Brevet FR2877867A1 — publié le 20060519

La présente invention concerne un dispositif de préhension pour robot manipulateur et un robot manipulateur, en particulier de type parallèle, équipé d'un tel dispositif. Les robots de type parallèles comprennent classiquement une base destinée à être fixée sur un châssis support et une pièce mobile ou nacelle reliée à ladite base par trois systèmes de bras définissant trois degrés de liberté principaux, chaque système comprenant un bras de commande monté pivotant sur la base et une paire de barres parallèles io montée entre le bras de commande et la nacelle par des articulations de type rotule. Par rapport aux robots classiques, la motorisation du robot parallèle est entièrement ramenée vers la base fixe. Les masses en mouvement sont donc très faibles ce qui permet d'atteindre des accélérations très importantes. Ces robots parallèles sont avantageusement utilisés pour transférer des pièces de faibles masses à des cadences élevées, une tête de préhension étant montée sur la nacelle, éventuellement sur un axe entraîné en rotation par un bras télescopique. Les têtes de préhension de faible poids, telles que les ventouses pneumatiques avec des dispositifs d'alimentation en air comprimé disposés sur la base fixe, s'avèrent particulièrement intéressantes pour ce type de robots. Toutefois, les ventouses pneumatiques ne peuvent être utilisées pour la préhension de certains produits, en raison de leur forme, consistance et/ou état de surface. Il existe également des têtes de préhension formées de pinces, comprenant classiquement deux mors ou mâchoires opposés qui sont manoeuvrées symétriquement, en pivotement ou en translation, entre une position d'ouverture et une position de fermeture par des moyens d'actionnement pneumatiques comprenant un ou plusieurs vérins. Les vérins, leurs butées mécaniques et les éventuels capteurs de présence d'objets entre les mâchoires sont nécessairement embarqués à l'extrémité du robot, ce qui alourdit considérablement les masses en mouvement et altère les performances du robot en terme d'accélération. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de préhension pour la préhension d'objets de diverses formes, notamment d'objets non compatibles avec une prise par ventouses, et plus particulièrement un dispositif de préhension dont la tête de préhension est adaptée, notamment en terme de poids, pour être embarquée à l'extrémité d'un robot de type parallèle. A cet effet la présente invention a pour objet un dispositif de io préhension pour robot manipulateur, en particulier pour robot de type parallèle, comprenant une pince de préhension comportant au moins deux mâchoires montées sur une embase, et des moyens d'actionnement aptes à manoeuvrer au moins l'une des deux mâchoires montée mobile sur l'embase pour déplacer ladite pince entre une position d'ouverture et une position de fermeture, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent une platine montée mobile en translation sur l'embase de la pince de préhension, et reliée mécaniquement par une biellette à chaque mâchoire mobile de la pince, et un système de motorisation, destiné à être monté à distance sur une partie fixe du robot, relié à ladite platine par au moins un câble de transmission, apte à manoeuvrer ladite platine vers au moins l'une de ses deux positions par ledit câble de transmission, par exemple par traction et/ou rotation dudit câble de transmission. Selon une particularité, la pince de préhension est destinée à être montée solidaire d'un axe rotatif du robot, caractérisé en ce que ladite platine comprend une première partie comprenant une bague montée coulissante sur une portion tubaire de l'embase et une deuxième partie comprenant un anneau monté libre en rotation et solidaire en translation sur ladite bague par des moyens de couplage en translation, ladite bague étant reliée au système de motorisation par lesdits câbles de transmission et ledit anneau étant relié par une biellette à chaque mâchoire mobile. Ce montage est particulièrement avantageux dans le cas d'un robot de type parallèle équipé en extrémité d'un axe d'entraînement rotatif Selon un mode de réalisation, les moyens de couplage en translation comprennent au moins deux galets montés rotatifs, à intervalle angulaire régulier, sur l'une des deux parties de la platine, l'autre partie de la platine comprenant une nervure annulaire s'engageant dans des rainures annulaires desdits galets. Dans une variante de réalisation, les moyens de couplage en translation sont formés par un roulement annulaire. Avantageusement, des moyens anti-rotation io empêchent toute rotation de la bague par rapport à l'embase. Le dispositif peut comprendre au moins deux câbles de transmission fixés par une extrémité à intervalle angulaire régulier sur une collerette extérieure de la bague, ladite collerette extérieure portant par exemple lesdits galets précités. Selon un mode de réalisation, la pince de préhension comprend au moins deux mâchoires montées pivotantes