Brevet FR2971182A1 — publié le 20120810

[01] La présente invention concerne le domaine technique des installations de manutention mises en oeuvre notamment mais non exclusivement pour assurer la préparation automatique de palettes de transport en bout de chaîne de fabrication et/ou de conditionnement par exemple. [02] Dans le domaine ci-dessus, il est connu de mettre en oeuvre un ou plusieurs robots multiaxes qui comprennent un segment terminal équipé d'un dispositif de préhension comprenant une pince de transport formée de deux mors mobiles comme cela est par exemple décrit par le brevet US 5 671 962. Selon ce document la translation symétrique des mors est réalisée au moyen d'un système de vis sans fin de manière à assurer un ajustement de l'écartement les mors mobiles pour saisir des objets ou des colis de différentes tailles. [3] Un tel dispositif de préhension permet effectivement de saisir des objets tels que des cartons ou caisses américaines de différentes tailles. Toutefois, le caractère symétrique du déplacement des mors de la pince de transport implique des opérations de calcul complexes pour programmer le déplacement du robot portant le dispositif de préhension en vue de saisir les objets devant être placés sur une même palette et cela notamment quand lesdits objets possèdent des tailles différentes. De plus, l'actionnement des mors au moyen d'un système de vis sans fin induit des mouvements d'ouverture de fermeture des mors relativement lents. Par ailleurs, la démultiplication induite par le système de vis sans fin rend difficile l'évaluation de l'effort exercé par les mors sur l'objet saisi. [4] Ainsi, il est apparu le besoin d'un nouveau dispositif de préhension dont la conception permette une simplification de la programmation et des calculs des mouvements du robot multi-axes ainsi que des mouvements d'ouverture et de fermeture des mors tout en conservant une grande versatilité de la pince de préhension. [5] Afin d'atteindre cet objectif l'invention concerne un dispositif de préhension, pour une installation de manutention, comprenant un châssis qui est équipé d'au moins : - une bride d'adaptation sur un robot, - une pince de préhension qui comprend : - un mors fixe solidaire du châssis au moins une barre de support mobile en translation longitudinale par rapport au châssis entre une position de rétraction dans laquelle la barre de support s'inscrit dans l'encombrement du châssis et une position d'extension dans laquelle une extrémité distale de la barre de support est située à l'extérieur du châssis, un mors mobile porté par l'extrémité distale de la barre de support, des moyens de manoeuvre du mors mobile adaptés pour le déplacer le mors mobile entre la position de rétraction et la position d'extension et destinés à être pilotés par une unité de commande du robot, - une interface de raccordement des moyens de manoeuvre à l'unité de commande. [06] La mise en oeuvre d'une pince de préhension dont un mors est fixe et l'autre mobile permet de simplifier la programmation et les calculs associés au déplacement de l'ensemble du dispositif de manutention par le robot qu'il équipe. En effet, la position du mors fixe peut servir de référence pour le placement du dispositif de préhension en relation avec, d'une part, l'objet à saisir et, d'autre part, les emplacements de prise en charge et de dépose de cet objet. De plus, la position du mors mobile à l'extrémité de la barre de support permet de venir saisir des objets qui se trouvent à proximité d'une paroi sans risque d'interférence du dispositif de préhension avec cette paroi. [07] Selon une première forme de réalisation de l'invention, les moyens de manoeuvre comprennent un moteur de manoeuvre électrique avec un pignon de sortie engrenant une crémaillère rectiligne mobile qui est indépendante de chaque barre support, dont une extrémité distale est liée au mors mobile et dont l'extrémité proximale est libre. La mise en oeuvre d'une crémaillère pour assurer l'actionnement du mors mobile présente l'avantage d'induire une transmission quasi directe de l'effort exercé par le moteur sur le mors mobile et réciproquement. Ainsi, il est possible de mettre en oeuvre en tant que le moteur électrique un servomoteur qui fournira à la fois une information de position du mors mobile ainsi qu'une mesure de l'effort exercé sur ou par ce dernier. En effet, compte tenu de la transmission directe assurée par le système pignon/crémaillère, le couple exercé par le servomoteur est une image fidèle de l'effort de serrage au niveau du mors mobile. L'utilisation d'un servomoteur simplifie substantiellement la réalisation du dispositif de préhension selon l'invention dans la mesure où il évite la mise en oeuvre de