Brevet FR2852265A1 — publié le 20040917

SEGMENT INTERMEDIAIRE DE BRAS ARTICULE CONTENANT UNE TRANSMISSION A VIS ET ECROU DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un segment intermédiaire de bras articulé, comprenant une transmission à vis et écrou, et aussi un bras dans lequel un tel segment intermédiaire trouve emploi. Les bras articulés utilisés comme bras de commande ou comme bras de travail comprennent le plus souvent plusieurs segments articulés entre eux et soutenus par des transmissions motorisées comprenant des moteurs dits de retour d'effort qui retiennent les 15 articulations et les segments en les empêchant de tomber dès qu'ils ne sont plus déplacés. Parmi les transmissions connues, certaines comprennent un système à vis et écrou afin de convertir la rotation d'un arbre moteur en translation d'un organe longiligne tel qu'un 20 câble qui entraîne le segment suivant du bras. De telles transmissions présentent plusieurs avantages dont la simplicité, la facilité d'adaptation à des segments de formes ou de longueurs différentes, la précision du mouvement due à la petitesse des jeux, et 25 une certaine légèreté. Le brevet français 2 809 464 illustre une telle transmission. Le moteur se trouve très souvent à proximité de l'écrou ou intégré au vérin vis-écrou. La masse souvent prépondérante du moteur induit un moment 30 basculant et une inertie importants par rapport aux axes d'articulation du segment. B 14281.3 JCI L'invention propose ici une modification de cette conception usuelle, dans laquelle, par une transmission ajoutée, le moteur est rapproché de l'axe d'articulation du segment précédent de façon à réduire 5 l'inertie et exercer un moment basculant propre dont l'intensité est faible ou même participer à l'équilibre du reste de la transmission ou du segment. Il devient alors très facile de retenir ou de mouvoir le segment, même par un moteur de faible puissance. Pour résumer, un aspect de l'invention est donc un segment intermédiaire de bras articulé, monté sur un segment précédent par une articulation rotative et sur lequel est monté un segment suivant, comprenant une transmission de soutien du segment suivant 15 comprenant un moteur, un écrou tournant avec le moteur, une vis engagée dans l'écrou, et un organe de liaison s'étendant entre la vis et le segment suivant, caractérisé en ce que le moteur est lié à l'écrou par un arbre moteur allongé de façon que le moteur soit en 20 position rapprochée de l'axe d'articulation rotative. L'arbre moteur est précisément allongé de façon que le moteur soit plus près de l'axe de l'articulation que la vis et l'écrou. Le moteur peut ainsi être placé devant l'articulation, ou au-delà d'elle, de l'autre côté du 25 bras. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures: - la figure 1 représente une réalisation de l'invention, - la figure 2 une réalisation un peu différente, B 14281.3 JCI - et les figures 3 et 4 deux modes de réalisation d'un bras de commande. La portion de bras représentée à la figure 1 aux fins de l'explication générale comprend un 5 segment intermédiaire 1, maintenu par ses extrémités opposées à un segment précédent 2 et à un segment suivant 3. Le segment précédent 2 est plus proche d'une embase 4, ici fixé sur elle. Il est relié au segment intermédiaire 1 par une première articulation 5, et le 10 segment suivant 3 est relié au segment 1 intermédiaire par une autre articulation 6. Le segment suivant 3, plus éloigné de l'embase 4 que le segment intermédiaire 1, peut ou non comprendre l'extrémité du bras. Les articulations 5 et 6 sont des articulations de rotation 15 ainsi qu'il est habituel dans cette technique, mais d'autres liaisons entre les segments 1, 2 et 3 seraient possibles. Voici comment s'effectue la commande de l'articulation 6 ou son maintien à une position d'arrêt. Une transmission 7 est logée dans le segment 20 intermédiaire 1. Elle comprend un câble en boucle 8, tendu entre deux poulies 9 et 10 dont la seconde matérialise l'articulation 6, une vis 11 à laquelle le câble 8 est attaché, un écrou 12 dans lequel la vis 11 est engagée, et un moteur 13. La rotation du moteur 13 25 fait