Brevet FR2900857A1 — publié le 20071116

ROBOT MANIPULATEUR L'invention se rapporte à un dispositif de déplacement d'un objet dans l'espace. Pour déplacer un objet dans l'espace, on connaît les bras manipulateurs dont les articulations sont montées en série et ceux dont les articulations sont montées en parallèles. Ces bras sont encore appelés robots. Les robots types à articulations en série présentent l'inconvénient d'être relativement lourds et ont donc une inertie importante qui les empêche de travailler avec de grandes cadences. Les robots dits parallèles permettent des déplacements beaucoup plus rapides mais l'amplitude des mouvements est restreinte. L'invention se rapporte à un rabot dit parallèle. On connaît précisément un tel robot EPûA-250 470 comprenant trois actionneurs comportant une partie fixe et une partie mobile ayant un seul degré de liberté par rapport à la partie fixe, chaque partie mobile étant relié à une tête mobile par des éléments de liaison. Le dispositif forme une sorte de pyramide déformable à bases triangulaires. Chaque actionneur est un moteur électrique dont l'axe de rotation est couplé à un bras ( partie mobile) qui pivote autour de l'axe de rotation de l'actionneur. Les axes de pivots des bras forment un triangle et les éléments de liaison sont articulés respectivement à une tête ( petite base) et à la partie mobile correspondante. Les articulations de ces éléments de liaison tant sur le bras que sur la tête sont à deux degrés de liberté. Ainsi, l'orientation et l'inclinaison de la tête restent inchangées dans l'espace. Un préhenseur à transmission télescopique est monté au centre du système. Un support central porte les actionneurs. Ce support central a sensiblement les dimensions définies par les trois axes de pivot. Les paliers de rotation des bras qui pivotent sont à cheval sur les axes de pivot et inscrits chacun pour moitié dans la surface définie par les axes de pivot des bras. Les bras sont, au moins dans leur partie terminale, radiaux et s'étendent vers l'extérieur du support central. 1 "amplitude de déplacement est minimisée par l'étendue du support qui doit avoir une taille suffisante pour porter les actionneurs et souvent un quatrième bras formant préhenseur reliant la grande base à la petite base. L'amplitude de mouvement est liée à la longueur utile du bras. L'encombrement est défini par le cercle passant par les extrémités des bras lorsque le système est en position neutre. les bras sont alors dans un même plan ici horizontal. On comprend bien que plus le support est de grande dimension pour un encombrement donné, plus la longueur des bras sera réduite. Ainsi pour un encombrement d'environ 550 millimètres de rayon, la longueur du bras est de 350 millimètres, la hauteur travail est ainsi de l'ordre de 300 à 400 millimètres. Pour augmenter la longueur cles bras, pour un encombrement donné, il faut réduire la 10 taille du support mais celui ci dépend de la taille des actionneurs et dans les configurations connues il ne peut être fortement réduit. On peut certes augmenter l'encombrement mais cela pose également des soucis d'implantations. Un perfectionnement EP 1 129 829 à ce type de dispositif a été apporté au montage du 15 préhenseur à transmission télescopique monté au centre du système pour augmenter l'amplitude de déplacement de la transmission. Ce perfectionnement impose d'augmenter la taille du triangle pour dégager une ouverture plus large pour le préhenseur. L'invention propose un dispositif qui apporte une plus grande amplitude de travail 20 notamment dans le mouvement horizontal des bras. A cet effet, l'invention se rapporte à un dispositif de déplacement du type parallèle comprenant au moins trois bras pivotants chacun autour d'un axe de pivot guidé en rotation sur au moins un palier, chacun des bras étant actionné par un actionneur, lesdits axes de pivots étant dans un même plan dite plan de la grande base et chacun de 25 ces bras étant, en outre, relié à une tête formant la petite base par l'intermédiaire d'éléments de liaison articulés respectivement sur la tête et sur le bras, les articulations étant à deux degrés de liberté, la tête gardant toujours son orientation et son inclinaison, ce dispositif étant caractérisé en ce que les paliers de pivot des bras sont montés totalement à l'extérieur de la surface délimitée par l'intersection des trois axes 30 de pivot. