Brevet FR2836971A1 — publié le 20030912

ENSEMBLE MOBILE MENANT/MOBILE MENE A CYCLE FIXE, AVEC RAPPORT DE VITESSES NON CONSTANT AU COURS D'UN CYCLE La présente invention concerne un ensemble mobile menant/mobile mené, comportant des moyens de transmission qui permettent d'assurer une transmission de mouvement entre le mobile menant et le mobile mené selon un cycle fixe au cours duquel le rapport de vitesses entre les deux mobiles n'est pas constant. L'invention trouve son application dans tous les équipements industriels comportant un organe (mobile mené) devant être animé d'un cycle fixe, avec une vitesse de déplacement variable au cours d'un cycle, tels que par exemple, et de manière non limitative, bras manipulateur, système transfert indexé, plateau rotatif,... On désigne dans le présent texte par mobile menant tout mobile guidé, et notamment tout organe mécanique, pièce ou assemblages de pièces, qui est entraîné par un actionneur, quel que soit le type d'actionneur et quel que soit le mouvement (linéaire, rotatif,...) du mobile. On désigne dans le présent texte par mobile mené tout mobile guidé, et notamment toute pièce ou assemblages de pièces, qui est entraîné par le mobile menant, via la liaison rigide, quel que soit le mouvement (linéaire, rotatif,...) du mobile mené. On désigne dans le présent texte par cycle fixe , tout cycle composé d'une séquence prédéfinie et figée de phases de mouvement et éventuellement de phases d'arrêt, par opposition aux cycles qui sont modifiée automatiquement par des données externes, tel que par exemple des cycles variables qui sont fonction de l'état de l'environnement du mobile mené, ledit état étant mesuré par un ou plusieurs capteurs, ou encore tel que par exemple des cycles programmables. La présente invention a pour objectif principal de proposer une solution simple, fiable et à faible prix de revient, pour l'entraînement d'un mobile (mobile mené) à vitesse variable et selon un cycle fixe et répétitif, et qui d'une manière générale permet de respecter les conditions ci-après : a) Un positionnement du mobile mené qui est précis pendant tout le cycle, et qui est reproductible avec précision d'un cycle à l'autre, b) Un profile de vitesse linéaire du mobile mené sur un cycle qui n'est pas constant, et qui est reproductible avec précision d'un cycle à l'autre. Plus particulièrement, lorsque le cycle comporte au moins une phase d'arrêt du mobile mené, la solution de l'invention doit permettre d'obtenir : c) un arrêt du mobile mené avec un positionnement précis et reproductible d'un cycle à l'autre, et notamment un positionnement plus précis que celui qui serait obtenu par simple suspension de la commande d'un actionneur entraînant le mobile mené, sur état d'un capteur détectant la position d'arrêt du mobile mené, d) un maintien de chaque position d'arrêt, quelles que soient les sollicitations extérieures (verrouillage de la position d'arrêt). Les objectifs ci-dessus sont atteints par l'invention au moyen d'un ensemble qui est connu en ce qu'il comporte un mobile menant et un mobile mené, et des moyens de transmission permettant une transmission de mouvement entre le mobile menant et le mobile mené selon un cycle fixe au cours duquel le rapport de vitesses entre les deux mobiles n'est pas constant. De manière caractéristique selon l'invention, lesdits moyens de transmission comportent un guide distinct des deux mobiles et définissant un premier profil de came, et une liaison rigide qui relie le mobile menant au mobile mené de telle sorte que la distance entre les deux mobiles menant et mené est variable ; le mobile mené comporte une portion de guidage qui forme un deuxième profil de came, et ladite liaison rigide d'une part est maintenue en appui sur le premier profil de came de telle sorte qu'en cours de déplacement du mobile menant la liaison rigide est déplacée en étant guidée en permanence par le premier profil de came, et d'autre part coopère avec le deuxième profil de came du mobile mené pour la