Brevet FR2812354A1 — publié le 20020201

La présente invention concerne d'une manière générale une rotule en deux parties à grand débattement, en particulier une rotule présentant deux degrés de liberté en rotation de grande amplitude. Les débattements angulaires des rotules classiquement commercialisées dépassent difficilement les 15 , ce qui les rend quasiment inutilisables dans les architectures de robot dit parallèles. Les robots d'architecture dite parallèle ont la réputation d'être plus rigides et donc plus précis que les robots d'architectures série. Néanmoins, on leur reproche un domaine atteignable restreint par rapport aux robots à o architecture série. Les débattements angulaires limités des nombreuses liaisons passives associées en série entre le bâti et la platine mobile de ces robots d'architecture parallèle en est la cause principale. Une des conséquences néfastes de ce domaine atteignable restreint est le surdimensionnement du robot par rapport à celui-ci. Ce surdimensionnement pénalise alors la rapidité d'exécution du robot. Si on classe les besoins par amplitude décroissante des trois degrés de liberté en rotation d'une liaison sphérique, on constate que fréquemment, deux rotations à grande amplitude sont nécessaires tandis que la troisième, servant à rétablir la compatibilité du mécanisme remplit le rôle d'un microdegré de liberté. A titre d'exemple, nous citerons le parallélogramme déformable articulé par des rotules, articulation utilisée dans les robots d'architecture parallèle. Si ce parallélogramme déformable se vrille, il perd les propriétés pour lequel on l'a retenu. Sa finalité est donc de rester plan mais comme il ne peut l'être parfaitement, les contraintes de fermeture imposent la présence de micro- rotations. Le parallélogramme déformable est donc l'exemple type qui montre que le besoin de rotation de grande amplitude porte sur deux degrés de liberté par rotule. La présente invention a donc pour objet une rotule présentant deux degrés de liberté en rotation de grande amplitude. La présente invention a également pour objet une articulation du type parallélogramme déformable articulé par des rotules selon l'invention. L'invention a encore pour objet un robot à architecture parallèle, en particulier un robot du type delta comportant des articulations du type parallélogramme déformable, articulées au moyen de rotules selon l'invention. La rotule à grand débattement selon l'invention comprend un élément mâle ayant une partie sphérique maintenu en rotation entre deux portées sphériques d'un élément femelle fixé sur un support, qui se caractérise par le fait que l'élément femelle comprend: - une première demi-chape en forme d'équerre ayant une base horizontale et une paroi verticale solidaire de la base et comportant une première partie sphérique à une première extrémité opposée à la base; - une deuxième demi-chape en forme de plaque comportant une seconde portée sphérique à une première de ses extrémités; - la première demi-chape étant fixée de manière démontable par sa base à une surface supérieure du support et la deuxième demi-chape étant fixée de manière démontable par une deuxième extrémité opposée à sa première extrémité comportant la deuxième portée sphérique, à une paroi verticale du support adjacente à la paroi supérieure, de manière à maintenir en rotation la partie sphérique de l'élément mâle entre les première et seconde portées sphériques, grâce à quoi la rotule présente deux degrés de liberté en rotation de grande amplitude. Dans une réalisation préférée de l'invention, les deux demi-chapes de l'élément femelle sont fixées au support au moyen de vis coopérants avec des trous taraudés dans le support et traversant des trous ménagés dans les demi- chapes, les trous ménagés dans les demi-chapes étant surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre deux réglages en translation et un réglage en rotation des demi-chapes. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: * Figure 1: une vue en perspective d'une réalisation de la rotule selon l'invention, l'élément mâle de la rotule étant représenté en traits interrompus; * Figure 2: une vue de gauche de l'élément femelle et du support de la rotule de la figure 1 * Figure 3: une vue en coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 2; * Figure 4: une vue de dessus de l'élément femelle et du support de la rotule de la figure 1; et * Figure 5: une vue schématique d'un robot de type DELTA à grande amplitude articulé au moyen de rotules selon l'invention. En se référant aux figures 1 à 4, on va maintenant décrire une réalisation d'une rotule à grand débattement suivant deux degrés de liberté selon l'invention. Conmme on le voit sur les figures, la rotule selon l'invention comprend un élément femelle 20, 30 qui est fixé sur un support 40, par exemple un bras de liaison, et un élément mâle 10 représenté en traits interrompus courts maintenu à rotation dans l'élément femelle. L'élément femelle se compose d'une première demi-chape 20 en forme d'équerre ayant une base horizontale 21 pourvue de trous 24, 25 permettant de o fixer cette première demi-chape 20 sur la surface supérieure 41 du support 40 au moyen de vis (non représentées) passant par les trous 44, 45 du support 40 et se vissant dans des trous taraudés correspondants 24, 25 ménagés dans la base 21. La première demi-chape 20 en forme d'équerre comporte également une paroi verticale 22 solidaire de la base horizontale 21 et dans laquelle est 1 5 ménagée une portée sphérique 23. L'élément femelle comprend également une deuxième demi-chape 30 ayant la forme d'une plaque pourvue à son extrémité inférieure de trous taraudés 31, 32 et à son extrémité supérieure d'une portée sphérique 33. Les trous 31, 32 ménagés à la partie inférieure de la seconde demi-chape 30 permettent de fixer celle-ci sur une surface verticale 43, adjacente à la surface supérieure 41, d'un évidement 42 du support, au moyen de vis passant par des trous 46, 47 ménagés dans le support 40 et se vissant dans les trous taraudés 31, 32. Ainsi, lorsque la première et la seconde demi-chapes 20, 30 de l'élément femelle sont fixées au support 40, les portées sphériques 23, 33 de chacune des deux demi-chapes 20, 30 font face l'une à l'autre et maintiennent à rotation, un élément male 10 de la rotule. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 1, cet élément mâle comprend généralement une partie sphérique 11 emprisonnée entre les deux portées sphériques 23, 33 et un organe de liaison 12 fixé à la partie sphérique 11, de préférence emmanché ou soudé à cette partie sphérique. Les portées sphériques 23, 33 peuvent être constituées par des trous borgnes présentant des surfaces de glissement sphériques sur lesquelles glisse la partie sphérique 11 de l'élément mâle 10. Ces portées sphériques peuvent également être des trous débouchants qui peuvent être rebouchés par un insert en tout matériau approprié pour le contact avec la partie sphérique 11 tel qu'un insert en bronze, téflon, ou carbone. De préférence, les trous 44, 45, 46 et 47 ménagés dans le support 40 sont surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre un réglage suivant deux directions en translation, par exemple les directions x, y pour la première demi-chape 20 et les directions x et z pour la seconde demi- chape 30. Ainsi, il est possible lorsque les vis de fixation ne sont pas totalement bloquées de translater les deux demi-chapes 20, 30 suivant la direction x de manière à régler la longueur du support, par exemple un bras d'une liaison articulée coudée. Bien évidemment, une fois les réglages effectués, les vis sont bloquées pour maintenir fermement en position les deux demi-chapes 20, 30 de l'élément femelle de la rotule. Bien évidemment, les trous 44 à 47 du support pourraient être des trous taraudés et les trous 24, 25 de la première demi-chape 20 et 31, 32 de la demi- chape 30 pourraient être légèrement surdimensionnés pour permettre la fixation réglable décrite précédemment. Le léger surdimensionnement des trous de passage des vis permet également un réglage en rotation des deux demi-chapes 20, 30 de l'élément femelle de la rotule. La rotule obtenue permet une rotation de 360 selon l'axe z et une rotation de 320 selon l'axe x. La rotule selon l'invention est particulièrement adaptée à la réalisation de parallélogrammes déformables articulés par des rotules. On a représenté schématiquement à la figure 5 un robot de type DELTA comportant trois parallélogrammes articulés par des rotules selon l'invention. Commne le montre la figure 5, ce robot DELTA comporte trois parallélogrammes identiques et la description sera faite d'un seul de ces parallélogrammes étant entendu que cette description s'applique également aux autres parallélogrammes. 