Brevet FR2780673A1 — publié le 20000107

PIECE D'ARTICULATION POUR MODULE DE TRAVAIL ROBOTISE A CINEMATIQUE PARALLELE La présente invention concerne une pièce d'articulation, notamment pour un dispositif de transmission du mouvement dans un module de travail robotisé à cinématique parallèle, solidaire d'une plate-forme mobile porte-outil et comportant six bras de liaison à une plate-forme fixe solidaire de la structure dudit module, les bras de liaison étant solidaires deux à deux d'un des angles de ladite plate-forme mobile par l'intermédiaire de ladite pièce d'articulation. Dans les machines-outils à cinématique parallèle du type hexapodes comportant deux plates-formes, une plate-forme fixe liée à la structure de la machine et une plate-forme mobile solidaire de la plate-forme porte-outil, ces deux plates-formes étant reliées par des bras de liaison, la plate-forme fixe se présente le plus souvent sous la forme d'une plate-forme aux angles de laquelle les bras de liaison sont articulés deux à deux. Une telle machine est par exemple décrite dans la publication internationale PCT/GB92/00613. Les bras du manipulateur objet de cette publication sont reliés deux à deux par une de leurs extrémités à la plate-forme triangulaire mobile par des pièces d'articulation se présentant sous la forme de sphères, leur autre extrémité étant solidaire d'une rotule fixée dans la plate-forme fixe, les six rotules de ladite plate-forme étant disposées de façon à former un hexagone. Dans cette forme de réalisation, les trois axes de rotation des trois pièces d'articulation se croisent un seul point dans l'espace, chacun de ces axes étant défini par l'union des deux axes qui permettent la rotation des deux bras de liaison. Afin d'obtenir une manoeuvrabilité encore supérieure à celle obtenue avec de telles machines, la présente invention propose une pièce d'articulation dont les axes permettent la rotation des deux bras de liaison dans des emplacements quelconques dans l'espace et qui comporte quatre axes de rotation. Avec de telles articulations solidaires de la plate-forme mobile porte-outil, il est possible de passer d'une configuration de l'articulation semblable à celle de l'art antérieur sphérique à une configuration qui permet d'atteindre de meilleurs résultats en ce qui concerne la manoeuvrabilité, la rigidité de l'ensemble et le volume de travail. De plus, cette réalisation permet d'obtenir un compromis valable entre ces trois caractéristiques et, dans tous les cas d'exigences spécifiques, il est possible d'établir la configuration qui favorise une caractéristique par rapport à une autre. En outre, la forme de construction mécanique d'une telle pièce d'articulation permet, par sa simplicité, d'atteindre une précision et une rigidité accrues. Pour atteindre tous ces buts, la pièce d'articulation selon l'invention, telle que définie en préambule est caractérisée en ce qu'elle comporte une embase solidaire de la plate-forme mobile, un corps fixé à ladite embase et deux éléments de jonction allongés solidaires dudit corps et des bras de liaison, et en ce que l'embase est agencée pour pivoter par rapport à la plate-forme mobile selon un axe perpendiculaire au plan défini par ladite plate-forme, le corps est agencé pour pivoter par rapport à ladite embase selon un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de l'embase par rapport à la plate-forme et chaque élément de jonction est agencé pour pivoter par rapport audit corps selon un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du corps par rapport à l'embase, les axes de rotation desdits éléments de jonction par rapport audit corps et l'axe de rotation de l'embase par rapport à ladite plate-forme n'ayant aucun point d'intersection entre eux. De préférence, les axes de rotation desdits éléments de jonction par rapport au corps sont situés dans un même plan et parallèles entre eux et l'axe de rotation du corps par rapport à