transmission de mouvement entre les deux mobiles ; les deux profils de came sont choisis de telle sorte que le rapport de vitesses entre les deux mobiles menant et mené au cours d'un cycle n'est pas constant. Plus particulièrement, qu'au moins une portion du premier profil de came est orientée selon la même direction que le deuxième profil de came de telle sorte que le mobile mené est immobilisé lorsque la liaison rigide est guidée par ladite portion. De préférence, l'ensemble comprend en outre une unité de compression-détente qui relie le mobile menant et ladite liaison, ladite une unité de compression-détente étant prévue pour être comprimée lorsque le mobile menant se rapproche du mobile mené, et pour se détendre lors des phases d'accélération du mobile mené par rapport au mobile menant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après de plusieurs variantes de réalisation de l'invention, laquelle description est donnée à tire d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 7 représentent différentes positions au cours d'un cycle d'un ensemble mobile menant/mobile mené réalisé conformément à une première variante de l'invention, - les figures 8 à 12 représentent différentes positions au cours d'un cycle d'un ensemble mobile menant/mobile mené réalisé conformément à deuxième variante de l'invention, les figures 13 à 17 représentent différentes positions au cours d'un cycle d'un ensemble mobile menant 1 mobile mené réalisé conformément à troisième variante de l'invention, la figure 18 et une vue arrière de l'ensemble mobile menant 1 mobile mené des figures 13 à 17. On a représenté sur la figure 1 une première variante de réalisation d'un ensemble mobile menant 1/mobile mené 2 de l'invention. Dans cette variante de réalisation, le mobile menant 1 comporte essentiellement une pièce 10 enfilée et montée coulissante sur un guide rectiligne 3. Cette pièce 10 est couplée à un actionneur (non représenté) tel que par exemple un vérin linéaire ou équivalent, qui permet de la déplacer en translation, en la faisant coulisser le long du guide 3. Le mobile mené 2 est constitué par une pièce 20, qui est également enfilée sur le guide rectiligne 3, et qui peut librement coulisser en translation par rapport à ce guide 3. Dans cette variante de réalisation, les deux mobiles menant 1 et mené 2 sont donc conçus pour se déplacer linéairement selon la même direction, correspondant à l'axe AA, du guide 3. Plus particulièrement, la pièce 20 comporte une lumière oblongue 21 rectiligne, dont la direction générale fait sensiblement un angle a avec la direction de déplacement de la pièce 20. De manière équivalente, cette lumière 21 pourrait être remplacée par une rainure de même géométrie. La pièce 10 et la pièce 20 sont reliées entre elles mécaniquement par une biellette de liaison 4. Cette biellette de liaison 4 se présente sous la forme d'une tige (ou bras) 4a dont une première extrémité est montée pivotante par rapport à la pièce 10 selon un axe 5, transversal à la direction de déplacement de la pièce 10 ; la biellette 4 se prolonge à son autre extrémité par un maneton cylindrique transversal 4b. Une extrémité de ce maneton 4b de la biellette 4 est passée à travers la lumière 21 de la pièce 20, et peut se déplacer exclusivement en translation à l'intérieur de cette lumière 21. Dans la variante de réalisation de la figure 1, entre la pièce 10 et la biellette 4 est en outre monté une unité de compression-détente 6. Plus particulièrement, dans l'exemple illustré, cette unité de compression-détente 6 comporte un corps tubulaire 6a à l'intérieur duquel est monté un ressort (non visible sur les figures) et une tige 6b dont une partie est montée coulissante à l'intérieur de la partie tubulaire 6a, et dont l'extrémité inférieure est montée pivotante par rapport à la biellette 4. Lorsque la biellette 4 pivote vers le haut selon l'axe 5, par rapport à la pièce 10, la tige 6b remonte à l'intérieur de la partie tubulaire 6a et comprime le ressort logé à l'intérieur