Brevet FR3015335A1 — publié le 20150626

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un manchon de protection souple d'un bras de robot articulé. ETAT DE L'ART On utilise dans de nombreux domaines de l'industrie des robots, et notamment des bras robotisés anthropomorphes ou "bras articulés", pour 10 effectuer diverses tâches de manipulation, de réparation ou de nettoyage par exemple. La figure 1 jointe illustre de façon schématique un exemple d'un tel bras robotisé à six axes de rotation. Ce bras articulé B comprend successivement, depuis son extrémité 15 proximale jusqu'à son extrémité distale, un pied P équipé d'une connexion de commande CO, un premier coude Cl , un premier segment S1, un second coude C2, un deuxième segment S2 dont l'extrémité est munie d'une fourche F, et enfin, un segment dénommé "poignet" P0, monté articulé entre les deux branches de ladite fourche F. Un outil de travail OU est monté à l'extrémité libre 20 du poignet. Ces différents éléments sont assemblés de façon à pouvoir pivoter les uns par rapport aux autres, autour d'axes de rotation référencés de Al à A6. La Demanderesse envisage d'utiliser un tel bras de robot articulé, notamment dans le domaine du nucléaire, afin de réaliser des tâches d'inspection 25 et de réparation d'installations en service, ces tâches étant connues sous l'acronyme de "ISIR", (de l'anglais In-Service Inspection and Repair). La Demanderesse envisage notamment d'utiliser un tel bras de robot articulé dans le milieu particulièrement hostile que constitue un réacteur nucléaire, par exemple une cuve de réacteur remplie de sodium chimiquement 30 agressif, radioactif et à une température élevée, voisine de 200°C. Afin de pouvoir le faire, il est nécessaire de protéger ce bras B à l'aide d'une enveloppe de protection, qui autorise malgré tout, les différents mouvements de rotation du bras B. Or, on notera que si les axes de rotation Al à A4 et A6 sont parallèles à l'axe longitudinal de la portion du bras de robot dans laquelle ils se trouvent, en revanche l'axe de rotation A5 est perpendiculaire au segment S2 et au poignet P0. De ce fait, s'il est possible d'utiliser une enveloppe de protection E constituée de tronçons rigides El, E2, E3, E4 et E5, reliés entre eux par des raccords rotatifs R, pour protéger respectivement le pied P, le coude Cl, le segment 51, le coude C2 et une partie du segment S2, il n'est pas possible d'utiliser des tronçons rigides pour protéger la fourche du segment S2 et le poignet P0. En effet, comme on peut le voir sur la figure 2, le poignet PO peut pivoter angulairement vers la gauche et vers la droite (flèches F) et une enveloppe rigide empêcherait un tel mouvement. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a donc pour objectif de fournir un manchon de protection d'un bras de robot articulé, plus précisément de la fourche et du poignet d'un tel robot qui : - soit souple, de façon à permettre les différents mouvements de pivotement du poignet, - soit étanche aux liquides et aux gaz, tant vis-à-vis du milieu se trouvant à l'extérieur de ce manchon que vis-à-vis du gaz de refroidissement injecté dans l'espace situé entre le bras et le manchon, - résiste à une plongée dans un liquide agressif, susceptible de le dégrader physiquement ou chimiquement, par exemple dans du sodium, - résiste à des températures élevées, y compris pouvant atteindre environ 200°C, - constitue un isolant thermique, afin d'éviter de transmettre la chaleur régnant à l'extérieur du manchon, au bras articulé ou aux mécanismes situés à l'intérieur de celui-ci, (afin de maintenir ce bras à une température inférieure à 70°C par exemple), et qui enfin, de préférence: - résiste à un certain niveau de radioactivité. A cet effet, l'invention concerne un manchon de protection tubulaire, souple, d'un bras de robot articulé. Conformément à l'invention, ce manchon comprend successivement, depuis l'intérieur vers l'extérieur, un premier tissu de verre, une nappe en fibres de verre et un second tissu de verre, la face intérieure et la face extérieure de ce manchon étant recouvertes d'une couche d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le manchon comprend un tissu en acier