Brevet FR2853272A1 — publié le 20041008

BRAS ARTICULE COMPRENANT DES TRANSMISSIONS A CABLE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un bras articulé comprenant des transmissions à câble. Les bras articulés doivent en général être munis de transmissions motorisées à leurs articulations, afin de les maintenir à un état stable 10 quand ils ont été relâchés entre deux déplacements et pour appliquer une commande au bras ou, selon le cas, mesurer un déplacement de commande appliqué au bras. Des codeurs associés aux moteurs mesurent les déplacements. Les transmissions reliant les segments aux moteurs peuvent prendre des formes différentes. Elles sont extrêmement succinctes pour des moteurs placés près des articulations qu'ils doivent commander, mais il est au contraire souvent plus avantageux de disposer 20 les moteurs à l'écart des articulations, près de l'embase à laquelle le bras est fixé ou sur cette embase, afin que les moteurs, qui constituent un élément pesant du bras, n'exercent qu'un moment de basculement réduit et que le bras puisse donc être 25 allégé, et plus facile à manier s'il s'agit d'un bras de commande. Une transmission 8rendi- - -alors généralement un câble entre le moteur et l'artic uation entraînée. Un câble est avantageux puisqu'il se plie à 30 tous les changements de forme que le bras peut subir, en s'enroulant sur des poulies coaxiales aux B 14276.3/JCI articulations des segments ou proches de ces articulations. On observe cependant qu'il n'est pas facile d'éviter des variations d'allongement du câble quand le bras change de forme, ce qui peut produire des 5 imprécisions de transmission menant à des défauts de commande, et une usure du matériel. L'invention a pour sujet un bras articulé amélioré sous cet aspect, dans laquelle des dispositions sont prises, au moins pour une des 10 transmissions à câble et une des articulations traversées par ce câble, pour ne produire aucun changement d'allongement du câble à cet endroit quels que soient les mouvements de l'articulation. Ainsi, le bras articulé peut être défini 15 comme comprenant un train de segments, des liaisons des segments comprenant des articulations, un organe mobile sur le train, au moins un câble de retenue de l'organe, qui s'étend au long du train de segments en étant tendu, entre l'organe et un moyen de retenue, sur des 20 poulies ayant des axes de rotation fixés sur les segments, caractérisé en ce qu'il comprend, à au. moins une des articulations, une paire de poulies, placées de part et d'autres de ladite articulation et entre lesquelles le câble s'étend en passant par un axe de 25 rotation de ladite articulation. Dans une réalisation intéressante, le train de segments comprend un premier segment muni d'une articulation de pivotement et d'une articulation de rotation, un deuxième et un troisième segments munis de 30 deux articulations de rotation, et un quatrième et cinquième segments munis d'une articulation de rotation B 14276.3/JCI et d'une articulation de pivotement, les articulations de rotation étant définies comme des articulations permettant de faire varier un angle fait par des segments qu'elles lient, et dans lequel le câble est 5 disposé globalement parallèle aux segments entre les articulations de rotation des segments; le câble est composé de portions coaxiales aux articulations de pivotement, de portions globalement parallèles aux premiers segments et de portions de forme immuable 10 disposées entre des paires des articulations; et les articulations comprennent des gorges en prolongement desquelles passe le câble. Une forme particulière d'articulation conforme à la définition précédente comprend des glissières en secteurs de cercle 15 coulissant l'un dans l'autre et des poulies en portion de cercle, associées aux glissières, tangentes l'une à l'autre et comprenant des gorges en prolongement par lesquelles passe le câble. Il est évidemment avantageux que cette 20 mesure soit adaptée pour toutes les articulations que traverse le câble concerné. L'invention sera maintenant décrite en référence aux figures. La figure 1 montre une branche d'un bras 25 équipée de l'invention, la figure 2 montre un bras formé de deux branches parallèles, équipées toutes deux de l'invention, la figure 3 illustre le poignet du bras, et 30 la figure 4 représente une articulation améliorée. B 14276.3/JCI Comme le montrent les trois premières figures, l'invention peut être installée sur un bras de robot formé de deux branches parallèles 1 reliant une embase 2 aux extrémités d'un poignet 3. Chacune des 5 branches 1 comprend un premier segment 4 pivotant sur l'embase 2, un deuxième segment 5 tournant sur l'extrémité libre du premier segment 4 et un troisième segment 6 tournant sur l'extrémité distale du deuxième segment 5. Un porte-poignet 7 relie l'extrémité distale 10 de chaque troisième segment 6 au poignet 3. Dans ce texte, les segments pivotants tournent autour de leur direction