Brevet FR2931092A1 — publié le 20091120

L'invention concerne un bras manipulateur, par exemple un bras esclave gui s'étend dans une enceinte protégée et qui est commandé de l'extérieur de l'enceinte. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Un tel bras manipulateur comporte une base fixée à une paroi de l'enceinte, la base portant un bras composé de segments articulés entre eux, l'un au moins de ces segments pouvant être télescopique. Le segment d'extrémité porte un outil, par exemple un organe préhenseur pour déplacer des objets à l'intérieur de l'enceinte. Dans des environnements sévères, comme par exemple des environnements nucléaires, l'enceinte est délimitée par une paroi épaisse et la base est constituée d'un manchon qui traverse la paroi de part en part et dans lequel s'étendent des commandes mécaniques de type câbles, arbres à pignon conique, arbres à cardans, qui permettent de commander le bras manipulateur. Les commandes mécaniques sont actionnées depuis l'extérieur de l'enceinte, par exemple par des moteurs électriques, ou encore au moyen d'un bras maître manipulé par l'opérateur. Cependant, le bras manipulateur comporte en général au moins deux segments articulés entre eux, l'un au moins des segments étant télescopiques. Le segment d'extrémité qui porte l'organe préhenseur comporte un poignet. Au total, il faut contrôler indépendamment plusieurs degrés de liberté, ce qui impose de faire transiter par le manchon autant de commandes mécaniques. Le diamètre du manchon doit être suffisamment important pour permette le passage de toutes ces commandes mécaniques. Qui plus est, la multiplication des commandes mécaniques rend l'ensemble particulièrement complexe et lourd. Il existe également des bras manipulateurs dont un ou plusieurs degrés de liberté sont commandés au moyen de moteurs électriques disposés directement sur le bras manipulateur et alimentés au moyen de câbles d'alimentation qui traversent la paroi de l'enceinte, par exemple par le manchon traversant. Cette disposition simplifie la conception du bras manipulateur. Cependant, un tel bras manipulateur qui serait utilisé dans les mêmes conditions qu'un bras manipulateur d'enceinte nucléaire aurait une durée de vie singulièrement réduite. En effet, les moteurs, et surtout leur électronique associée, supportent mal les radiations et se dégradent très rapidement. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un bras manipulateur équipé de moteurs, mais ne souffrant pas de la limitation invoquée ci-dessus. BREVE DESCRIPTION LE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un bras manipulateur comportant un ou plusieurs seyments dont un segment terminal ayant une extrémité adaptée à porter un outil, le bras manipulateur présentant plusieurs degrés de liberté, un ou plusieurs desdits degrés de liberté étant contrôlés par un ou des moteurs électriques disposés sur le bras manipulateur, dans lequel, selon l'invention, le ou les moteurs électriques et leur électronique associée sont disposés sur une portion d'extrémité amovible du segment terminal. Ainsi, les moteurs dont la durée de vie est limitée du fait des agressions qu'ils subissent dans l'enceinte dans laquelle évolue le bras manipulateur sont selon l'invention regroupés sur une portion d'extrémité amovible qui peut être changée régulièrement, de sorte que les moteurs électriques et leur électronique associée ne limitent plus la durée de vie du bras manipulateur. On simplifie la conception du bras manipulateur, sans en grever la durée de vie. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de l'unique figure annexée, qui est une vue schématique en coupe de l'extrémité d'un bras manipulateur selon un mode particulier de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Bien que cela ne soit aucunement limitatif, la description qui suit se rapporte à un bras manipulateur destiné à être utilisé par exemple dans les centrales nucléaires, ou dans des enceintes irradiées, comme par exemple celle du réacteur ITER. Un tel bras manipulateur est soumis à d'intenses radiations nucléaires. L'enceinte comporte une paroi traversée par un manchon sur lequel est relié le bras manipulateur. Le bras manipulateur comporte plusieurs segments articulés entre eux, dont certains peuvent être télescopiques. Le bras manipulateur se termine par un segment terminal 1, dont on voit ici l'extrémité. Le segment terminal 1 comprend ici une partie antérieure 2 qui est directement reliée au reste du bras manipulateur. La position dans l'espace de la partie antérieure 2 est déterminée par des commandes mécaniques (non visibles) qui s'étendent au travers du manchon qui traverse la paroi de l'enceinte. Tout ceci est bien connu et n'est rappelé qu'à titre d'illustration. Les commandes mécaniques sont généralemer._t utilisées car elles résistent bien mieux aux radiations que des moteurs électriques munis de leur électronique de puissance. La partie antérieure 2 est creuse et reçoit intérieurement un support coulissant 3 sur lequel, selon l'invention, est rapportée une portion d'extrémité amovible 4. La portion d'extrémité amovible 4 est rapportée sur le support coulissant 3 par tout moyen approprié, comme par exemple des vis, des attaches à déconnexion rapide, ou tout autre moyen équivalent. La portion d'extrémité amovible 4 comporte ici un tube primaire de raccordement 5 qui vient se fixer au support coulissant 3. Le tube primaire 5 porte une allonge 6 qui est montée à rotation sur le tube primaire selon un axe longitudinal X. L'allonge 6 porte à son extrémité un poignet 7 qui reçoit un outil, en l'occurrence ici une pince 8. Le segment terminal 1 du bras manipulateur comporte donc plusieurs degrés de liberté : - un degré de coulissement du support coulissant 3 dans la partie antérieure 2 ; - un degré de rotation de l'allonge 6 dans le tube primaire 5 ; - trois degrés de :iberté de la pince 8, à savoir une rotation autour de l'axe transversal Y (vu ici en bout), un degré de rotation autour de l'axe Z, et un troisième degré de liberté par lequel les mâchoires de la pince sont approchés ou écartés. On notera que le premier degré de liberté cité est un degré de liberté externe à la portion d'extrémité amovible 4, tandis que les autres degrés de liberté sont des degrés de liberté internes à la portion d'extrémité amovible 4. Ici, et conformément à l'invention, tous ces degrés de liberté sont contrôlés par des moteurs électriques qui sont tous disposés, ainsi que leur électronique associée, dans la portion d'extrémité amovible 4. De façon plus précise, le degré de liberté externe de coulissement du support coulissant 3 est ici commandé à l'aide d'un moteur électrique 10 disposé sur le tube primaire 5 et qui comporte un arbre 11 de section terminale cannelée adaptée à pénétrer dans un manchon tournant homologue 12 disposé sur le support coulissant 3 lorsque la portion d'extrémité amovible 4 est en place sur le support coulissant 3. Le manchon tournant 12 commande la rotation de l'une des poulies d'un entraîneur 13 qui coopère avec un câble 15 tendu à l'intérieur de la partie antérieure 2. Une rotation de l'arbre 11 provoque une rotation du manchon 12, qui provoque une rotation de l'une des poulies de l'entraîneur 13, ce qui provoque le déplacement de l'entraîneur 13 le long du câble 15, et, partant, le coulissement du support coulissant 3 dans la partie antérieure 2. Il conviendra de veiller lors de la mise en place de la portion d'extrémité amovible 4 que l'arbre 11 soit introduit dans le manchon tournant 12. On obtient alors, et de façon très simple, une connexion mécanique entre l'arbre 11 et l'entraîneur 13. On pourra, pour assurer ce coulissement, utiliser d'autres systèmes connus tels qu'un système à courroie crantée, ou une transmission flexible, du moment qu'il soit actionné par un moteur disposé sur la portion d'extrémité amovible 4. Le degré de rotation de l'allonge 6 dans le tube primaire 5 est contrôlé par un moteur électrique 20 fixé sur l'allonge 6 et qui entraîne un pignon 21 qui coopère avec une