3o Comme le montre la figure 5, le parallélogramme 50 est articulé à chacun de ses quatre coins par une rotule selon l'invention 60, 61, 62 et 63. Les éléments femelles 60b et 63b des rotules sont raccordés deux à deux, par exemple par un segment 70, 71 qui peut être constitué par le support des éléments femelles de façon à définir deux côtés opposés du parallélogramme et les éléments mâles 60a à 63b de ces rotules sont également associés deux à deux par un segment 72, 73 de manière également à constituer deux côtés opposés du parallélogramme. Le segment 72 reliant les éléments mâles 60a, 61a et définissant le côté supérieur du parallélogramme est relié fixement en son milieu à une extrémité d'un segment 74 dont l'autre extrémité est reliée de manière pivotante au milieu d'un côté 81 d'une structure triangulaire 80. Le segment 73 reliant les éléments mâles 62a, 63a définissant le côté inférieur du parallélogramme est relié fixement en son milieu à une extrémité d'un segment 75 dont l'autre extrémité est reliée fixement à une structure centrale fixe. Le robot DELTA ainsi constitué a des débattements angulaires utiles accrus, ce qui implique un agrandissement du domaine atteignable. En outre, les limites des efforts sont les mêmes en traction et en compression et il y a possibilité de fonctionnement à jeu nul avec hysteresis minimal. Enfin, la possibilité de réglage en position des deux demi-chapes des 1éléments femelles des rotules permnet d'obtenir des parallélogrammes dont les côtés opposés sont presque parfaitement égaux. Tous ces paramètres contribuent à l'obtention d'un robot de grande précision. REVENDICATIONS 1. Rotule à grand débattement comprenant un élément mâle (10) ayant une partie sphérique (11) maintenue à rotation entre deux portées sphériques (23, 33) d'un élément femelle fixé sur un support (40), caractérisé en ce que l'élément femelle comprend: une première demi-chape en forme d'équerre (20) ayant une base horizontale (21) et une paroi verticale (22) solidaire de la base et comportant une première portée sphérique (23) à une première extrémité opposée à la base; une deuxième demi-chape en forme de plaque (30) comportant une seconde portée sphérique (33) à une première de ses i0 extrémités; la première demi-chape (20) étant fixée de manière démontable par sa base (21) à une surface supérieure (41) du support 40 et la deuxième demi-chape (30) étant fixée de manière démontable par une deuxième extrémité opposée à la première extrémité comportant la seconde portée sphérique (33) à une paroi verticale (43) du support adjacente à la surface supérieure (41) du support (40) de manière à maintenir à rotation la partie sphérique (11) de l'élément mâle (10) entre les première et seconde portées sphériques (23, 33), grâce à quoi la rotule deux degrés de liberté en rotation de grande amplitude. 2. Rotule selon la revendication 1 caractérisée en ce que les demi-chapes (20, 30) sont fixées au support (40) au moyen de vis se vissant dans des trous taraudés (24, 25, 31, 32) ménagés dans les deux demi-chapes et traversant des trous correspondants (44 à 47) légèrement surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre le réglage en translation et un réglage en rotation des deux demi-chapes (20, 30) ménagés dans le support (40). 3. Rotule selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la seconde demi-chape (30) est fixée au support dans un évidement (42) ménagé dans ce support (40). 4. Rotule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les amplitudes des deux degrés de liberté en rotation sont supérieures à . 5. Rotule selon la revendication 4 caractérisée en ce que les amplitudes des deux degrés de liberté en rotation sont de 360 et 320 respectivement. 6. Parallélogramnme déformable articulé par des rotules telles que définies dans l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Robot à architecture parallèle caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs parallélogrammes déformables selon la revendication 6. 8. Robot DELTA selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend trois parallélogrammes déformables.