tourner l'écrou 12 et avancer la vis 11 et le câble 8, en faisant tourner la poulie 10. Le câble 8 passe à travers la vis 11 qui est creuse, lui est attaché par un point, est aussi attaché à la poulie 10, et une rotation de la vis 11 est interdite, par 30 exemple, par un chariot à roulettes 14 monté sur la vis 11 et mobile sur une glissière 15 fixe. B 14281.3 JCI La plus grande partie de la transmission 7, dont l'écrou 12 et la vis 11, est proche de la deuxième articulation 6 et exerce donc un moment de basculement important sur le segment 1 autour de la première 5 articulation 5, du côté du support donné par l'embase 4. Au contraire, il est désormais prévu que le moteur 13 soit éloigné du reste de la transmission 7 et s'étende non loin de la première articulation 5 opposée à l'autre 6, et notamment devant elle, ou même au-delà 10 d'elle par rapport à la vis Il et à l'écrou 12. Ainsi, le moteur qui est ordinairement la partie la plus lourde de la transmission 7 n'exerce plus de moment basculant important; il peut même, s'il est au-delà de la première articulation 5, exercer un moment de 15 basculement équilibrant celui du reste de la transmission 7 ou du segment intermédiaire 1. Il convient alors d'ajouter un arbre de transmission 16 long entre le moteur 13 et un mécanisme 17 tel qu'un un engrenage pour communiquer sa rotation 20 à l'écrou 12. La sous-transmission composée des éléments 16 et 17 alourdit en elle-même le segment intermédiaire 1, mais à un degré modéré, et qui sera souvent plus que compensé par l'allégement du moteur 13 qui deviendra possible à cause de la diminution du 25 moment basculant à équilibrer. Il ne faut pas non plus oublier que l'allégement et la diminution du moment basculant sur un segment sont avantageux non seulement pour la conception du segment concerné, mais aussi pour les segments le précédant, qui auront aussi un moment 30 basculant plus faible à reprendre, ce qui permettra souvent d'alléger encore leurs moteurs, même si B 14281.3 JCI l'invention ne leur est pas appliquée. Enfin, la diminution des efforts permettra aussi d'alléger la structure elle-même des segments. Dans la réalisation de la figure 2, on 5 retrouve des éléments analogues si ce n'est que la transmission, encore référencée par 7, commande une deuxième articulation 18 dite de roulis faisant pivoter le segment suivant 3, au lieu d'une articulation de tangage comme à la figure 1. Le câble 8 est alors tendu 10 de façon un peu plus compliquée sur un jeu de poulies 19 de façon à enrouler son extrémité autour du segment suivant 3. Les poulies 19-1 et 19-2 sont concentriques à l'axe d'articulation du segment suivant. Les poulies 19-3 et 19-4 sont déviatrices ou de contrainte. Le 15 mouvement de la transmission 7 s'accompagne ici aussi d'un défilement du câble 8 et fait tourner les segments suivants 3 sur lui-même. Toutes les considérations précédentes sur la transmission 7 restent valables. La figure 3 illustre un bras de commande 20 équipé de l'invention. Il comprend une embase 20, un premier segment 21, un deuxième segment 22, un troisième segment 23 et une poignée 24. Le premier segment 21 est lié à l'embase 20 par une première articulation (de roulis) 25, le deuxième segment 22 au 25 premier segment 21 par une deuxième articulation (double de tangage) 26, le troisième segment au deuxième segment 22 par une troisième articulation (de tangage) 27, et la poignée 24 au troisième segment 23 par une quatrième articulation (double de tangage et de 30 roulis) 28. La deuxième articulation 26 est double, la structure du deuxième segment 22 étant en B 14281.3 JCI parallélogramme un premier degré de liberté fait basculer le parallélogramme, redressant le deuxième segment 22, alors qu'un autre degré de liberté modifie la hauteur du parallélogramme et fait basculer le 5 troisième segment 23 autour de la deuxième articulation de tangage 27. Par ce moyen, un moteur de retour d'effort associé à la troisième articulation 27 peut être placé dans le premier segment 21, c'est-à-dire à une position o il n'exerce pas de moment. Ce bras à six degrés de liberté comprend aussi six transmissions à retour d'effort