capteurs de position et de force pour déterminer, d'une part, la position des mors de la pince de préhension et, d'autre part, les efforts exercés par ces derniers sur les objets saisis. [08] Selon une variante de cette première forme de réalisation, l'extrémité distale de la crémaillère mobile est liée au mors mobile par une liaison présentant un degré de liberté en translation, par rapport au mors mobile, selon une direction orthogonale à la direction de translation du mors mobile. Ce degré de liberté entre la crémaillère et le mors mobile permet de compenser les éventuelles déformations sous charge de la ou des barres de support et évite ainsi tout dysfonctionnement de la transmission pignon/crémaillère entre le moteur et le mors mobile. [09] Selon une autre variante de cette première forme de réalisation permettant d'obtenir de grandes amplitudes de mouvement du mors mobile associées à de grandes vitesses de déplacement, les moyens de manoeuvre comprennent une crémaillère rectiligne fixe qui est sensiblement parallèle à la crémaillère mobile, dont une extrémité est liée au châssis et dont l'autre extrémité est libre, le pignon de sortie du moteur de manoeuvre engrenant simultanément les crémaillères fixe et mobile, et le moteur de manoeuvre étant mobile en translation par rapport au châssis selon une direction parallèle aux crémaillères. [10] Dans le cadre de cette autre variante de réalisation, le moteur de manoeuvre peut être porté par un chariot mobile en translation par rapport au châssis. [11] Selon une caractéristique de la première forme de réalisation, le dispositif comprend des galets de guidage de chaque crémaillère. La mise en oeuvre de ces galets permet d'assurer un bon guidage de la crémaillère tout en lui permettant une amplitude de mouvement compatible avec un bon fonctionnement de la transmission. [12] Selon une caractéristique de l'invention, chaque barre de support est télescopique et comprend au moins deux segments qui sont mobiles en translation l'un par rapport à l'autre et dont un segment distal porte le mors mobile. Cette caractéristique permet de combiner un encombrement limité du dispositif avec une grande amplitude de mouvement pour le mors mobile. [13] Selon une autre caractéristique de l'invention visant à optimiser la répartition des efforts sous charge, la bride d'adaptation est située à l'aplomb de l'espace séparant des mors de la pince de préhension, le mors mobile étant en position de rétraction. [14] Selon encore une autre caractéristique de l'invention visant à augmenter la versatilité du dispositif de préhension en lui permettant, notamment, de saisir plusieurs types d'objets, le châssis comprend une pince de transport qui comprend deux mors qui sont mobiles par rapport au châssis selon des directions contenues dans un plan perpendiculaire à la direction de translation du mors mobile de la pince de préhension et qui sont déplacés par des moyens d'actionnement. Une telle pince de transport peut, par exemple, être utilisée pour assurer la manipulation de palettes en bois tandis que la pince de préhension pourra être utilisée pour assurer le transport de boîte ou de colis qui seront placés sur de telles palettes. [15] Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'actionnement sont adaptés pour assurer un mouvement symétrique des mors de la pince de transport. [16] Selon une autre caractéristique de l'invention, les mors de la pince de préhension comprennent chacun une palette plane élastiquement déformable, les palettes de préhension étant sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de translation du mors mobile. La mise en oeuvre de telles palettes élastiquement déformables permet d'optimiser les forces de serrage exercées par les mors de la pince de préhension sur les objets qu'ils manipulent. [17] Selon l'invention le dispositif de préhension peut également comprendre au moins deux ventouses de préhension adaptées sur au moins un bras télescopique. [18] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. [19] Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes non limitatives de réalisation d'un dispositif de manipulation selon l'invention. - La figure 1 est une vue schématique, partiellement en perspective, montrant un dispositif de préhension selon l'invention adapté au niveau de la tête d'un bras multi- axe d'un robot de manutention. - La figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de préhension selon l'invention. La figure 3 est une vue schématique à plus grande échelle d'un détail constructif du dispositif de préhension illustrée à la figure 2. La figure 4 est une vue schématique en élévation de côté d'une autre forme de réalisation d'un dispositif de préhension selon l'invention. La