Brevet FR2958573A1 — publié le 20111014

SYSTEME DE ROBOTISATION COMPRENANT UN ROBOT SUPPORTE PAR UNE PLATEFORME MOBILE La présente invention concerne un système de robotisation comprenant une plateforme mobile pouvant se déplacer de manière autonome, recevant un robot qui peut être utilisé notamment pour du conditionnement ou des manutentions. Il est connu d'utiliser dans l'industrie des robots fixés au sol, comprenant un bras poly-articulé comportant à son extrémité un moyen de préhension, pour réaliser des opérations programmées d'assemblage ou de manutention dans un atelier ou un magasin, comme le chargement de pièces dans des conteneurs. Le robot peut comporter en particulier un système de vision, permettant par des logiciels de reconnaissance de forme de repérer les positions des pièces à saisir, ou la disposition de l'environnement. Le robot est généralement relié par des liaisons vers des postes de servitude utilisés notamment pour le contrôle des mouvements du robot, comme un calculateur de gestion des motorisations assurant ces mouvements, ou un système de gestion de la vision. Les postes de servitude peuvent comprendre aussi des sources d'alimentation en énergie comme des accumulateurs électriques ou un compresseur d'air. Il est intéressant d'utiliser des robots standards fabriqués en série par des constructeurs spécialisés, ce qui permet de réduire les coûts de l'installation. Pour augmenter le rayon d'action du robot, on peut de manière connue disposer ce robot sur un support mobile comportant par exemple des possibilités de déplacements suivant un ou deux axes, ce qui permet d'augmenter le champ d'action accessible par l'extrémité du bras du robot. Le support mobile avec son robot est alors généralement relié aux postes de servitude fixés au sol par des câbles ou des canalisations, réalisant des liaisons permettant le contrôle de ce robot et son alimentation en énergie. Les liaisons du robot aux postes de servitude sont alors plus longues, elles doivent généralement comporter des connexions supplémentaires. De plus ces liaisons doivent aussi comporter des dispositifs prévus pour permettre les mouvements entre le robot et les postes de servitude. Les longueurs additionnelles des liaisons, les connexions supplémentaires et les dispositifs permettant les mouvements relatifs, peuvent entraîner différents problèmes comme des pertes de puissance pour l'alimentation en énergie, une baisse de la fréquence du signal transmis en particulier pour les systèmes hautes fréquences nécessaires pour la vision, ou des risques de défaillances accrus. Pour assurer la sécurité ainsi que la qualité des signaux, ou une bonne transmission de l'énergie, les liaisons sont plus onéreuses. La présente invention a notamment pour but de réaliser un système de robotisation comportant un grand champ d'action, de manière efficace, fiable et économique. Elle propose à cet effet un système de robotisation comprenant un robot comportant un bras poly-articulé, relié à des postes de servitude permettant le fonctionnement de ce robot, en assurant certaines fonctions comprenant notamment le contrôle des mouvements ou la fourniture d'énergie pour la motorisation du robot, caractérisé en ce que le robot est supporté par une plateforme mobile faisant partie d'un chariot automoteur pouvant se déplacer librement au sol, et en ce que cette plateforme mobile supporte aussi les postes de servitude qui sont fixés dessus de manière à se déplacer avec le robot, pour former un ensemble autonome sans liaison matérielle vers l'extérieur, permettant le fonctionnement autonome de ce robot. Un avantage du système de robotisation selon l'invention, est que l'on peut en utilisant un robot comportant des liaisons standards vers des postes de servitude situés à proximité de ce robot, ainsi qu'une plateforme mobile qui peut aussi être développée de manière standard pour différentes applications, apporter de manière simple et économique un grand champ d'action à ce robot. De plus le système de robotisation selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les postes de servitude comportent un micro- ordinateur de contrôle du robot. Les postes de servitude peuvent comporter un moyen de mise en forme du courant électrique destiné à alimenter en énergie la motorisation du robot. Les postes de servitude peuvent comporter un moyen de génération de fluide sous pression destiné à alimenter en énergie la motorisation du robot. Les postes de servitude peuvent de plus comporter un calculateur de contrôle d'un système de vision comprenant une caméra, permettant de piloter les mouvements du robot. Selon un mode de réalisation, la plateforme mobile se trouve près du sol, juste au dessus de petites roues porteuses assurant le déplacement du chariot automoteur. En particulier le chariot automoteur peut comporter suivant son axe de déplacement, d'un côté une partie comprenant un boîtier de commande de ce chariot ainsi que les postes de servitude regroupés ensemble, et d'un autre côté la partie de la plateforme mobile recevant le robot. Les deux parties peuvent être séparées par un moyen de protection mécanique protégeant les postes de servitude. En option, le support mobile peut comporter un convoyeur permettant de recevoir des moyens de conditionnement pour les placer près du robot. Avantageusement, le convoyeur est disposé transversalement sur la plateforme mobile, près du pied du robot. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma comparatif de l'implantation d'un poste de conditionnement manuel et d'un système robotisé de conditionnement suivant l'invention, implantés entre deux travées de stockage ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un système robotisé suivant l'invention, comprenant un robot disposé sur la plateforme d'un chariot automoteur ; et - la figure 3 est une vue de côté de ce système robotisé. La figure 1 présente en partie gauche, un chariot automoteur 2 comportant deux containers de chargement 4, qui circule entre deux travées 6 de stockage de marchandises. Le chariot automoteur 2 se déplace de manière automatique entre les travées 6 pour venir s'arrêter à l'endroit où se trouve des marchandises à prendre ou à décharger, un opérateur 8 se plaçant sur le côté du chariot automoteur 2 pour réaliser le chargement ou le déchargement des containers embarqués 4. La distance D entre les deux travées 6 doit être assez importante pour permettre de placer l'opérateur 8 effectuant les manutentions, à côté du chariot automoteur 2. La partie droite de la figure 1 présente les mêmes travées 6 rapprochées entre elles suivant une distance réduite D', et un chariot automoteur 10 suivant l'invention, comportant un robot 12 comprenant un bras poly-articulé. Des containers sont disposés sur la plateforme du chariot automoteur 10, qui comporte un système de repérage dans l'atelier pour venir se positionner aux postes de travail demandés. Les containers sont remplis ou vidés de manière automatique par le robot 12 comportant un système de vision permettant de repérer la position précise des pièces à prendre, le robot comprenant au bout de son bras une pince de préhension de ces pièces. Le chariot automoteur 10 avec son robot 12 étant autonome pour effectuer toutes les opérations, il n'y a pas besoin d'opérateur sur-place et l'espace entre les travées D' peut être réduit, on obtient une meilleure rentabilité de la surface de l'atelier. Un tel système de robotisation peut être choisi pour d'autres caractéristiques avantageuses, comme la rapidité d'exécution des opérations, un plus faible risque d'erreur, une réduction des coûts de personnel, la suppression de tâches pénibles pour les opérateurs, ou l'intervention dans des milieux protégés ou dangereux, par exemple dans des laboratoires pharmaceutiques ou des installations nucléaires. Les figures 2 et 3 présentent un exemple de système de robotisation 20 comprenant un chariot automoteur 22 disposant d'une plateforme 24 recevant un robot 70 comportant un bras poly-articulé 76. Le chariot automoteur 22 est un modèle standard prévu pour différentes utilisations sans robot, il comporte une motorisation liée à une roue motrice et directionnelle, intégrée dans un boitier de commande 28 situé en partie arrière suivant son sens habituel de déplacement. Le boîtier de commande 28 comprend sur le dessus une interface de commande 30 disposant d'un écran et de boutons. Les programmes d'activité du chariot automoteur 22 peuvent être rentrés par l'interface de commande 30, ou par d'autres moyens comme la lecture d'un programme chargé par une connexion ou télétransmis par une liaison sans fil. Un mât 32 situé en avant du boitier de commande 28, comporte en partie haute un moyen de repérage 34 par rapport à différents repères fixes utilisant une technologie Laser. Le repérage du chariot automoteur 22 dans l'atelier lui permet de suivre le parcours demandé par le programme d'activité. Entre le boitier de commande 28 et le mât 32 se trouve un logement transversal 36 recevant des accumulateurs électriques non représentés, qui coulissent latéralement en reposant sur des rouleaux 38 pour faciliter la pose et la dépose en cas d'échange des ces accumulateurs, notamment pour les recharger. Toute la partie du chariot automoteur 22 située en avant du mât 32, constitue la plateforme de transport 24 se trouvant près du sol, juste au dessus de petites roues porteuses assurant le déplacement de ce chariot, cette plateforme s'étendant sur plus des deux tiers de la longueur du chariot. La plateforme 24 reçoit successivement en partant de l'arrière, un coffret 50, le robot 70 à bras poly-articulé 76, et un convoyeur transversal 78 à rouleaux 72 de réception de moyens de conditionnement comme des containers. Le robot 70 est ainsi posé près du sol sur une plateforme 24 qui reste horizontale, grâce aux petites roues porteuses, dans une configuration similaire à celle habituellement prévue pour ces robots généralement fixés au sol. Le coffret 50 s'étendant en hauteur, comprend en partie basse un compartiment fermé recevant un micro-ordinateur de contrôle du robot 70, qui est ainsi protégé. Un tableau de commande 56 de l'ordinateur comprenant un écran est fixé au dessus du coffret 50, il est tourné vers un côté du chariot automoteur 22 pour être facilement accessible par un opérateur. Cet ensemble micro-ordinateur et tableau de commande 56 constitue un premier poste de servitude extérieur au robot 70 pour son contrôle, qui se trouve ainsi dans une position constante par rapport au robot quelque soit les déplacements de celui-ci. Les liaisons par câbles entre le robot 70 et le poste de servitude de contrôle sont courtes, avec une longueur des câbles et un nombre de raccordement limités, et ces câbles ne subissent pas de flexion alternative, ce qui est favorable pour la fiabilité ainsi que pour la vitesse de transmission des données. De plus ces liaisons courtes sont simples et économiques. Un deuxième poste de servitude est constitué par un compresseur d'air 54 posé au dessus du coffret 50, relié par une canalisation souple au robot 70 pour