l'embase est parallèle audit plan. Selon une forme de réalisation préférée, I'embase comporte une partie parallélépipédique surmontée d'une partie semi-cylindrique et un tronçon cylindrique solidaire de la partie parallélépipédique et formant un pivot vertical. De façon avantageuse, cette embase est solidaire de la plate-forme mobile au moyen du pivot vertical traversant ladite plate-forme. De préférence, le corps est en forme d'étrier et comporte une partie supérieure parallélépipédique et une partie inférieure en forme de U renversé, ladite partie inférieure définissant une cavité parallélépipédique fermée sur deux côtés par deux parois et ouverte sur les deux autres côtés. Dans cette forme de réalisation de la pièce d'articulation de l'invention, l'embase est logée dans ladite cavité du corps et fixée audit corps par un axe perpendiculaire audit pivot vertical et solidaire des parois de la cavité. Chaque élément de jonction comporte avantageusement à son extrémité inférieure deux bras longitudinaux allongés parallèles entre eux et la partie supérieure du corps est logée entre lesdits bras, chaque élément de jonction étant fixé par lesdits bras à ladite partie supérieure du corps au moyen d'un axe perpendiculaire à l'axe liant le corps à l'embase. Chaque bras de liaison est avantageusement fixé rigidement à l'extrémité supérieure de chaque élément de jonction. De préférence le pivot liant I'embase à la plate-forme mobile, I'axe liant le corps à l'embase et les axes liant les éléments de jonction au corps sont montés par l'intermédiaire de roulements. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation préféré et des dessins annexés dans lesquels: la figure I représente une vue frontale de la pièce d'articulation selon I'invention, la figure 2 représente une vue latérale de la pièce d'articulation de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne I - I de la figure 1, la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne Il - Il de la figure 2, les figures 5A et 5B représentent des vues de détail de la figure 3, et les figures 6A et 6B illustrent la position des pièces d'articulation sur la plate- forme mobile. En référence aux figures 1 à 5, la pièce d'articulation 10, solidaire de la plate- forme mobile porte-outil 11 d'un module robotisé, comporte une embase 12 fixée de manière pivotante à ladite plate-forme, un corps 13 lié à l'embase 12 et deux éléments de jonction allongés 14 permettant l'accouplement de la plate-forme fixe (non représentée) à la plate-forme mobile 11 du module par l'intermédiaire de bras de liaison 15. L'embase 12 comporte une partie inférieure 12a parallélépipédique surmontée d'une partie 12b semi-cylindrique. Cette embase est maintenue dans la plate-forme 11 par l'intermédiaire d'un tronçon cylindrique formant un pivot vertical 16 solidaire de la surface inférieure de la partie 12a. Ledit pivot 16 se compose de trois tronçons, un tronçon d'extrémité 16a fileté s'étendant jusqu'à une gorge 17, un tronçon central 16b et, à son extrémité liée à la partie 12a, un tronçon 16c ayant un diamètre plus grand que le diamètre du tronçon 16b afin de ménager un épaulement 18. Pour permettre sa liaison avec l'embase 12, la plate-forme 11 est pourvue d'un alésage 19 agencé pour recevoir une douille de fixation 20. Cette douille comporte, à l'extrémité inférieure d'un tronçon cylindrique 20a, une collerette 20b. Le tronçon 20a a une hauteur égale à l'épaisseur de la plate-forme 11 pour venir se loger dans l'alésage 19 lorsque la collerette 20b est plaquée contre la surface inférieure de ladite plate-forme. Par ailleurs ledit tronçon 20a est obturé à son extrémité supérieure en formant un rebord annulaire intérieur 22 pour définir un logement 23 pour deux roulements à billes 24 à contact oblique montés en opposition et en "O" permettant à l'embase 12 de pouvoir tourner selon un axe vertical par rapport à la plate-forme 11 par un montage rigide et