Brevet FR2783451A1 — publié le 20000324

ROBOT DE MANIPULATION D'UN OBJET La présente invention concerne un robot de manipulation d'un objet et plus particulièrement un robot muni d'un bras de manoeuvre déplaçable à la fois en rotation dans un plan horizontal et linéairement dans un plan vertical. Des robots de ce type sont connus et comportent un socle fixe sur lequel est monté un corps réalisé suivant un axe vertical de référence et sur lequel est monté mobile un bras de manoeuvre, équipé d'un moyen de préhension approprié, s'étendant perpendiculairement audit corps auquel il est assujetti, d'une part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en rotation de 360 dans un plan horizontal pour l'obtention de positions angulaires prédéterminées du bras et d'autre part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en déplacement vertical correspondant à une course de prise, de transport, puis de dépose d'un objet, selon un cycle en U. Actuellement, les moyens d'entraînement en rotation et en déplacement vertical sont réalisés à partir de vérins pneumatiques ou hydrauliques. En ce qui concerne plus particulièrement le mouvement d'entraînement en rotation, celui-ci, lorsqu'il est obtenu par des moyens pneumatiques, présente l'inconvénient majeur de limiter le mouvement en rotation qui correspond en fait à des secteurs angulaires dont la valeur est définie par des butées adéquatement positionnées. Ceci occasionne une difficulté consistant à devoir changer les valeurs d'angle qui doivent être prédéterminées et forcément limitées en nombre, car une valeur doit correspondre au positionnement d'une butée. De plus, il est nécessaire de prévoir autant de moyens d'amortissement du bras de manoeuvre qu'il y a de butées, et le déplacement d'une butée à l'autre est relativement lent. Enfin, un tel concept ne permet pas de réaliser des réglages fins. En ce qui concerne les moyens d'entraînement en déplacement vertical, ceux-ci, même lorsqu'ils sont conçus à partir de circuits pneumatiques, s'avèrent d'une grande complexité, ce qui se traduit bien entendu par un coût de réalisation important. La présente invention a pour but de remédier à ces différents inconvénients en remplaçant les systèmes pneumatiques connus d'entraînement en rotation d'un bras par un système motorisé et de simplifier d'une manière nouvelle et inventive le système d'entraînement en déplacement vertical, même s'il reste pneumatique. A cet effet l'invention concerne un robot de manipulation d'un objet du type comportant un socle fixe sur lequel est monté un corps réalisé suivant un axe vertical de référence et sur lequel est monté un bras de manoeuvre, équipé d'un moyen de préhension approprié, s'étendant perpendiculairement audit corps auquel il est assujetti d'une part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en rotation de 360 dans un plan horizontal pour l'obtention de positions angulaires prédéterminées du bras et d'autre part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en déplacement vertical correspondant à une course de prise, de transport, puis de dépose d'un objet, selon un cycle en U, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation du bras sont constitués par un moteur électrique et un réducteur, ce dernier étant globalement constitué par une vis sans fin en liaison avec le moteur, par l'intermédiaire ou non d'un accouplement élastique, et montée rotative entre deux éléments formant palier disposés en ligne dans une cage, pour engrener avec une roue de réduction à denture hélicoïdale également disposée dans la cage et dont l'axe de rotation s'étend orthogonalement par rapport à celui de la vis et se prolonge par un arbre de commande à l'extrémité duquel est fixé ledit bras de manoeuvre. Avantageusement, selon une autre caractéristique de l'invention, la vis sans fin est pourvue de moyens de rattrapage automatique de jeu par rapport à la roue de réduction, qui sont constitués par un élément support de vis sur lequel sont disposés les paliers et qui est rapporté dans la cage de manière mobile sur un axe d'articulation, issu de son fond et situé du côté de l'extrémité de la vis en liaison avec le moteur, de manière à obtenir un débattement angulaire de l'élément support par rapport à la cage d'o par rapport à la roue, pour une mise en appui sous contrainte permanente contre celle-ci, assurant la suppression des jeux existants entre eux. