Brevet FR2858669A1 — publié le 20050211

SEGMENT DE STRUCTURE ARTICULEE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un segment 5 de structure articulée, précisément du genre comprenant un vérin linéaire à conversion de mouvement par vis et écrou. De tels mécanismes de vérin linéaire à conversion de mouvement offrent certains avantages, 10 comme la précision du mouvement et de l'effort, très appréciés dans des domaines comme la robotique, la télémanipulation ou la simulation, où les structures articulées sont des bras de commande ou au contraire des bras esclaves, et un caractère au choix réversible 15 ou irréversible de la conversion selon l'inclinaison du pas de vis. Un moteur est disposé sur un support appartenant à la structure principale du segment, son arbre fait tourner l'écrou par l'intermédiaire d'une transmission à courroie ou autre, et la rotation de 20 l'écrou déplace la vis qui y est engagée. De façon équivalente, le moteur peut faire tourner la vis et la conversion du mouvement exerce la translation sur l'écrou, mais cette conception est équivalente à la précédente sous beaucoup d'aspects, et l'invention 25 s'applique indifféremment à l'une ou l'autre d'entre elles. L'organe - vis ou écrou - mû en translation peut tirer sur un câble continu, tendu entre deux poulies disposées aux extrémités du support, et modifier l'angle d'articulation entre le support et un autre 30 support, appartenant à un segment voisin, qui lui est articulé. Réciproquement, une rotation de cet autre B 14341.3/JCI support peut être imposée au vérin linéaire et se transmettre au moteur par une rotation forcée: cette situation existe dans les bras de commande maniés par un opérateur; les moteurs sont alors des moteurs dits 5 à retour d'effort offrant une résistance destinée à permettre une manipulation agréable du bras ou à simuler l'effort représenté par certains travaux, et aussi à maintenir le segment à la position qui lui a été imposée quand il a été relâché. La rotation de l'organe devant se déplacer en translation doit être interdite sous peine de ruiner la précision du vérin. De nombreux mécanismes sont utilisés en pratique. On peut citer des chariots disposés sur l'organe en translation et munis de roues 15 en appui sur deux pistes parallèles à la course de l'organe. Ces pistes sont établies en général sur un manchon coaxial à la vis et ont pour effet de compliquer le segment et de l'alourdir. On pourrait en dire autant d'autres mécanismes qui ont été proposés. 20 C'est pourquoi une conception différente est proposée ici, dans laquelle les pistes sont désormais ménagées dans une rainure opérée dans le support même au lieu d'être établies sur une pièce supplémentaire conçue seulement pour cela et intégrée au vérin. Le manchon 25 devient inutile et peut être supprimé. Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne un segment de structure articulée comprenant un support, au moins un vérin placé sur le support et comprenant un moteur, un écrou, une vis engagée dans l'écrou, et un organe 30 d'arrêt en rotation comprenant des galets roulant sur des pistes, l'un de la vis et de l'écrou étant entraîné B 14341.3/JCI en rotation par le moteur et l'autre de la vis et de l'écrou portant les galets, caractérisé en ce que les pistes sont aménagées dans une rainure opérée dans le support. On passe désormais à la description des figures: - la figure 1 illustre une réalisation du segment, - la figure 2 un détail des parties 10 essentielles (pour cette invention) du segment, la figure 3 une vue générale du segment et des éléments voisins, et - la figure 4 une vue du mécanisme des vérins. Bien des variantes de réalisation du segment sont possibles. L'une d'elle sera décrite plus en détail. Elle est de nature complexe, c'est-à-dire que l'invention est appliquée deux fois: elle concerne en effet un segment intermédiaire de bras manipulateur 20 portant globalement le numéro de référence 1 et qui s'étend entre un segment d'épaule 2, pouvant être accroché à l'utilisateur, et un segment d'avant-bras 3 terminé par une poignée manipulée. Le segment 1 est relié aux segments d'épaule 2 et d'avant-bras 3 par des 25 articulations d'épaule 4 et de coude 5. Il est posé au bras de l'utilisateur par des reposoirs 6. Chacun de ses mécanismes est associé à une des articulations 4 et 5. Sa structure comprend une paire de plaques 30 7 et 8 parallèles. La première plaque 7 est du côté de l'utilisateur et porte les reposoirs 6, et la deuxième B 14341.3/JCI plaque 8 est une plaque extérieure. Une plate-forme 9 unit les plaques 7 et 8 entre elles du côté de l'articulation d'épaule 4, et deux moteurs 10 et 10' sont montés sur celle-là. Ils possèdent des arbres 11 5 et 11' qui