Brevet FR2960173A1 — publié le 20111125

La présente invention concerne un système de préhension automatique pour un ensemble robotisé, ainsi qu'un ensemble robotisé comprenant un tel système de préhension. Les robots de manutention comportent généralement au bout d'un bras articulé, un système de préhension qui peut comporter des pinces ou des ventouses, permettant par exemple de saisir des objets situés dans des caisses afin de préparer des commandes, ou de charger et décharger des machines de production ou d'assemblage. Il est nécessaire pour certaines utilisations, de pouvoir disposer au bout du bras du robot de deux types de préhenseur, par exemple une pince et des ventouses, pour permettre la prise de pièces variées qui vont convenir à l'un ou à l'autre de ces types de préhenseur. Pour cela il est connu de disposer au bout du bras du robot, un changeur automatique d'outils comprenant une base fixée sur le bras, pouvant venir chercher et accrocher automatiquement l'un ou l'autre des préhenseurs qui se trouve rangé à proximité du robot. Un problème qui se pose avec ce changeur d'outils est qu'il faut prévoir un temps mort pour effectuer les mouvements nécessaires aux changements, comprenant le mouvement vers les rangements, la dépose du préhenseur installé et la reprise du nouveau préhenseur, puis le retour vers la zone de travail. Dans le cas de changements fréquents de préhenseur, le temps perdu peut être important. Une autre solution connue consiste à garder en permanence au bout du bras du robot les deux préhenseurs qui sont mis en position de travail alternativement l'un ou l'autre, par un mouvement du support de ces préhenseurs. En particulier, le système de préhension peut comporter une base reliée par un pivot, à l'extrémité d'un bras d'un robot polyarticulé. La base comprend sur deux faces opposées parallèles à l'axe du pivot, d'un côté une pince comportant deux becs parallèles, de l'autre côté un plateau préhenseur à dépression monté au bout d'un prolongement. Les becs de la pince ainsi que le prolongement du plateau préhenseur, sont allongés suivant un même axe perpendiculaire au pivot, l'extrémité de la pince ainsi que la face avant active du plateau préhenseur, étant sensiblement à la même distance de l'axe de ce pivot. On obtient ainsi un préhenseur comportant deux moyens de préhension suivant les objets à prendre, la pince qui peut serrer un objet en resserrant ses deux becs l'un vers l'autre, ou le plateau de préhension qui vient au contact d'un objet sensiblement plat pour fixer cet objet en créant une dépression sur sa face avant active. Le pivot est motorisé pour faire des demi-tours suivant, ce qui permet de présenter alternativement face à des objets variés contenus par exemple dans une caisse, l'un ou l'autre des moyens de préhension adapté à l'objet à prendre. Un problème qui se pose avec ce type de préhenseur, est qu'il faut un certain temps pour effectuer le demi-tour de la base supportant les préhenseurs, ce qui peut augmenter notablement les temps de travail dans le cas où il faut changer souvent de moyen de préhension. Un autre problème est que la rotation des moyens de préhension suivant l'axe du pivot, nécessite un certain espace de dégagement disponible autour de la base pour permettre le mouvement de ces moyens. En particulier dans le cas où les objets à prendre se trouvent au fond d'une caisse relativement étroite, on peut ne pas avoir latéralement la place disponible pour effectuer les demi-tours. Il faut alors que le bras du robot recule pour sortir les préhenseurs de la caisse, effectue le demi-tour puis redescende ensuite dans cette caisse, ce qui est assez long. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un moyen simple et efficace permettant de changer rapidement et dans un espace réduit, le moyen de préhension d'un robot. Elle propose à cet effet un système de préhension d'objets comprenant une base prévue pour être fixée sur un ensemble robotisé, recevant un premier moyen de préhension comportant une pince, et un deuxième moyen de préhension, ces deux moyens pouvant être mis en position de préhension de manière automatique pour utiliser l'un ou l'autre de ces moyens, caractérisé en ce que le deuxième moyen de préhension est monté sur un support mobile qui peut se rétracter en retrait de l'extrémité de la pince en se rapprochant de la base, pour laisser cette pince en position de travail, ou se déployer au-devant de l'extrémité de la pince pour venir lui-même en position de travail. Un avantage du système de préhension selon l'invention, est que le deuxième moyen de préhension devant se déplacer pour venir en retrait ou au devant de la pince, on peut prévoir une petite course de déplacement permettant de changer très rapidement de configuration dans un espace réduit, pour utiliser l'un ou l'autre des moyens de préhension. Le système de préhension selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le support mobile est prévu pour être serré et maintenu en position par la pince quand il est dans sa position déployée. Le support mobile peut comporter