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'entraînement en déplacement vertical du bras de manoeuvre sont constitués par un piston creux à l'intérieur duquel est fixé à son extrémité supérieure un palier dans lequel est susceptible d'être entrainé en rotation un arbre auxiliaire prolongeant perpendiculairement le bras, et en liaison avec l'arbre de commande réalisé en prolongement de la vis sans fin, de manière à ce que le piston creux, le palier, l'arbre auxiliaire et le bras de manoeuvre qui y est fixé constituent un sous ensemble solidaire susceptible de coulisser dans un corps creux concentrique fixe avec lequel le piston définit localement une chambre également concentrique délimitée d'une part transversalement par les parois mêmes du piston et du corps qui sont de diamètres différents et d'autre part axialement par deux bagues fixes concentriques inférieure et supérieure formant butées sur lesquelles est monté coulissant ledit piston et entre lesquelles est susceptible de se débattre axialement une collerette du piston qui est sensiblement du même diamètre que le corps creux, ladite collerette étant disposée entre deux trous d'arrivée et de sortie d'air sous pression reliés à une installation pneumatique et débouchant dans ladite chambre pour exercer une poussée verticale dans un sens ou dans l'autre sur la collerette du piston porteur du bras de manoeuvre. Selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens de liaison rotatifs et susceptibles de coulisser axialement sont prévus entre l'arbre de commande réalisé en prolongement de la vis sans fin du réducteur et l'arbre auxiliaire prolongeant perpendiculairement le bras de manoeuvre, de manière à permettre l'exécution du cycle en U. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexes sur lesquels: - La figure 1 représente un robot de manipulation, partiellement en coupe, équipé de moyens d'entraînement en rotation et d'entraînement en déplacement vertical selon l'invention. - Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de détail représentant les moyens d'entraînement en rotation, respectivement en vue de côté et vue de dessus selon la figure 1. - La figure 4 est une vue représentant en coupe les moyens d'entraînement en déplacement vertical selon la figure 1. Le robot 1 de manipulation, désigné globalement sur la figure 1, comporte un socle fixe 2 sur lequel est monté un corps 3, désigné également globalement, réalisé suivant un axe de référence vertical XX' sur lequel est monté mobile un bras de manoeuvre 4 équipé à son extrémité libre d'un moyen de préhension approprié (non représenté). Ledit bras (4) s'étend perpendiculairement au corps 3 et y est fixé par l'intermédiaire d'une tête 5. Le bras 4 est assujetti au corps 3 d'une part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en rotation de 360 dans un plan horizontal pour l'obtention de positions angulaires prédéterminées du bras 4, et d'autre part, par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en déplacement vertical correspondant à une course de prise, de transport puis de dépôt d'un objet selon un cycle en U. Selon une première caractéristique de l'invention, les moyens d'entraînement en rotation du bras 4 sont constitués par un moteur électrique 6 et un réducteur 7, ce dernier étant globalement constitué par une vis sans fin 8 en liaison avec le moteur 7, par l'intermédiaire ou non d'un accouplement élastique 9, et qui est montée rotative entre deux éléments 10, 11 formant palier disposés en ligne dans une cage 12, pour engrener avec une roue de réduction 13 à denture hélicoïdale également disposée dans la cage 12 et dont l'axe de rotation 14 s'étend orthogonalement par rapport à celui de la vis 8 et se prolonge par un arbre de commande 15 à l'extrémité duquel est fixé ledit bras de manoeuvre 4. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la vis sans fin 8 est pourvue de moyens de rattrapage automatique de jeu par rapport à la roue de réduction 13, qui sont constitués par un élément support 16 de vis 8 sur lequel sont disposés les paliers 10, 11 et qui est rapporté dans la cage 12 de manière mobile sur un axe d'articulation 17, issu de son fond 16a et situé du côté de l'extrémité de la vis 8 en liaison avec le moteur 7. De cette manière, il est obtenu un débattement angulaire de l'élément support 16 par rapport à la cage 12 d'o par rapport à la roue 13, pour une mise en appui sous contrainte permanente contre celle-ci, assurant la suppression des jeux existants entre eux. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mise en appui permanent sous contrainte de la vis 8 contre la roue 13 est obtenue par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique 18, interposé entre un point fixe 19 de la cage 12 et une partie 20 de l'élément support articulé 16, opposé à son articulation 17. En fait et de manière préférentielle, l'élément support 16 est obtenu à partir d'une structure en U, dont la branche de fond horizontale 16a est percée d'un trou réalisé sous une de ses branches verticales 16b et apte à recevoir l'axe d'articulation 17 issu du fond de la cage 12, les branches verticales 16b et 16c du même U comportant des logements réalisés en vis à vis pour recevoir les paliers 10, 11. Ces paliers 10 et 11 sont avantageusement constitués par des roulement à billes à contact oblique, et il en est de même pour l'axe 15 de la roue de réduction 13 qui est orthogonale à la vis sans fin 8, comme décrit précédemment. En effet, l'axe 15 précité est soutenu par deux paliers 21 et 22, en fait également des roulements à contact oblique qui sont logés dans des logements correspondant. Un bouchon 23 poussant sur les bagues extérieures de ceux- ci pour rattraper tous les jeux de montage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la force de mise en appui sous contrainte de la vis sans fin 8 sur la roue de réduction 13 est au moins diminuée pendant la phase de rotation permettant au bras 4 d'aller d'une position angulaire à une autre, par un moyen exerçant une force contraire à celle de l'organe de rappel élastique 18 agissant sur l'élément support en U 16 de la vis sans fin 8 pour supprimer temporairement la contrainte exercée par ledit organe de rappel élastique 18. Ceci a pour avantage de soulager le moteur 6 pendant la phase de rotation du bras, donc d'éviter un surdimensionnement de ce moteur qui serait dû à la contrainte, en fait pendant une phase o cela est inutile. De plus, ceci permet de diminuer les frottements entre la vis 8 et la roue 13, donc d'éviter une usure prématurée de ces éléments. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen exerçant une force contraire à l'organe de rappel élastique 18 de la vis sans fin 8 est constitué par un électro aimant (non représenté) agissant en attraction sur l'élément support en U 16 dans une direction opposée à celle de l'organe de rappel élastique 18. On peut également jouer sur la force de l'électro aimant pour obtenir une force d'appui entre la vis 8 et la roue 13 qui est programmable en fonction de la précision à obtenir. Il est à noter également que l'élément support en U 16 est ajusté gras entre la paroi supérieure et inférieure de la cage 12 du réducteur, de manière à supprimer tout degré de liberté axiale et conserver le degré de liberté en rotation autour de l'axe d'articulation 17. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'entraînement en déplacement vertical du bras de manoeuvre 4 sont constitués par un piston 24 creux à l'intérieur duquel est fixé à son extrémité supérieure un palier 25 dans lequel est susceptible d'être entraîné en rotation un arbre auxiliaire 26 prolongeant perpendiculairement le bras 4, et en liaison avec l'arbre de commande 15 réalisé en prolongement de la vis sans fin 8. Le piston creux 24, le palier 25, l'arbre auxiliaire 26 et le bras de manoeuvre 4 qui y est fixé constituent ainsi un sous ensemble solidaire susceptible de coulisser dans un corps creux concentrique fixe 27 avec lequel le piston 24 définit localement une chambre 50 également concentrique délimitée d'une part transversalement par les parois mêmes du piston 24 et du corps 27 qui sont de diamètres différents et d'autre part axialement par deux bagues concentriques dont l'une inférieure 29 est mobile avec le piston 24 et joue un rôle râcleur dans la chambre 50 et l'autre supérieure 28 étant fixe et formant butée. En fait, le piston 24 est monté coulissant sur la bague 28 fixe et sur une autre bague fixe 51 située sous la bague râcleuse mobile 29. Une collerette 30 est réalisée sur le piston 24 et est sensiblement du même diamètre que