de la partie tubulaire 6a. Outre les éléments précités, l'ensemble de l'invention comporte également un guide 7 sous la forme d'une plaque dont le bord supérieur 7a s'étend parallèlement le long du guide 3, c'est-à-dire le long du trajet du mobile menant 1 et du mobile mené 2. Le maneton 4b de la biellette 4 est en permanence maintenue en appui simple sur le bord supérieur 7a du guide, lequel bord supérieur 7a définit un premier profil de came pour la biellette 4, la face interne 21a de la lumière 21 de la pièce 20 définissant un deuxième profil de came pour la biellette 4. Au début d'un cycle de fonctionnement, le mobile menant 1 est dans une position telle que la pièce 10 est en butée au contact de la partie recourbée 7b (figure 1) du guide 7. Cette position initiale n'est pas représentée sur les figures annexées. Au cours d'un cycle de fonctionnement, la pièce 10 du mobile menant 1 est dans un premier temps (trajet aller ) poussée en translation par l'actionneur le long du guide 3 (figure 1/flèche D). La fin de ce trajet aller du mobile menant correspond à la position de la pièce 10 en butée contre la partie courbe 7c du guide 7 (figure 1). Dans un deuxième temps (trajet retour ), la pièce 10 du mobile menant 1 est tirée par l'actionneur précité en sorte de se déplacer en sens inverse (figure 1/flèche D'), pour revenir à la position initiale précitée. Ce cycle de fonctionnement est répété de manière itérative, par une commande appropriée de l'actionneur précité. D'une manière générale, les profils de came 7a et 21 a conjugués permettent de programmer de manière précise et reproductible d'un cycle à l'autre, la position et la vitesse linéaire du mobile mené 2 par rapport à la position et à la vitesse linéaire du mobile menant 1. Ces profils de came 7a sont donc déterminées de manière spécifique pour chaque application, et plus précisément en fonction du déplacement (position et vitesse) souhaité pour le mobile mené par rapport déplacement (position et vitesse) du mobile menant. Dans l'application particulière des figures 1 à 7, et de manière non limitative de l'invention, le profil de came 7a du guide 7 comporte successivement, depuis la position initiale précitée du mobile menant, une première portion rectiligne horizontale l, une première portion ascendante ! t, une courte portion H ! sensiblement horizontale, une portion descendante IV et une portion rectiligne horizontale V. Plus particulièrement, dans l'exemple illustré, les deux portions ascendante Il et descendante IV sont symétriques l'une de l'autre et présentent la même pente. Plus particulièrement, l'angle ss formé par ces deux portions, par rapport à la direction la partie linéaire 1 est identique à l'angle a, et vaut plus particulièrement 450. Le déplacement dans le sens aller (flèche D) de l'ensemble mobile menant 1/mobile mené 2 sur cette portion (1 à V) du guide 7 va à présente être détaillé, étant précisé que l'homme du métier est en mesure d'adapter immédiatement les explications données pour comprendre le déplacement dans le sens aller (flèche D) de l'ensemble mobile menant 1/mobile mené 2 sur la partie restante du guide 7 (au-delà de la portion V précitée), ainsi que le déplacement dans le sens retour (flèche D') de l'ensemble mobile menant 1/mobile mené 2. En début de cycle, la biellette 4 prend appui par l'intermédiaire du maneton 4b, sur la partie rectiligne précitée 1 du profil de came 7a, la tige 4a de la biellette 4 étant légèrement inclinée vers le bas tel que cela est illustré sur la figure 1 (position angulaire initiale de la biellette 4). On considère dans la suite des explications, que la pièce 10 du mobile menant 1 est déplacée par l'actionneur dans la direction D à une vitesse linéaire (V1), qui peut être constante ou non selon l'application. Dans une première phase du cycle, la pièce 20 du mobile mené 2 est poussée par la biellette 4 dont le maneton 4b exerce une poussée sur le profil de came 21 a de la pièce 20. Les deux pièces 10 et 20 se déplacent linéairement