Brevet FR2779086A1 — publié le 19991203

La présente invention concerne un perfectionnement pour hexapode. Un hexapode est par exemple un sous-ensemble d'une machine-outil servant à positionner un outil par rapport à une pièce à usiner, comprenant deux plateaux espacés reliés entre-eux par six jambes extensibles et articulées permettant de faire varier à volonté la position relative du plateau actif par rapport à celle du plateau socle. Le positionnement et le déplacement des jambes de 1' hexapode sont pilotés par l-ordinateur. Un hexapodc de cc type est par exemple décrit dans le document EP () 489 ) 857. Des hexapodes sont utilisés dans d'autres applications, par exemple dans les mesures physiques. L'idée inventive générale, ou le problème posé, est de trouver un moyen qui permette de diminuer ou compenser les contraintes sur l'ensemble des éléments de l ' hexapode, et en particulier sur les jambes et les articulations. Ce problème est résolu par l'invention qui consiste en un hexapode, par exemple un hexapode servant à positionner un outil par rapport à une pièce à usmner, comprenant deux plateaux espacés reliés entrc-eux par six jambes extensibles et articulées permettant de faire varier à volonté la position relative du plateau mobile par rapport à celle du plateau-socle, caractérisé en cc qu'il est équipé d'un moyen de diminution-compensation des contraintes sur l'un au moins des éléments de l' hexapode. Ce moyen de diminution-compensation peut être un compensateur mécanique, un moyen informatique de pilotage de la stratégie d'accès de 1' hexapode (et définissant au moins un critère de limitation d'effort), ou une combinaison du compensateur mécanique et du moyen informatique. Selon un exemple de réalisation le compensateur mécanique est un vérin maintenu par un bâti fixe, la fixation de la tige du vérin se faisant à la périphérie de l'organe terminal. Selon un autre exemple de réalisation le compensateur mécanique est un vérin dont la force compensatrice est transmise par une poulie de renvoi au point d'accrochage du plateau mobile. Selon un autre exemple de réalisation le compensateur mécanique est un vérin dont la tige commande un bras mobile relié au plateau mobile. Selon un autre exemple de réalisation le moyen de compensation est un ensemble de moyens dc parallèlisation d'une ou plusicurs janbes de 1' hexapode. Selon uin autre exemple de réalisation le moyen de parallèlisation utilisé est un vérin fixé à crté dc la jambe à parallèliser. Selon un autre exemple de réalisation une jauge de contrainte installée sur chaque jambe comportant un vérin utilise la pression d'huile à envoyer dans chaque chambre du vérin compensateur. Selon un autre exemple de réalisation les charges calculées à partir de simulations servent de consignes pour piloter les vérins compensateurs. Selon un autre exemple de réalisation chaque moyen de parallèlisation utilisé est intégré dans le vérin électrique de lajambe à paralléllser. Selon uin autre exemple de réalisation la force compensatrice est appliquée au centre du plateau mobile, l'axe de l'hexapode étant vertical. Dans l'exemple d'un hexapode suspendu, on peut appliquer une force compensatrice par ressort de rappel ou vérin de rappel, directement au centre de la broche ou sur l' une au moins des jambes. On comprendra mieux 1' invention à 1' aide de la description qui suite faite en 2 5 référence aux figures annexées suivantes: - figure la: schéma de principe d'un premier mode de compensation mécanique (S 1), non limitatif de l'invention, appliqué à un hexapode à axe principal sensiblement horizontal, - figures lb et le: schéma de principe de variantes de réalisation du mode de réalisation de la figure 1, - figure 2: schéma de principe d'un deuxième mode de compensation mécanique (S2), non limitatif de 1' invention, appliqué à un hexapode à axe principal sensiblement horizontal, - figure 3: schéma de principe d'un troisième mode de compensation mécanique (S3), non limitatif de 1' invention, appliqué à un hexapode à axe principal sensiblement horizontal, - figure 4: schéma de principe d'un moyen de compensation mécanique appliqué à un hexapode à axe principal sensiblement vertical, le plateau mobile étant placé au-dessus du plateau-socle, 0 - figures 5 et 6: schémas de principe de moyens de compensation mécaniques appliqués à un hexapode suspendu, c'est-à-dire à axe principal sensiblement vertical, le plateau mobile étant placé sous le plateau- socle, - figure 7: croquis montrant les mouvements possibles du plateau mobile d'un hexapode, - figures 8a, 8b et 8c: croquis montrant les possibilités de relier le compensateur mécanique et le plateau mobile par une articulation. Une première solution au problème posé est d'agir sur la stratégie d'accès à un point de la trajectoire de l'outil. En général, un hexapode a six degrés de liberté. Or, nous n'en utilisons que cinq. En effet, l'arc de rotation de l'électrobroche est dans la majorité des cas inutilisé. Il y a donc une infinité de longueur de jambe pour atteindre un point de la trajectoi re de 1' outil. Dans cette infinité, nous choisissons les longueurs de jambes grâce à une stratégie d'accès pilotée par ordinateur et qui définit