pour arrêter les mouvements possibles. Elles peuvent comprendre toutes des mécanismes à vis et écrou dont certains sont équipés de l'invention. Elles portent les références 29 15 à 34 et sont situées respectivement dans l'embase 20 pour commander la rotation du premier segment 21, dans le premier segment 21 pour commander le tangage du deuxième segment 22 et celui du deuxième segment 23, dans le deuxième segment 22 pour commander le roulis du 20 troisième segment 23, et dans le troisième segment 23 pour arrêter le tangage et le roulis de la poignée 24. Il n'est pas besoin d'appliquer l'invention aux trois premières transmissions 29, 30 et 31 dont la première est placée dans l'embase 20 fixe et les deux 25 autres dans le premier segment 21 qui est vertical et pivotant, de sorte qu'elles n'exercent aucun moment basculant. L'invention équipe par contre les trois autres transmissions 32, 33 et 34: le moteur 13 de la quatrième transmission 32 est placé à l'arrière du 30 deuxième segment 22, au-delà de la deuxième articulation 26 et les moteurs 13 des cinquièmes et B 14281.3 JCI sixième transmissions 33 et 34 sont de façon similaire placés à l'arrière du troisième segment 23 et de la troisième articulation 27, non loin du deuxième segment 22. Les arbres de transmission 16 et les mécanismes 17 5 de transmission du mouvement aux écrous 12 ont aussi été représentés. Trois moteurs 13 ont donc été déplacés, avec des possibilités d'équilibrer complètement au moins le deuxième segment 22, si nécessaire en ajoutant une masse d'équilibrage 35 non 10 loin du moteur 13 de la quatrième transmission 32 (ou bien un ressort) : le moment que doivent équilibrer les moteurs des deuxième et troisième transmissions 30 et 31 est alors fortement réduit, ce qui permet de les alléger, et éventuellement tout le reste du bras 15 jusqu'à l'embase 20. La diminution d'inertie du bras découlant de cet allégement sera particulièrement appréciée pour un bras manipulé. Il faut souligner le caractère cumulatif des effets de l'invention, qui est beaucoup plus sensible pour des bras composés de 20 chaînes de segments. Certaines variantes du bras restent possibles avec une conservation des propriétés d'ensemble de la réalisation qui précède. Il est déjà envisagé que la première transmission 29 pourrait être 25 placée aussi dans le premier segment 21. Des changements plus importants peuvent être décrits à propos de la figure 4. Ils portent, dans un bras par ailleurs peu différent de celui de la figure 3, sur le deuxième segment, désormais référencé par 22', et sur 30 la troisième transmission 31' chargé d'appliquer une rotation de tangage au troisième segment 23. B 14281.3 JCI Cette troisième transmission 31' est désormais placée dans le deuxième segment 22', qui n'a plus de structure en parallélogramme mais une structure linéaire (tubulaire) classique. La troisième transmission 31' est construite comme la quatrième 32, sa voisine, avec le moteur 13 déporté vers l'arrière du deuxième segment 22', au-delà de la deuxième articulation 26. Ici aussi le bras jouit d'un faible moment de basculement. Dans cette réalisation comme 10 dans l'autre, un équilibrage du troisième segment 23 peut être complété avec une masse de contrepoids ou un ressort 36. B 14281.3 JCI REVENDICATIONS 1. Segment intermédiaire de bras articulé, monté sur un segment précédent par une articulation 5 rotative et sur lequel est monté un segment suivant, comprenant une transmission de soutien du segment suivant comprenant un moteur, un écrou tournant avec le moteur, une vis engagée dans l'écrou, et un organe de liaison s'étendant entre la vis et le segment suivant, 10 caractérisé en ce que le moteur est lié à l'écrou par un arbre moteur allongé de façon que le moteur soit en position rapprochée de l'axe d'articulation rotative. 2. Bras articulé comprenant un premier 15 segment pivotant monté sur une embase, un deuxième segment monté sur le premier segment, un troisième segment monté sur le deuxième segment, et un quatrième segment, caractérisé en ce que le deuxième et le troisième segments sont des segments intermédiaires 20 selon la revendication 1. B 14281.3 JCI