Brevet FR2725652A1 — publié le 19960419

L'invention concerne un robot de manipulation de pièces ainsi qu'un dispositif absorbeur de chocs associé. Les robots ont une place toujours croissante dans le paysage industriel actuel. La majorité des applications robotisées le sont dans un but d'amélioration des conditions de travail en permettant de supprimer la pénibilité de certaines tâches manuelles, notamment des tâches à caractère répétitif et celles générant une fatigue physique des opérateurs. Les nouvelles générations de robots bénéficient des progrès en informatique mais aussi dans le domaine de la motorisation. Ces nouveaux robots peuvent se déplacer plus vite grâce à la rapidité de calcul accrue mais ils peuvent aussi développer plus de force. L'utilisation de cette force des robots se borne à présent au transfert de charges lourdes ou encombrantes. Des opérations industrielles nécessitant des forces relativement importantes, telles la découpe, le cisaillement, l'emboutissage, le serrage, le détourage... sont encore effectuées par des outils spécifiques tels des lames de coupe, emporte-pièces, lames de sciage, emboutisseuses, etc.... Dans le domaine des presses de moulage par exemple, en fin de cycle de la presse, la pièce est ébavurée par un outil standard puis évacuée éventuellement par un robot. Dans le domaine de la céramique, et plus précisément dans le domaine de la fabrication d'éléments de construction moulés, tels des tuiles, chaque opération lors du pressage des éléments est effectuée par un outil spécifique. Au coeur de la presse, se trouve une pièce massive en forme d'hexagone qui est entraînée en rotation. L'argile est déposée sur une première face de l'hexagone, la presse proprement dite se situe sur une deuxième face de l'hexagone et un outil pour ébarber se trouve sur une troisième face. L'élément de construction pressé, ébarbé est prélevé à partir de cette troisième position. La dépose de la pièce se fait toujours à plat à une place précise prédéterminée. Un seul moteur sert pour la presse, la rotation de la pièce hexagonale, l'ébarbage et la dépose. Aucune flexibilité n'est possible. Or, une telle presse sert à fabriquer des éléments de formes fort différentes et le réglage de la presse pour passer d'une forme à une autre est long. Un robot placé au niveau de l'ébarbeur, réalisant l'ébarbage et la dépose des éléments de construction, rendrait le pressage de ces éléments plus flexible. Cependant, les robots actuels, s'ils peuvent développer des forces importantes, ne peuvent pas subir de chocs, car ceux-ci détériorent leurs articulations. Ils sont donc inadaptés pour réaliser des opérations telles l'ébarbage ou l'emboutissage. Le but de l'invention est alors d'adapter un robot développant une force suffisante pour permettre des opérations telles la découpe, le cisaillement, l'ébavurage, l'ébarbage, le détourage, l'emboutissage, etc, et pour pouvoir réaliser ces opérations grâce à un outil de coupe adéquat embarqué sur ce robot. A cet effet, le robot qu'elle propose est un robot de manipulation de pièces comportant un bras articulé, muni à son extrémité d'une bride. Selon l'invention, il est équipé d'un outil coupant ou percutant à cette extrémité et un dispositif absorbeur de chocs est monté entre la bride d'extrémité et l'outil. Ainsi, grâce au dispositif absorbeur de chocs, lorsque l'outil par exemple découpe une pièce, ou bien l'emboutit, les chocs ne sont pas transmis au robot. L'extrémité du robot - ici l'outil - peut alors arriver sur la pièce avec une vitesse non nulle et bénéficier ainsi de son énergie cinétique libérée lors du choc. Les robots de manipulation usuels arrivent au contraire sur la pièce à manipuler avec une vitesse nulle. L'absorbeur de chocs permet donc un fonctionnement fondamentalement différent du robot. L'outil équipant le robot est un outil standard semblable à celui qui équiperait une machine fixe destinée à faire une opération similaire. Le robot lui, doit avoir une force suffisante pour pouvoir réaliser l'opération pour laquelle est destiné l'outil qui lui est associe. L'invention propose une forme de réalisation pour un dispositif absorbeur de chocs, destiné à équiper un robot tel que décrit ci-dessus. Ce dispositif comprend - une armature principale destinée à être fixée sur la bride d'extrémité du robot, - une coulisse de réception destinée à permettre le montage de l'outil, - un dispositif de glissières reliant l'armature principale à la coulisse de réception et permettant un mouvement relatif de translation entre ces deux éléments, la coulisse pouvant se déplacer en direction de l'armature, - au moins un amortisseur monté en parallèle au dispositif de glissières. Avec ce dispositif, un mouvement relatif entre l'outil