des critères pris isolément ou en cascade, par exemple: - rester dans les limites des courses de chaque jambe, - rester dans les limites des angulations, limiter les efforts, - obtenir la rigidité souhaitée, - obtenir la précision souhaitée, - garder une orientation autour de 1' axe broche constante. Une première solution au problème posé consiste à diminuer les contraintes par pilotage informatique d'un au moins des criteres d'accès à un point de la trajectoire. Cette solution fait 1' objet d'un développement purement informatique. Une deuxième solution consiste à utiliser un ou des moyens mécaniques de compensation, différents modes de réalisation sont décrits ci-après en liaison avec les figures la à 6. Selon le premier mode de réalisation des figures la, lb, Ic applicable à un hexapode (1) disposé horizontalement, celui-ci est équipé d'un moyen de compensation mécanique formé d'un vérin (SI). hydraulique ou pncumatique, de puissance constante, supportant la masse embarquée sur le plateau mobile (2). A cet effet, sur la première variante de réalisation de la figure la, le vérin (S1) est disposé verticalement dans le plan du plateau mobile (2), les références (3 et 4) désignant respectivement l'axe de la broche et l'axe principal horizontal de 1' hexapode. Le corps du vérin (S1) est maintenu par un bâti fixe (6) et les risques de collision entre la tige et le plateau imposent que la fixation de la tige se fasse à la périphérie de l'organe terminal ou plateau mobile (2). Le vérin possède une course suffisante afin d'accepter toutes les variations de situation du plateau, tant en position qu'en orientation. Il est important de disposer de débits en air confortables (orifices du vérin, tailles du distributeur et du régulateur de pression) pour que les variations de volume de la chambre du vérin n'entraînent pas de charges supplémentaires. L'ajout d'un vérin compensateur d'efforts selon ce premier mode de réalisation ou de ses variantes permet de recentrer les plages de travail de chaque jambe sur les plages de charges acceptées par les actionneurs électriques, et a pour effet bénéfique de diminuer les valeurs des charges extrêmes. Cette technique possède aussi des avantages: - technologie simple à mettre en oeuvre, - fiabilité des vérins pneumatiques éprouvée, - le vérin compensateur pourra aussi servir d'aide au montage / démontage de la tête hexapode sur le centre d' usinage. Afin de simplifier l'accroche du compensateur, il est possible: d'imposer au plateau mobile de garder deux axes parallèles (la rotation autour de 1' axe de la broche est alors supprimée), - de prévoir une accroche qui supporte toutes les inclinaisons du plateau mobile. Ces inclinaisons résultent des mouvements rappelés sur le croquis de la figure 7, à savoir: 10. rotation (RI) autour de la broche, À rotation (R2) autour d' un axe horizontal, basculement (B) dans un plan vertical. Des essais ont permis de déterminer d'une part un point d'application dc la force compensatrice du vérin et de figer sa norme, d'autre part de déterminer une force compensatrice optimum dudit vérin. A titre d'exemple non limitatif, pour un vérin de 8(X) mm de course, on peut choisir une force compensatrice optimale de 350()0 N en uin point situé à la périphérie du plateau mobile et décalé de 6 mm selon l'axe (z) du repère cartésien (x,y,z) du plateau. Selon une variante de réalisation représentée à la figure lb, le vérin (S I) n'est pas disposé verticalement et sa force compensatrice est transmise par une poulie de renvoi au point d'accrochage du plateau mobile (2). Selon une autre variante de réalisation représentée à la figure Ic, la tige du vérin commande un bras mobile (5) relié au plateau mobile (2). Selon les deux autres modes de réalisations représentés aux figures 2 et 3, les solutions consistent à parallèliser chaque jambe de 1' hexapode, ou une partie d'entre-elles, par un vérin hydraulique. Le (ou les) compensateur additionné peut être fixé à côté de la jambe (vérin S2 de la figure 2) ou être intégré directement dans le mécanisme du vérin électrique de la jambe (référence S3 dc la figure 3). Dans le cas dc la figure 2, on peut envisager d'installer sur chaque jambe des jauges de contrainte qui piloteront les pressions d'huile à envoyer dans chaque chambre du vérin compensateur. Si la régulation est fiable et rapide, les vérins électriques de 1' hexapode ne devraient plus supporter de charge et conserveraient uniquement leur fonction de positionneur. Une deuxième solution de pilotage (dans le cas de la figure 2) est de prédire les charges sur les jambes à partir de simulations effectuées en phase préopératoire. Les données calculées serviraient de consigne pour piloter les vérins hydrauliques du compensateur. L'avantage principal de cCttec solution de la figure 2 est de s'intégrer à la structure de 1' hexapode. Dans le cas de la figure 3, o la l'onction compensatrice d'effort hydraulique est intégrée dans les vérins électriques, le principal avantage est de limiter le volume contraignant au sein de la structure de l' hexapode. Dans le cas de la figure 4, l'hcxapode est posé sur un plan, son axe principal (4) est vertical et le plateau mobile (2) est placé