Brevet FR3033861A1 — publié le 20160923

Dispositif de transmission de mouvement principalement pour une utilisation dans un bras de robot. L'invention porte sur un dispositif de transmission de mouvement principalement 5 pour une utilisation dans un bras de robot. Les rapports de réduction entre un moteur électrique et un bras de robot sont de l'ordre de 1/100, typiquement de 1/50 à 1/200 Vitesse du moteur 3000 t/mn soit 50 t/s et le bras 0,5 t/s. La plupart des robots actuels utilisent des réducteurs de type cycloïde présentant 10 une roue dentée montée dans une couronne dentée et ayant des nombres de dents très voisins, par exemple 80 dents et 79 dents. La couronne possède une denture intérieure et la roue une denture extérieure. Pour obtenir un réducteur sans jeu, réversible et résistant à l'usure, les dentures doivent être en métal très dur et être usinées avec grande précision. La couronne ayant une denture intérieure est 15 particulièrement difficile à usiner et implique un coût important. Le prix de vente élevé des robots s'explique principalement par le coût des réducteurs, un robot standard étant composé de 6 réducteurs. L'invention a pour but de proposer un dispositif de transmission de mouvement se présentant le plus souvent sous la forme d'un réducteur de rapport supérieur à 20 1/50, réversible et facile à fabriquer. Pour cela, rinvention propose un dispositif de transmission de mouvement comprenant : un arbre 4 monté à rotation autour de son axe longitudinal 9 ; un organe mobile 1 présentant une série d'encoches ; 25 une pluralité de bras 2.1, 2.2, 2.3 pour transmettre ensemble le mouvement entre l'arbre et l'organe mobile, - dans lequel : chaque bras est pourvu d'au moins une dent 7 pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile ; 3033861 2 chaque bras est articulé sur un palier excentrique par rapport à un axe 9, autour duquel le palier est monté à rotation, le palier et l'arbre étant liés entre eux pour tourner en synchronisme ; l'organe mobile 1 et chaque bras 2.1, 2.2, 2.3 sont guidés mécaniquement pour que le bras décrive un mouvement cyclique pour chaque tour du palier excentrique sur lequel il est articulé, le mouvement cyclique comprenant successivement : o une phase durant laquelle le bras est libre de prise avec l'organe mobile, et o une phase durant laquelle le bras est en prise avec l'organe mobile par engagement d'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre. - dans lequel les paliers excentriques sont agencés pour qu'il y ait au moins un bras en prise avec l'organe mobile quel que soit l'angle de rotation de l'arbre. - dans lequel les paliers excentriques 3 sont agencés sur l'arbre 4. - dans lequel chaque bras est articulé sur un deuxième palier excentrique par rapport à un deuxième axe 10 autour duquel le palier est monté à rotation pour maintenir le bras parallèle à lui-même quel que soit l'angle de rotation de l'arbre, ou dans lequel chaque bras est guidé mécaniquement par un téton coulissant dans une fente ou une rainure. - dans lequel l'organe mobile est une roue ou une couronne montée à rotation autour de son axe central et sur laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement ou un crémaillère guidée en translation et comportant une série d'encoches. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : L'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 possèdent au moins trois paliers 12 avec la même excentricité, et les paliers sont espacés entre eux, autour des axes de rotation de leurs arbres, par des angles inférieurs à 180°, permettant la transmission du mouvement de rotation de l'arbre 4 à l'arbre secondaire 5. 3033861 3 Les bras 2 sont liés mécaniquement aux paliers de l'arbre 4 et de l'arbre secondaire 5 par des roulements à billes ou à aiguilles ou des bagues lisses. L'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont maintenus dans une position déterminée, dans un même ensemble mécanique, par des roulements à billes ou à aiguilles, des 5 paliers lisses ou des bagues, de façon à ce que leurs axes soient parallèles et qu'ils puissent tourner autour de leur axe, l'arbre 4 est relié à une source d'énergie mécanique et l'arbre secondaire 5 n'étant relié qu'à l'arbre 4 par les bras 2. Le réducteur de vitesse comprend au moins trois bras 2 dont la forme des dents, en relief, correspond à la forme des encoches, en creux, de Forgane mobile. 10 Le réducteur de vitesse comprend au moins trois bras 2 dont les dents 7 peuvent s'engager dans des encoches d'un organe mobile 1, dont le décalage angulaire des paliers de l'arbre 4 et de l'arbre secondaire 5 implique que pour tout angle de rotation de l'arbre 4, il y a au moins une dent d'un bras 2 engagée clans une encoche de l'organe mobile 1. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnés à titre d'exemples et en référence au dessin annexé. Les figures 1 à 7 illustrent le principe de fonctionnement de base de l'invention dans le cas d'une roue à encoches. La figure 1 représente le bras dans la position où 20 la dent 7 est entièrement engagée dans une encoche d'une roue. La figure 2 représente le bras dans la position où la dent 7 est entièrement dégagée des encoches d'une roue. Les figures 3 à 7 représentent les différentes positions que prend le bras dans son mouvement cyclique autour de Faxe 4. Au cours d'un mouvement autour de l'axe 4, la dent 7 du bras s'engage progressivement dans une 25 encoche et s'en dégage. La figure 8 représente un mode de réalisation de l'invention avec trois bras 2.1, 2.2, 2.3 et une roue à encoches dont les positions des encoches sur la périphérie sont décalées sur trois niveaux correspondant aux positions des trois bras. La figure 9 représente un autre mode de réalisation avec une roue à encoches dans 30 lequel les encoches sont alignées et où par contre les dents 7 des bras 2 sont décalées. 3033861 4 La figure 10 illustre les trois bras 2 dans le cas d'une utilisation avec une roue avec des encoches alignées comme celle de la figure 9. Les dents 7 des bras 2 sont décalées les unes par rapport aux autres. Dans cette disposition les axes de l'arbre 4 et celui de l'arbre secondaire 5 sont dans le même plan que l'axe de rotation de la 5 roue. La figure 11 illustre l'arbre 4 avec des paliers excentriques 3 décalés angulairement les uns par rapport aux autres. La figure 12 illustre une variante au mode de réalisation de la figure 8 et qui correspond au mode de réalisation de la figure 9 10 La figure 13 illustre un mode de réalisation de l'invention avec une couronne à encoches intérieures. La figure 14 illustre un mode de réalisation dans lequel les dents des bras ne vont pas s'engager dans la même encoche de la roue quand l'arbre fera une rotation, mais dans des encoches voisines ou espacées sur la circonférence de la roue, comme 15 représenté par la figure 19. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'augmenter la surface de contact entre les faces des dents et les faces des encoches et dont offre la possibilité d'utiliser une roue d'épaisseur plus faible tout en gardant une surface de contact importante. Les figures 15 à 18 illustrent la forme des pièces dans le mode de réalisation 20 illustré par la figure 14. La figure 20 illustre un mode de réalisation de l'invention avec une crémaillère. La figure 21 illustre un mode de réalisation de l'invention où les dents des bras 2 sont maintenues dans une direction définie. Les bras 2, étant articulés sur un palier de l'arbre 4, présentent une rainure qui peut glisser sur un téton 14 fixe par 25 rapport aux axes de l'organe mobile 1 et de l'arbre 4. Un seul bras est représenté dans la figure 21 pour faciliter la compréhension du dessin, mais, comme dans les autres modes de réalisation, il y a au moins trois bras superposés avec au minimum une dent chacun pour qu'il y ait toujours au moins une dent engagée dans une encoche de la roue. 3033861 5 En référence aux figures 1 à 7, on va expliquer le principe à la base de rinvention dans le cas d'une roue à encoches ménagées sur sa circonférence extérieure, mais qui vaut aussi pour le cas d'une couronne à encoches ménagées sur sa surface circonférentielle intérieure ou encore pour le cas d'une crémaillère. Comme cela est 5 visible sur la figure 1, le réducteur comprend une roue 1 munie d'un arbre de sortie, d'un arbre 4 et d'un bras 2 de transmission de mouvement entre l'arbre 4 et la roue 1. La roue 1 comporte une série d'encoches dans sa surface extérieure. Le nombre d'encoches est fonction du rapport de réduction recherché, par exemple 80 encoches pour un rapport de 1/80. Le bras 2 est montée sur un palier cylindrique 3 10 de l'arbre 4 de préférence par l'intermédiaire d'un roulement à bille 6 ou d'une bague lisse. Le palier cylindrique 3 présente une légère excentricité par rapport à Faxe de rotation de l'arbre 4. La pièce 2 comporte une dent 7 qui vient s'engager dans les encoches de la roue 1. La pièce 2 est montée sur un palier cylindrique d'un arbre secondaire 5 de préférence aussi par rintermédiaire d'un roulement à bille 6 15 ou d'une bague lisse. L'axe de rotation 10 de l'arbre secondaire 5 est parallèle à l'axe de rotation 9 de l'arbre 4. Ce palier cylindrique de l'axe secondaire 5 présente la même excentricité que le palier cylindrique 3. Si l'arbre 4 et l'axe 5 tournent en synchronisme, la pièce 2 sera toujours orientée dans la même direction. Dans le cas de la figure 1, la pièce 2 sera toujours orientée