sur l'embase et reliée chacune par une biellette à la platine, de sorte que les deux mâchoires se déplacent symétriquement lors du déplacement en translation de la platine sur l'embase, soit dans le sens de l'écartement soit dans le sens du rapprochement. Les mâchoires sont de préférence montées de manière amovible sur des leviers support montés pivotant sur l'embase. Selon une particularité, les moyens d'actionnement comprennent des moyens de rappel élastiques sollicitant la pince de préhension vers sa position d'ouverture, le système de motorisation manoeuvrant ladite platine à l'encontre desdits moyens élastiques en exerçant une force de traction et/ou de torsion sur le(s) câble(s) de transmission. Selon un mode de réalisation, le système de motorisation comprend une couronne à laquelle sont assemblés le ou les câbles de transmission, de préférence au moins deux câbles de transmission, par exemple trois câbles, de préférence à intervalle angulaire régulier, ladite couronne étant montée en rotation sur un support et commandée en rotation par un moteur, par exemple au moyen d'une courroie. Avantageusement, le système de motorisation comprend un motoréducteur de type "brushless" commandé par un variateur programmé. Un tel système de motorisation permet un réglage électronique précis et continu des positions d'ouverture et de fermeture et de la force de serrage par une programmation appropriée du variateur. Avantageusement, le variateur comprend un programme de détection pour détecter la présence d'objets entre les mâchoires. Selon un mode de réalisation, chaque câble de transmission est avantageusement monté coulissant dans une gaine rigide montée entre un io plot fixe du système de motorisation et l'extrémité du robot, en particulier la pièce mobile d'un robot parallèle. La présente invention propose en outre un robot parallèle comprenant une base et une pièce mobile reliée à ladite base par trois systèmes de bras définissant au moins trois degrés de liberté principaux, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de préhension tel que défini précédemment, le système de motorisation étant monté sur la base dudit robot et les câbles de transmission étant disposés le long d'au moins l'un desdits systèmes de bras. Le robot parallèle comprend avantageusement un bras télescopique apte à entraîner en rotation un axe d'entraînement monté mobile en rotation sur la nacelle, la pince de préhension étant montée par son embase sur ledit axe d'entraînement, la pince ayant alors avantageusement une platine de manoeuvre en deux parties, tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence aux dessins schématique annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en perspective d'un robot manipulateur équipé d'une pince de préhension selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective agrandie de la pince de préhension de la figure 1 en position ouverte; - la figure 3 est une vue en coupe axiale de la pince de préhension de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 3, la pince de préhension étant en position de fermeture; et, - la figure 5 est une vue en perspective agrandie du système de motorisation. En référence à la figure 1, la pince de préhension 2 décrit dans ce io mode de réalisation est prévue pour un robot parallèle 1, connu en soi, comprenant classiquement une base 11, une nacelle mobile 12 reliée à ladite embase par trois systèmes de bras. Chaque système de bras comprend un bras de commande 13 monté sur les axes 14 d'actionneurs rotatifs de la base et une paire de barres parallèles 15 a,b reliée d'une part au bras de commande et d'autre part à la nacelle, ces liaisons étant réalisées par des articulations 16, 17, par exemple de type rotule. Le robot comprend en outre un bras télescopique 18 commandé en rotation par un moteur fixe de la base, et connecté via une articulation de type cardan à un axe d'entraînement 19, visible sur les figures 3 et 4, monté mobile en rotation sur la nacelle au moyen d'un joint tournant à billes. Dans cet exemple de réalisation, le robot comprend quatre degrés de liberté, la nacelle restant sensiblement parallèle à elle-même lors des déplacements des bras de commande par les actionneurs rotatifs. Bien entendu, il pourrait être prévu des systèmes de bras conférant deux degrés de liberté supplémentaire pour l'inclinaison de la nacelle. Comme mieux visible aux figures 2 à 4, la pince de préhension 2 comprend deux mâchoires symétriques 21 montées pivotantes sur une embase tubulaire 22. L'embase tubulaire est montée sur l'axe d'entraînement précité 19. L'embase présente par exemple un collet annulaire interne 22a permettant son montage via une vis 23 vissée dans l'extrémité taraudée de l'axe d'entraînement. Cet assemblage est complété par un système de type goupille anti:-rotation comprenant un insert 24 dans lequel est vissé un plot 25 monté dans un passage transversal de l'axe d'entraînement avant l'emmanchement de l'embase sur l'axe d'entraînement, ledit plot étant