figure 5 est une vue de dessus schématique du dispositif de préhension illustré à la figure 4. Les figures 6 et 7 sont des vues analogue aux figures 4 et 5 respectivement, montrant le dispositif de préhension avec le mors mobile de sa pince de préhension en position d'extension. [20] Un dispositif de préhension selon l'invention, tel qu'illustré à la figure 1 et désigné dans son ensemble par la référence 1, est destiné à être adapté sur un robot multiaxes 2 d'une installation manutention afin, par exemple, de permettre la manipulation de colis de différentes tailles pour la constitution de palettes d'expédition. [21] Le dispositif de préhension 1 comprend, comme le montre la figure 2, un châssis 10 équipé d'une bride adaptation 11 permettant une fixation du dispositif de préhension sur la tête 12 robot 2. Le châssis 10 peut être réalisé de toute manière appropriée pour présenter une rigidité suffisante sans toutefois posséder un poids pénalisant. [22] Afin de permettre la prise en charge d'objets, le châssis 10 est équipé d'une pince de préhension 13 qui comprend un mors fixe 14 solidaire du châssis 10 et un mors 15 mobile en translation rectiligne par rapport au châssis 10 et donc au mors fixe 14. Le mors mobile 15 est porté par au moins une barre de support 16 mobile en translation longitudinale par rapport au châssis 10 entre une position de rétraction R, représentée en traits pleins, et une position d'extension E représentée en traits mixtes. En position de rétraction R la barre de support 16 s'inscrit sensiblement dans l'encombrement du châssis 10 tandis qu'en position d'extension E l'extrémité distale 17 de la barre de support 16 est située à l'extérieur du châssis 10. [23] La pince de préhension 13 comprend également des moyens 20 de manoeuvre du mors mobile 15 qui sont pilotés par une unité de commande 21 du robot 2 via une interface de raccordement 22 qui équipe le châssis 10. [24] Selon l'exemple illustré, les moyens de manoeuvre 20 comprennent une crémaillère rectiligne 23 qui est indépendante de la barre de support 16. La crémaillère 23 est guidée, par des galets 24, en translation parallèlement à la direction de translation de la barre de support 16. Une extrémité distale 25 de la crémaillère 23 est liée au mors mobile 15 tandis que son autre extrémité 26 est libre. Les moyens de manoeuvre 20 comprennent en outre un moteur de manoeuvre 27 dont le pignon de sortie 28 engrène la crémaillère 23. Ainsi, la rotation du pignon 28 entraîne la translation de la crémaillère 23 et donc celle du mors mobile 15. Afin de permettre un contrôle précis, d'une part, de la position du mors mobile et, d'autre part, de l'effort exercé par ce dernier sur l'objet à saisir, sans mise en oeuvre de capteurs autonomes, le moteur de manoeuvre 27 sera, de préférence, un servomoteur. En effet, un tel servomoteur intègre par construction un codeur de position angulaire et des systèmes de détermination de couple. À cet égard, il doit être remarqué que la transmission quasi directe assurée par la crémaillère 23 permet, par la connaissance du couple exercé par le moteur de manoeuvre 27, de déterminer l'effort appliqué par le mors 15 sur l'objet qu'il saisit. [25] Le dispositif de préhension selon l'invention, ainsi constitué, présente l'avantage de ne posséder, du côté du mors mobile 15, aucune partie saillante risquant d'interférer avec l'environnement de l'objet à saisir. Ainsi le dispositif de préhension selon l'invention permet d'approcher au plus près une paroi à proximité de laquelle l'objet à saisir pourrait être disposé. De plus, le mors fixe 14, dont la position par rapport au châssis 10 ne varie pas en cours d'utilisation, constitue une référence, pour le positionnement du dispositif de préhension. Ce qui facilite les opérations de programmation du robot dans la mesure où la position du mors fixe 14 dépend uniquement de l'orientation et de la position de la tête 12 du robot 2 et n'est pas fonction du degré d'ouverture de la pince de préhension 13 comme cela est le cas pour une pince mettant en oeuvre un déplacement symétrique des mors. [26] Le mors 14 est qualifié de fixe dans la mesure où sa position ne varie pas en cours d'utilisation. Cependant, il peut être envisagé de permettre un réglage de la position du mors fixe 14 par rapport au châssis pour autoriser un ajustement de l'écartement minimal e des mors 14 et 15 en position de rétraction R du mors mobile 15. [27] Il sera en outre remarqué que, selon l'exemple illustré, la bride adaptation 11 est située sur le châssis 10 de manière à se trouver à l'aplomb de l'espace délimité par les mors 14 et 15 en position de rétraction R du mors mobile 15. Cette configuration permet d'obtenir un bon équilibrage, en