une traverse qui coulisse dans le plan médian entre les deux becs de la pince, lors de son déploiement. Avantageusement, au moins un des becs comporte un creux de blocage qui coopère avec la traverse, lors du serrage du support mobile. Avantageusement, la traverse est réalisée par moulage d'une matière plastique. En complément, les becs peuvent comporter un moyen de guidage longitudinal de la traverse, qui guide cette traverse le long des becs lors de son déploiement. Selon un mode de réalisation, le deuxième moyen de préhension comporte au moins une ventouse utilisant une dépression d'air pour saisir les objets. La traverse peut recevoir de part et d'autre de la pince, une ventouse. Avantageusement, le deuxième moyen de préhension est relié à la base, par deux moyens de guidage disposés chacun d'un côté de la pince. Avantageusement, chaque moyen de guidage comporte deux biellettes disposées en série et reliées par des pivots. En particulier, une extrémité d'une première biellette peut être reliée par un pivot inférieur à la base, l'autre extrémité de cette première biellette comportant un pivot intermédiaire recevant une extrémité de la deuxième biellette, qui supporte par un pivot supérieur situé à son autre extrémité, le deuxième moyen de préhension. Avantageusement, chaque moyen de guidage comporte un vérin de commande de déplacement des biellettes, qui est relié d'une part au pivot inférieur, et d'autre part à la deuxième biellette en un point qui peut en particulier être situé à proximité du pivot intermédiaire. Avantageusement, le deuxième moyen de préhension est rappelé en position rétractée par des ressorts. L'invention aussi pour objet un ensemble robotisé disposant d'un système de préhension comprenant un premier moyen et un deuxième moyen de préhension, ce système de préhension comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 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 non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'un système de préhension à deux préhenseurs selon l'invention, le deuxième préhenseur comprenant deux ventouses étant dans sa position rétractée ; - la figure 2 est une vue de détail d'une traverse supportant les ventouses ; - la figure 3 est une vue de ce système de préhension, le deuxième préhenseur étant dans sa position déployée ; - les figures 4 et 5 présentent un système de guidage linéaire du coulissement du deuxième préhenseur, par les becs de la pince ; et - la figure 6 est une vue d'un système de préhension similaire, comprenant deux plateaux à dépression. La figure 1 présente un système de préhension 21 comportant une base 2 comprenant sur sa face nommée par convention face inférieure, un pivot 6 relié à l'extrémité d'un bras non représenté, d'un robot polyarticulé. Le pivot 6 comporte un capteur donnant suivant différents axes les efforts qui s'appliquent sur le système de préhension 21, pour éviter des efforts trop importants et assurer la sécurité. La face supérieure de la base 2, comporte deux rainures 22 parallèles et rapprochées, qui reçoivent chacune l'embase d'un bec 20 d'une pince 28, pour le guider suivant l'axe longitudinal de sa rainure. Les deux becs 20 comportant chacun une face d'appui 26 en regard l'une de l'autre, peuvent ainsi sous l'effet d'un actionneur intégré dans la base 2, se rapprocher pour saisir un objet en le serrant entre ces faces d'appui. L'extrémité supérieure de chaque bec 20 de la pince 28, est effilée pour comporter un encombrement réduit permettant d'aller dans des petits volumes. Un peu en retrait de cette extrémité, la face d'appui 26 de chaque bec 20 comporte une rainure transversale de blocage 24 ayant une section en « V », qui est alignée sur la rainure de l'autre bec. Une ventouse allongée 30 suivant un axe longitudinal et une ventouse ronde 32, sont disposées de part et d'autre de la pince 28, dans un même plan horizontal. Une traverse 34 forme un support recevant à chaque extrémité une des ventouses 30, 32, la partie centrale 36 de cette traverse située dans un plan médian entre les deux becs 20, comprenant une section circulaire. La base 2 qui a une forme globalement parallélépipédique, comporte sur une face latérale par rapport à la pince 28, et dans l'angle inférieur droit, un pivot inférieur 44 supportant l'extrémité d'une première biellette 40. L'autre extrémité de la première biellette 40 se trouvant du côté gauche de la base 2, comporte un pivot intermédiaire 46 recevant une extrémité d'une deuxième biellette 38, qui supporte par un pivot supérieur 48 situé à son autre extrémité, un côté de la traverse 34. On a de la même manière et suivant une symétrie centrale, deux autres biellettes 38, 40 qui supportent et guident l'autre extrémité de la traverse 34. De chaque côté de la base 2, un petit vérin pneumatique 42 a une extrémité reliée au pivot inférieur 44, l'autre extrémité étant reliée par un pivot à la deuxième biellette 38, en un point 49 situé dans cet exemple près du pivot intermédiaire 46. Les deux vérins pneumatiques 42 sont reliés ensemble à une source d'air comprimé commandée