Brevet FR2728825A1 — publié le 19960705

La présente invention concerne une installation de changement automatique d'outils pour un bras mécanisé, par exemple un bras de robot ou d'automate. On connaît des robots à outils interchangeables comportant un socle et un bras mécanisé articulé au socle et comprenant une pluralité d'organes mobiles articulés les uns aux autres, dont un organe proximal monté sur le socle et un organe distal formant un moignon auquel peuvent être connectés différents outils. L'alimentation et le pilotage de l'outil connecté s'effectuent à partir d'unités d'alimentation et de pilotage fixes par rapport au bâti, via un dispositif de raccordement disposé entre l'outil et le moignon. Ce dispositif de raccordement met en oeuvre différents organes de raccordement mâles et femelles équipant le moignon d'une part et les différents outils d'autre part. Les organes de raccordement qui équipent le moignon sont reliés aux unités d'alimentation et de pilotage au moyen de câbles et/ou de conduits de liaison souples attelés de façon permanente au bras du robot. Les dispositifs de raccordement existants ne donnent pas satisfaction. En effet, pour atteler un outil à l'extrémité d'un bras de robot, il convient d'assurer d'une part la liaison mécanique de ces deux organes et d'autre part les connections rappelées plus haut. Ces connexions sont très délicates à réaliser, surtout de manière automatique, car elles demandent une grande précision de positionnement des organes à connecter. Elles exigent en outre des mouvements complexes d'enfichage, de verrouillage, etc. qui, pour être réalisés de manière automatique, demandent du temps. Ces contraintes de précision dans les mouvements à effectuer sont difficiles à satisfaire de manière répétitive, si bien que les opérateurs réalisent les changements d'outil à la main en utilisant des procédures de dépannage prévues dans le programme de l'unité de pilotage du robot. La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant une installation de changement automatique d'outils pour un bras mécanisé, présentant une meilleure fiabilité en étant de conception plus simple et en éliminant tout accouplement entre bras et outil autre que mécanique du type préhension pour supprimer la plupart des difficultés de l'attelage. Plus précisément, la présente invention a pour objet une installation de changement automatique d'outils pour un bras mécanisé, par exemple un bras de robot ou d'automate, comprenant une pluralité d'outils comportant des moyens pour leur connexion individuelle à l'extrémité du bras et des moyens pour coopérer avec un support d'outil desservi par le bras, chaque outil étant relié de manière permanente à un organe flexible pour son pilotage et son alimentation en énergie. Selon l'invention, à chaque support d'outil desservi par le bras sont associés des moyens de support de l'organe flexible de l'outil correspondant et le bras comporte des moyens latéraux de préhension de cet organe flexible. Ainsi, la liaison entre les différents outils et l'organe flexible pour son alimentation et son pilotage est établie de façon constante, sans qu'il soit nécessaire de mettre en place un dispositif d'accouplement démontable autre que mécanique entre le bras et l'outil raccordé. En outre, la liberté de mouvement du bras mécanisé n'est pas pénalisée car l'organe flexible associé à l'outil raccordé est attelé à ce bras et suit donc son mouvement. Avantageusement, l'organe flexible est équipé d'un organe intermédiaire de liaison monté pour coopérer avec le moyen de support de chaque support d'outil et avec les moyens latéraux de préhension du bras. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif, en liaison avec les figures en annexe, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en perspec tive d'un robot équipé dune installation de changement automatique d'outils selon l'invention - les figures 2 à 11 sont des vues de profil du robot de la figure 1, illustrant les différentes étapes d'une opération de changement d'outil. A la figure 1, on a représenté un robot de type courant équipé d'une installation de changement automatique d'outils selon l'invention. Le robot représenté ici comporte classiquement un socle fixe 1 et un bras mécanisé 2 comprenant plusieurs organes mobiles. Ces organes sont constitués par une tourelle 3 montée sur le socle 1 pour tourner autour d'un axe 5 sensiblement vertical, une poutre 7 montée sur la tourelle 3 pour pivoter autour d'un axe 9 sensiblement perpendiculaire à l'axe 5, une poutre 13 montée sur l'extré- mité