charge, du dispositif de préhension. [28] Selon une caractéristique avantageuse de l'invention et afin de tenir compte de l'éventuelle flèche sous charge de la barre support 16, l'extrémité distale 25 de la crémaillère 23 est liée au mors mobile 15 par une liaison 30 présentant degré de liberté en translation selon une direction n' orthogonale à la direction de translation du mors 15. Comme le montre la figure 3, cette liberté de mouvement peut être obtenue par le déplacement d'un galet 31 solidaire de la crémaillère 23 dans une fenêtre oblongue 32 aménagée dans une attache 33 solidaire du mors 15. En position de manutention, la direction n' sera sensiblement verticale permettant ainsi au mors 15 de se déplacer sous l'effet du poids de la charge transportée sans induire de flexion de la crémaillère 23. La liberté conférée par la liaison 30 permet de garantir le bon fonctionnement des moyens de manoeuvre 20 indépendamment de la charge transportée. [29] Selon l'exemple illustré et décrit en relation avec les figures 2 et 3, le dispositif de préhension 1 comprend une seule barre de support. Toutefois, le nombre de barres de support mis en oeuvre dépend de la taille des mors 14 et 15 et du poids des objets à transporter. Ainsi, les figures 4 à 7 illustrent une autre forme de réalisation d'un dispositif de préhension selon l'invention conçu pour des charges plus importantes que le dispositif des figures 2 et 3. [30] Selon cette autre forme de réalisation, le mors mobile 15 est porté par deux barres de support 16. Chaque barre de support 16 est, dans le cas présent, télescopique et comprend un premier segment 161 lié de manière rigide au châssis 10 et un segment distal 162 qui porte, au niveau de son extrémité distale, le mors mobile 15. Le premier segment 161 et le segment dista1162 sont alors mobiles en translation l'un par rapport à l'autre. Ce mode de réalisation des barres de support 16 permet d'obtenir une grande amplitude de déplacement du mors mobile 15 avec un encombrement réduit des barres de support 16 en position de rétraction R. [31] Selon cet exemple, les moyens de manoeuvre du mors mobile 15 comprennent la crémaillère mobile 23 qui est liée au mors mobile 15 et qui est associée à une crémaillère fixe 35 parallèle à la crémaillère mobile 23. La crémaillère fixe 35 possède une extrémité proximale 36 qui est liée au châssis 10 tandis que son extrémité distale est libre. Le moteur de manoeuvre 27 est alors porté par un chariot 37 mobile en translation par rapport au châssis 10 parallèlement à la direction de translation des barres de support 16. Le pignon de sortie 28 du moteur 27 engrène simultanément la crémaillère mobile 23 et la crémaillère fixe 35 permettant ainsi de doubler la vitesse de déplacement du mors mobile 15 par rapport à la vitesse de déplacement qui serait obtenue par la seule mise en oeuvre de la crémaillère mobile 23 avec un moteur de manoeuvre fixe. Lors des mouvements du mors mobile 15, le chariot 37 et le moteur 27, qu'il porte, se déplacent en translation comme cela ressort par comparaison des figures 4 et 5 avec les figures 6 et 7. La vitesse de déplacement du chariot 37 correspond à la moitié de la vitesse de déplacement du mors mobile 15. [32] Selon cet exemple de réalisation les mors 14 et 15 de la pince de préhension 13 comprennent chacun une palette plane 40 élastiquement déformable. Les palettes préhension 40 s'étendent dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de translation du mors au mobile 15 et sont destinées à être sensiblement verticales lors de la préhension d'objets parallélépipédiques par exemple. La flexibilité des palettes 40 est alors mise à profit pour assurer un serrage ferme des objets transportés sans risque de détérioration. Les palettes de préhension 40 peuvent être réalisées en tout matériau approprié et notamment en matériau composite. [33] Afin de permettre la prise en charge d'objets différents de ceux pouvant être manipulés par la pince de préhension 13, le dispositif de préhension, tel qu'illustré aux figures 4 à 7, comprend en outre une pince de transport 45 conçue pour la prise en charge de palettes de transport en bois par exemple. La pince de transport 45 comprend deux mors 46 qui sont mobiles en translation dans un plan perpendiculaire au plan de translation du mors mobile 15 de la pince de préhension 13. Les deux mors 46 sont déplacés de manière simultanée et symétrique par des moyens d'actionnement 47. Les moyens d'actionnement 47 comprennent par exemple un vérin pneumatique associé à des moyens de synchronisation. [34] Selon l'exemple illustré, le dispositif de préhension comprend également quatre ventouses 50 portées l'extrémité d'un bras télescopique 51. Les ventouses 50 sont