Brevet FR2847958A1 — publié le 20040604

RESSORT D EQUILIBRAGE, POUR MECANISME ARTICULE, NOTAMMENT POUR BRAS DE ROBOT DESCRIPTION Les sujets de cette invention sont un mécanisme articulé, convenant notamment pour un bras de robot, dont le trait essentiel est un ressort d'équilibrage, et le ressort lui-même. Les bras de robot usuels sont composés d'un certain nombre de segments articulés entre eux en chaîne et qui se déplacent dans un volume de travail d'après les commandes. L'extrémité du bras exerce un moment mécanique parfois important si on le rapporte 15 aux capacités de résistance des segments et des mécanismes de retour d'effort disposés aux articulations pour maintenir le bras à la position commandée. On a donc conçu des ressorts d'équilibrage disposés entre des segments successifs pour réduire la 20 part du moment que les mécanismes de retour d'effort doivent reprendre. Les ressorts usuels pèchent en ce qu'ils sont généralement trop encombrants, et en même temps souvent trop souples, puisque dans cette application ils ne sont soumis qu'à de faibles 25 variations d'allongement mais parfois à des forces importantes. Un ressort d'un genre nouveau est proposé ici, qui satisfait à ces exigences de raideur importante et peut être installé dans des bras de robot 30 de faible section grâce à son encombrement réduit. B 14225.3/JCI Un aspect de l'invention est donc un mécanisme articulé comprenant un premier segment, creux, un second segment, une articulation des segments et un ressort d'équilibrage disposé entre un premier 5 point de fixation solidaire du premier segment et un second point de fixation solidaire du second segment, caractérisé en ce que le ressort est disposé dans le creux du premier segment et comprend une matière composite renfermant des fibres s'allongeant entre les 10 deux points de fixation et tendues, et des parties d'attache aux points de fixation; et un deuxième aspect est un ressort répondant à la définition précédente. D'autres aspects de l'invention apparaîtront encore à la description détaillée des figures suivantes: - la figure 1 est une vue générale du mécanisme de l'invention, - les figures 2, 3, 4, et 5 illustrent des 20 réalisations respectives du ressort. La première figure représente un bras de robot 1 comprenant au moins trois segments 2, 3, 4, etc. successifs et reliés entre eux en chaîne par des 25 articulations 5, 6, etc. Des moteurs de retour d'effort et des codeurs de position angulaire sont placés aux articulations mais, étrangers à l'invention, n'ont pas été représentés. Le premier segment 2 est installé sur une embase 7 de façon fixe ou pivotante, ici encore 30 d'après des modalités connues. Si nous considérons particulièrement les deux premiers segments 2 et 3 et B 14225.3/JCI leur articulation 5 intermédiaire (mais l'invention peut être placée entre n'importe quel couple de segments), nous remarquons qu'un ressort 8 est placé entre un premier point de fixation 9, solidaire du 5 premier segment 2, et un deuxième point de fixation 10, solidaire du deuxième segment 3 et proche de l'articulation 5. Le ressort 8 est inclus dans la structure tubulaire du premier segment 2, ainsi qu'il est préconisé à la fois par souci d'esthétique et pour 10 réduire les risques d'accident. Il est tendu entre les points de fixation 9 et 10, dont le dernier est situé du côté opposé à l'extension du bras 1 par rapport à l'articulation 5, de sorte qu'il aide à maintenir le deuxième segment 3 (et les suivants) dressé. Le ressort 8 caractérisant l'invention peut prendre plusieurs formes différentes possédant plusieurs caractéristiques communes. Comme on le découvre sur la figure 2, il se compose essentiellement d'une âme il disposée entre deux parties d'attache 12 20 et 13 aux extrémités, fixées aux points de fixation 9 et 10. Ces parties d'attache 12 et 13 peuvent consister en des anneaux qu'on glisse sur les points de fixation 9 et 10 s'ils sont matérialisés par des pions 25 cylindriques. D'autres formes de construction sont évidemment concevables. L'âme 11 du ressort 8 est en matière composite et comprend des fibres s'allongeant d'une partie d'attache 12 à l'autre 13 de façon à reprendre 30 les efforts de traction exercés sur le ressort 8 par le deuxième tronçon 3. Les fibres 13 sont noyées dans une B 14225.3/JCI matrice durcie ainsi qu'il est usuel. Le ressort 8 ainsi construit présente une bonne raideur grâce à la direction favorable des fibres jointe à leur souplesse plutôt faible. Les