ensuite dévissé par une ouverture 26 de l'embase jusqu'à s'étendre dans cette dernière. Les mâchoires sont assemblées de manière amovible, par exemple au moyen de vis 27, sur deux leviers support 28 montés pivotant autour d'axes 29 sur l'embase par l'intermédiaire de deux pattes radiales 30 diamétralement opposées s'étendant radialement vers l'extérieur à l'extrémité de l'embase. Le montage amovible des io mâchoires sur les leviers permettra d'adapter aisément le type de mâchoires aux objets à manipuler. Dans l'exemple illustré sur les figures, les mâchoires ont globalement une forme de Y, et sont assemblées au levier par le pied du Y, les deux branches du Y formant des doigts de préhension. is La manoeuvre de la pince entre sa position de fermeture et sa position ouverture est assurée par une platine de manoeuvre 31 comprenant une première partie formée d'une bague 32 montée coulissante sur l'embase et une deuxième partie formée d'un anneau 33 montée mobile en rotation sur la bague par l'intermédiaire de galets 34. Les galets, par exemple au nombre de trois, sont montés rotatifs autour d'axes 35 disposés à 120 les uns dies autres, parallèlement à l'axe de l'embase, sur une collerette 36 de la bague. L'anneau 33 est muni d'une nervure annulaire 37 s'étendant radialement vers l'intérieur et chaque galet présente une rainure annulaire 38 pour recevoir ladite nervure. Chaque levier 28 est relié mécaniquement par une biellette 39 à l'anneau. Chaque biellette est montée pivotante d'une part à un levier 28 autour d'un axe 40 et d'autre part à l'anneau autour d'un axe 41. L'anneau présente deux pattes 42 diamétralement opposées et s'étendant parallèlement à l'embase, sur lesquelles sont montés lesdits axes 41 des leviers. Des moyens élastiques de rappel exercent une force de rappel tendant à écarter les leviers l'un de l'autre dans la position d'ouverture de la pince illustrée aux figures 2 et 3. Ces moyens élastiques sont par exemple formés par au moins un ressort hélicoïdal 43 dont les spires sont enroulées sur l'axe d'un levier et dont les branches viennent en appui contre le levier et l'embase. Le déplacement de la platine de manoeuvre est réalisé par l'intermédiaire d'un système de motorisation électrique 50 disposé sur la base du robot et relié à la platine par des câbles de transmission 60. En référence à la figure 5, le système de motorisation comprend un support 51 sur lequel est montée en rotation une couronne 52. La couronne io comprend par exemple un collet interne 52a venant s'engager dans les rainures annulaires de trois galets 57 montés pivotant autour d'axes verticaux du support. Trois câbles de transmission sont fixés par une première extrémité à la collerette 36 de la bague, à 120 degrés les uns des autres, entre les galets 34, et par leur deuxième extrémité à des pattes radiales 53 de la couronne, disposées à 120 les unes des autres. La couronne est entraînée en rotation par une courroie 54 montée sur le pignon 55a d'un motoréducteur:55 de type sans balai, appelé classiquement moteur "brushless". Le moteur "brushless", également assemblé sur le support 51, est commandé par un variateur programmé (non représenté). Les câbles sont montés dans des gaines rigides 61 disposés le long d'un ou de plusieurs systèmes de bras, chaque gaine étant montée, par fixation ou simple mise en butée, entre un plot 56 solidaire du support et la face supérieure 2a de la nacelle opposée à la pince, les câbles passant par des perçages traversant de la nacelle. L'entraînement en rotation dans le sens horaire de la couronne 52 depuis la position illustrée à la figure 5 par commande du moteur "brushless", se traduit par une traction sur les câbles de transmission, déplaçant vers le haut la platine de manoeuvre, ce déplacement entraînant le rapprochement des mâchoires jusqu'à la position de fermeture illustrée à la figure 4. Le retour de la couronne vers sa position d'origine par le moteur permet le retour automatique de la pince de préhension vers sa position d'ouverture sous l'effet de la force de rappel élastique des ressorts. Dans sa position d'ouverture, la bague peut être en butée contre les pattes. Avantageusement, la bague est équipée de moyens anti-rotation formés par exemple d'au moins un tube 44 solidaire de la nacelle, 5 parallèle à l'axe d'entraînement 19 dans lequel est monté coulissant un axe 45 solidaire de la bague. La position de fermeture, et éventuellement la position d'ouverture, ainsi que la force de serrage de la pince, peuvent être réglées de manière précise et continu de façon numérique par le io programme du variateur du moteur "brushless". Par ailleurs, le variateur peut comprendre un programme permettant de déterminer, à partir notamment de mesure d'effort, si un objet est présent entre les mâchoires lorsque la pince n'est pas dans sa position d'ouverture. Le robot manipulateur peut avantageusement être utilisé pour le transfert d'objets défilant en continu sur le brin supérieur d'un convoyeur vers une station de conditionnement, par exemple dans des cartons d'expédition disposés sur un convoyeur fonctionnant pas à pas. Avantageusement, les déplacements du robot, ainsi que le système de motorisation de la pince, seront asservis de manière connue par un système de guidage par vision disposé en amont du robot. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. Selon diverses variantes de réalisation, le dispositif de préhension comprend une pince à plus de deux mâchoires, par exemple trois mâchoires, montées pivotantes ou mobiles en translation sur une embase. Par ailleurs, la pince peut comprendre une seule mâchoire mobile, la ou les autres mâchoires étant montées fixes sur l'embase. Le système de motorisation peut permettre également le déplacement de la pince entre ses deux positions extrêmes par traction et poussée de la platine via au moins un câble, les moyens de rappel élastiques étant facultatifs. io REVENDICATIONS 1) Dispositif de préhension pour robot manipulateur, en particulier pour robot de type parallèle, comprenant une pince de préhension comportant au moins cieux mâchoires montées sur une embase, et des moyens d'actionnement aptes à manoeuvrer au moins l'une des deux mâchoires montée mobile sur l'embase pour déplacer ladite pince entre une position d'ouverture et une position de fermeture, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent une io platine (31) montée mobile en translation sur l'embase (22) de la pince de préhension (2), et reliée mécaniquement par une biellette (39) à chaque mâchoire mobile (21) de la pince, et un système de motorisation (50), destiné à être monté à distance sur une partie fixe (11) du robot, relié à ladite platine (31) par au moins un câble de transmission (60), apte à manoeuvrer ladite platine vers au moins l'une de ses deux positions par ledit câble de transmission. 2) Dispositif de préhension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pince de préhension (2) est destinée à être montée solidaire d'un axe rotatif (19) du robot, caractérisé en ce que ladite platine (31) comprend une première partie comprenant une bague (32) montée coulissante sur une portion tubaire de l'embase (22) et une deuxième partie comprenant un anneau (33) monté libre en rotation et solidaire en translation sur ladite bague par des moyens de couplage en translation (34, 37), ladite bague étant reliée au système de motorisation par lesdits câbles de transmission et ledit anneau étant relié par une biellette (39) à chaque mâchoire mobile. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de couplage en translation comprennent au moins deux galets montés rotatifs, à intervalle angulaire régulier, sur l'une (32) des deux parties de la platine (31), l'autre partie (33) comprenant une nervure annulaire (37) s'engageant dans des rainures annulaires desdits galets. 2877867 Il 4) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux câbles de transmission (60) fixés par une extrémité à intervalle angulaire régulier sur une collerette extérieure (36) de la bague (32). 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pince de préhension comprend au moins deux mâchoires (21) montées pivotantes sur l'embase et reliée chacune par une biellette (39) à la platine (31), de sorte que les deux mâchoires se déplacent symétriquement lors du déplacement en translation de la platine sur io l'embase. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent des moyens de rappel élastiques (43) sollicitant la pince de préhension (2) vers sa position d'ouverture, le système de motorisation (50) manoeuvrant ladite platine à is l'encontre desdits moyens élastiques en exerçant une force de traction sur le(s) câble(s) de transmission (60). 7) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de motorisation comprend une couronne (52) à laquelle le ou les câbles de transmission sont assemblés, ladite couronne étant montée en rotation sur un support (51) et commandée en rotation par un moteur (55). 8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de motorisation comprend un moteur "brushless" (55) commandé par un variateur programmé. 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque câble de transmission est monté coulissant dans une gaine rigide montée entre un plot fixe (56) du système de motorisation et l'extrémité du robot. 10) Robot parallèle comprenant une base et une pièce mobile reliée à ladite base par trois systèmes de bras définissant au moins trois degrés de liberté principaux, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de préhension selon l'une des revendications 1 à 9, le système de motorisation (50) étant monté sur la base (11) dudit robot et les câbles de transmission (60) étant disposés le long d'au moins l'un desdits systèmes de bras. 11) Robot parallèle selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un bras télescopique (18) apte à entraîner en rotation un axe d'entraînement (19) monté mobile en rotation sur la nacelle, la pince de préhension étant montée par son embase sur ledit axe d'entraînement.