compact. Un alésage cylindrique 25, dont le diamètre est égal au diamètre du tronçon 16c du pivot 16, est ménagé dans le fonds de ce logement. Lors du montage de l'embase dans la plate-forme, le tronçon 16c vient s'emboîter dans I'alésage 25 et les roulements 24 sont en appui d'une part contre l'épaulement 18 du pivot 16 et d'autre part contre le rebord annulaire 22, les surfaces de contact de l'épaulement et du rebord étant situées dans le même plan horizontal. La douille 20 est solidaire de la plate-forme 11 par la collerette 20b au moyen de vis de fixation 21. Les roulements 24 sont maintenus dans le logement 23 par une plaquette 26 en forme de rondelle cylindrique pourvue d'une nervure intérieure 27 destinée à venir se plaquer contre la paroi extérieure des roulements 24. Cette plaquette est fixée sur la douille 20 par des vis 28. Une entretoise 29 logée entre la plaquette 26 et l'axe 16 vient en appui sur le bord intérieur des roulements 24. Pour assurer le blocage de cette entretoise 29, un écrou 30 solidaire d'une bague de blocage 31 est vissé sur l'extrémité filetée 16a de l'axe 16, la bague 31 venant se loger dans la gorge 17. L'ensemble formé par les parties 12a et 12b est ouvert sur une de ses faces latérales et définit un logement cylindrique 32. Par ailleurs la paroi opposée à cette ouverture est pourvue d'un alésage traversant 33. Le corps 13 se présente sous la forme d'un étrier comportant une partie supérieure 13a parallélépipédique rétrécie et une partie inférieure 13b dont la section transversale verticale est en forme de U renversé et définit une cavité parallélépipédique 34 ouverte sur deux côtés et délimitée sur ses deux autres côtés par deux parois 35 et 36 formant les branches du U. Les deux parois 35 et 36 sont pourvues d'un alésage horizontal 37, respectivement 38, ces deux alésages étant ménagés dans le prolongement l'un de l'autre et le diamètre de l'alésage 37 étant supérieur au diamètre de l'alésage 38. La partie 13a de longueur égale à la partie 13b est positionnée au milieu de la face supérieure horizontale de la partie 13b. Elle est pourvue, dans le sens de son épaisseur, de deux alésages horizontaux traversants 39 parallèles entre eux et de même diamètre, les axes de ces alésages étant perpendiculaires à l'axe défini par les alésages 37 et 38 de la partie 13b du corps 13. L'embase 12 est liée de manière rotative au corps 13 par l'intermédiaire d'un axe horizontal 40 comportant un tronçon d'extrémité 40a fileté s'étendant jusqu'à une gorge 41, un tronçon central 40b et un autre tronçon d'extrémité c ayant un diamètre plus grand que le diamètre du tronçon 40b afin de ménager un épaulement 42. Le corps 13 vient coiffer l'embase 12 par l'intermédiaire de la cavité 34 et est solidaire de cette embase par l'axe 40. Pour relier ces deux éléments, l'axe est introduit par son extrémité 40a respectivement dans l'alésage 37 du corps, dans l'alésage 33 de l'embase et dans l'alésage 38 du corps jusqu'à ce que la gorge 41 soit à fleur de la face de sortie de cet alésage. De cette façon le tronçon 40c vient se loger respectivement dans les alésages 37 du corps et 33 de l'embase, la longueur de ce tronçon étant telle pour que l'épaulement 42 soit situé dans le plan de la face intérieure arrière du logement 32. Lorsqu'il traverse le logement 32, I'axe est solidaire de deux roulements à billes circulaires 44 à contact oblique montés en opposition dans ledit logement et en appui contre l'épaulement 42. Ces roulements sont maintenus dans le logement 32 par une plaquette de fermeture 45 pourvue d'une nervure intérieure 46 destinée à venir se plaquer contre la paroi extérieure des roulements 44. Cette plaquette est fixée sur les parties 12a et 12b de I'embase par trois vis 47. Une entretoise 48 logée entre la plaquette 45 et l'axe 40 vient d'un côté en appui sur le bord intérieur des roulements 44 et de l'autre côté sur la face intérieure de la paroi 36 du