conçues pour permettre une préhension par le vide de matériau en feuilles telles que des plaques intercalaires utilisées pour séparer différents niveaux d'empilement de colis sur une palette de transport et d'expédition. [35] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à un 5 dispositif de manutention selon l'invention dans le cadre des revendications annexées REVENDICATIONS1. Dispositif de préhension, pour une installation de manutention, comprenant un châssis (10) qui est équipé d'au moins : une bride (11) d'adaptation sur un robot, une pince de préhension (13) qui comprend : - un mors fixe (14) solidaire du châssis (10), - au moins une barre de support (16) mobile en translation longitudinale par rapport au châssis (10) entre une position de rétraction (R) dans laquelle la barre de support (16) s'inscrit dans l'encombrement du châssis (10) et une position d'extension (E) dans laquelle une extrémité distale de la barre de support (16) est située à l'extérieur du châssis (10), - un mors mobile (15) porté par l'extrémité distale de la barre de support (16), - des moyens de manoeuvre du mors mobile (15) adaptés pour déplacer le mors mobile (15) entre la position de rétraction (R) et la position d'extension (E), et destinés à être pilotés par une unité de commande du robot, une interface (22) de raccordement des moyens de manoeuvre à l'unité de commande. 2. Dispositif de préhension selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent un moteur de manoeuvre (27) électrique avec un pignon de sortie (28) engrenant une crémaillère mobile (23) rectiligne qui est indépendante de chaque barre de support (16), dont une extrémité distale (25) est liée au mors mobile (15) et dont l'extrémité proximale est libre. 3. Dispositif de préhension selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité distale de la crémaillère mobile (23) est liée au mors mobile (15) par une liaison présentant un degré de liberté en translation par rapport au mors mobile (15) selon une direction orthogonale à la direction de translation du mors mobile (15). 4. Dispositif de préhension selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent une crémaillère rectiligne fixe (35) qui est sensiblement parallèle à la crémaillère mobile (23), dont une extrémité (36) est liée au châssis (10) et dont l'autre extrémité est libre, le pignon de sortie (28) du moteur de manoeuvre (27) engrenant simultanément les crémaillères fixe (35) et mobile (23), et lemoteur de manoeuvre (27) étant mobile en translation par rapport au châssis (10) selon une direction parallèle aux crémaillères. 5. Dispositif de préhension selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur de manoeuvre (27) est porté par un chariot (37) mobile en translation par rapport au châssis (10). 6. Dispositif de préhension selon l'une de revendication 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des galets (24) de guidage de chaque crémaillère (23,35). 7. Dispositif de préhension selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le moteur de manoeuvre (27) est un servomoteur. 8. Dispositif de préhension selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque barre de support (16) est télescopique et comprend au moins deux segments (161,162) qui sont mobiles en translation l'un par rapport à l'autre et dont un segment distal (162) porte le mors mobile (15). 9. Dispositif de préhension selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bride d'adaptation (11) est située à l'aplomb de l'espace séparant des mors (14,15) de la pince de préhension (13), le mors mobile (15) étant en position de rétraction (R). 10. Dispositif de préhension selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que le châssis (10) comprend une pince de transport (45) qui comprend deux mors (46) qui sont mobiles par rapport au châssis (10) selon des directions contenues dans un plan perpendiculaire à la direction de translation du mors mobile (15) de la pince de préhension (13) et qui sont déplacés par des moyens d'actionnement (47). 11. Dispositif de préhension selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (47) sont adaptés pour assurer un mouvement symétrique des mors (46) de la pince de transport (45). 12. Dispositif de préhension selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mors (14,15) de la pince de préhension (13) comprennent chacun une palette plane (40) élastiquement déformable, les palettes de préhension (40) étant sensiblement parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de translation du mors mobile (15). 13. Dispositif de préhension selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux ventouses de préhension (50) adaptées sur au moins un bras télescopique (51).