Brevet FR2771153A1 — publié le 19990521

L'invention a trait à un réducteur épicycloïdal et à une articulation de robot équipée d'un tel réducteur. Un réducteur épicycloïdal est connu pour transmettre un mouvement de rotation entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie au moyen de satellites logés dans un espace annulaire compris entre une denture externe d'un arbre central et une denture interne d'une couronne périphérique. Dans les réducteurs épicycloïdaux de l'art antérieur, il est connu d'entraîner un arbre d'entrée au moyen d'un moteur électrique en accouplant l'arbre de sortie d'un tel moteur à cet arbre d'entrée. L'accouplement entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée du réducteur doit être souple afin de permettre certains débattements radiaux de ces arbres liés aux tolérances de fabrication des appareils. Le rendement d'un tel accouplement n'est pas optimum. En outre, un tel ensemble est relativement volumineux, de sorte qu'il ne peut pas toujours être utilisé dans des espaces de faibles dimensions tels que, par exemple, une articulation de robot Les dispositifs connus présentent en outre un prix de revient et un poids importants. Par ailleurs, on connaît, par le document EP-A-0 612 591, un réducteur épicycoïdal dont le porte-satellites est équipé d'éléments formant rotor d'un moteur électrique. Ce dispositif est plus compact que les dispositifs précédemment mentionnés, mais son rapport de réduction est faible car la source du mouvement est nécessairement le porte-satellites. En outre, ce dispositif ne peut pas fonctionner avec un réducteur sans porte-satellites. Des problèmes analogues se posent avec des réducteurs cycloïdaux dans lesquels il n'existe pas de portesatellites. L'invention vise à proposer un réducteur épicycloïdal ou cycloïdal dans lequel ne se pose pas de problème d'alignement entre deux arbres et dont le rapport de réduction peut être plus important que ceux de l'art antérieur. Dans cet esprit, l'invention concerne un réducteur épicycloïdal ou cycloïdal comprenant au moins un arbre central, au moins une couronne périphérique munie d'une denture interne et au moins un satellite entraîné par ledit arbre, caractérisé en ce que ledit arbre central porte un ensemble formant rotor d'un moteur électrique d'entraînement dudit réducteur, un stator dudit moteur étant disposé autour dudit arbre central. Grâce à l'invention, le mouvement d'entraînement du rotor du moteur électrique est transmis directement à l'arbre central d'entrée du réducteur, ce qui permet une optimisation de la puissance transmise à la couronne de sortie du réducteur, alors que le moteur est compact, léger et de prix de revient relativement bas. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'arbre central porte une bague dont la surface périphérique externe est pourvue d'aimants. Cette bague et ces aimants constituent en fait le rotor. Selon d'autres variantes de réalisation de l'invention, l'arbre central porte, directement sur sa surface périphérique externe, une pluralité d'aimants. Dans ce cas, les aimants sont directement montés sur l'arbre central, par exemple collés, ce qui permet de simplifier encore le réducteur et de diminuer son poids et son inertie. Selon un aspect avantageux de l'invention, applicable quel que soit le mode de réalisation, les aimants sont en forme de tuile. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le réducteur comprend un boîtier apte à contenir l'arbre, la couronne périphérique, le ou les satellites, l'ensemble formant rotor et le stator. Ce boîtier participe à la compacité du réducteur. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le satellite est monté flottant dans un espace annulaire compris entre l'arbre central et la couronne périphérique, le réducteur ne comprenant pas de porte-satellites. Grâce à cet aspect de l'invention, le satellite est auto-positionné entre les dentures respectives de l'arbre central et de la couronne périphérique, de sorte que le fonctionnement de la denture est optimisé et uniformisé, ce qui évite une usure prématurée du réducteur. I1 n'est pas nécessaire de prévoir un porte-satellites, ce qui permet d'une part de faire l'économie de cette pièce et d'autre part de simplifier le ou les satellites. Dans ce cas, l'arbre central porte avantageusement au moins une piste de roulement du satellite sur cet arbre. Ceci permet d'éviter l'écrasement des dentures du satellite et/ou de l'arbre central. On peut, en particulier, prévoir que le réducteur comprend deux pistes de roulement disposées de part et d'autre de la denture du satellite dans la direction axiale de l'arbre central. Selon un autre aspect avantageux de l'invention correspondant à sa mise en oeuvre avec un réducteur cycloïdal, le réducteur comprend plusieurs satellites entraînés par l'arbre central autour d'axes parallèles et distincts de l'axe de rotation de l'arbre central. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'arbre central porte un rotor d'un codeur de position du réducteur, un stator de ce codeur étant disposé autour de cet arbre. Cet aspect de l'invention permet d'atteindre une plus grande compacité du réducteur. L'invention concerne également une articulation de robot équipée d'un réducteur tel que précédemment décrit et, notamment, une articulation de robot multi-axes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de trois modes de réalisation d'un réducteur conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'un réducteur épicycloïdal conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1 pour un réducteur épicycloïdal conforme à un second mode de réalisation de l'invention et - la figure 3 est une coupe analogue à la figure 1 pour un réducteur cycloïdal conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Le réducteur 1 de la figure 1 comprend un arbre central 2 muni d'une denture externe 2A. On note XX' l'axe de symétrie de l'arbre 2. Une couronne périphérique 3 munie d'une denture interne 3A définit avec l'arbre 2 un espace annulaire E dans lequel est installé un porte-satellites 4 sur lequel sont montés plusieurs satellites 5 pourvus chacun d'une denture externe 5A apte à engrener avec les dentures 2A et 3A. Chaque satellite 5 est formé d'un moyeu central 5B pouvant être immobilisé par rapport au porte-satellites 4 grâce à une vis 6. Autour du moyeu 5B est montée une bague 5C qui porte la denture SA et qui peut tourner autour d'un axe YY' du moyeu 5B grâce à des roulements à aiguilles 7. Le porte-satellites 4 est maintenu dans l'espace E grâce à un roulement à billes 8. Le réducteur comprend également une couronne fixe 10 munie d'une denture interne 10A dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la denture interne 3A de la couronne périphérique 3. La denture interne 10A peut venir en prise, c'est-à-dire engrener, avec la denture externe de chacun des satellites 5. La couronne 10 est fixée par rapport à un boîtier 11 grâce à une ou plusieurs vis 12. Des billes 13 sont disposées entre les couronnes 3 et 10 et constituent un palier permettant la rotation de la couronne périphérique 3 par rapport à la couronne périphérique 10. Compte tenu de ce qui précède, l'arbre 2 peut constituer l'élément d'entrée du réducteur 1 alors que la couronne 3 en constitue l'élément de sortie sur lequel peut être monté un élément à entraîner et que la couronne 10 en constitue le point fixe. Conformément à l'invention, des aimants 20 en forme de tuile sont collés sur la surface périphérique externe de l'arbre 2 et sont disposés en regard d'un stator 21 alimenté électriquement grâce à deux conducteurs 22. Ainsi, le mouvement d'entrée du réducteur est transmis directement, du moteur formé par les éléments 20 et 21 à l'arbre 2 sans qu'il soit nécessaire d'interposer un accouplement plus ou moins élastique. On comprend que grâce à cette construction, tout défaut d'alignement de l'arbre de sortie du moteur et de l'arbre d'entrée du réducteur est éliminé, puisqu'il s'agit ici d'un seul et même arbre. On note que le boîtier 11 est apte à renfermer, en coopération avec un manchon 23 disposé à l'intérieur de l'arbre 2 qui est creux, les éléments 2 à 10 et 12 à 21. Le boîtier 11 constitue donc une protection efficace pour l'ensemble des éléments qu'il renferme et permet de conférer une bonne compacité à l'ensemble. La géométrie interne du boîtier 11 est prévue pour immobiliser le stator 21 grâce à un épaulement interne 11A et à une ou plusieurs pattes de serrage llB maintenues en position par un épaulement 10B de la couronne 10. L'arbre 2 porte une seconde denture 2B apte à coopérer avec un codeur non représenté pour permettre la détection de la position angulaire de l'arbre 2. Dans le second mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation de la figure 1 portent des références identiques augmentées de 100. Le réducteur 101 de ce mode de réalisation comprend un arbre d'entrée 102 muni de deux dentures externes 102A et 102B. Une couronne périphérique externe 103 munie d'une denture interne 103A définit un espace E' dans lequel sont d-ispo-sés un ou