Brevet FR2737432A1 — publié le 19970207

Dispositif de translation à structure parallèle. La présente invention concerne un dispositif de translation à structure parallèle permettant de déplacer, dans l'espace, un objet en maintenant celui-ci dans une attitude prédéterminée, ledit dispositif comportant - une embase fixe, - un élément mobile constituant le susdit objet ou auquel est raccordé le susdit objet, - et trois moyens actionneurs interposés entre l'embase et l'élément mobile, chacun des moyens actionneurs comportant . un bras et . deux articulations raccordant respectivement les deux extrémités du bras à l'embase fixe et à l'élément mobile. On connaît aujourd'hui des robots de type série dont la chaîne cinématique détermine trois mobilités essentielles (trois translations). Alliant efficacité et faible coût, ces robots connaissent un grand succès. Ils présentent toutefois quelques défauts dus au fait que chaque étage doit être dimensionné pour supporter la partie aval de la chaîne cinématique. Le défaut manifeste réside donc dans leur structure massive, inévitable pour obtenir la rigidité nécessaire. On connaît également des robots organisés avec une chaîne cinématique de type parallèle qui, en revanche, possèdent une bonne rigidité tout en étant très légers. On peut citer notamment celui du document FR-A-2 670 424 au nom de la Demanderesse, dans lequel le mouvement de translation est obtenu en mettant en oeuvre trois bras reliés à l'embase par des articulations à un degré de liberté qui permettent de déplacer l'élément mobile, son orientation étant assurée par des dispositifs annexes de transmission d'orientation. Toutefois, dans ces dispositifs connus, les moyens actionneurs ont une structure d'ensemble complexe et l'espace accessible par l'élément mobile est limité. L'invention a pour but, essentiellement, de proposer un dispositif translateur de type parallèle qui réponde mieux aux diverses exigences de la pratique et qui soit agencé pour pouvoir être employé dans un domaine plus large d'applications. A ces fins, l'invention propose un dispositif de translation de type parallèle tel que mentionné au préambule dans lequel toutes les articulations sont à deux degrés de liberté en rotation et les deux axes de rotation définissent un plan d'articulation, un axe supporté par l'embase fixe ou respectivement l'élément mobile étant appelé axe du premier degré de liberté et un axe supporté par une extrémité de bras étant appelé axe du second degré de liberté.Ce dispositif se caractérise essentiellement par la combinaison des dispositions suivantes - les trois plans d'articulation, côté embase, des trois moyens actionneurs s'interceptent selon trois droites concourantes, - les deux axes d'un même degré de liberté d'un moyen actionneur sont parallèles entre eux, - chaque bras est agencé pour faire varier la distance entre ses deux articulations sans induire de rotation relative entre les deux plans d'articulation, - trois moyens moteurs, placés sous la dépendance de moyens de commande, sont associés, dans chaque moyen actionneur, au bras pour en commander la variation de longueur, ce grâce à quoi le plateau mobile, ne présentant aucune possibilité de rotation, se déplace en translation pure. A partir de cette structure de base, différents modes de réalisation particuliers peuvent être envisagés et notamment - les moyens moteurs sont associés aux bras seuls, les susdites articulations ayant des degrés de liberté en rotation non motorisés - chaque bras comporte au moins deux sous-bras aptes à coulisser sans rotation l'un par rapport à l'autre ; dans ce cas, en combinant cette disposition avec la précédente, le bras peut être constitué sous forme d'un vérin - chaque bras est constitué par deux demi-bras réunis l'un à l'autre par une articulation intermédiaire en rotation d'axe parallèle aux axes du second degré de liberté de rotation des susdites articulations d'extrémité ; dans ce cas en combinant cette disposition avec la première précitée, les moyens moteurs peuvent être associés respectivement aux articulations intermédiaires reliant les deux demi-bras des bras. I1 peut également être envisagé que les moyens moteurs soient associés respectivement aux axes des seconds degrés de liberté des susdites articulations d'extrémité des bras sur l'embase fixe ou l'élément mobile. Les dispositions conformes à l'invention permettent de constituer un dispositif translateur à structure parallèle dans lequel les bras sont de conception plus simple et peuvent être réalisés sous une forme plus fine que ceux des dispositifs antérieurs. I1 en résulte une forme beaucoup plus élancée des parties mobiles des trois bras qui confère une accessibilité beaucoup plus grande et ouvre donc des applications nouvelles à ce type de dispositif. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue très schématique illustrant le principe de base de réalisation d'un dispositif de translation à structure parallèle conforme à 1 'inven- tion - la figure 2 illustre schématiquement de façon plus claire la constitution de l'un des actionneurs du dispositif de la figure 1, - la figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation des actionneurs ; et - la figure 4 illustre schématiquement encore une autre variante du dispositif de la figure 1. En se reportant tout d'abord à la figure 1, un plateau ou embase fixe F est réuni à un plateau ou élément mobile T par trois actionneurs 1 disposés en parallèle. L'élément mobile T peut constituer un objet à déplacer en translation en le maintenant dans une attitude prédéterminée (déplacement parallèlement à lui-même), ou bien il constitue un support pour un tel objet. Chaque actionneur 1 comporte essentiellement un bras 2 et deux articulations 3 et 4 à deux degrés de liberté en rotation qui raccordent respectivement les deux extrémités du bras 2 à l'embase fixe F et à l'élément mobile T. Si l'on désigne par plan d'articulation P31 le plan défini par les deux axes de rotation 7 et 12 d'une articulation 3 (c'est-à-dire les axes de l'articulation à la Cardan dans le cas de la figure 1) et par plan d'articulation P41 le plan défini par les deux axes de rotation 8 et 14 de l'articulation 4 associée à la précédente (c'est-à-dire également les axes de l'articulation à la Cardan dans le cas de la figure 1), les conditions à respecter pour obtenir un mouvement de translation pure sont les suivantes a/ les deux plans P3i et P4i doivent être parallèles l'un à l'autre b/ le bras 2 permettant de régler la distance entre les articulations 3 et 4 ne doit pas induire de degré de liberté en rotation autour d'une direction (vecteur ni) normale aux susdits plans c/ l'ensemble des vecteurs ni doit engendrer un espace à trois dimensions. En effet, si la direction i caractérise un axe de rotation interdit de l'élément mobile à cause du i' bras et si l'ensemble des vecteurs ni forme, dans l'espace, une base de dimension 3, alors l'élément mobile T n'a plus aucune mobilité de rotation dans l'espace. A ces fins, le bras 2 est articulé en rotation autour des axes 12 et 14, parallèles l'un à l'autre, tandis que les axes 7 et 8, parallèles l'un à l'autre, sont des axes de libre rotation des articulations 3 et 4 par rapport à l'embase fixe F et à l'élément mobile T, respectivement. L'élément mobile T possède alors, en chaque articulation 4, deux degrés de liberté en rotation par rapport au bras 2. Ces deux degrés de liberté sont contenus dans un plan passant par les axes 8 et 14. De même les mobilités en rotation du bras par rapport à l'embase fixe F sont contenues dans un plan passant par les axes 7 et 12, qui est parallèle au précédent. L'élément mobile T ne possède donc pas, par rapport à l'embase fixe F, la mobilité de rotation autour de l'axe ni perpendiculaire aux deux plans définis cidessus. Il en résulte que les conditions a et b précitées sont satisfaites. Si de plus, les trois plans P3i sont tels que leurs intersections sont des droites qui concourent en un même point, l'ensemble des vecteurs ni génère un espace à trois dimensions. La condition c précitée est alors également satisfaite. En conclusion, dans le dispositif de la figure 1, la rotation autour de trois axes, formant une base 3 de l'espace, n'est pas possible et il s'agit alors d'un dispositif de type parallèle contraint de n'effectuer que des déplacements de translation pure. Pour une bonne répartition des efforts sur chaque actionneur, ceux-ci peuvent être disposés sensiblement à égales distances les uns des autres, selon une configuration symétrique. Conformément à l'invention, chaque bras est agencé pour présenter une longueur variable : sur la figure 2, cette disposition est schématisée sous forme d'un bras 2 constitué de deux demi-bras 5 et 6 pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre (par exemple chaque demi-bras se termine par une équerre percée traversée par l'autre demibras dont elle assure ainsi le guidage). Bien entendu d'autres solutions techniques peuvent être envisagées