alimenter en air comprimé une pince de préhension se trouvant au bout du bras 76 de ce robot. En variante on peut disposer une centrale hydraulique délivrant un liquide sous pression. Un autre poste de servitude installé est constitué par une alimentation en énergie électrique comprenant un moyen de mise en forme du courant électrique. Ces postes de servitude constituent des sources d'énergie délivrant une puissance utilisée pour la motorisation du robot, il est intéressant de disposer de liaisons courtes afin de limiter les pertes d'énergie dans ces liaisons. En option, un poste de servitude avantageusement abrité dans le coffret 50, est constitué par un calculateur de contrôle d'un système de vision comprenant une caméra fixée sur le bras 76 du robot 70, pour repérer les pièces à prendre par la pince de préhension. Une liaison courte de la caméra vers le calculateur de contrôle est importante pour permettre un haut débit nécessaire à la transmission des images enregistrées par la caméra. Une barre de protection mécanique 52 fixée au dessus du coffret 50 permet de protéger les équipements se trouvant posés sur ce coffret, d'éventuelles fausses manoeuvres du robot 70. La mise en place de containers sur la plateforme 24 peut se faire en automatique grâce au convoyeur transversal 78 à rouleaux motorisés 72. Le chariot automoteur 22 vient sur le côté d'un poste de transfert de containeur en alignant son convoyeur transversal 78 avec un convoyeur fixe, pour faire coulisser latéralement le container qui en cas de mise en place sur le chariot, vient en fin de course en appui sur une butée d'extrémité 74. Les rouleaux motorisés sont aussi alimentés par le poste de servitude d'alimentation électrique du robot 70. On réalise ainsi à partir de deux ensembles standards, le chariot automoteur 22 et le robot 70 qui peuvent être produits en grande série ce qui est favorable pour la fiabilité et l'économie, un système robotisé qui donne au robot un très grand champ d'application dans l'espace. De plus ce système robotisé ne comporte aucune liaison matérielle vers l'extérieur, les différentes liaisons vers les postes de servitude nécessaires pour le fonctionnement du robot, notamment pour l'alimentation en puissance où le contrôle des mouvements de ce robot, sont simples, fiables et économiques. En particulier, le chariot automoteur peut être réalisé suivant la description présentée dans le document FR-A1-2926051, et comporter une mobilité totale sur la surface d'un atelier. En variante, la plateforme mobile 24 recevant le robot peut comprendre différents types de motorisation utilisant des sources d'énergie variées pour se déplacer. La plateforme mobile 24 peut comporter une course verticale, permettant d'élever le robot à différentes hauteurs. REVENDICATIONS1 û Système de robotisation comprenant un robot (70) comportant un bras poly-articulé (76), relié à des postes de servitude permettant le fonctionnement de ce robot, en assurant certaines fonctions comprenant notamment le contrôle des mouvements ou la fourniture d'énergie pour la motorisation du robot, caractérisé en ce que le robot (70) est supporté par une plateforme mobile (24) faisant partie d'un chariot automoteur (22) pouvant se déplacer librement au sol, et en ce que cette plateforme mobile (24) supporte aussi les postes de servitude qui sont fixés dessus de manière à se déplacer avec le robot, pour former un ensemble autonome sans liaison matérielle vers l'extérieur, permettant le fonctionnement autonome de ce robot. 2 û Système de robotisation selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que les postes de servitude comportent un micro-ordinateur de contrôle du robot (70). 3 û Système de robotisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les postes de servitude comportent un moyen de mise en forme du courant électrique destiné à alimenter en énergie la motorisation du robot 20 (70). 4 û Système de robotisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les postes de servitude comportent un moyen de génération de fluide sous pression (54) destiné à alimenter en énergie la motorisation du robot (70). 25 5 û Système de robotisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les postes de servitude comportent un calculateur de contrôle d'un système de vision comprenant une caméra, permettant de piloter les mouvements du robot (70). 6 û Système de robotisation selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que la plateforme mobile (22) se trouve prèsdu sol, juste au dessus de petites roues porteuses assurant le déplacement du chariot automoteur (22). 7 ù Système de robotisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le chariot automoteur (22) comporte suivant son axe de déplacement, d'un côté une partie comprenant un boîtier de commande (28) de ce chariot ainsi que les postes de servitude regroupés ensemble, et d'un autre côté la partie de la plateforme mobile (24) recevant le robot (70). 8 ù Système de robotisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux parties du chariot automoteur (22) sont séparées par un moyen de protection mécanique (52) protégeant les postes de servitude. 9 ù Système de robotisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plateforme mobile (24) comporte un convoyeur (78) permettant de recevoir des moyens de conditionnement pour les placer près du robot (70). 10 ù Système de robotisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le convoyeur (78) est disposé transversalement sur la plateforme mobile (24), près du pied du robot (70).