dans la même direction D et avec la même vitesse linéaire (V1), l'écart entre les deux pièces restant constant, et la biellette 4 restant dans sa position angulaire initiale précitée. Ce déplacement des deux pièces 10 et 20 à même vitesse se poursuit jusqu'à ce que la biellette 4 arrive au contact de la portion ascendante Il du profil de came 7a (position illustrée sur la figure 2). A partir de la position illustrée sur la figure 2, la biellette 4 pivote progressivement vers le haut (figure 3/flèche F) sous l'action de guidage de la portion Il du profile de came 7a. Au cours de cette deuxième phase de fonctionnement, le maneton 4b de la biellette 4 coulisse à l'intérieur de la lumière 21 et le mobile menant 20 est à l'arrêt (du fait de la même orientation de la lumière 21 et de la portion ascendante tut). La pièce 10 du mobile menant 1 se rapproche ainsi de la pièce 20 du mobile mené 2 qui est à l'arrêt. Le pivotement vers le haut de la biellette 4 se traduit par une compression du ressort monté à l'intérieur du corps tubulaire 6a de l'unité de compression- détente 6, ce qui permet de stocker de l'énergie qui sera avantageusement utilisée pour aider au redémarrage ultérieur du mobile mené 2. Cette deuxième phase de fonctionnement se poursuit jusqu'à ce que la biellette 4 arrive à l'extrémité supérieure de la portion ascendante Il du profil de came 7a (position illustrée sur la figure 4). Dans une troisième phase de fonctionnement (non représentée sur les dessins), la biellette 4 est guidée au contact de la portion rectiligne lil, ce qui se traduit un redémarrage de la pièce 20. Dans une quatrième phase de fonctionnement (figures 5 et 6) la biellette 4 est guidée au contact de la portion descendante IV du profil de came 7a. Dans cette quatrième phase de fonctionnement, la pièce 20 du le mobile mené 2 est poussée par la biellette 4, ladite biellette pivotant vers le bas (figure 5 et 6/flèche F'), et le maneton 4b de la biellette 4 coulissant en sens inverse dans la lumière 21 de la pièce 20 ; la vitesse linéaire (V2) de déplacement de ladite pièce 20 est ainsi supérieure à la vitesse linéaire (V1) de la pièce 10, la pièce 20 s'éloignant de la pièce 10. Au cours de ce pivotement vers le bas de la biellette 4, le ressort de l'unité de compression-détente 6, qui était jusqu'alors comprimé, se détend et restitue l'énergie préalablement acquise, ce qui facilite le redémarrage et l'accélération de la pièce mobile 20 au cours de cette quatrième phase de fonctionnement. Lorsque la biellette 4 arrive au contact de la portion rectiligne V du profile de came 7a, les deux portions ascendante Il et descendante IV étant parfaitement symétriques l'une de l'autre, l'écart entre les deus pièces mobiles 10 et 20 est redevenu identique à l'écart initial de la première phase de fonctionnement précitée, et la biellette 4 se retrouve dans sa position angulaire initiale de la figure 1. Dans une cinquième phase de fonctionnement, qui correspond à un guidage de la biellette 4 par la portion rectiligne V du profile de came 5, les deux pièces mobiles 10 et 20 se déplacent linéairement à la même vitesse de la même manière que pour la première phase de fonctionnement précitée, etc... On comprend à la lumière des explications ci-dessus que le choix du profil de came 7a et du profil de came 21 de la lumière 21 conditionne les différentes phases de fonctionnement au cours d'un cycle, et notamment la position relative et vitesse relative de déplacement du mobile mené 2 par rapport au mobile menant 1. Ces profils seront donc choisis par l'homme du métier, en fonction de l'application, et notamment du déplacement souhaité pour les deux mobiles. L'invention permet avantageusement, et de manière simple, de réaliser des cycles de fonctionnement qui soient parfaitement reproductibles, avec un déplacement (position et vitesse) précis et reproductible du mobile mené par rapport au déplacement (position et vitesse) du mobile menant. Plus particulièrement, les positions d'arrêt du