de la poutre 7 opposée à la tourelle 3 pour pivoter autour d'un axe 15 sensiblement parallèle à l'axe 9, un embout 19 monté sur l'extrémité de la poutre 13 opposée à la poutre 7 pour pivoter autour d'un axe 21 sensiblement parallèle à l'axe 15 et d'un axe 22 sensiblement perpendiculaire à l'axe 15, et un moignon cylindrique 23 monté sur l'embout 19 pour tourner autour d'un axe 25 sensiblement perpendiculaire à l'axe 21. Ainsi, classiquement, le déplacement dans l'espace du moignon 23 vers une position souhaitée peut être obtenu en faisant pivoter la tourelle 3, la poutre 7, la poutre 13, l'embout 19 et le moignon 23 autour de leurs axes de pivotement respectifs. Ces différents pivotements sont commandés par des organes de commande associés à chaque organe et pilotés par une unité de pilotage 27 via un câble de liaison électrique 29. Autour du socle 1, sont disposés deux outils 31a et 31b destinés à équiper le moignon 23 précité. Il va de soi que l'on pourra prévoir d'avantage d'outils capables d'équiper ce robot, le nombre réduit de deux outils ayant été choisi pour ne pas surcharger la figure. Chacun de ces outils repose sur un support 33 qui comporte un pied 35 sur lequel est monté un casier de rangement 37 supportant l'outil. Chaque outil, lorsqu'il est en place sur son support 33, présente une face 39 qui est en regard du socle 1 du robot. En saillie sur cette face 39, chaque outil est équipé d'un manchon de liaison mécanique 41 de forme complémentaire de celle du moignon 23. Le moignon 23 est en outre équipé d'un organe de verrouillage mécanique (non visible aux figures) qui est piloté par l'unité de pilotage 27 pour verrouiller ou déverrouiller la liaison mécanique du manchon 41 avec le moignon 23. On notera que, conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, la liaison entre le moignon 23 et l'outil 31a est une liaison purement mécanique du type préhension, sans aucun autre raccord électrique ou hydraulique.On pourra par exemple réaliser cet organe de verrouillage sous la forme dune mâchoire de serrage du type mandrin commandé par un moteur électrique relié à l'unité de pilotage 27. Deux organes de liaison flexible 43 sont associés aux outils 31a et 31b et chaque organe de liaison flexible 43 est relié de façon permanente à l'outil auquel il est associé et contient des tubes et/ou des câbles d'alimentation et de pilotage assurant la liaison de l'outil 31a avec une unité d'alimentation en énergie associée (non représentée) et l'unité de pilotage 27. En l'espèce, chaque organe de liaison 43 est relié, par son extrémité opposé à l'outil auquel il est associé, au socle 1. A chaque support 33 sont associés des moyens de support 45 de l'organe de liaison flexible 43 de l'outil correspondant. En l'espèce, chaque organe de liaison flexible 43 est supporté, entre le support 33 et le socle 1 du robot, par deux piétements télescopiques 45. Chacun de ces piètements comporte un socle 47 sur lequel est fixé un vérin 49 d'axe 50 sensiblement vertical, dont la tige 51 est mobile en translation suivant l'axe 50 entre une position basse (qui est celle représentée à la figure 1) et une position haute. Le vérin 49 est alimenté par un conduit d'alimentation 52 relié au socle 1 et est piloté par l'unité de pilotage 27. La tige 51 supporte par son extrémité libre l'organe de liaison flexible 43. Dans l'exemple illustré, l'organe de liaison flexible 43 est équipé de deux bagues 55 qui forment des moyens de liaison intermédiaires de l'organe de liaison flexible 43 avec les piétements télescopiques 45. A cet effet, chaque bague 55 comporte deux doigts de liaison 57 et 59 sensiblement radiaux et diamétralement opposés. Le doigt 57 est engagé à l'intérieur d'un manchon de préhension 53 qui équipe l'extrémité libre de la tige 51 du vérin 49. Chaque doigt 57, 59 est équipé, à son extrémité libre, d'un épaulement 61 qui présente un chanfrein d'entrée conique. L'épaulement 61 du doigt 57 coopère avec un organe de verrouillage (non visible aux figures) disposé à l'intérieur du manchon de préhension 53 pour assurer le verrouillage de la liaison mécanique de la bague 55 avec ce manchon.Ce moyen de verrouillage peut par exemple être réalisé sous la forme d'un cliquet mobile entre une position de verrouillage et une position de déverrouillage sous l'effet d'un organe de commande tel qu'un électro-aimant associé à un ressort de rappel et relié à l'unité de pilotage 27. Les poutres 7 et 13 sont respectivement équipés d'organes de préhension latéraux 63 et 65 associés aux doigts de liaison 59 des bagues 55. Ces organes