d'allongement et les segments tournants tournent autour d'un axe perpendiculaire à leur direction d'allongement. Les mêmes adjectifs sont 15 appliqués aux articulations qui relient ces segments: une articulation dite tournante relie deux segments faisant un angle variable, une articulation dite de pivotement relie deux segments gardant un même angle. Enfin, le poignet 3, le porte-poignet 7 et une poignée 20 8, reliée au poignet 3 par une articulation pivotante 9, sont aussi tenus pour des segments dans la définition de l'invention même s'ils portent des noms particuliers. L'articulation pivotante entre l'embase 2 25 et le premier segment porte la référence 10, l'articulation tournante entre le premier et le deuxième segment 5 la référence 11, l'articulation tournante entre les deuxième et troisième segments 5 et 6 la référence 12; le porte-poignet 7 est relié au 30 troisième segment 6 par une articulation tournante 13; il est divisé par une articulation pivotante 14, et B 14276.3/JCI relié au poignet 3 par une articulation pivotante 15. Les axes des articulations pivotantes 10 et 14 restent verticaux, et les axes des articulations tournantes 11, 12 et 13 horizontaux et parallèles; la fonction de 5 l'articulation 13 est de maintenir le porte-poignet 7 vertical, grâce à l'utilisation de biellettes 50, afin de découpler les mouvements de translation de la poignée 8, ressentis principalement par les segments 4, 5 et 6, des mouvements de rotation de la poignée 8, 10 ressentis principalement par le poignet 3 et le porte-poignet 7. Les articulations 10 à 15 sont les première à sixième articulations du bras, l'articulation 9 étant la septième. Les articulations 9, 10, 11, 12, 14 et 15 expriment les degrés de liberté 15 du bras. Les articulations 9, 10, 11 et 12 sont munies de transmissions motorisées, les articulations 14 et 15 étant passives. Par contre, sur un bras série, toutes les articulations seraient motorisées. On a décrit ici l'implantation de l'invention sur la transmission 20 menant à l'articulation 9 entre le poignet 3 et la poignée 8, quoiqu'il reste possible d'appliquer celle-là à d'autres des articulations. La transmission comprend un moteur 16 fixé à l'embase 2 et relié à la poignée 8 par un câble 17. 25 Les figures 2 et 3 montrent que le câble 17 est double et comprend deux brins passant chacun par une des branches 1 vers le moteur 16 afin de commander le maintien de la poignée 8 contre les mouvements involontaires dans les deux sens. Sur la figure 2, 30 certaines pièces de l'une des branches sont omises pour rendre le câble de transmission 17 apparent. B 14276.3/JCI Sur la figure 4, le câble 17 est enroulé successivement sur l'arbre moteur 18 du moteur 16, sur une série de poulies 19 à 27 intermédiaires et sur une poulie 28 terminale solidaire de la poignée 8 et de 5 laquelle les brins du câble 17 divergent dans des sens opposés. Les poulies 21, 22, 24 sont coaxiales aux deuxième, troisième et quatrième articulations 11, 12 et 13; les poulies 19 et 20 sont placées de part et d'autre de la première articulation 10; la poulie 23 10 est une poulie de renvoi pour faire passer une portion du câble 17 de l'autre côté du troisième segment 6 et accroître l'enroulement sur les poulies 22 et 24 voisines; les poulies 24 et 25 sont placées de part et d'autre de la cinquième articulation 14; et les 15 poulies 26 et 27 sont encore des poulies de renvoi établies dans la poignée 3 pour diriger le câble 17 vers la poulie terminale 28 coaxiale et fixée à la poignée 8. Les poulies 19 et 20, 24 et 25, et 25 et 26 imposent entre elles des trajets du câble 17 coïncidant 20 avec les axes des première, cinquième et sixième articulations 10, 14 et 15. Pour cela, elles ont des axes perpendiculaires à ceux des articulations quels que soient les mouvements du bras et sont placées en décalage à ces axes d'articulation de façon à leur être 25 tangentes. De plus, la longueur totale du câble 17 entre les poulies 20 et 24 reste invariable: une rotation du deuxième segment 5 affecte seulement les angles d'enroulement sur les poulies 21 et 22 de variations égales et opposées; de même, une rotation 30 du troisième segment 6 affecte seulement les angles d'enroulement sur les poulies 22 et 24 de variations B 14276.3/JCI égales et opposées. Les autres mouvements du bras n'ont manifestement aucune influence sur cette longueur totale. Cette constance de longueur est due à la position globalement parallèle du câble 17 aux segments 5 5 et 6, qui définit donc des montages en parallélogramme, et à la position constamment verticale des axes des articulations 10 et 14. Enfin, il est manifeste que la longueur du câble 17 reste la même aux autres endroits (entre l'arbre moteur 18 et la première 10 poulie 19, et entre la septième poulie 26 et la poulie terminale 28). Le pivotement des articulations 10, 14 et 15 ne produit qu'une torsion des portions du câble 17 comprises entre les poulies 19 et 