mobile mené sont avantageusement maintenues quelles que soient les conditions extérieures, et sont parfaitement reproductibles d'un cycle à l'autre. On a représenté aux figures 8 à 12, une deuxième variante de réalisation d'un ensemble mobile menant l'1 mobile mené 2', dans laquelle les deux mobiles se déplacent linéairement selon la même direction (flèches D et D'). Par souci de simplification, les pièces de cet ensemble qui remplissent la même fonction que les pièces de l'ensemble précédemment décrit pour la première variante de réalisation des figures 1 à 7, ont été numérotées avec les mêmes références. Dans cette deuxième variante de réalisation, le guide 7 est formé par une plaque dans laquelle est ménagée une rainure dont la face interne forme le profil de came 7a, et dans laquelle est guidée le maneton 4b de la biellette 4. Les figures 8 à 12 illustrent le déplacement des deux pièces 10 et 20 respectivement des mobiles menant l'et mobile mené 2'au cours d'un trajet aller (flèche D) du cycle. On notera que dans cette réalisation, le profil de came 7a comporte deux portions rectilignes (A) et (C) orientées à angle droit, et raccordées par une portion courbe (B). La première portion rectiligne (A) s'étend parallèlement à la direction de déplacement des deux mobiles (guide 3). La deuxième portion rectiligne (C) s'étend transversalement à cette direction de déplacement. En outre, la lumière rectiligne 21 de la pièce 20 du mobile 2's'étend sensiblement parallèlement à la deuxième portion rectiligne (C). En référence à la figure 8, lorsque la biellette 4 est guidée dans la première portion rectiligne (A) du profil de came 7a, les deux mobiles se déplacent dans la direction D (ou D'selon le sens de déplacement du mobile menant 1') avec la même vitesse linéaire. En référence aux figures 9 et 10, lorsque la pièce 10 du mobile menant l'est déplacée dans la direction D, et lorsque la biellette 4 est guidée par la portion courbe de raccordement (B), la pièce mobile 20 du mobile mené 2'ralentit par rapport à la pièce 10 du mobile menant 1' ; la biellette 4 pivote (flèche F) et le maneton 4b de la biellette coulisse dans la lumière 21. En référence à la figure 11, lorsque la biellette 4 est guidée dans la portion rectiligne (C) du profil de came 7a, la pièce 20 du mobile mené 2'est immobilisée, la pièce 10 du mobile menant l'se rapprochant de la pièce 20 du mobile mené. En référence à la figure 12, lorsque le maneton 4 est en butée contre l'extrémité de la lumière 21, la pièce 10 du mobile menant l' poursuit son déplacement dans la direction D jusqu'à venir en position de butée final (fin du trajet aller ), la biellette 4 poursuivant son pivotement. Dans les deux variantes de réalisation qui viennent d'être décrites en référence aux figures 1 à 12, le guide 7 formant le premier profil de came 7a, qui permet le guidage de la biellette 4 est fixe. Dans une autre variante de réalisation, non illustrée, ce guide 7 pourrait être monté sur un chariot permettant son réglage en position, ou encore être mobile au cours du déplacement des deux pièces 10 et 20. Egalement, dans ces deux variantes des figures 1 à 12, la biellette 4 est en contact glissant avec les deux profils de came 7a et 21 a ; dans une autre variante, il pourrait s'agir d'un contact roulant, le maneton 4b étant par exemple munis de galets de roulements rotatifs ou équivalent. Dans les variantes de réalisation illustrées sur les figures annexées, la biellette 4 est montée pivotante par rapport au mobile menant. Cette caractéristique, bien que préférentielle, n'est toutefois pas limitative de l'invention. Dans une autre variante, la biellette 4 peut d'une manière plus générale être montée pivotante et/ou coulissante par rapport au mobile menant. De manière similaire, la biellette 4 peut d'une manière plus générale être montée pivotante et/ou coulissante par rapport au mobile mené. On a représenté sur les figures 13 à 18, une troisième variante de réalisation, dans laquelle les mobiles menant 1"et