et la bride d'extrémité du robot est possible. L'outil peut arriver avec une vitesse non nulle sur la pièce à usiner et le robot bénéficie alors encore d'une certaine course pour s'arrêter. Les chocs reçus par l'outil ne sont pas transmis au robot car ils sont absorbés par l'amortisseur. Les amortisseurs peuvent se présenter sous plusieurs formes. Dans une première forme, chaque amortisseur comporte un cylindre dans lequel coulisse un piston de façon à délimiter une chambre qui est mise sous pression lorsque la coulisse de réception se rapproche de l'armature principale, et cette chambre est munie d'un clapet taré à une pression prédéterminée. Le clapet taré sert à régler la force transmise à l'outil. Pendant la phase où l'outil subit le choc, la pression dans la chambre augmente et le choc est amorti, puis dans la phase suivante, l'outil étant au contact de la pièce à usiner ou du contre-outil, la force exercée par l'outil est maintenue constante grâce au clapet taré. Dans une autre forme de réalisation, chaque amortisseur comporte un cylindre dans lequel coulisse un piston délimitant ainsi deux chambres, et un dispositif de régulation est prévu pour contrôler et piloter les pressions dans les deux chambres de l'amortisseur. Dans ce cas, il est possible de mieux maîtriser la position relative de la coulisse de réception de l'outil par rapport à l'armature principale, et bien entendu également les forces transmises. Pour une plus grande sécurité, lors d'une opération effectuée par l'outil du robot, la course de la coulisse de réception par rapport à l'armature principale est limitée en agissant sur les pressions régnant dans chaque amortisseur à une valeur maximale pratique inférieure à la course maximale théorique qui est définie soit par les caractéristiques des amortisseurs, soit par des butées. Ainsi, les amortisseurs ne viennent pas en fin de course et il n'y a pas de chocs contre des butées. L'outil est donc, du point de vue chocs, parfaitement isolé du robot. Pour une sécurité encore plus grande, lorsque l'outil équipant le robot est en appui sur un contre-outil et que la coulisse de réception est au maximum de sa course pratique, la mise sous pression de la chambre adéquate de chaque amortisseur permet de déplacer la coulisse de réception vers la position de course théorique maximale, le contre-outil pouvant être dégagé dans cette position, sans agir sur le robot, sans risque d'entrer en collision avec l'outil ou toute autre partie du robot. Il faut pour cela des amortisseurs pilotés avec deux chambres. En cas d'arrêt d'urgence, il suffit de programmer que la coulisse de réception de l'outil vient en position maximale théorique la plus proche possible de l'armature principale, pour que le contre-outil et la pièce à usiner puissent être dégagés sans aucun risque de collision avec le robot. Le guidage pour la translation de la coulisse de réception de l'outil est assuré par le dispositif de glissières. Ce dernier peut comporter des rails linéaires et des patins de circulation, ou bien des tubes et des douilles à billes, ou bien encore un système de queue d'aronde. D'autres systèmes de guidage sont bien entendu envisageables. Dans tous ces systèmes, un élément (rail linéaire, tube...) est solidaire de la coulisse de réception et l'autre élément (patin de circulation, douille à billes...) est solidaire de l'armature principale, ou vice-versa. Un robot équipé d'un tel dispositif absorbeur de chocs et d'un outil adéquat peut avantageusement être utilisé pour l'ébarbage et la dépose d'éléments de construction, tels des tuiles. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution d'un robot et d'un dispositif absorbeur de chocs selon l'invention. Figure 1 est une vue en perspective d'un robot, intégré dans une chaîne de production Figures 2 à 4 représentent, en coupe partielle, un dispositif absorbeur de chocs selon l'invention, dans différentes positions Figure 5 représente une autre forme d'exécution d'un dispositif absorbeur de chocs Figure 6 est un diagramme indiquant la force développée et la vitesse de déplacement au cours du mouvement relatif entre la coulisse et l'armature. Un robot 1 selon l'invention est représenté à la figure 1. Ce robot 1 comporte un bras articulé à l'extrémité duquel se trouve une bride 6 qui est équipée d'un outil de découpe 2, monté sur la bride 6 par l'intermédiaire d'un dispositif absorbeur de chocs 3. Des pièces à découper 4 sont convoyées sur une première ligne de transport, sont découpées par l'outil 2, puis les pièces découpées 5 sont posées par le robot 1 sur une seconde ligne de transport. La figure 2 représente une première forme d'exécution du dispositif absorbeur de chocs 3. Celui-ci est fixé à la bride d'extrémité 6 du robot 