par une vanne. En variante le point 49 de fixation du vérin 42 sur la deuxième biellette 38, pourrait être éloigné du pivot intermédiaire 46, ce qui nécessiterait un vérin disposant d'une course plus longue. Les deux jeux de deux biellettes 38, 40, forment un guidage qui permet à la traverse 34 de se déployer vers le haut en suivant une course rectiligne quand les vérins 42 sont commandés, l'axe de la traverse restant dans le plan médian entre les deux becs 20. De cette manière, les deux ventouses 30, 32 coulissent pour venir dans une position basse près de la base 2 quand les vérins 42 sont rétractés, et dans une position haute où leur plan se trouve au dessus de l'extrémité des becs 20 comme présenté dans la figure 3, quand les vérins sont déployés. De plus dans la position déployée, les ventouses 30, 32 étant dans la position haute, on commande la pince 28 pour refermer les becs 20 en rejoignant leurs faces d'appui 26, de manière à serrer dans les deux rainures de blocage 24 la partie centrale cylindrique 36 de la traverse 34. Ce serrage apporte un repositionnement et une stabilisation de la traverse 34 qui se trouve ainsi fermement reliée à la base 2, alors que les biellettes de guidage 38, 40 sont légères et relativement flexibles. Chaque face d'appui 26 des becs 20 comprend près de la base 2 un creux 70 visible figure 4, de manière à permettre un resserrage complet des deux faces d'appui l'une sur l'autre quand les ventouses 30, 32 sont dans leur position rétractée, la partie centrale cylindrique 36 de la traverse 34 venant dans ces creux. On notera que la disposition des biellettes 38, 40 permet d'obtenir un encombrement des moyens de guidage et de déploiement qui ne dépasse jamais des côtés doit ou gauche de la base 2, dans toutes les positions de déploiement. Cette disposition apporte au système de préhension 21 une faible largeur, qui permet d'aller dans une caisse étroite et de rétracter ou déployer les ventouses 30, 32 à l'intérieur de cette caisse. Le système de préhension 21 comporte de chaque côté un ressort 50 de traction fixé d'une part à la base 2 et d'autre part à la deuxième biellette 38, qui tend à rétracter les ventouses 30, 32 en position basse. Les ressorts 50 viennent en complément de ressorts de rappel intégrés dans les vérins 42, pour tendre à rétracter automatiquement ces vérins quand l'alimentation en air comprimé est coupée. De cette manière on peut utiliser des vérins 42 à simple effet, ce qui permet de simplifier le câblage et de réduire les coûts. On obtient ainsi avec des moyens de guidage légers qui peuvent être manoeuvrés par des vérins pneumatiques 42 de section réduite, un mouvement rapide des ventouses 30, 32 permis par la légèreté du système mobile, ainsi qu'un maintien ferme de ces ventouses autorisant la prise de charges relativement importantes avec une bonne stabilité. On peut avec un tel système de préhension réaliser différents types de préhension d'objet, avec la pince 28 seule, les ventouses 30, 32 étant en retrait, ou après avoir déployé les ventouses, avec une seule de ces ventouses adaptée à la taille de l'objet, ou avec les deux ventouses en même temps. On peut aussi en variante commencer à prendre un objet avec la pince 28, les ventouses 30, 32 étant rétractées, puis ensuite déployer les ventouses pour les mettre au contact de l'objet déjà serré dans la pince, et générer une dépression dans ces ventouses. De cette manière on vient ajouter une force de maintien supplémentaire à celle donnée par la pince 28, pour assurer la prise de l'objet. La figure 2 présente une traverse 34 avantageusement réalisée par moulage d'une matière plastique, notamment un polyamide chargé de fibre de verre, qui permet d'obtenir de manière économique une pièce légère et rigide, comportant des formes complexes. On peut en particulier obtenir facilement de cette manière la section carrée de la partie centrale 62, ou un creux débouchant 10 de section hexagonale à chaque extrémité de la traverse 34, recevant l'embase de chaque ventouse 30, 32 comportant une section correspondante. Les figures 3 à 5 présentent la traverse 34 comportant la partie centrale de section carrée 62, une des diagonales de cette section étant disposée verticalement. Lors de la fermeture de la pince 28, la section carrée 62 vient s'ajuster dans la rainure de blocage 24 de chaque bec 20 qui a une forme complémentaire, de manière à assurer un positionnement angulaire de la traverse 34 procurant un meilleur maintien de cette traverse. La partie centrale carrée 62 de la traverse 34, est encadrée par deux collerettes 60. Chaque bec 20 comporte sur une face latérale, une rainure longitudinale 64 qui borde la face d'appui 26 sur toute la longueur de ce bec. La rainure longitudinale 64 se termine en haut du bec 20, par une pente 66 qui élargit cette rainure vers l'extérieur, un peu avant la rainure de blocage 24. Les rainures longitudinales 64 permettent un meilleur guidage de la traverse 34 lors de son déploiement. Pour cela, en cours de déploiement on resserre les becs 20 de la pince 21, et une collerette 60 de