Brevet FR2709696A1 — publié le 19950317

DISPOSITIF D'ARTICULATION POUR BRAS MANIPULATEUR L'invention concerne les bras manipulateurs utilisés en robotique ou dans des installations assurant l'observation, ou des manipulations dans des zones soumises à des conditions défavorables, dangereuses et voire même contaminantes pour l'être humain. L'état de la technique fournit de nombreuses formes de réalisation de ces bras mettant en oeuvre des éléments identiques, empilés avec ou sans élément intermédiaire, et articulés les uns par rapport aux autres de manière à pouvoir pivoter autour d'un premier axe diamétral, par rapport à l'un des éléments voisins, et par rapport à un second axe diamétral, perpendiculaire au premier, par rapport à l'autre élément voisin. Ces pivotements, provoquant le fléchissement du bras, sont commandés par des efforts d'extension ou de compression exercés sur les bords des éléments extrêmes, par des éléments longiformes, en général au nombre de quatre, traversant longitudinalement le bord des éléments par des perforations appropriées, espacées angulairement. De tels dispositifs sont décrits dans les US-A-3 284 964, US-A-3 497 083, EP-A - 0 017 016 et GB-A-2 134 483. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs d'articulation dans lesquels, comme dans le FR-A-2 638 387, les éléments sont en forme de disque ou d'anneau et portent chacun des moyens participant à leur articulation directe avec les anneaux voisins. Dans ce type de dispositif, chaque articulation est composée de deux paliers et d'un axe, ce qui présente de nombreux inconvénients, au niveau des coûts de fabrication et de montage, au niveau des jeux fonctionnels qui, multipliés par le nombre d'articulations, conduisent à des imprécisions de positionnement du bras, et au niveau de l'encombrement général et du poids du bras. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif d'articulation du type précité, peu onéreux à fabriquer et à assembler, d'encombrement et de poids réduits, réduisant les jeux fonctionnels et conduisant à un positionnement précis de l'extrémité active du bras manipulateur. A cet effet, dans le dispositif selon l'invention, les moyens d'articulation de chaque anneau comprennent, d'un côté de cet anneau, deux rainures radiales de section transversale en V, ménagées dans deux zones diamétralement opposées et, de l'autre côté du même anneau, deux tenons qui, saillant longitudinalement de deux zones diamétralement opposées mais décalées de 900 par rapport à celles des rainures, présentent en section transversale une forme en V, d'angle au sommet plus faible que celui des rainures dans lesquelles ces tenons s'engagent. Dans ce dispositif, lorsque les anneaux sont empilés les uns contre les autres par les efforts qui leur sont communiqués par les éléments extrêmes et par les éléments longiformes, leur contact s'effectue exclusivement par l'engagement des tenons en V dans les rainures en V, c'est-à-dire à la façon des couteaux d'une balance. Cet agencement simple permet de compenser automatiquement les jeux dus à l'usure et aux tolérances de fabrication, tout en donnant à chaque articulation une liberté de pivotement qui est déterminée par la différence entre les angles au sommet respectivement des tenons et des nervures. Dans une forme d'exécution de l'invention et pour limiter encore l'encombrement général du bras en réduisant la saillie des tenons, les tenons font saillie d'une face plane diamétrale tandis que la face de laquelle débouchent les rainures comporte deux faces latérales planes inclinées par rapport au plan diamétral de l'anneau et formant des dégagements tolérant le pivotement des anneaux entre eux. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution du dispositif d'articulation selon l'invention. Figure 1 est une vue de face en élévation d'une forme d'exécution de cet anneau Figures 2 et 3 en sont des vues en coupe suivant respectivement II-II et III-III de figure 1 ; et Figure 4 est une vue similaire à la figure 3 mais montrant l'anneau lorsqu'il est empilé avec plusieurs de ses semblables. Comme décrit précédemment, cette articulation est composée de plusieurs anneaux identiques désignés par la référence générale 2, empilés les uns contre les autres entre des éléments extrêmes non représentés. Chaque anneau, qui est réalisé en métal ou autre, usiné ou moulé, comporte, débouchant de l'une de ses faces et en l'occurrence de sa face diamétrale 3a, deux rainures radiales 4 qui, comme le montre la figure 2, ont chacune en section transversale une