le corps creux 27. Ladite collerette 30 est donc apte à se débattre axialement dans la chambre et est disposée entre deux trous d'arrivée et de sortie d'air sous pression 31, 32 reliés à une installation pneumatique et débouchant dans ladite chambre 50 pour exercer une poussée verticale dans un sens ou dans l'autre sur la collerette 30 du piston 24 porteur du bras de manoeuvre 4. Préférentiellement, les bagues 28, 29 et 51 sont constituées par des joints quadrilobes assurant également l'étanchéité de la chambre 50. Le corps creux 27 comporte en outre deux bagues de guidage autolubrifiantes 33, 34 disposées fixement sur ledit corps au-delà de chacune des butées 28, 29 de collerette 30 du piston 24. Par ailleurs, des moyens 35 de liaison rotatifs et coulissant axialement sont prévus entre l'arbre de commande 15 réalisé en prolongement de la vis sans fin 8 du réducteur et l'arbre auxiliaire 26 prolongeant perpendiculairement le bras de manoeuvre 4. Ces moyens sont constitués d'une part par une première bague 36 fixe axialement mais solidaire en rotation d'une extrémité de l'arbre de commande 15 réalisé en prolongement de la vis sans fin 8 du réducteur, et d'autre part par une seconde bague 37 solidaire tant en rotation qu'en déplacement axial d'une extrémité libre de l'arbre auxiliaire 26 opposée au bras de manoeuvre 4 qu'il prolonge. Ladite seconde bague 37 comporte deux trous 38, 39 diamétralement opposés avec lesquels coopèrent librement deux broches , 41 issues de la première bague 36 sur lesquelles sont susceptibles de coulisser les trous 38, 39 de la seconde bague 37 lors d'un déplacement axial du piston 24 d'o de l'arbre auxiliaire 26 sur lequel elle est fixée ou d'être entraîné en rotation par la même première bague 36 par action du motoréducteur. REVENDICATIONS 1. Robot de manipulation d'un objet du type comportant un socle (2) fixe sur lequel est monté un corps (3) réalisé suivant un axe vertical de référence (XX') et sur lequel est monté mobile un bras de manoeuvre (4) équipé d'un moyen de préhension approprié s'étendant audit corps auquel il est assujetti, d'une part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en rotation de 360 dans un plan horizontal pour l'obtention de positions angulaires prédéterminées du bras et d'autre part par l'intermédiaire de moyens d'entraînement en déplacement vertical correspondant à une course de prise, de transport, puis de dépose d'un objet, selon un cycle en U, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation du bras (4) sont constitués par un moteur électrique (6) et un réducteur (7), ce dernier étant globalement constitué par une vis sans fin (8) en liaison avec le moteur (7), par l'intermédiaire ou non d'un accouplement élastique (9), et montée rotative entre deux éléments (10, 11) formant palier disposés en ligne dans une cage (12), pour engrener avec une roue de réduction (13) à denture hélicoïdale également disposée dans la cage (12) et dont l'axe de rotation (14) s'étend orthogonalement par rapport à celui de la vis (8) et se prolonge par un arbre de commande (15) à l'extrémité duquel est fixé ledit bras de manoeuvre (4). 2. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis sans fin (8) est pourvue de moyens de rattrapage automatique de jeu par rapport à la roue de réduction (13), qui sont constitués par un élément support (16) de vis (8) sur lequel sont disposés les paliers (10, 11) et qui est rapporté dans la cage (12) de manière mobile sur un axe d'articulation (17), issu de son fond (16a) et situé du côté de l'extrémité de la vis (8) en liaison avec le moteur (7), de manière à obtenir un débattement angulaire de l'élément support (16) par rapport à la cage (12) d'o par rapport à la roue (13), pour une mise en appui sous contrainte permanente contre celle-ci, assurant la suppression des jeux existants entre eux. 3. Robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mise en appui permanent sous contrainte de la vis (8) contre la roue (13) est obtenue par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique (18), interposé entre un point fixe (19) de la cage (12) et une partie (20) de l'élément support articulé (16), opposé à son articulation (17). 