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG 1 : Etat de la technique en vue de dessus simplifiée FIG 2 à FIG 4 : l'invention en vue de dessus simplifiée les axes de pivots étant radiaux. FIG 5 à FIG 7 : L'invention en vues de dessus simplifiées les axes de pivots formant un triangle FIG 8 : Vue en perspective de l'invention. FIG 9 : Vue en perspective d'une variante de l'invention. En se reportant au dessin. on voit un dispositif 1 de déplacement d'objets du type parallèle. Ce dispositif permet de déplacer des objets avec une cadence élevée. Classiquement, le dispositif n mprend au moins trois bras 2 pivotants chacun autour d'un axe 3 de pivot, lesdits axes de pivots étant dans un même plan ici horizontal. Un actionneur 4 engage au moins indirectement une des deux extrémités de chaque bras pivotant et chacun de ces bras 2 étant, en outre, relié à une tête 5 par l'intermédiaire d'éléments de liaison 6 articulés respectivement sur la tête et sur le bras. Ces articulations sont à deux degrés de liberté. Le dispositif de déplacement du type parallèle forme une pyramide tronquée déformable à bases triangulaires comprenant au moins trois bras 2 pivotants chacun autour d'un axe 3 de pivot guidé en rotation sur au moins un palier 7, chacun des bras étant actionné par un actionneur 4, lesdits axes de pivots étant dans un même plan dite plan A de la grande base et chacun de ces bras étant, en outre, relié à une tête 5 formant la petite base par l'intermédiaire d'éléments de liaison 6 articulés respectivement sur la tête er. sur le bras à deux degrés de liberté, la tête gardant toujours son orientation et son inclinaison. Selon une caractéristique les paliers 7 de pivot des bras sont montés totalement à l'extérieur de la surface délimitée par l'intersection des trois axes de pivot. Pour les figures 1 à 7 on a représenté uniquement les bras et les paliers de pivots. Ainsi en rejetant vers l'extérioir les pivots d'articulation des bras et en conformant les bras et les éléments de liaison comme si ces bras avait une longueur utile proche de la distance entre le centre de la grande base et l'extrémité du bras sur laquelle s'articule l'élément de liaison, on va perrnettre d'augmenter la longueur opérationnelle des bras. En position que l'on appellera neutre, la tête se trouve à l'aplomb de la grande base et la force qui est exercée sur cette tête par un bras prolongé de son élément de liaison s'exerce dans un plan radial i la tête. Dans les dessins figures 8 el ~9.. on a représenté les éléments de liaison sous forme de segments rectilignes avec une extrémité de bras dans un plan radial médian aux points d'ancrage des éléments de liaison sur la tête mais une autre configuration de l'ensemble de ces bras et des éléments (par exemple éléments en S) pourrait convenir. Dans des formes simples le bras peut être en L , en L tronquée ou courbe. On va détailler ci-après quelques variantes. Dans une première version (figure 2,3,4) les axes 3 de pivot sont montés radiaux avec un point d'intersection commun disposé au centre de la grande base. Cela permet d'avoir la longueur maximale de bras fictif Chaque bras ( figure 3) comprend deux parties, une partie proximale 2a coaxiale à l'axe de rotation de l'ac.tionnc.ur et une partie distale 2b qui s'étend selon un deuxième axe également radial formant un angle de 90 avec la partie proximale. Cette partie distale se raccorde à la partie proximale en un point proche de 20 l'intersection des trois axes dc; pivot. Ainsi la longueur du bras ficti t est égale au rayon R définissant l'encombrement des bras. L'extrémité du bras peut donc se déplacer approximativement entre +90 et -90 par rapport au plan dit de grande base sans rencontrer un obstacle. 25 L'amplitude de déplacement vertical de la tête depuis la position neutre, les bras étant horizontaux, est au plus proche de R la distance entre le point central de la grande base et l'extrémité du bras. Les axes de pivot sont répartis angulairement selon un pas de 120 . C'est sur la partie distale que s'articule l'élément de liaison. La longueur effective de basculement des éléments 6 de liaison est donc la distance mesurée entre les articulations de ces éléments de liaison aux bras et le centre de la grande base. Du fait de cette disposition la rotation du bras autour de l'axe de pivot n'est pas 5 limitée par un obstacle situé dans la partie centrale. On comprend bien que les avionneurs sont déplacés vers l'extérieur . Une partie 2c intermédiaire relie les parties proximale 2a et distale 2b du bras formant un L tronqué qui permet de laisser une espace libre pour éventuellement un bras 10 préhenseur et pour tenir compte de la section des bras. 10 Dans une seconde forme de réalisation du bras (figure 2) , l'axe de pivot est toujours radial et l'axe de rotation de l'actionneur attaque perpendiculairement la partie 2a proximale du bras qui se prolonge par la partie distale qui est à 90 formant un L dont le coin du L est sortant. Cette partie proximale est parallèle à l'axe de rotation de l'actionneur et donc à l'axe de pivot. 