plusieurs satellites 105 munis chacun d'une denture externe 105A apte à coopérer avec les dentures 102A et 103A. Chaque satellite 105 est formé d'un tube creux et est monté flottant dans l'espace E' sans coopérer avec un porte-satellites. Chaque satellite -105 est monté à force dans l'espace E' au moyen d'une légère déformation. Une couronne fixe 110 est également prévue avec une denture interne 110A pour coopérer avec la denture 105A de chaque satellite 105. Un boîtier 111 isole les éléments 102 à 110 de l'extérieur. Comme précédemment, des billes 113 sont disposées entre les couronnes 103 et 110. Un flasque de sortie 114 est fixé sur la couronne 103 au moyen de vis 115. Conformément à l'invention, une bague 119 est montée sur la surface périphérique externe de l'arbre 102 et porte plusieurs aimants 120 répartis à sa périphérie. Un stator 121 est immobilisé à l'intérieur du boîtier 111 grâce à des vis 124 alors qu'il est alimenté électriquement grâce à une paire de conducteurs 122. Comme précédemment, l'alimentation électrique du stator 121 induit sur les aimants 120 un couple apte à faire tourner l'arbre 102 autour de son axe de symétrie XX'. Le dispositif ainsi réalisé est compact et n'induit que peu de pertes de puissance entre la puissance électrique fournie par les conducteurs 122 et le mouvement du flasque 114. Un codeur 125 est pourvu d'une roue dentée 126 en prise avec la denture 102B ; il permet de détecter la position angulaire de l'arbre 102. Un tube 123 est associé au boîtier 111 pour isoler le réducteur 101 de l'extérieur. Chaque satellite 105 est plus large que sa denture 105A dont la largeur est sensiblement égale à celle de la denture 102A. Par ailleurs, l'arbre central 102 porte deux segments 130 et 131 qui s'étendent radialement de part et d'autre de la denture 102A et sont immobilisés axialement par deux circlips 132 et 133. Par un choix judicieux de l'épaisseur des segments 130 et 131, on peut prévoir que le satellite 105 repose, par ses bords latéraux, sur les segments 130 et 131. Ainsi, les surfaces externes des segments 130 et 131 constituent des pistes de roulement du ou des satellites 105 autour de l'arbre 102. Ceci permet d'éviter que les dentures 102A et 105A ne soient soumises à un effort radial trop important dans leur zone de contact, cet effort étant habituellement absorbé par le porte-satellites dans les systèmes connus de l'art antérieur. En effet, le positionnement du satellite 105 par rapport à l'arbre 102 est fixé par la hauteur des segments 130 et 131 et les dentures 102A et 105A ne risquent pas d'être écrasées en cours de fonctionnement. Bien entendu, à la place des segments 130 et 131, on pourrait utiliser des collerettes venues de matière avec l'arbre 102. Selon une variante non représentée de l'invention, la hauteur des segments 130 et 131 peut être réduite et le satellite 105 peut porter des segments ou des épaulements, de telle sorte que la piste de roulement est située à une hauteur intermédiaire entre l'arbre 102 et le satellite 105, sensiblement au niveau du diamètre primitif des dentures, de sorte que le roulement du satellite 105 sur l'arbre 102 s'effectue sans glissement. Dans le troisième mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 3, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation de la figure 1 portent des références identiques augmentées de 200. Le réducteur 201 de ce mode de réalisation est un réducteur cycloïdal et comprend un arbre d'entrée 202 supporté par des paliers 242 et 247. Une couronne périphérique externe 203 munie d'une denture interne 203A est fixée sur un boîtier 211 grâce à des vis 212. L'arbre 202 est pourvu sur sa surface externe d'excentriques 202C et 202D dont l'axe de symétrie respectivement noté YY' et ZZ' est parallèle et distinct de l'axe de rotation XX' de l'arbre 202. Autour des excentriques 202C et 202D sont respectivement montés des satellites ou cames 205C et 205D qui sont supportés grâce à des billes 208C et 208D dans un espace E" défini entre l'arbre 202 et la couronne 203. Les satellites 205C et 205D sont chacun pourvus d'au moins un perçage central 205C1, 205D1 dans lequel peut être disposé un galet 243 destiné à être rendu solidaire d'une bride de sortie 244 du réducteur 201 grâce à une ou plusieurs vis 245. Ainsi, la rotation de l'arbre 202 autour de l'axe XX' entraîne respectivement les satellites 205C et 205D respectivement autour des axes YY' et ZZ' alors que ceux-ci sont pourvus d'une denture externe 205C2 et 205D2 leur permettant d'engrener avec la denture 