4. Robot selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément support (16) est obtenu à partir d'une structure en U, dont la branche de fond (16a) horizontale est percée d'un trou réalisé sous une de ses branches verticales (16b) et apte à recevoir l'axe d'articulation (17) issu du fond de la cage (12), les branches verticales (16b et 16c) du même U comportant des logements réalisés en vis à vis pour recevoir les paliers (10, 11). 5. Robot selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la force de mise en appui sous contrainte de la vis sans fin (8) sur la roue de réduction (13) est au moins diminuée pendant la phase de rotation permettant au bras (4) d'aller d'une position angulaire à une autre, par un moyen exerçant une force contraire à celle de l'organe de rappel élastique (18) agissant sur l'élément support en U (16) de la vis sans fin (8) pour supprimer temporairement la contrainte exercée par ledit organe de rappel élastique (18). 6. Robot selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen exerçant une force contraire à l'organe de rappel élastique (18) de la vis sans fin (8) est constitué par un électro aimant (non représenté) agissant en attraction sur l'élément support en U (16) dans une direction opposée à celle de l'organe de rappel élastique (18). 7. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en déplacement vertical du bras de manoeuvre (4) sont constitués par un piston (24) creux à l'intérieur duquel est fixé à son extrémité supérieure un palier (25) dans lequel est susceptible d'être entraîné en rotation un arbre auxiliaire (26) prolongeant perpendiculairement le bras (4), et en liaison avec l'arbre de commande (15) réalisé en prolongement de la vis sans fin (8), de manière à ce que le piston creux (24), le palier (25), l'arbre auxiliaire (26) et le bras de manoeuvre (4) qui y est fixé constituent un sous ensemble solidaire susceptible de coulisser dans un corps creux concentrique fixe (27) avec lequel le piston (24) définit localement une chambre (50) également concentrique délimitée d'une part transversalement par les parois mêmes du piston (24) et du corps (27) qui sont de diamètres différents et d'autre part axialement par deux bagues concentriques dont l'une inférieure (28) est mobile avec le piston (24) et joue un rôle râcleur dans la chambre (50) et dont l'autre (29) est fixe et forme butée audit piston (24) qui est monté coulissant d'une part sur ladite bague fixe (28) et une autre bague fixe (51) située sous la bague râcleuse mobile (29), de manière à ce qu'une collerette (30) réalisée sur le piston (24), sensiblement du même diamètre que le corps creux (27), soit apte à se débattre axialement dans la chambre (50) entre deux trous d'arrivée et de sortie d'air sous pression (31, 32) reliés à une installation pneumatique et débouchant dans ladite chambre (28) pour exercer une poussée verticale dans un sens ou dans l'autre sur la collerette (30) du piston (24) porteur du bras de manoeuvre (4). 8. Robot selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps creux (27) comporte en outre deux bagues de guidage autolubrifiantes (33, 34) disposées fixement sur ledit corps au-delà de chacune des butées (28, 29) de collerette (30) du piston (24). 9. Robot selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des moyens (35) de liaison rotatifs et susceptibles de coulisser axialement sont prévus entre l'arbre de commande (15) réalisé en prolongement de la vis sans fin (8) du réducteur et l'arbre auxiliaire (26) prolongeant perpendiculairement le bras de manoeuvre (4). 10. Robot selon la revendication 9, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués d'une part par une première bague (36) fixe axialement mais solidaire en rotation d'une extrémité de l'arbre de commande (15) réalisé en prolongement de la vis sans fin (8) du réducteur, et d'autre part par une seconde bague (37) solidaire tant en rotation qu'en déplacement axial d'une extrémité libre de l'arbre auxiliaire (26) opposée au bras de manoeuvre (4) qu'il prolonge, ladite seconde bague (37) comportant deux trous (38, 39) diamétralement opposés avec lesquels coopèrent deux broches (40, 41) issues de la première bague (36) sur lesquelles sont susceptibles de coulisser les trous (38, 39) de la seconde bague (37) lors d'un déplacement axial du piston (24) d'o de l'arbre auxiliaire (26) sur lequel elle est fixée ou d'être entraîné en rotation par la première bague (36) par action du motoréducteur.