la traverse 34 vient glisser dans les rainures longitudinales 64 qui constituent des rails de guidage pour cette traverse. Quand la partie centrale carrée 62 de la traverse 34 tombe dans les rainures de blocage 24, la collerette 60 vient se loger dans l'espace dégagé par la pente 66, en haut de la rainure longitudinale 64. Les deux collerettes 60 encadrent de manière ajustée les becs 20, ce qui contribue au positionnement précis et au maintien de la traverse 34. La figure 6 présente un système de préhension 21 similaire, comprenant à la place de chaque ventouse un plateau à dépression 80 comportant une face avant d'appui réalisé dans une matière souple, et disposant d'une série de perçages reliés à la source de dépression pour fixer un objet sur cette face d'appui. Les deux plateaux à dépression 80 étant déployés, leurs faces avant d'appui se trouvent dans un même plan. D'une manière générale, on peut en complément fixer sur le côté du système de préhension un moyen de vision comme une caméra, permettant de repérer les objets à prendre et de guider les mouvements du préhenseur en temps réel. On notera que le système de préhension suivant l'invention peut s'adapter à différentes technologies concernant le deuxième moyen de préhension, ainsi qu'à différents types de robot. REVENDICATIONS1 - Système de préhension d'objets comprenant une base (2) prévue pour être fixée sur un ensemble robotisé (4), recevant un premier moyen de préhension comportant une pince (28), et un deuxième moyen de préhension (30, 32), ces deux moyens pouvant être mis en position de préhension de manière automatique pour utiliser l'un ou l'autre de ces moyens, caractérisé en ce que le deuxième moyen de préhension (30, 32) est monté sur un support mobile (34) qui peut se rétracter en retrait de l'extrémité de la pince (28) en se rapprochant de la base (2), pour laisser cette pince en position de travail, ou se déployer au-devant de l'extrémité de la pince (28) pour venir lui-même en position de travail. 2 - Système de préhension d'objets selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support mobile (34) est prévu pour être serré et maintenu en position par la pince (28), quand il est dans sa position déployée. 3 - Système de préhension d'objets selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support mobile comporte une traverse (34) qui coulisse dans le plan médian entre les deux becs (20) de la pince (28), lors de son déploiement. 4 - Système de préhension d'objets selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un des becs (20) comporte un creux de blocage (24) qui coopère avec la traverse (34) lors du serrage du support mobile. 5 - Système de préhension d'objets selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la traverse (34) est réalisée par moulage d'une matière plastique. 6 - Système de préhension d'objets selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les becs (20) comportent un moyen de guidage longitudinal (64) de la traverse (34), qui guide cette traverse le long des becs lors de son déploiement. 7 - Système de préhension d'objets selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième moyen de préhension comporte au moins une ventouse (30, 32, 80) utilisant une dépression d'air pour saisir les objets. 8 - Système de préhension d'objets selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que la traverse (34) reçoit de part et d'autre de la pince (28), une ventouse (30, 32). 9 - Système de préhension d'objets selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support mobile (34) est relié à la base (2), par deux moyens de guidage disposés chacun d'un côté de la pince (28). 10 - Système de préhension d'objets selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage comporte deux biellettes (38, 40) disposées en série et reliées par des pivots (44, 46, 48). 11 - Système de préhension d'objets selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une extrémité d'une première biellette (40) est reliée par un pivot inférieur (44) à la base (2), l'autre extrémité de cette première biellette comportant un pivot intermédiaire (46) recevant une extrémité de la deuxième biellette (38) qui supporte par un pivot supérieur (48) situé à son autre extrémité, le deuxième moyen de préhension (30, 32, 80). 12 - Système de préhension d'objets selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage comporte un vérin de commande (42) de déplacement des biellettes (38, 40), qui est relié d'une part au pivot inférieur (44), et d'autre part à la deuxième biellette (38) en un point (49) qui peut en particulier être situé à proximité du pivot intermédiaire (46). 13 - Système de préhension d'objets selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième moyen de préhension (30, 32, 80), est rappelé en position rétractée par des ressorts (50). 14 - Ensemble robotisé (4) comportant un système de préhension comprenant un premier moyen (28) et un deuxième moyen (30, 32) de préhension, caractérisé en ce que ce système de préhension est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.5