corps 13. Pour assurer le blocage de l'axe, un écrou 49 solidaire d'une bague d'arrêt 50 est vissé sur l'extrémité filetée 40a de l'axe 40, la bague 50 venant se loger dans la gorge 41. Par cette construction le corps 13 peut pivoter par rapport à l'embase selon un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de rotation de l'embase 12 par rapport à la plate-forme 11. Les deux éléments de jonction allongés 14, permettant l'accouplement de la plate-forme fixe à la plate-forme mobile 11 du module par l'intermédiaire de bras de liaison 15, sont solidaires du corps 13 et pivotants par rapport à ce corps. A cet effet, chaque élément 14 se compose d'un bloc de base 51 parallélépipédique pourvu de deux bras longitudinaux rectilignes 52 et 53 parallèles entre eux. Le bras 52 est intégré audit bloc et est ménagé à partir de sa face inférieure. Par ailleurs, un décrochement 54 ménagé à la base de sa paroi arrière permet le logement du haut du bras 53 qui lui est mobile, la profondeur de ce décrochement étant égale à l'épaisseur dudit bras. Le bras 53 est positionné et fixé au bloc 51 respectivement au moyen d'une goupille et d'une vis 56. Chaque bras 52, respectivement 53, est en outre pourvu à son extrémité inférieure d'un alésage horizontal traversant 57, respectivement 58, de même diamètre, ces alésages étant dans le prolongement l'un de l'autre lorsque le bras 53 est fixé au bloc 51. L'écartement entre les deux bras est défini pour que la partie 13a du corps 13 puisse venir s'intercaler entre lesdits bras. La liaison entre ces trois éléments se fait par un axe horizontal 60. Cet axe comporte un tronçon d'extrémité 60a fileté s'étendant jusqu'à une gorge 61, un premier tronçon intermédiaire 60b de même diamètre que le tronçon 60a, un tronçon central 60c d'un diamètre supérieur au tronçon 60b, un second tronçon intermédiaire 60d d'un diamètre supérieur au tronçon 60c afin de ménager un épaulement 62 et un autre tronçon d'extrémité 60e ayant un diamètre égal au diamètre des tronçons 60a et 60b. Afin que chaque élément de jonction 14 puisse pivoter par rapport au corps 13, I'axe 60 est introduit respectivement dans l'alésage 57 du bras 52, l'alésage 39 du corps 13, puis l'alésage 58 du bras 53. Comme pour le montage des axes 16 et 40, il coopère avec deux roulements à billes 64, à contact oblique, logés dans l'alésage 39 et qui viennent en appui sur l'épaulement 62 dudit axe. Un écrou 65 solidaire d'une bague d'arrêt 66 est vissé sur l'extrémité filetée 60a de cet axe 60, pour assurer son blocage, la bague 66 venant se loger dans la gorge 61. Ainsi chaque élément 14 peut pivoter autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de rotation du corps 13 par rapport à l'embase 12, les axes de rotation des éléments 14 n'ayant aucun point d'intersection avec l'axe de rotation de l'embase 12 par rapport à la plate-forme 11 et avec l'axe de rotation du corps 13 par rapport à l'embase 12. La distance entre les axes de rotation des éléments 14 et la distance entre ces axes et l'axe de rotation de l'embase 12 sont déterminées par les relations entre la manoeuvrabilité, la rigidité et l'ensemble du volume de travail. Les bras de liaison 15 sont fixés dans chacun des éléments de jonction 14 par deux goupilles 67 maintenant l'extrémité 68 desdits bras lorsqu'ils sont emboîtés dans un alésage borgne vertical 69 prévu à cet effet dans la partie supérieure du bloc 51. Comme représenté par les figures 6A et 6B, la plate-forme mobile 11, qui dans l'exemple décrit est de forme triangulaire, est équipée à chacun de ses angles 70, qui sont arrondis pour correspondre au diamètre de la douille de fixation 20, d'une pièce d'articulation 10 afin d'obtenir une jonction à six bras de liaison entre les deux plates-formes. Par cette construction de la pièce d'articulation 10, chaque élément de mouvement, c'est-à-dire chaque bras de liaison 15, peut être positionné dans un emplacement quelconque grâce à cette pièce qui permet une jonction à trois points d'espace et à quatre axes de rotation. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites mais peut subir différentes modifications évidentes pour l'homme de métier. Revendications 1. Pièce d'articulation, notamment pour un dispositif de transmission du mouvement dans un module de travail robotisé à cinématique parallèle, solidaire d'une plate-forme mobile porte-outil et comportant six bras de liaison à une plate-forme fixe solidaire de la structure dudit module, les bras de liaison étant solidaires deux à deux à un des angles de ladite plate-forme mobile par l'intermédiaire de ladite pièce d'articulation, caractérisée en ce qu'elle comporte une embase (12) solidaire de la plate-forme mobile (11), un corps (13) fixé à ladite embase et deux éléments de jonction (14) allongés solidaires dudit corps et des bras de liaison (15), et en ce que l'embase est agencée pour pivoter par rapport à la plate-forme mobile (11) selon un axe perpendiculaire au plan défini par ladite plate-forme, le corps (13) est agencé pour pivoter par rapport à ladite embase (12) selon un axe perpendiculaire à I'axe de rotation de ladite embase par rapport à la plate-forme et chaque élément de jonction (14) est agencé pour pivoter par rapport audit corps (13) selon un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du corps par rapport à l'embase, les axes de rotation desdits éléments de jonction par rapport audit corps et l'axe de rotation de l'embase par rapport à ladite plate-forme n'ayant aucun point d'intersection entre eux. 2. Pièce d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes de rotation desdits éléments de jonction (14) par rapport au corps (13) sont situés dans un même plan et parallèles entre eux. 3. Pièce d'articulation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe de rotation du corps (13) par rapport à l'embase (12) est parallèle au plan défini par les axes de rotation des deux éléments de jonction (14) par rapport audit corps. 4. Pièce d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embase (12) comporte une partie parallélépipédique (12a) surmontée d'une partie semi-cylindrique (12b) et un tronçon cylindrique solidaire de la partie (12a) et formant un pivot vertical (16). 5. Pièce d'articulation selon la revendication 4, caractérisée en ce que I'embase (12) est solidaire de la plate-forme mobile (11) au moyen du pivot vertical (16) traversant ladite plate-forme. 6. Pièce d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (13) est en forme d'étrier et comporte une partie supérieure (13a) parallélépipédique et une partie inférieure (13b) en forme de U renversé, ladite partie inférieure définissant une cavité (34) parallélépipédique fermée sur deux côtés par deux parois (35, 36) et ouverte sur les deux autres côtés. 7. Pièce d'articulation selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'embase (12) est logée dans ladite cavité (34) et fixée audit corps (13) par un axe (40) perpendiculaire audit pivot vertical (16) et solidaire des parois (35, 36) de la cavité (34). 8. Pièce d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément de jonction (14) comporte à son extrémité inférieure deux bras longitudinaux (52, 53) parallèles entre eux. 9. Pièce d'articulation selon les revendications 6 et 8, caractérisée en ce que la partie supérieure (13a) du corps (13) est logée entre les bras (52, 53), et en ce que chaque élément de jonction (14) est fixé par lesdits bras à ladite partie (13a) au moyen d'un axe (60) perpendiculaire à l'axe (40). 10. Pièce d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque bras de liaison (15) est fixé rigidement à l'extrémité supérieure de chaque élément de jonction (14). 11. Pièce d'articulation selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que le pivot (16), I'axe (40) et les axes (60) sont montés par l'intermédiaire de roulements (24), (44) et (64).