section en V. Ces deux rainures sont diamétralement opposées de part et d'autre de l'anneau 2 et, dans la forme d'exécution représentée, ont un angle au sommet a ayant une valeur de l'ordre de 90". Chaque anneau 2 comporte, en saillie de son autre face 3b, deux tenons longitudinaux 5. La figure 2 montre que ces tenons sont diamétralement opposés de part et d'autre de l'anneau tandis que la figure 3 montre que chacun d'eux présente en section transversale la forme d'un V à bords arrondis 5a. L'angle au sommet B du V est inférieur à celui des rainures 4 et par exemple a une valeur de 600. Enfin, ces tenons sont alignés sur un axe qui est décalé de 90" par rapport à l'axe d'alignement des rainures 4, comme le montre la figure 1. Avantageusement et pour réduire encore l'encombrement de l'articulation notamment en réduisant la saillie du tenon 5 sans pour autant réduire les possibilités de pivotement relatif des anneaux, la face 3b de laquelle font saillie les tenons 5 est plane et diamétrale tandis que la face diamétrale 3a de laquelle débouchent les rainures 4 est bordée latéralement par deux faces 3c qui sont inclinées par rapport au plan diamétral de la pièce et qui s'éloignent en direction de la face 3b en partant de la face 3a du même anneau. Les figures 1 à 3 montrent que les alésages longitudinaux 6 ménagés dans chaque anneau pour laisser passage aux éléments de commande de la flexion du bras, éléments constitués par des tiges flexibles ou par des liens souples 8, sont disposés de manière que leurs axes longitudinaux coïncident avec le plan médian respectivement des rainures 4 et des tenons 5. Cet agencement présente l'avantage d'éviter les couples parasites qui s'exercent sur les anneaux lorsque la commande de flexion s'effectue en actionnant deux liens diamétralement opposés respectivement en traction et en compression. Quand les anneaux selon l'invention sont empilés, comme montré à la figure 4, ils forment un dispositif d'articulation compact qui, par rapport au dispositif actuel, permet de dégager totalement la partie centrale de l'anneau, qui peut ainsi avoir un alésage 7 de grand diamètre permettant le libre passage des moyens de commande de l'organe disposé à l'extrémité active du bras manipulateur. Cette figure montre également que, grâce à leur articulation en forme de couteaux de balance, les jeux fonctionnels sont considérablement réduits par rapport à une articulation comportant deux paliers et un axe et sont sans incident sur le fonctionnement puisqu'ils se rattrapent automatiquement par la compression des éléments les uns sur les autres. Enfin, la figure 4 montre bien que les faces inclinées (3c) des anneaux (2) permettent de former entre deux anneaux voisins les dégagements (9) facilitant leur rapprochement lors de leur pivotement relatif. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'articulation pour bras manipulateur, du type composé d'anneaux identiques juxtaposés dont le bord est traversé par quatre alésages longitudinaux espacés angulairement pour le passage des éléments de commande de la flexion du bras, et dont l'articulation par rapport à deux anneaux voisins est assurée suivant deux axes diamétraux mais décalés de 900 et disposés l'un, d'un côté d'un anneau, et l'autre, de l'autre côté du même anneau, caractérisé en ce que les moyens d'articulation de chaque anneau (2) comprennent, d'un côté, deux rainures radiales (4) de section transversale en V, ménagées dans deux zones diamétralement opposées de l'anneau et, de l'autre côté du même anneau, deux tenons (5) qui, saillant longitudinalement de deux zones diamétralement opposées et décalées de 90" par rapport à celles des rainures (4), présentent en section transversale une forme en V, dont l'angle au sommet (b) est plus faible que celui (a) des rainures (4) dans lesquelles elles sont destinées à s'appuyer. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tenons (5) font saillie d'une face plane diamétrale (3b) tandis que la face (3a) de laquelle débouchent les rainures (4) comporte deux faces latérales planes (3c), inclinées par rapport au plan diamétral de l'anneau et formant des dégagements tolérant le pivotement de l'anneau voisin. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les alésages longitudinaux (6) pour le passage des éléments (8) de commande de la flexion du bras sont disposés dans les zones de la bague comportant les deux tenons (5) et les deux rainures (4) et de manière que leurs axes longitudinaux soient dans le plan diamétral du tenon ou de la rainure correspondante.