203A, de sorte que le galet 243 et la bride 244 sont entraînées en rotation autour de l'axe XX' - Le rapport de réduction de ce réducteur est égal à la différence entre le nombre de dents de la denture 203A et les nombres de dents des dentures 205C2 ou 205D2, divisé par le nombre de dents de la denture 203A. Par exemple, la denture 203A peut avoir 66 dents alors que les dentures 205C2 et 205D2 comptent 64 dents, de sorte que le rapport de réduction est de (66 - 64)/64 c'est-à-dire de 1/32ème. Des billes 213 servent de palier pour supporter la bride 244 et les éléments dont elle est solidaire. Conformément à l'invention, des aimants 220 en forme de tuile sont collés sur la surface périphérique externe de l'arbre 202. Un stator 221 est disposé autour des aimants 220 tout en étant alimenté par deux câbles 222. Comme précédemment, l'alimentation électrique du stator 221 induit sur les aimants 220 un couple apte à faire tourner l'arbre 202 autour de son axe de symétrie XX' et donc la bride 244 autour de ce même axe. Un manchon 223 est également prévu à l'intérieur de l'arbre 202 qui est en forme de tube creux, de telle sorte que les éléments 211 et 223 coopèrent pour protéger les éléments 202, 203, 205C, 205D, 220 et 221. L'arbre 202 porte également une denture 202B destinée à coopérer avec une roue dentée 225 appartenant à un codeur non représenté. Dans les trois modes de réalisation représentés, il est prévu une denture 2B, 102B ou 202B destinée à coopérer avec un codeur. Selon une variante non représentée, on pourrait également prévoir que le rotor du codeur est directement porté par l'arbre 2, 102 ou 202, le stator correspondant étant disposé autour de cet arbre. Dans ce cas, le codeur est contenu dans le boîtier 11, 111 ou 211. De la même manière, un frein pourrait être directement porté par l'arbre 2, 102 ou 202. Les trois réducteurs des figures 1, 2 et 3 peuvent être avantageusement utilisés dans une articulation de robot, notamment de robot multi-axes, car ils sont compacts, légers, fiables et présentent un excellent rapport de réduction. REVENDICATIONS 1. Réducteur épicycloïdal (1 ; 101) ou cycloïdal (201) comprenant au moins un arbre central (2 ; 102 ; 202) au moins une couronne périphérique ( 3 ; 103 ; 203) et au moins un satellite (5 ; 105 ; 205C, 205D) entraîné par ledit arbre central, caractérisé en ce que ledit arbre central porte un ensemble (20 ; 119, 120 ; 220) formant rotor d'un moteur électrique d'entraînement dudit réducteur, un stator (21 121 ; 221) dudit moteur étant disposé autour dudit arbre central. 2. Réducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arbre central (102) porte une bague (119) dont la surface périphérique externe est pourvue d'aimants (120). 3. Réducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arbre central (2 ; 202) porte, directement sur sa surface périphérique externe, une pluralité d'aimants (20 220). 4. Réducteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits aimants (20 ; 120 ; 220) sont en forme de tuile. 5. Réducteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (11 ; 111 ; 211) apte à contenir ledit arbre central (2 ; 102 ; 202), ladite couronne périphérique (3 ; 103 ; 203), ledit ou lesdits satellites (5 ; 105 ; 205C, 205D), ledit ensemble formant rotor (20 ; 119, 120 ; 220) et ledit stator (21 ; 121 ; 221). 6. Réducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit satellite (105) est monté flottant dans un espace annulaire (E') compris entre ledit arbre central (102) et ladite couronne périphérique (103), ledit réducteur ne comprenant pas de porte-satellites. 7. Réducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit arbre central (102) porte au moins une piste de roulement (130, 131) dudit satellite (105) sur ledit arbre. 8. Réducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux pistes de roulement (130, 131) disposées de part et d'autre de la denture (105A) dudit satellite (105) dans la direction axiale (XX') dudit arbre central (102). 9. Réducteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs satellites ou cames (205C, 205D) entraînés par ledit arbre central (202) autour d'axes (YY', ZZ') parallèles et distincts de l'axe de rotation (XX') dudit arbre central. 10. Réducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit arbre central (2 ; 102 ; 202) porte un rotor d'un codeur de position dudit réducteur, un stator dudit codeur étant disposé autour dudit arbre central. 11. Articulation de robot équipée d'un réducteur (1 101 ; 201) selon l'une des revendications précédentes.