s'étendent sur la deuxième plaque 8 jusqu'à des mécanismes de transmission à courroie 12 et 12' qui s'étendent au-delà de la deuxième plaque 8 jusqu'à des écrous 13 et 13' que les courroies font tourner. Des vis 14 et 14' sont engagées par filetage dans les 10 écrous 13 et 13' et s'étendent entre les deux plaques 7 et 8 dans la direction de longueur du segment 1, comme les arbres 11 et 11'. Les vis 14 et 14' forment des boucles avec des câbles 1 5 et 15' tendus entre des poulies menées 16 et 16', des poulies opposées 17 et 15 17' et des paires de poulies de renvoi 19, 20 et 19', 20'. Pour chacune de ces câbleries, le câble 15 ou 15' passe successivement, à partir d'une extrémité de la vis 14 ou 14', par la poulie opposée 17 ou 17', la poulie de renvoi 19 ou 19', la poulie menée 16 ou 16' 20 et la poulie de renvoi 20 ou 20' avant de joindre l'extrémité opposée de la vis 14 ou 14' . Entre les poulies 17 et 19 (ou 17' et 19'), il forme un brin sensiblement parallèle à la vis 14 ou 14' et s'étendant devant la deuxième plaque 8, près des arbres 11 et 11' 25 et s'étend à travers la transmission 12 ou 12' sans la toucher; la poulie de renvoi 19 ou 19' maintient le câble 15 ou 15' dans le plan de la poulie menée 16 ou 16', et la poulie de renvoi 20 ou 20' ramène le câble 15 ou 15' dans l'alignement de la vis 14 ou 14' . Les 30 poulies menées 16 et 16' sont à double gorge et reçoivent des extrémités respectives du câble 15 'ou B 14341.3/JCI 15', qui est coupé. Les extrémités des câbles 15 et 15' sont attachées dans les gorges. Cette disposition, possible pour des poulies qui ne tournent que d'une portion de tour, évite tout glissement du câble et elle est d'un emploi fréquent. Les plaques 7 et 8 portent des paires de lumières 21, 21' et 22, 22' qui sont des rainures s'alignant dans la direction des vis 14 et 14' et s'étendant de part et d'autre d'elles. De plus, les vis 10 14 et 14' portent un chariot 23 ou 23' d'où dépassent des axes 24 et 24' transversaux porteurs de galets 25 et 26, ou 25' et 26', qui s'engagent en roulant dans les lumières 21, 22, 21' et 22'. Ce système assure l'arrêt en rotation des vis 14 et 14' et donc le bon 15 fonctionnement du vérin linéaire à conversion de mouvement. Comme les lumières sont opérées directement dans les plaques 7 et 8 nécessaires pour matérialiser le segment 1, un gain d'encombrement et de poids substantiel est obtenu. L'établissement des rainures (les lumières 21, 21', 22 et 22') dans le support impose d'en d'approcher la vis 14 ou 14', entre autres éléments du mécanisme, des plaques 7 et 8. Des difficultés de conception peuvent provenir d'un contact potentiel 25 entre le support (les plaques 7 et 8 ici) et certains éléments volumineux du vérin comme l'écrou 13 ou 13' ou le moteur 10 ou 10'. Le support peut alors être rendu échancré ou creux pour supprimer ce risque de contact, ce qu'on a ici réalisé pour l'écrou 13 ou 13' et la 30 transmission 12 ou 12' ; il est aussi possible de déporter le moteur 10 ou 10' au bout du segment 1, B 14341.3/JCI au-delà de l'articulation d'épaule 4 ici, ce qui est favorable puisque le mouvement de basculement qu'ils produisent est diminé et qu'ils peuvent même contribuer à un équilibrage statique du segment 1. B 14341.3/JCI REVENDICATIONS 1) Segment (1) de structure articulée comprenant un support (7, 8) menant à deux éléments 5 adjacents (2, 3) de la structure articulée, au moins un vérin placé sur le support et comprenant un moteur (10), un écrou (13), une vis (14) engagée dans l'écrou, et un organe d'arrêt en rotation (23) comprenant des galets (24) roulant sur des pistes, l'un de la vis et 10 de l'écrou étant entraîné en rotation par le moteur et l'autre de la vis et de l'écrou portant les galets, caractérisé en ce que les pistes sont ménagées dans une rainure (21, 22) opérée dans le support. 2) Segment de structure articulée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support comprend une plaque à travers laquelle la rainure est opérée. 3) Segment de structure articulée selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écrou et la vis sont disposés d'un côté de la plaque, un organe d'entraînement en rotation (11) mû par le moteur (10) est disposé de l'autre côté de la plaque, et une 25 transmission (12) s'étendant entre ledit organe d'entraînement et celui de la vis et de l'écrou qui est entraîné en rotation par le moteur traverse la plaque. 4) Segment de structure articulé selon la 30 revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le support comprend une seconde plaque, à travers laquelle une B 14341.3/JCI seconde rainure est opérée, la seconde rainure recevant certains des galets, la vis et l'écrou étant logés entre les plaques. B 14341.3/JCI