15 Dans une 3eme variante et 41e1 variante de réalisation, les axes 2 de pivots forment un triangle en dehors duquel sont montés les paliers 7. Les bras ont également une hr me permettant de positionner la tête en position neutre à la verticale de la grande base. Dans l'exemple représenté figure 6, le bras à une forme en L avec le coin rentrant 20 orienté vers le centre. On a une configuration proche du dispositif de la figure 3 mais la partie 2a proximale n'est pas radiale. La partie proximale du bras est coaxiale à l'axe de pivot. Du fait que les paliers 7 sont reportés à l'extérieur de la surface définie par l'intersection des axes de pivots, cette 25 surface peut être réduite à sa valeur limite en sorte que la longueur effective du bras est sensiblement égale à la distance entre le centre de la grande base et l'extrémité du bras donc sensiblement au rayon R définissant l'encombrement. Dans la quatrième variante figure 5, les axes de pivots des bras forment également un triangle mais le bras en L a son coin du L sortant comme dans la figure 2. 30 Comme on peut le voir sur les dessins figure 8, 9 , les éléments de liaison sont reliés au bras et à la tête par des articulet ions à deux degrés de liberté tels des cardans. Ils se composent de deux profilés formant un parallélogramme déformable. Ainsi lors de ses déplacements., la tête reste toujours orientée dans la même direction et a toujours la même inclinaison. On a représenté également un robot avec des bras courbes figure 4,7. On voit entre autre que le dispositif comprend un préhenseur 10 à transmission télescopique. Ce préhenseur est monté en son centre (centre de la pyramide à trois cotés lorsque celle ci est en son point zéro, les bras étant dans le même plan que les axes de pivot.). Un guidage en rotation, pour ce préhenseur est réalisé sur la tête du dispositif. Un actionneur supplémentaire peut faire tourner le préhenseur autour de son axe longitudinal. La partie haute de ce préhenseur peut prendre appui sur l'un des bras. Une connexion coaxiale peut amener la puissance et la commande du préhenseur au travers du bras. Le préhenseur peut être équipé d'une ventouse, de griffes ou tout autre moyen pour saisir un objet. Le préhenseur est souvent mobile autour de son axe longitudinal et il est souvent constitué d'un actionneur, d' une articulation haute, d'une transmission télescopique (deux tiges qui coulissent l'une dans l'autre), d'une articulation basse (cardan ou rotule) positionnée sur la tête.. et d'un organe de préhension. Avantageusement, l'articulation haute se positionne au dessus du plan A contenant les bras lorsqu'ils sont horizontaux. C'est à dire, par rapport au plan A elle se situe dans l'espace opposé à celui contenant la tête. Ou encore le plan A est disposé entre l'articulation haute et la tête. Les actionneurs sont, par exemple, des moteurs électriques connus sous l'appellation brushless mais il pourrait s'agir de moyens différents. Ils peuvent être montés en bout d'axe mais une transmission par courroie crantée ou autre permet de les positionner dans un plan différent. Il peut être prévu que l'actionneur de ce préhenseur soit monté directement sur la tête mais cela augmente le poids donc l'inertie.30 REVENDICATIONS 1. Dispositif de déplacement du type parallèle comprenant au moins trois bras (2) pivotants chacun autour d'un axe (3) de pivot guidé en rotation sur au moins un palier (7), chacun des bras étant actionné par un actionneur (4), lesdits axes de pivots étant dans un méme plan dite plan (A) de la grande base et chacun de ces bras étant, en outre, relié à une tête (5) formant la petite base par l'intermédiaire d'éléments de liaison 16) articulés respectivement sur la tête et sur le bras à deux degrés de liberté, la tête gardant toujours son orientation et son inclinaison, ce dispositif de déplacement étant caractérisé en ce que les paliers (7) de pivot des bras sont montés totalement à l'extérieur de la surface délimitée par l'intersection des trois axes de pivot. 2. Dispositif de déplacement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bras ont une forme de L. 3. Dispositif de déplacen.tent selon la revendication 2 caractérisé en ce que les bras ont une forme de L tronqué. 4. Dispositif de déplacement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bras ont une forme courbe. 5. Dispositif de déplacement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les axes de pivots sont radiaux. 6. Dispositif de déplacement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les axes de pivots forment un triangle. 7. Dispositif de déplacement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un préhenseur à transmission télescopique. 8. Dispositif de déplacement selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'une connexion coaxiale amène la puissance et la commande du préhenseur au travers d'un bras. 9. Dispositif de déplacement selon la revendication 7 comprenant pour le préhenseur, une art:ïcuulation haute, une transmission télescopique, unearticulation basse caractérisé en ce que le plan A est situé entre l'articulation haute et la tête.