au-dessus du plateau fixe, l'axe de la broche (3) étant horizontal. La flèche (F) symbolise la force compensatrice d'un vérin de compensation hydraulique ou pneumatique. Selon un exemple de compensation optimum mais non limitative obtenue avec des vérins électriques de 100() mm de course, la force compensatrice est de 2810 N et elle est appliquée à 238 mm du centre du plateau mobile. Les effets d' un vérin compensateur observés dans le cadre de ce montage à hexapode vertical sont les mêmes que dans le cas du montage horizontal, les courbes d'effort se recentrent, les amplitudes stagnent et les extrêmes diminuent. Dans le cas des figures 5 et 6, l'hexapode est suspendu. A la figure 5, la force compensatrice (F) du moyen mécanique de compensation est appliquée directement sur la direction de la broche. A la figure 6, on prévoit sur chacune des jambes, ou sur une partie d'entre clles (par exemple trois) d'exercer une force compensatrice (Fi) par exemple par un ressort de rappel ou par un vérin de rappel. Enfin, une troisième solution consiste à combiner le mode de compensation informatique de la stratégie d'accès avec un mode de compensation mécanique, par exemple 1' un des compensateurs décrits ci-dessus. Afin de faciliter le mouvement du plateau (soutenu par le compensateur) en fonction ou non de la stratégie d'accès, on peut prévoir d' équiper 1' hexapode d'une liaison articulée avec le compensateur. Cette liaison articulée peut être prévue au niveau de la rotation autour de la 1 (0 broche (figure 8a) au niveau des inclinaisons du plateau (figure 8b, 8c). Ces trois articulations peuvent être combinées entre-clles. Afin d'améliorer le pilotage, les gains de l'automatisme pourront êtrc pilotés en fonction des longueurs dc jambe ct/ou des vitesses. Enfin, les pressions dans le compensateur pourront aussi être pilotées en fonction de ces factcurs. Bien entendu, l'invention s'applique même si l'hexapode est disposé sensiblement horizontalement ou sensiblement verticalement. REVENDICATIONS 1. Hexapode, par exemple un hexapode servant à positionner un outil par rapport à une piece à usiner, comprenant deux plateaux espacés reliés cntre-eux par six jambes extensibles et articulées permettant de faire varier à volonté la position relative du plateau mobile (2) par rapport à celle du plateau-socle, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un moyen de diminution-compensation des contraintes sur l'un au moins des éléments de 1' hexapode. 2. Hexapode selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de diminution-compensation est un compensateur mécanique. 3. Hexapode selon l' une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le I ( compensateur mécanique est une vérin (S 1) maintenu par un bâti fixe (6), la fixation de la tige du vérin se faisant à la périphérie de l'organe terminal. 4. Hexapodc selon 1' une des revendications 1 à 2, caractérisé en cc que le compensateur mécaniquc est un vérin (Si) dont la force compensatrice est transmise par une poulie de ren;ol au point d'accrochage du plateau mobile (2). 5. Hexapode selon l'une des revendication I à 2, caractérisé en ce que le compensateur mécaniquc est un vérin (SI) dont la tige commande un bras mobile (5) relié au plateau mobile (2). 6. Hexapode selon l' une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen de compensation est un ensemble de moyens de parallèlisation d'une ou plusieurs jambes de 1' hexapxode. 7. Hexapode selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de parallèlisation utilisé est un vérin (S2) fixé à côté de lajambe à parallèliser. 8. Hexapode selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une jauge de contrainte installée sur chaque jambe comportant un vérin utilise la pression d'huile 2 5 à envoyer dans chaque chambre du vérin compensateur. 9. Hexapode selon la revendication 7, caractérisé en ce que les charges calculées à partir de simulations servent de consignes pour piloter les vérins compensateurs. 1 0. H-lexapode selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque moyen de parallèlisation utilisé est intégré dans le vérin électrique de lajambe à parallèliser. 1 1. Hexapode selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force compensatrice est appliquée au centre du plateau mobile, 1' axe de 1' hexapode étant vertlical. 12. Hexapode selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force compensatrice du compensateur est appliquée directement sur la direction de la broche, l' hexapode étant suspendu. 1I 3. Hexapode selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on prévoit sur au moins une jambe d'un hexapode suspendu, d'appliquer une force compensatrice (Fi). 14. 1Hexapode selon la revendication 13, caractérisé en ce que la force compensatrice (Fi) est exercée par un élément de l'ensemble (ressort de rappel, vérin compensateur). 15. Hexapode selon l'une des revendications I à 14, caractérisé en ce que sa stratégie d'accès est pilotée par un logiciel définissant au moins un critère de limitation d'effort. 1 6. Hexapode selon 1' une des revendications I à 15, caractérisé en en ce que l'hexapode est équipé d'au moins une liaison articulée avec le compensateur mécanique.