bille (201) solidaire du deuxième bras amplificateur (72) et destinée à coopérer, en position nominale, avec ladite rainure (211) sous l'action d'un moyen élastique (221). 10 - Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit moyen de réarmement est une butée fixe (203) agissant contre un élément mobile verticalement du manipulateur lors du mouvement de translation verticale de montée. 11 - Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, de manière à assurer un chargement frontal, ledit manipulateur comporte des moyens de pivotement de l'organe (80) de préhension autour d'un axe horizontal (D4) orthogonal à la direction de translation horizontal avant/arrière, lesdits moyens- de pivotement comprenant un galet (301) de pivotement mobile dans une piste (302) de came aménagée dans une plaque-avant (300) fixe par rapport à la plaque-support (90) dans le mouvement de translation horizontal avant/arrière. 12 - Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un bras (81) portant au moins un organe (80,80') de préhension et muni de moyens (401,402;501,502) de rotation autour d'un axe vertical (D5) fixe. 13 - Manipulateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de rotation sont constitués par une crémaillère horizontale (401) aménagée sur la plaque-support (90) du manipulateur, et par un secteur denté (402) solidaire de l'axe (D5) de rotation vertical du bras (81) et coopérant avec ladite crémaillère (401). 14 - Manipulateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de rotation sont constitués par un pion vertical (501) solidaire de la plaque-support (90) du manipulateur, et par une lumière (502) solidaire de l'axe (D5) de rotation vertical du bras (81) et coopérant avec ledit pion vertical (501).