20, 24 et 25, et et 26. Ce système de poulies garantit ainsi un allongement invariable du câble 17 pour tous les mouvements de la branche 1, de l'arbre moteur 18 à la poulie terminale 28. Les mouvements de pivotement de la poignée 8 sont transmis sans obstacle au moteur 16, qui 20 réciproquement maintient parfaitement la poignée 8 même pendant des mouvements du reste du bras. Les orientations verticale et horizontale peuvent être généralisées et quelconques. Certaines extensions de l'invention sont 25 possibles. Ainsi, la figure 2 illustre le cas particulier o le câble 17 passe le long de toutes les articulations du bras, de la même manière que le long des axes 10, 14, et 15 de la figure 1. Le long de l'axe 10, le câble est porté par les poulies 41 et 42, le 30 long de l'axe 14 par des poulies 42 et 43, et le long de l'axe 15 par des poulies 44 et 45. Il est aussi B 14276.3/JCI entendu que l'invention pourra être appliquée à d'autres transmissions du bras, moins étendues, ou seulement - bien que de façon imparfaite - à certaines articulations par lesquelles passe la transmission; 5 elle pourrait être adoptée sur plusieurs transmissions à la fois et sur d'autre genres de bras articulés; les poulies ne sont pas toujours indispensables et il peut être admissible de faire passer le câble 17 sur de simples axes si le frottement produit n'est pas 10 excessif; enfin, un mode particulier de réalisation des poulies, détaillé sur la dernière figure, permet de rendre l'articulation plus compacte. Le câble, ici 30, passe successivement par deux segments 31 et 32 reliés entre eux par une 15 articulation 33. L'axe de rotation de l'articulation est défini par le coulissement l'un dans l'autre de deux segments de cercle 34 et 35 reliés respectivement à des secteurs de poulie 36 et 37 sur lesquels le câble 30 passe successivement. Les secteurs de poulie 36 et 20 37 sont à la fois face à face en prolongement et en glissement mutuel de sorte que les extrémités de leurs gorges sont tangentes à leur jonction et que le câble peut passer de l'une à l'autre sans accident de trajet. Cette représentation est, précisément, un cas 25 particulier d'une application de l'invention à une articulation tournante ou pivotante, selon le cas. On peut utiliser une autre solution pour maintenir en regard les gorges des poulies 36 et 37. B 14276.3/JCI REVENDICATIONS 1) Bras articulé comprenant un train de segments (4, 5, 6), des liaisons des segments 5 comprenant des articulations (10, 11, 12, 13, 14, 15), un organe (8) mobile sur le train, au moins un câble (17) de retenue de l'organe, qui s'étend au long du train de segments en étant tendu, entre l'organe et un moyen de retenue (16), sur des poulies (19 à 28) ayant 10 des axes de rotation fixés sur les segments, caractérisé en ce qu'il comprend, à au moins une des articulations, une paire de poulies (19, 20; 24, 25; 25, 26), placées de part et d'autre de l'articulation et entre lesquelles les câble s'étend en passant par un 15 axe de rotation de ladite articulation. 2) Bras articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le train de segments comprend un premier segment (4) muni d'une articulation de pivotement et d'une articulation de rotation, un 20 deuxième et un troisième segments (5, 6) munis de deux articulations de rotation, et un quatrième et cinquième segments munis d'une articulation de rotation et d'une articulation de pivotement, les articulations de rotation étant définies comme des articulations 25 permettant de faire varier un angle fait par des segments qu'elles lient, et dans lequel le câble (17) est disposé globalement parallèle aux segments (5, 6) entre les articulations de rotation des segments. 3) Bras articulé selon la revendication 2, 30 caractérisé en ce que le câble (17) est composé de portions coaxiales aux articulations de pivotement, de B 14276.3/JCI portions globalement parallèles aux premiers segments et de portions de forme, immuable disposées entre des paires des articulations. 4) Bras articulé selon l'une des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que les articulations comprennent des gorges en prolongement desquelles passe le câble (17). 5) Bras articulé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 10 articulations comprennent des glissières (34, 35) en secteurs de cercle coulissant l'un dans l'autre et des poulies (36, 37) en portion de cercle, associées aux glissières, tangentes l'une à l'autre et comprenant des gorges en prolongement par lesquelles passe le câble 15 (17). 6) Bras articulé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe est une poignée terminale du bras. 7) Bras articulé selon la revendication 6, 20 composé de deux trains de segments et o le câble de retenue de l'organe comprend deux brins, les brins divergeant de la poignée dans des sens opposés et s'étendant respectivement au long des trains de segments. 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