inoxydable intercalé entre le premier tissu de verre et la nappe en fibres de verre ; - il comprend un tissu en acier inoxydable intercalé entre la nappe en fibres de verre et le second tissu de verre ; - le poids du tissu en acier inoxydable est compris entre 300 g/m2 et 2500 g/m2 ; - l'épaisseur du tissu en acier inoxydable est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm ; - le matériau étanche aux liquides et aux gaz est du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; - le matériau étanche aux liquides et aux gaz est du silicone ; - les différents tissus et nappes sont assemblés entre eux par couture avec un fil, tel un fil de méta-aramide ; - l'épaisseur du premier ou du second tissu de verre est comprise entre 0,40 mm et 0,45 mm ; - le poids du premier ou du second tissu de verre est compris entre 500 g/m2 et 540 g/m2 ; - l'épaisseur de la nappe de fibres de verre est comprise entre 6 mm et 80 mm et sa masse volumique entre 130 kg/m3 et 150 kg/m3 ; - la nappe de fibres de verre présente une conductivité thermique à 200°C comprise entre 0,045 W/mK et 0,070 WinnK ; - le manchon a la forme d'un soufflet ; - il présente à chacune de ses deux extrémités un raccord à double bride en inox ; L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce manchon qui comprend les étapes suivantes consistant : - assembler entre eux par couture, les différents tissus et nappes constituant ledit manchon, - les recourber sur eux-mêmes et les coudre pour former un manchon tubulaire, - enduire les deux faces intérieure et extérieure du manchon, d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma représentant un bras de robot articulé, recouvert d'une enveloppe rigide ou carter en partie basse et d'un manchon de protection souple conforme à l'invention, au niveau du poignet, - la figure 2 est un schéma représentant la partie supérieure du bras de robot articulé, c'est-à-dire le poignet, sans le manchon, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du manchon de protection conforme à l'invention, fixé au niveau de l'extrémité libre d'un bras de robot articulé, - la figure 4 est une vue de détail de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective du manchon de protection conforme à l'invention, et - la figure 6 est une vue en coupe transversale du manchon de protection. DESCRIPTION DETAILLEE Comme on peut le voir sur la figure 6, le manchon de protection 1 35 conforme à l'invention est de forme générale tubulaire et comprend depuis l'intérieur I vers l'extérieur E, différentes couches successives, à savoir : - un premier tissu de verre 2, - un tissu en acier inoxydable 3, - une nappe en fibres de verre 4, - un second tissu de verre 5. On notera que les positions du tissu 3 et de la nappe 4 pourraient être inversées, la nappe 4 étant alors au contact du premier tissu 2. On notera que la présence du tissu en acier inoxydable 3 est facultative. Sur la figure 6, on notera que les différentes couches ne sont pas 10 représentées à l'échelle. En outre, ce manchon 1 est recouvert, sur sa face intérieure 11 et sur sa face extérieure 12, d'une couche d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz. Ces deux couches sont référencées respectivement 6 et 7. Le manchon conforme à l'invention est par exemple fabriqué 15 comme décrit ci-après. Des morceaux (par exemple des bandes) des différents tissus et nappes utilisés sont superposés dans l'ordre indiqué précédemment et sont assemblés entre eux par une pluralité de coutures qui transpercent les différents matériaux de part en part. Ces lignes de couture sont schématisées par les 20 pointillés 8 sur la figure 6. On utilise de préférence comme fil de couture, un fil résistant à la chaleur, ne fondant pas et auto-extinguible, tel qu'un fil en méta-aramide. On peut utiliser par exemple un fil connu sous la dénomination commerciale Nomex, qui répond à ces exigences et qui ne se décompose qu'au-25 delà d'une température d'environ 370°C. Une fois les différentes couches assemblées entre elles par coutures, elles sont recourbées sur elles-mêmes de façon à former un élément tubulaire dont les deux bords longitudinaux sont également cousus à l'aide du même type de fil, de façon à obtenir le manchon tubulaire. 