couronne dentée 22 disposée dans le tube primaire 5 pour provoquer une rotation de l'allonge 6 vis-à-vis du tube primaire 5 autour de l'axe X. Enfin, trois moteurs électriques, respectivement 30, 31, 32, sont disposés dans l'allonge 6 pour contrôler respectivement la rotation de la pince 8 selon l'axe Y, la rotation de la pince 8 selon l'axe Z, et le rapprochement ou l'éloignement des mâchoires de la pince 8. On notera ainsi que les moteurs électriques embarqués disposés sur la portion d'extrémité amovible 4 permettent de contrôler les degrés de liberté internes à la portion d'extrémité amovible, comme le contrôle de la pince 8 ou la rotation de l'allonge 6, mais également des degrés de liberté externes à la portion d'extrémité amovible 4, comme le coulissement dans la partie antérieure 2 du support coulissant 3 auquel la portion d'extrémité amovible 4 est attelée. L'utilisation de moteurs électriques tous regroupés dans la portion d'extrémité amovible 4 comporte plusieurs avantages . - l'utilisation de moteurs électriques embarqués sur le bras manipulateur en lieu et place de commandes mécaniques courant le long du bras manipulateur simplifie considérablement le bras manipulateur et permet d'en réduire son diamètre, et donc son encombrement. En outre, l'utilisation de moteurs électriques réduit considérablement les frottements dans la chaîne de commande des degrés de liberté et contribue donc à augmenter la précision des mouvements du bras manipulateur ; - le regroupement de tous les moteurs électriques dans la portion d'extrémité amovible permet le remplacement de celle-ci lorsque les moteurs électriques et/ou leur électronique de puissance associée ont atteint leur limite de durée de vie. La possibilité de remplacement de la portion d'extrémité amovible selon l'invention permet d'éviter que la faible résistance de l'électronique aux radiations ne grève la durée de vie de l'ensemble du bras manipulateur. Le remplacement de la portion d'extrémité amovible pourra être effectué directement dans l'enceinte au moyen d'un autre bras manipulateur ; - l'alimentation de l'ensemble des moteurs électriques est notablement simplifiée, puisque tous les moteurs électriques sont physiquement regroupés. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, on pourra prévoir que d'autres degrés de liberté soient contrôlés par des moteurs électriques embarqués dans La portion d'extrémité amovible, comme par exemple une rotation selon une articulation entre le segment terminal et un segment antérieur, ou encore si la partie antérieure du segment terminal est télescopique, le contrôle de ce mouvement télescopique. REVENDICATIONS1. Bras manipulateur comportant un ou plusieurs segments dont un segment terminal (1) ayant une extrémité adaptée à porter un outil (8), le bras manipulateur présentant plusieurs degrés de liberté, un ou plusieurs desdits degrés de liberté étant contrôlés par un ou des moteurs électriques (30,31,32) disposés sur le bras manipulateur, caractérisé en ce que le ou les moteurs électriques et leur électronique associée sont disposés sur une portion d'extrémité (4) amovible du segment terminal. 2. Bras manipulateur selon la revendication 1, dans lequel un au moins des moteurs électriques disposés sur la portion d'extrémité amovible permet de contrôler au moins un degré de liberté interne à la portion d'extrémité amovible (4). 3. Bras manipulateur selon la revendication 2, dans lequel le degré de liberté interne est une rotation selon un axe longitudinal (X) d'une allonge portée par la portion d'extrémité amovible. 4. Bras manipulateur selon la revendication 1, dans lequel un au moins des moteurs électriques disposés sur la portion d'extrémité amovible permet de contrôler au moins un degré de liberté externe à la portion d'extrémité amovible (4). 5. Bras manipulateur selon la revendication 4, dans lequel le degré de liberté externe est un coulissement télescopique de la portion d'extrémité amovible dans le segment terminal qui porte la portion d'extrémité amovible.