de préhension sont ici réalisés sous forme de manchons analogues aux manchons 53, dont les axes, respectivement référencés 67 et 69, sont sensiblement perpendiculaires aux axes 9 et 15 d'une part et aux directions longitudinales des poutres 7 et 13 d'autre part. De plus, ces manchons sont équipés d'organes de verrouillage (non visibles aux figures) analogues aux organes de verrouillage équipant les manchons 53 et reliés à l'unité de pilotage 27. On se réfère maintenant aux figures 2 à 11 qui illustrent les étapes successives d'une opération de changement automatique d'outil. A titre d'exemple, on envisage le cas où le moignon 23 du bras 2 est initialement équipé de l'outil 31a. Dans cette configuration, illustrée par la figure 2, les doigts 59 des deux bagues 55 sont engagés à l'intérieur des manchons de préhension 63 et 65, les épaule ments 61 des deux doigts coopérant avec les organes de verrouillage de ces manchons. L'organe de liaison flexible 43 associé à l'outil 31a est ainsi attelé aux poutres 7 et 13 du robot. On notera à ce propos que les bagues 55 forment une interface de liaison de l'organe de liaison flexible 43 avec les poutres 7 et 13. Pour décharger le robot de l'outil 31a, les organes mobiles du robot sont pilotés par l'unité 27 pour que l'outil 31a vienne en regard du casier de rangement 37 qui lui est associé, comme cela est symbolisé par la flèche 80 de la figure 2. L'outil 31a est ensuite mis en place sur son casier de rangement 37, comme symbolisé par la flèche 81. Les tiges 51 du vérin 49 sont alors en position basse et les axes 50 des tiges 51 sont confondus avec les axes 67 et 69 des manchons 63 et 65, comme illustré par la figure 3. Les tiges 51 des vérins 49 des piétements télescopiques 45 sont déployées en direction des bagues 55, comme symbolisé par la flèche 82. Les doigts de liaison 59 des bagues 55 pénètrent alors dans les manchons de préhension 53 associés aux tiges 51 et s'engagent avec les organes de verrouillage des manchons de préhension 53 qui sont placés en position de verrouillage par l'unité de pilotage 27. Cet état du dispositif est illustré par la figure 4. L'unité de pilotage 27 commande alors le déverrouillage des organes de verrouillage des manchons de préhension 63, puis le reploiement de la tige 51 du vérin 49 de chaque piétement télescopique 45, comme symbolisé par la flèche 83 de la figure 5. L'organe de verrouillage du moignon 23 est ensuite déverrouillé par l'unité de pilotage 27, de sorte que l'outil 31a est désolidarisé du moignon 23. L'unité de pilotage 27 commande alors le déplacement en translation de l'embout 19 suivant l'axe commun du manchon '41 et du moignon 23 en direction du socle 1 du robot. Ce déplacement est symbolisé par la flèche 84 de la figure 6. La liaison mécanique entre l'outil 31a et le moignon 23 étant ainsi entièrement rompue, l'unité 27 pilote ensuite le déplacement des organes mobiles du robot en direction d'un autre outil, en l'espèce l'outil 31b. Ce déplacement est symbolisé par la flèche 85 de la figure 6. La flèche 90 de la figure 7 symbolise l'arrivée de l'embout 19 du robot en regard du manchon 41 de l'outil 31b, dans une position où les axes du manchons 23 et du manchon 41 sont confondus. L'unité 27 pilote alors le déplacement en translation de l'embout 19 selon l'axe commun précité en direction du manchon 41, comme symbolisé par la flèche 91. L'embout 23 pénétre dans le manchon 41 de l'outil 31b, comme représenté à la figure 8. L'organe de verrouillage du moignon 23 est ensuite placé en position de verrouillage par l'unité de pilotage 27, de sorte qu'une liaison mécanique rigide de l'outil 31b avec le moignon 23 est établie. Comme cela est symbolisé par la flèche 92 de la figure 8, les tiges 51 des piètements télescopiques 45 sont alors déployées en direction des manchons de préhension 63 et 65 des poutres 7 et 13 du robot, les axes 67 et 69 de ces manchons étant confondus avec les axes 50 des piétements correspondants. Comme cela est représenté à la figure 9, les doigts de liaison 59 des bagues 55 pénétrent dans les manchons de préhension 63 et 65 correspondants. Les épaulements 61 des doigts 59 s'engagent avec les organes de verrouillage des manchons de préhension 63 et 65, de sorte qu'une liaison rigide des bagues 55 avec les manchons de préhension 63 et 65 est établi. L'unité de pilotage 27 déverrouille alors les organes de verrouillage des manchons de préhension 53 des piétements télescopiques 45. La liaison mécanique des doigts 57 des bagues 55 avec les manchons de préhension 53 est ainsi rompue et l'unité de pilotage 27 commande le reploiement des tiges 51 des vérins 49 des piétements télescopiques 45, comme symbolisé par les flèches 93 de la figure 10. L'organe de liaison flexible 43 associé à l'outil 31b, qui est attelé aux poutres 7 et 13 du robot, est ainsi libéré de toute liaison avec les piétements télescopiques 45. L'unité 27 pilote alors le déplacement des organes mobiles du robot pour séparer l'outil 31b de son support 33, comme symbolisé par la flèche 94 de la figure 11. L'outil 31b peut alors être emmené en direction de sa zone de travail, comme symbolisé par la flèche 95. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées ci-dessus. En particulier, l'invention ne concerne pas seulement un robot à outils interchangeables du type décrit précédemment mais toute installation de changement automatique d'outil pour un bras mécanisé. Ainsi, bien que l'on ait représenté une installation dans laquelle le support d'outil et les moyens de support de l'organe flexible associé sont fixés sur le sol, on pourra également réaliser une installation dans laquelle le support d'outil et les moyens de support de l'organe flexible associé sont montés sur un châssis porte-outil commun qui peut être monté sur le socle du robot, ce socle pouvant être fixe ou mobile, ou qui peut être monté sur un organe du bras mécanisé mobile par rapport au socle.Par exemple dans le cas d'un robot-portique, les châssis porte-outil sont solidaires du portique et donc se déplacent avec lui, le reste du robot étant mobile par rapport au portique. Par ailleurs, il a été décrit une installation de changement automatique d'outils dans laquelle l'organe de liaison flexible de chaque outil est équipé d'une bague comportant deux doigts radiaux coopérant avec des moyens de préhension des piétements ou du bras mécanisé. Mais il est également possible de réaliser une installation dans laquelle l'organe de liaison flexible n'est équipé d'aucun moyen intermédiaire de liaison. Les piétements et le bras mécanisé sont alors équipés de moyens de préhension adaptés, tels que des mâchoires ou pinces, capables d'aggriper et/ou d'envelopper l'organe de liaison flexible 43.On pourra également, avec de tels moyens de préhension, équiper l'organe de liaison flexible d'une bague présentant une surface extérieure cylindrique simple ou dans laquelles sont ménagées deux gorges périphériques adjacentes associées à chaque moyen de préhension. De même, bien qu'il ait été décrit une installation de changement d'outils dans laquelle le verrouillage de la liaison mécanique entre l'extrémité du bras et l'outil est assurée au moyen d'un organe de verrouillage équipant le bras, il est également possible de réaliser un robot dans lequel chaque outil est équipé, pour sa liaison mécanique au bras, d'un organe de verrouillage relié à l'unité de pilotage par l'intermédiaire de l'organe de liaison flexible associé à cet outil. Enfin, on a décrit une installation comprenant des moyens de support de l'organe flexible de chaque outil réalisés sous la forme de piétements télescopiques dont le manchon de préhension est mobile verticalement. Il est toutefois possible de prévoir tout autre type de moyen de support capable de porter l'organe flexible lorsque l'outil correspondant est en position d'attente sur son support. En particulier, il n'est pas nécessaire que ces moyens possèdent une partie de préhension mobile. Dans ce cas, le bras mécanisé effectue un mouvement d'approche approprié pour amener ses moyens latéraux de préhension à proximité suffisante de l'organe flexible. REVENDICATIONS 1. Installation de changement automatique d'outils pour un bras mécanisé (2), par exemple un bras de robot ou d'automate, comprenant une pluralité d'outils (31a, 31b) comportant des moyens (41) pour leur connexion individuelle à l'extrémité du bras (2) et des moyens pour coopérer avec un support d'outil (33) desservi par le bras (2), chaque outil étant relié de manière permanente à un organe flexible (43) pour son pilotage et son alimentation en énergie, caractérisée en ce qu'à chaque support d'outil (33) desservi par le bras (2) sont associés des moyens de support (45) de l'organe flexible (43) de l'outil correspondant et en ce que le bras (2) comporte des moyens latéraux de préhension (65, 67) de l'organe flexible (43). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe flexible (43) est équipé d'un organe intermédiaire de liaison (55) monté pour coopérer avec le moyen de support (45) de chaque support d'outil (33) et avec les moyens latéraux de préhension (65, 67) du bras (2).