Brevet FR2960467A1 — publié le 20111202

Equipement de robotique collaborative La présente invention concerne un équipement de robotique collaborative. Plus précisément, l'invention est relative à un perfectionnement aux robots porte-outils. Il existe un grand nombre de robots capables d'effectuer des opérations mécaniques de façon partiellement ou totalement 10 automatisée. Ces équipements de robotique industrielle sont destinés à piloter des outils traditionnels et sont généralement commandés par des micro-processeurs eux-mêmes contrôlés par des logiciels. 15 Ces équipements comprennent, en général, un bâti supportant au moins un bras déplaçable dans l'espace et dont l'extrémité est pourvue d'un outil. L'asservissement total de l'outil au robot permet, notamment, de 20 décupler les forces appliquées par l'outil et d'augmenter les cadences tout en conservant une précision remarquable. Cependant, pour certaines tâches, il peut s'avérer utile que l'outil reste piloté manuellement par un technicien opérateur. Toutefois, dans ce cas, il est alors nécessaire, pour des raisons d'ergonomie ou de confort, que l'opérateur ne subisse pas de traumatisme ou de fatigue excessive dans la conduite de l'outil du fait des efforts répétés qu'il doit produire. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes techniques exposés ci-dessus en réalisant un équipement de robotique perfectionné reposant sur la collaboration et la synergie entre l'opérateur et le robot. Ce but est atteint, selon l'invention, au moyen d'un équipement caractérisé en ce que ledit bras comporte un premier tronçon 25 30 35 horizontal, mobile sur un axe vertical et raccordé au bâti par un premier pivot, un second pivot assurant la liaison rotative d'un second tronçon horizontal au premier tronçon, un embout assurant le raccordement du second tronçon à un actionneur linéaire porte- outil motorisé et muni d'un mandrin de pilotage manuel coopérant avec un capteur de force principal pour commander le déplacement vertical de l'outil et l'amplification des efforts manuels. Cet équipement est dénommé « cobot » car il relève de la 10 « robotique collaborative », c'est-à-dire de l'intervention conjointe et intime de l'homme et de la machine. Selon une caractéristique avantageuse, l'équipement de l'invention comprend un capteur de force auxiliaire monté entre 15 l'actionneur et l'outil pour contrôler les efforts amplifiés par ledit mandrin. Selon une autre caractéristique, l'équipement comprend un premier détecteur de la position angulaire du premier tronçon couplé à un 20 second détecteur de la position angulaire du second tronçon, lesdits détecteurs étant destinés à valider le déplacement de l'actionneur linéaire. De préférence, le premier détecteur est couplé à des organes de 25 freinage agissant sur les premier et second pivots. Selon une variante particulière, ledit embout de raccordement entre le second tronçon et l'actionneur est constitué d'une rotule. Selon une autre variante, au moins l'un des premier et second pivots est motorisé pour compenser l'inertie des tronçons et amortir les efforts amplifiés. 35 Il est prévu que le bras soit équipé d'un organe de déplacement solidaire du bâti. 30 Pour des raisons de compacité, l'organe de déplacement est couplé à un organe de transmission flexible. Selon une variante spécifique, ledit organe de transmission flexible comprend un jeu de deux courroies sans fin en prise respectivement avec les premier et second pivots et coopérant avec les premier et second tronçons. De préférence, ledit bâti est constitué d'un mât pourvu d'un 10 socle de fixation. L'équipement de l'invention permet l'exécution d'opérations mécaniques délicates dans lesquelles le technicien conserve la maîtrise du procédé tout en bénéficiant de l'assistance 15 collaborative de la machine, en particulier, pour l'application d'efforts importants sur des zones très précises. Cet équipement assure ainsi une commande intuitive de l'outil en accompagnant au plus près les gestes de l'opérateur et en 20 l'assistant dans son pilotage. Ainsi, l'opérateur n'est-il plus sensible à l'inertie et au poids du bras porte-outil qu'il garde sous son contrôle direct ce qui lui permet de se concentrer sur la précision