1. Il comporte une armature principale 7, une coulisse de réception 8, des rails linéaires 9, des patins de glissement 10 ainsi que deux amortisseurs 11. L'armature principale 7 est fixée directement sur la bride d'extrémité 6 du robot à l'aide par exemple de vis, ou par tout autre moyen de fixation. Elle est donc entièrement solidaire du robot 1. La coulisse de réception 8 est destinée à recevoir l'outil de découpe 2. La fixation de cet outil 2 doit être étudiée en fonction de la production, en tenant compte de la fréquence de changement de l'outil. Suivant donc divers paramètres, cette fixation est soit une fixation manuelle, soit une fixation rapide ou bien encore une fixation adaptée à des changeurs automatiques d'outils. Entre ces deux éléments 7,8 se trouvent un dispositif de glissières 9,10 et deux amortisseurs 11. Les rails linéaires 9 du dispositif de glissières sont solidaires de la coulisse de réception 8 et les patins de glissement 10 sont quant à eux solidaires de l'armature principale 7. Les rails 9 sont parallèles entre eux et perpendiculaires au plan de découpe, c'est-à-dire s'étendent dans la direction de déplacement de l'outil 2 par rapport aux pièces à découper 4 lors d'une opération de découpe. Chaque amortisseur 11 comporte un cylindre 12, un piston 13 et une tige de piston 14. Le cylindre 12 est fermé à ses deux extrémités et ainsi le piston 13 délimite deux chambres 15 et 16 dans le cylindre 12. Un dispositif de régulation (non représenté) permet de contrôler et de piloter les pressions régnant dans chaque chambre 15,16. Le cylindre 12 de l'amortisseur 11 est solidaire de l'armature 7 et le piston 13 et sa tige 14 sont solidaires de la coulisse 8. Ces amortisseurs 11 sont montés en parallèle avec les rails linéaires 9 et les patins de glissement 10. Les figures 2 à 4 représentent ce dispositif absorbeur de chocs 3 au cours de différentes phases d'une opération de découpe. Sur la figure 2, l'outil de découpe 2 s'approche d'une matrice de découpe 17 sur laquelle se trouve la pièce à découper 4. Sur la figure 3, l'outil de découpe 2 est représenté à l'instant de mise en contact avec la matrice de découpe 17. Le déplacement de la coulisse de réception 8 par rapport à l'armature 7 est nul et la force développée est nulle également. Le choc qui a lieu à cet instant fait passer quasi instantanément la vitesse relative entre la coulisse 8 et l'armature 7 de zéro à une vitesse de coupe prédéterminée (figure 6). La phase suivante correspond à la découpe de la pièce à découper 4. Pendant le premier tiers de la course maximale théorique - définie ici par la course maximale du piston 13 dans le cylindre 12 -, la force de coupe croît et est absorbée par la première chambre 15 des cylindres 12. La pression dans cette chambre augmente. Le clapet taré (non représenté) monté sur la chambre 15 de chaque amortisseur 11 permet le réglage de la force de réaction développée par le robot 1. La phase suivante correspond à un palier en pression pour sécuriser la coupe de la pièce 4. La force développée correspond alors à la pression de la chambre de compression réglée par la valeur du clapet taré et la section de la chambre. Cette phase est comprise entre le tiers et la moitié de la course maximale théorique. La dernière phase correspond au recul de l'outil de découpe 2. Pendant cette phase, la vitesse de coupe devient nulle : la course est alors d'environ deux tiers de la course théorique maximale (figure 4). C'est la course maximale pratique. La vitesse alors s'inverse pour dégager l'outil 2. La figure 6 résume toutes ces phases en représentant sur le diagramme les variations de la force de découpe représentée par la courbe 18 et les variations de la vitesse de découpe représentée par la courbe 19 en fonction de la course. Ce diagramme tient compte des temps de réponse ainsi que des transitoires des grandeurs physiques mises en jeu. Lorsque l'outil de découpe 2 et le dispositif absorbeur de chocs 3 sont dans la position représentée à la figure 4, un tiers de la course est encore inutilisé. En cas de panne ou d'arrêt d'urgence, cette "réserve" peut être utilisée pour dégager la matrice de découpe 17. Le dispositif de régulation de pression des amortisseurs 11 commande alors une augmentation de la pression dans la seconde chambre 16 de chaque cylindre 12 et ainsi l'outil 2 s'éloigne de la matrice 17. La "réserve" est calculée de telle sorte que la matrice 17 puisse s'éloigner sans aucun risque de collision avec l'outil 2 ou toute autre pièce du robot 1. Une fois la pièce 5 découpée, celle-ci reste solidaire de l'outil 2 par un système connu non représenté (réalisation d'une dépression par exemple), et le robot 1 la transporte à sa place. Les pièces découpées 5 peuvent être par