et certains exemples en seront donnés plus loin. Enfin, des moyens moteurs, placés sous la dépendance de moyens de commande, sont associés, dans chaque actionneur 1, au bras 2 pour en commander la variation de longueur (flèche 11). La figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un actionneur constitué conformément aux dispositions indiquées précédemment. Le bras 2 est constitué sous forme d'un vérin (par exemple pneumatique ou hydraulique) dont la tige 2a et le cylindre 2b constituent ensemble un bras de longueur variable.La section de la tige cylindrique 2a n'est pas circulaire. La figure 3 montre un second exemple de réalisation d'un actionneur ; le bras 2 est ici constitué de deux sous-bras 2c lié à l'embase fixe F et 2d lié à l'élément mobile T et qui sont articulés l'un à l'autre à rotation libre par un axe 15 parallèle aux axes 7 et 12. La motorisation s'effectue en créant un couple entre le sousbras 2c et l'embase fixe F, autrement dit en motorisant l'axe 12 (moteur 16). La motorisation peut être faite sur l'axe 14 de façon identique. La figure 4 montre un troisième exemple de réalisation d'un actionneur conforme à l'invention, qui constitue un mode de réalisation préféré en raison de la simplicité et de la finesse (forme élancée) de la structure à laquelle il conduit : il en résulte une accessibilité beaucoup plus grande et le dispositif ainsi agencé est susceptible d'applications nouvelles auxquelles les dispositifs antérieurs n'avaient pas accès. Pour éviter certaines singularités de fonctionnement du mécanisme de la figure 3 dans des configurations particulières, on a recours, dans le mode de réalisation de la figure 4, à une motorisation 17 située au niveau de l'axe 15 articulant les deux sous-bras 2c et 2~. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de translation permettant de déplacer, dans l'espace, un objet en maintenant celui-ci dans une attitude prédéterminée, ledit dispositif comportant - une embase fixe (F), - un élément mobile (T) constituant le susdit objet ou auquel est raccordé le susdit objet, - et trois moyens actionneurs (1) interposés en parallèle entre l'embase (F) et l'élément mobile (T), chacun des moyens actionneurs (1) comportant . un bras (2) et . deux articulations (3, 4) à deux degrés de liberté en rotation raccordant respectivement les deux extrémités du bras (2) à l'embase fixe (F) et à l'élément mobile (T), le premier degré de liberté étant défini par un axe (7, 8) supporté par l'embase fixe ou respective ment l'élément mobile et le second degré de liberté étant défini par un axe (12, 14) sup porté par une extrémité de bras, ces deux axes définissant un plan d'articulation (P3i, P4i), caractérisé en ce que - les trois plans d'articulation (P31), côté embase, des moyens actionneurs s'interceptent selon trois droites concourantes, - les deux axes d'un même degré de liberté d'un moyen actionneur sont parallèles entre eux, - chaque bras (2) est agencé pour faire varier la distance entre ses deux articulations (3, 4) sans induire de rotation relative entre les deux plans d'articulation, et - des moyens moteurs, placés sous la dépendance de moyens de commande, sont associés, dans chaque actionneur (1), au bras (2) pour en commander la variation de longueur, ce grâce à quoi le plateau mobile, ne présentant aucune possibilité de rotation, se déplace en translation pure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens moteurs sont associés aux bras (2) seuls, les susdites articulations ayant des degrés de liberté en rotation non motorisés. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (2) comporte au moins deux sous-bras (5, 6) aptes à coulisser sans rotation l'un par rapport à l'autre. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le bras (2) est un vérin (2a, 2b). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (2) est constitué par deux demi-bras (2c, 2d) réunis l'un à l'autre par une articulation intermédiaire en rotation d'axe (15) parallèle aux axes (12, 14) du second degré de liberté de rotation des susdites articulations d'extrémité (3, 4). 6. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que les moyens moteurs (17) sont associés respectivement aux articulations intermédiaires (15) reliant les deux demi-bras des bras (2c 2d). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens moteurs (16) sont associés respectivement aux axes (12) des seconds degrés de liberté des susdites articulations (3) d'extrémité des bras (2) sur l'embase fixe (F).