de la tâche tout en 25 disposant d'une forte puissance mécanique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 30 - la figure 1 est un schéma représentant un mode de réalisation de l'équipement de l'invention en cours d'utilisation par un opérateur, - la figure 2 est une vue en perspective de l'équipement de la figure 1, 35 - la figure 3 est une vue latérale en coupe partielle de l'équipement de l'invention avec son actionneur porte-outil, - la figure 4 est une vue de détail en coupe de l'actionneur avec le mandrin et un outil, - la figure 5 représente une vue en perspective de l'équipement avec les organes d'entraînement et les organes de transmission, - la figure 6 représente une vue partielle en perspective de l'équipement avec une variante d'actionneur. L'équipement selon l'invention, tel que représenté sur les 10 figures 1 et 2, comprend un bâti 1 supportant un bras 2 déplaçable dans l'espace selon au moins un axe. Le bâti 1 est ici sous forme d'un mât vertical pourvu d'un socle 10 fixé sur un support S de façon à se trouver accessible par un opérateur en position debout. 15 L'extrémité du bras 2 est pourvue d'un embout 3 assurant son raccordement à un actionneur 4 à déplacement linéaire, ici d'axe vertical, équipé d'un porte-outil 41. Le porte-outil est, de préférence, sous forme d'une embase transversale sur laquelle est 20 monté, de façon éventuellement amovible, un outil 6 qui est, dans la variante représentée, constitué d'un poinçon. Le bras 2 comporte un premier tronçon horizontal 21, mobile en translation le long d'un axe vertical X qui est, dans le mode de 25 réalisation représenté, parallèle à l'axe du bâti 1. Le premier tronçon 21 est raccordé au bâti 1 par un premier pivot 211 tandis qu'un second pivot 212 assure la liaison rotative entre le premier tronçon 21 du bras 2 et un second tronçon 30 horizontal 22. Le bras 2 est pourvu d'un organe de déplacement 7 constitué, de préférence, d'un moteur électrique solidaire du bâti 1. 35 Cet organe de déplacement est couplé à un organe flexible 8 de transmission du mouvement, représenté sur les figures 5 et 6. L'organe de transmission 8 comprend un jeu de deux courroies sans fin 81, 82 entraînées en mouvement par l'organe de déplacement 7 Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, la courroie 81 du premier tronçon 21, est en prise, d'une part, avec l'arbre du moteur 7 et passe, d'autre part, autour du second pivot 212 formant galet. La courroie 82 du second tronçon est, quant à elle, engagée, d'une part, sur le second pivot 212 et, d'autre part, sur un écrou 45 (ou dans la gorge d'une poulie ou d'un galet) porté par une tige filetée 46, solidaire de l'actionneur 4. L'actionneur 4 est, quant à lui, associé à un moteur 40 (figures 1 et 6) et/ou à un vérin et est muni d'un mandrin 5 assemblé au porte-outil 41. Le mandrin 5 est destiné au pilotage manuel de l'outil 6 par un opérateur, comme illustré par la figure 1. Le mandrin 5 comprend un manchon périphérique 51 pour la prise manuelle. Le manchon 51 est pourvu d'une coupelle inférieure 51a et d'une 20 coupelle supérieure 51b recevant chacune un ressort de rappel 52 entourant le mandrin 5, comme illustré par les figures 3 et 4. L'actionneur 4 coopère avec un capteur de force principal 54 intégré dans le mandrin 5 qui convertit la force d'écrasement des 25 ressorts 52 en signal électrique en vue de commander le déplacement vertical de l'outil et l'amplification des efforts manuels exercés par l'opérateur. Plus précisément, le capteur 54 mesure la force verticale exercée 30 par la main de l'opérateur et commande, proportionnellement à la valeur de ladite force, le régime du moteur 7 de l'actionneur 4. La partie inférieure du mandrin 5 pénètre dans l'embase 41 de façon coaxiale à l'outil 6 au travers d'un alésage 45 où est logé 35 un capteur de force auxiliaire 56 (voir figure 4). Le capteur auxiliaire 56 mesure la force de compression par la technologie dite « d'anneau à jauge de déformation » exercée entre l'outil 6 et l'actionneur 4 via le porte-outil 41 pour contrôler les efforts amplifiés par le mandrin 5. Ainsi, le capteur 56 mesure et contrôle l'effort réellement appliqué par l'outil 6 en le comparant avec une valeur de consigne