30 Le manchon 1 peut présenter avantageusement la forme d'un accordéon, comme représenté sur les figures 3 et 5. Dans ce cas, les différentes couches de tissus et de nappes de fibres sont découpées selon des formes appropriées, de sorte qu'une fois assemblées elles constituent un élément en forme d'accordéon (soufflet). 35 Cette forme spécifique en accordéon favorise la déformation du manchon pour suivre les mouvements du bras articulé. Quelle que soit la forme du manchon 1, celui-ci, une fois fabriqué et assemblé, est recouvert d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz. Cette étape est réalisée de préférence par enduction. Le matériau étanche aux liquides et aux gaz utilisé pour former les 5 couches 6 et 7 est de préférence du polytétrafluoroéthylène (PTFE). Il peut également s'agir de silicone. Ces types de matériaux peuvent être utilisés jusqu'à des températures de 250°C sans être endommagés. L'épaisseur des couches 6 ou 7 est comprise entre 0,1 mm et 1 mm. Enfin, le manchon 1 est pourvu, à ses deux extrémités, de raccords 10 à double brides, à savoir un raccord proximal 9 et un raccord distal 9' (voir figure 3). Ces raccords sont de préférence réalisés en acier inoxydable. Les termes "proximal" et "distal" sont donnés par référence aux deux extrémités du bras de robot articulé B. Le raccord proximal 9 comprend deux brides annulaires 91 et 92, 15 percées d'une pluralité d'orifices répartis sur leurs circonférences. Ces deux brides 91 et 92 viennent pincer la périphérie du bord proximal du manchon 1 et sont assemblées entre elles à l'aide de vis ou boulons non représentés sur les figures. Ces vis ou boulons traversent l'extrémité du bord du manchon 1. La bride 91 apparaît mieux sur la figure 5. 20 La bride 91 est elle-même fixée au raccord R du dernier segment E5 de l'enveloppe rigide (voir figure 1). Le raccord 9' et ses deux brides 91', 92' annulaires apparaissent mieux sur la figure 4. L'outil OU, non représenté sur cette figure, est ensuite fixé sur 25 l'extrémité du poignet P0, au centre des deux brides 91' et 92'. L'étanchéité du manchon 1 autour du poignet PO et de la fourche F étant assurée par la fixation de la bride inférieure 91' sur le poignet P0. Les spécificités des différentes couches de matériau constituant le manchon 1 vont maintenant être décrites plus en détail. 30 Les tissus de verre 2 et 5 sont avantageusement réalisés à partir de fils de verre, tissés entre eux de façon à former un tissu. De préférence, on utilise du verre de type E, c'est-à-dire un verre qui comprend 53 % à 57 % de silice (Si02), 12 % à 15 % d'alumine (A1203), 22 % à 26 % de chaux (Ca0), 5 % à 8 % d'oxyde de bore (B203), et moins de 1 % d'oxyde de 35 sodium (Na20). Le poids de ce tissu de verre est compris entre 500 g/m2 et 540 g/m2, de préférence égal à 520 g/m2. De préférence, l'épaisseur du tissu de verre est compris entre 0,40 mm et 0,45 mm, de préférence encore, égal à 0,43 mm. De préférence, un tel tissu présente une résistance à la rupture dans le sens longitudinal de 900 N/cm, et dans le sens transversal de 600 N/cm. Enfin, sa classification au feu est du type MO ou A2 et il peut être utilisé jusqu'à des températures atteignant 260°C. Ce tissu de verre offre une excellente résistance aux agents 10 chimiques, aux acides et aux huiles. La nappe de fibre de verre 4 est obtenue par aiguilletage de fibres de verre, de préférence de type E, de préférence également sans liant. De préférence, cette nappe de fibres de verre présente une épaisseur comprise entre 6 mm et 80 mm, de préférence encore entre 35 mm et 15 45 mm. On notera que les nappes du commerce sont souvent d'épaisseurs moindres, par exemple comprises entre 6 mm et 25 mm. Si une épaisseur plus importante est souhaitée, on superposera plusieurs nappes du commerce. De préférence, sa masse volumique est comprise entre 130 kg/m3 et 150 kg/m3. 