mené 2" comportent respectivement deux pièces 10 et 20 mobiles en rotation selon un même axe de rotation R. Dans cette troisième variante de réalisation, les éléments qui remplissent les mêmes fonctions que la première variante précédemment décrite ont été indiqués avec les mêmes références. Les figures 13 à 17 annexés qui illustrent les différentes phases de fonctionnement de l'ensemble 1"/2"sont suffisamment explicites en elles-mêmes et ne seront donc pas détaillées. La présente invention trouve son application dans toute réalisation industrielle où il est nécessaire d'entraîner un mobile (mobile mené) par un mobile menant, selon un cycle fixe, avec une vitesse de déplacement variable du mobile mené par rapport au mobile menant, au cours d'un cycle. On trouve notamment son application à la réalisation, dans des équipements industriels, de bras manipulateurs, de systèmes de transfert indexé à déplacement linéaire (première et deuxième variante précitée) ou à déplacement rotatif (troisième variante). REVENDICATIONS 1. Ensemble comportant un mobile menant (1 ; 1' ; 1") et un mobile mené (2 ; 2' ; 2") et des moyens de transmission permettant une transmission de mouvement entre le mobile menant et le mobile mené selon un cycle fixe au cours duquel le rapport de vitesses entre les deux mobiles n'est pas constant, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission comportent un guide (7) distinct des deux mobiles et définissant un premier profil de came (7a), et une liaison rigide (4) qui relie le mobile menant (1 ; 1' ; 1") au mobile mené (2 ; 2' ; 2") de telle sorte que la distance entre les deux mobiles menant et mené est variable, en ce que le mobile mené (2 ; 2' ; 2") comporte une portion de guidage (21) qui forme un deuxième profil de came (21 a), en ce que ladite liaison (4) d'une part est maintenue en appui sur le premier profil de came (7a) de telle sorte qu'en cours de déplacement du mobile menant (1 ; 1' ; 1") la liaison rigide (4) est déplacée en étant guidée en permanence par le premier profil de came (7a), et d'autre part coopère avec le deuxième profil de came (21 a) du mobile mené (2 ; 2' ; 2") pour la transmission de mouvement entre les deux mobiles, les deux profils de came (7a, 21 a) étant choisis de telle sorte que le rapport de vitesses entre les deux mobiles menant (1 ; 1' ; 1") et mené (2 ; 2' ; 2") au cours d'un cycle n'est pas constant. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que la liaison rigide (4) comporte une biellette qui est montée pivotante/ou coulissante par rapport au mobile mené (2 ; 2' ; 2"). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la liaison rigide (4) comporte une biellette qui est montée pivotante et/ou coulissante par rapport au mobile menant (1 ; 1' ; 1"). 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le mobile mené (2 ; 2' ; 2") comporte une lumière ou rainure (21) dont la face interne (21a) définit le deuxième profil de came. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé qu'il comprend en outre une unité de compression-détente (6) qui relie le mobile menant (1 ; 1") et la liaison (4), ladite une unité de compression-détente (6) étant prévue pour être comprimée lorsque le mobile menant (1 ; 1") se rapproche du mobile mené (2 ; 2"), et pour se détendre lors des phases d'accélération du mobile mené (2 ; 2") par rapport au mobile menant (1 ; 1"). 6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'au moins une portion (Il ; C) du premier profil de came (7a) est orientée selon la même direction que le deuxième profil de came (21 a) de telle sorte que le mobile mené (2 ; 2' ; 2") est immobilisé lorsque la liaison (4) est guidée par ladite portion (Il ; C). 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les deux mobiles menant (1 ; 1') et mené (2 ; 2') sont conçus pour se déplacer en translation dans la même direction. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les deux mobiles menant (1") et mené (2") sont mobiles en rotation selon le même axe (R).