déterminée au préalable en fonction de la tâche à exécuter. Ce procédé permet de limiter les efforts appliqués et amplifiés par l'actionneur de manière sécurisée. L'équipement de l'invention comprend aussi un premier détecteur de la position angulaire du premier tronçon 21 couplé à un second détecteur de la position angulaire du second tronçon 22. Ces détecteurs sont destinés à valider le déplacement de l'actionneur linéaire 4 et donc de l'outil dans une zone déterminée et confinée de l'espace, tant dans un objectif de sécurité que de précision. Le procédé de mise en oeuvre comprend ainsi une première phase d'initialisation consistant à définir et à valider une cartographie en trois dimensions de la zone de travail susceptible d'être couverte par le bras 2 et/ou l'outil 6. Tout mouvement ultérieur du bras 2 et/ou de l'outil 6 en dehors de la zone préalablement définie sera alors rendu impossible grâce à l'intervention des détecteurs commandant le blocage automatique d'au moins l'un des moyens directionnels (organe de déplacement 7, organe de transmission 8, moteur 40, band 44, ...). Le cas échéant, le premier détecteur est couplé à des organes de freinage agissant sur le premier pivot 211 et/ou le second pivot 212. L'embout 3 de raccordement entre le second tronçon 22 et 35 l'actionneur 4 est, quant à lui, constitué d'une rotule éventuellement pourvue d'un frein. De préférence, au moins l'un des pivots 211, 212 est motorisé pour compenser l'inertie des tronçons 21, 22 et amortir les efforts amplifiés par le mandrin 5. L'actionneur linéaire 4 représenté sur la figure 6 est mû en translation par le moteur 40 via une bande d'entraînement crantée 44 et au moins un pignon 43 en prise avec l'arbre moteur. La bande 44 est solidaire du porte-outil 41 et enfermée dans un carter vertical 42.10 REVENDICATIONS1. Equipement de robotique collaborative comprenant un bâti (1) supportant un bras (2) déplaçable selon au moins un axe et dont l'extrémité est pourvue d'un outil (6), caractérisé en ce que ledit bras comporte un premier tronçon horizontal (21), mobile sur un axe vertical (X)et raccordé au bâti par un premier pivot (211), un second pivot (212) assurant la liaison rotative d'un second tronçon horizontal (22) au premier tronçon (21), un embout (3) assurant le raccordement du second tronçon à un actionneur linéaire (4) porte-outil motorisé et qui est muni d'un mandrin (5) de pilotage manuel coopérant avec un capteur de force principal (54) pour commander le déplacement vertical de l'outil (6) et l'amplification des efforts manuels. 2. Equipement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de force auxiliaire (56) monté entre l'actionneur (4) et l'outil (6) pour contrôler les efforts amplifiés par le mandrin (5). 3. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier détecteur de la position angulaire du premier tronçon (21) couplé à un second détecteur de la position angulaire du second tronçon (22), lesdits détecteurs étant destinés à valider le déplacement de l'actionneur linéaire (4). 4. Equipement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier détecteur est couplé à des organes de freinage agissant sur les premier et second pivots (211, 212). 5. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit embout (3) de raccordement entre le second tronçon (21) et l'actionneur (4) est constitué d'une rotule. 35 6. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des premier et second pivots (211, 212) est motorisé pour compenser l'inertie des tronçons (21, 22) et amortir les efforts amplifiés. 7. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bras (2) comporte un organe de déplacement (7) solidaire du bâti (1). 10 8. Equipement selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de déplacement (7) est couplé à un organe de transmission (8) flexible. 9. Equipement selon la revendication 8, caractérisé en ce que 15 ledit organe de transmission (8) comprend un jeu de deux courroies sans fin (81, 82) en prise respectivement avec les premier et second pivots (211, 212) et coopérant avec les premier et second tronçons (21, 22). 20 10. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bâti (1) est constitué d'un mât pourvu d'un socle (S) de fixation.5