20 Une telle nappe de fibre de verre est incombustible. De façon avantageuse, on notera qu'elle peut résister jusqu'à 600°C. En outre, elle présente une faible conductivité thermique. A titre d'exemple, la conductivité thermique à 200°C est de préférence comprise entre 0,045 W/mK et 0,070 W/mK, de préférence encore égale à 0,059 W/mK. 25 Cette caractéristique est particulièrement intéressante dans les applications visées, puisque la température du produit dans lequel sera plongé le manchon peut atteindre 200°C. Le tissu en acier inoxydable 3, de préférence de l'acier de type 304, est réalisé en tissant entre eux des fils d'acier inoxydable. 30 Cette couche de tissu 3 est optionnelle, toutefois elle est avantageusement utilisée pour augmenter un peu la rigidité du manchon. Le manchon doit cependant rester souple pour pouvoir suivre les mouvements du poignet. A titre d'exemple, on peut utiliser un tissu d'un poids de 300 g/m2 à 2500 g/m2. Le choix du tissu sera fonction de la rigidité souhaitée. 35 ESSAIS Des essais ont été effectués en prenant un manchon 1 réalisé avec les matériaux précités et dont l'épaisseur totale est de 40 mm. Cette épaisseur 5 permet de conserver la souplesse du manchon et autorise tous les mouvements du bras de robot. On a également pu constater que ce manchon était étanche aux liquides et aux gaz. Par ailleurs, le manchon testé présentait une faible conductivité 10 thermique, puisqu'alors qu'il était plongé dans un milieu à 200°C, la température à l'intérieur du manchon restait inférieure à 70°C pendant 1 mois. On notera qu'un gaz de refroidissement circule en outre à l'intérieur du manchon. REVENDICATIONS1. Manchon de protection tubulaire, souple (1), d'un bras de robot articulé, caractérisé en ce qu'il comprend successivement, depuis l'intérieur vers l'extérieur, un premier tissu de verre (2), une nappe en fibres de verre (4) et un second tissu de verre (5) et en ce que la face intérieure (11) et la face extérieure (12) de ce manchon sont recouvertes d'une couche (6, 7) d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz. 2. Manchon de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un tissu en acier inoxydable (3) intercalé entre le premier tissu de verre (2) et la nappe en fibres de verre (4). 3. Manchon de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un tissu en acier inoxydable (3) intercalé entre la nappe en fibres de verre (4) et le second tissu de verre (5). 4. Manchon de protection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le poids du tissu en acier inoxydable (3) est compris entre 300 gine et 2500 g/m2. 5. Manchon de protection selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du tissu en acier inoxydable (3) est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm. 6. Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau étanche aux liquides et aux gaz (6, 7) est du polytétrafluoroéthylène (PTFE). 7. Manchon de protection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau étanche aux liquides et aux gaz (6, 7) est du silicone. 8. Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différents tissus et nappes sont assemblés entre eux par couture avec un fil (8), tel un fil de méta-aramide. 9. Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur du premier ou du second tissu de verre (2,5) est comprise entre 0,40 mm et 0,45 mm. 10.Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids du premier ou du second tissu de verre (2, 5) est compris entre 500 g/m2 et 540 g/m2. 11. Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la nappe de fibres de verre (4) est comprise entre 6 mm et 80 mm et sa masse volumique entre 130 kg/ m3 et 150 kg/ m3. 12.Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nappe de fibres de verre (4) présente une conductivité thermique à 200°C comprise entre 0,045 W/rinK et 0,070 W/rinK. 13.Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un soufflet. 14.Manchon de protection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente à chacune de ses deux extrémités un raccord à double bride en inox (9, 9'). 15. Procédé de fabrication du manchon de protection (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant : - assembler entre eux par couture, les différents tissus et nappes constituant ledit manchon, - les recourber sur eux-mêmes et les coudre pour former un manchon tubulaire, - enduire les deux faces intérieure et extérieure (11, 12) du manchon, d'un matériau étanche aux liquides et aux gaz (6, 7).