parties d'attache 12 et 13, 5 essentielle à la résistance locale du ressort 8 sont avantageusement métalliques, en acier dans le cas présent, mais qui peuvent être aussi en aluminium par exemple. L'union de l'âme 11 et des parties d'attache 12 et 13 peut être réalisée de plusieurs façons. Dans 10 la réalisation de la figure 2, les fibres 14 sont des fibres pré-imprégnées qui forment une bande 15 qu'on enroule autour des parties d'attache 12 et 13 annulaires en formant là des chapes 16 et 17 et en refermant la bande 15 sur elle-même. L'âme Il comprend 15 encore un bloc 18 disposé entre les deux étendues parallèles de la bande 15 et collées à elle pour bien raidir l'âme 11, sans que ce bloc 18 participe beaucoup à la reprise de l'effort de traction. Un autre ressort 20 est représenté à la 20 figure 3 et comprend aussi une âme centrale 21 entre deux parties d'attache 22 et 23 comprenant chacune un anneau métallique 24 analogue à celui des parties d'attache précédentes, mais ici prolongée par une paire de languettes 25 au moins, entre lesquelles est retenue 25 l'extrémité d'une bande de tissu préimprégné 26 composée comme précédemment de fibres s'allongeant entre les parties d'attache 22 et 23 pour bien reprendre les efforts de traction s'exerçant entreelles, et d'une matrice englobante. Si plusieurs des 30 paires de languettes 25 existent, il est possible de B 14225.3/JCI loger autant de bandes 26 parallèles pour accroître la raideur et la capacité de résistance du ressort. Dans plusieurs modes de réalisation de l'invention, il est possible de ne pas exploiter tout 5 de suite la grande raideur des fibres. Le ressort 28 de la figure 4 comprend deux parties d'attache 29 et 30 analogues à celles de la réalisation précédente et une âme intermédiaire 31 ici aussi formée d'une bande de tissu pré-imprégné mais munie d'une multitude 10 d'ondulations 32: l'allongement du ressort 28 commence par l'écrasement des ondulations 32 avec une raideur modérée, avant que les fibres de l'âme 31 ne travaillent pleinement en traction avec une raideur beaucoup plus importante. Le ressort 34 de la figure 5 comprend, entre deux parties d'attache 35 et 36, une âme 37 composée de deux bandes 38 et 39 de tissu pré-imprégné se joignant aux extrémités et retenues toutes deux entre les paires de languettes des parties d'attache 35 20 et 36, mais qui s'écartent au centre et retiennent un noyau 40 entre elles: l'allongement du ressort 34 s'accompagne ici d'un écrasement des noyaux 40, dont la résistance conditionne ainsi la raideur initiale du ressort 34. Quand le noyau 40 est écrasé, la raideur du 25 ressort 34 dépend ici encore de celle des fibres des bandes 38 et 39. Les fibres peuvent être de verre, d'aramide ou de carbone en particulier, mais il n'y a pas de raison de restreindre par principe la liste des 30 matières usuellement employées pour les composites pour cette invention. B 14225.3/JCI REVENDICATIONS 1) Mécanisme articulé comprenant un premier segment (2), creux, un second segment (3), une 5 articulation (5) des segments et un ressort (8) d'équilibrage disposé entre un premier point de fixation (9) solidaire du premier segment (2) et un second point de fixation (10) solidaire du second segment (3), caractérisé en ce que le ressort est 10 disposé dans le creux du premier segment et comprend une matière composite renfermant des fibres (14) s'allongeant entre les deux points de fixation et tendues, et des parties d'attache aux points de fixation. 2) Ressort comprenant, entre deux parties d'attache (12, 13), au moins une âme (11) en une matière composite renfermant des fibres (14) s'allongeant entre les parties d'attache. 3) Ressort selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que la matière composite est une bande (11) enroulée en boucle sans fin autour des parties d'attache (12, 13). 4) Ressort selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière composite est au moins 25 une bande (26) ayant des extrémités pincées entre des paires de languettes (25) associées aux parties d'attache (22, 23). 5) Ressort selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'âme comporte des ondulations 30 (32). B 14225.3/JCI 6) Ressort selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'âme est composée de deux bandes arquées (38, 39), un noyau élastique (40) étant retenu entre les bandes. 7) Mécanisme selon la revendication 1, o le ressort est conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 6. B 14225.3/JCI