exemple palettisées, ou bien déposées sur des claies de séchage s'il s'agit de pièces en céramique. Le robot 1 permet de déposer la pièce dans des positions très diverses et variées et à des emplacements bien différents à partir d'un même lieu de découpe (ou d'emboutissage). Il offre donc une très grande flexibilité. La figure 5 représente un dispositif absorbeur de chocs selon l'invention, simplifié par rapport au dispositif décrit ci-dessus. Ce dispositif comporte sensiblement les mêmes éléments, mais les amortisseurs 11 constitués chacun par un vérin sont ici remplacés par un amortisseur 20 unique constitué par une pièce en matériau élastique absorbant tel du caoutchouc. Cet amortisseur 20 est placé au centre du dispositif absorbeur de chocs et relie la coulisse de réception 8 à l'armature principale 7. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux formes d'exécution décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation et d'application. Ainsi par exemple, le nombre des amortisseurs est variable. De même, s'il s'agit de vérins, ceux-ci peuvent ne comporter qu'une seule chambre. La présence du clapet taré est avantageuse mais elle n'est pas indispensable. D'autre part, d'autres systèmes de glissières sont envisageables. Les rails linéaires et les patins de glissement peuvent ainsi être remplacés par exemple par des tubes et des douilles à billes, ou bien des systèmes de queue d'aronde. Le dispositif décrit est associé à un outil de découpe. Ce dernier peut très bien être remplacé par un autre type d'outil pour réaliser par exemple l'emboutissage ou l'ébarbage ou l'ébavurage, etc, de v pièces. REVENDICATIONS 1 - Robot (1) de manipulation de pièces comportant un bras articulé, muni à son extrémité d'une bride (6), caractérisé en ce qu'il est équipé d'un outil (2) coupant ou percutant à cette extrémité et en ce qu'un dispositif absorbeur de chocs (3) est monté entre la bride d'extrémité (6) et l'outil (2). 2 - Dispositif absorbeur de chocs (3) pour robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte - une armature principale (7) destinée à être fixée sur la bride d'extrémité (6) du robot, - une coulisse de réception (8) destinée à permettre le montage de l'outil (2), - un dispositif de glissières (9,10) reliant l'armature principale (7) à la coulisse de réception (8) et permettant un mouvement relatif de translation entre ces deux éléments, la coulisse pouvant se déplacer en direction de l'armature, - au moins un amortisseur (11,20) monté en parallèle au dispositif de glissières. 3 - Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque amortisseur (11) comporte un cylindre (12) dans lequel coulisse un piston (13) de façon à délimiter une chambre (15) qui est mise sous pression lorsque la coulisse de réception (8) se rapproche de l'armature principale (7), et en ce que cette chambre (15) est munie d'un clapet taré à une pression déterminée. 4 - Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque amortisseur (11) comporte un cylindre (12) dans lequel coulisse un piston (13) délimitant ainsi deux chambres (15,16), et en ce qu'un dispositif de régulation est prévu pour contrôler et piloter les pressions dans les deux chambres de l'amortisseur. 5 - Dispositif absorbeur de chocs selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lors d'une opération effectuée par l'outil (2) du robot, la course de la coulisse de réception (8) par rapport à l'armature principale (7) est limitée en agissant sur les pressions régnant dans chaque amortisseur (11) à une valeur maximale pratique inférieure à la course maximale théorique qui est définie soit par les caractéristiques des amortisseurs, soit par des butées. 6 - Dispositif absorbeur de chocs selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, lorsque l'outil (2) équipant le robot est en appui sur un contre-outil (17) et que la coulisse de réception (8) est au maximum de sa course pratique, la mise sous pression de la chambre adéquate (16) de chaque amortisseur (11) permet de déplacer la coulisse de réception (8) vers la position de course théorique maximale, le contre-outil (17) pouvant être dégagé dans cette position, sans agir sur le robot (1), sans risque d'entrer en collision avec l'outil (2) ou toute autre partie du robot. 7 - Dispositif absorbeur de chocs selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de glissières (9,10) comporte des rails linéaires (9) solidaires de la coulisse de réception (8) et des patins de glissement (10) solidaires de l'armature principale (7) ou vice-versa, les patins de glissement (10) venant en appui sur les rails linéaires. 8 - Application d'un robot selon la revendication 1 à l'ébarbage et à la dépose d'éléments de construction céramiques tels des tuiles.