dans le sens vertical de même que la 20 dent 7 située à sa base. Quand l'arbre 4 tourne, tout point de la pièce 2 décrit une trajectoire circulaire en raison de rexcentricité du palier cylindrique 3, le rayon de la trajectoire circulaire correspondant à la distance d'excentricité du palier cylindrique 3 à l'axe de rotation de l'arbre 4. La roue 1 est montée de façon à pouvoir tourner autour d'un axe 8 situé au centre 25 de celle-ci. Lorsque rarbre 4 va faire un tour, la dent 7 de la pièce 2 va rentrer dans une encoche de la roue 1 et entrainer la roue en rotation sur une distance périphérique qui sera un peu inférieure au diamètre d'excentration de la pièce 3 par rapport à l'arbre 4. Au cours de la rotation de l'arbre 4, la dent de la pièce 2 va se dégager de l'encoche. 30 Les figures 2 à 7 montrent les différentes positions de la dent par rapport aux encoches de la roue. Quand le palier cylindrique du fait de son excentricité est à l'opposé de la roue, la dent 7 est complètement dégagée des encoches Fig.2. Progressivement, quand rarbre 4 va tourner, la dent, tout en restant verticale, va 3033861 6 se rapprocher de la roue et rentrer dans une encoche Fig.3 et Fig.4. Quand l'arbre aura effectué une rotation de 1800 et que le palier sera orienté vers la roue, la dent sera entrée au maximum dans l'encoche Fig.5. On peut noter qu'à ce moment, une rotation de l'axe 4 va provoquer un mouvement du bras 2 sur une trajectoire 5 circulaire mais qui sera tangente à un cercle fictif centré sur l'axe de rotation de la roue 1 (cette tangente étant horizontale dans le cas des figures 1 à 7). Le mouvement circulaire de la dent et le mouvement circulaire de Fencoche de la roue seront tous deux presque confondus. L'entraînement de la roue par la dent se fera donc avec très peu de frottements et donc avec un rendement mécanique de 10 presque 100%. On peut noter également que du fait de cette transmission avec peu de frottements et de la présence d'un roulement à billes ou d'un palier lisse au niveau de l'arbre 4, si l'arbre 4est libre en rotation et si on exerce un couple sur la roue, la force de pression du bord de l'encoche sur la dent va provoquer une rotation de l'arbre 4. Cette caractéristique va rendre possible la réversibilité du mouvement, 15 c'est-à-dire la possibilité de faire tourner l'arbre 4 en faisant tourner la roue 1. La vitesse de rotation est alors multipliée par le nombre d'encoches de la dent. Au cours de la rotation de l'arbre 4 la dent 7 va se dégager de l'encoche comme cela est visible sur les figures 6 et 7. Dans ce cas, la roue 1 n'est plus entrainée par le bras 2 et elle pourrait donc tourner librement autour de son axe 8. Pour éviter cela 20 et pour que la roue 1 soit toujours positionnée précisément par au moins une dent engagée clans une de ses encoches, il est avantageux d'empiler au moins trois roues 1 à encoches montées sur le même axe et assemblées de manière rigide, et au moins trois bras 2 comportant chacun au moins une dent 7 et entrainées par l'arbre 4, et de les disposer de façon à ce qu'en n'importe quel point de la rotation de 25 l'arbre 4, il y ait au moins une dent 7 engagée dans une encoche d'une roue 1. La figure 8 montre une telle disposition. La roue comporte trois parties 1.1, 1.2, 1.3 qui sont assemblées ensemble de manière fixe. Elle est montée de façon à pouvoir tourner autour de son axe 8. Les encoches des trois parties sont décalées. Les bras 2.1, 2.2, 2.3 de transmission de mouvement entre l'arbre 4 et la roue 1- à savoir 30 donc trois bras 2 décrites précédemment - comportent chacune une dent et sont montées chacune sur un palier excentré respectif de l'arbre 4. Ces paliers sont décalés angulairement autour de l'axe de rotation de l'arbre 4 de préférence de façon régulière. Ainsi, ils sont décalés d'environ 120° dans le cas d'un système à 3033861 7 trois dents 7 et trois roues 1, de 90° dans le cas d'un système à quatre dents 7 et quatre roues 1, etc... La valeur de l'excentricité à l'axe de rotation de l'arbre 4 est la même pour les différents paliers. L'arbre 4 a donc une forme de vilebrequin avec au moins trois paliers comme cela est illustré sur la figure 11. C'est le cas 5 également de l'arbre secondaire 5. Lors de la rotation de l'arbre 4, chaque dent va rentrer dans une encoche de la roue qui lui correspond. Quand une dent se dégagera de son encoche une autre dent d'une autre pièce s'engagera dans l'encoche de la roue qui lui fait face. Par exemple, avec un système à trois dents dont les trajectoires sont décalées de 1200, on peut garantir qu'il y aura toujours 10 une dent engagée dans une encoche d'une des roues. Et puisque qu'à tout moment il y aura une dent engagée dans une encoche de la roue correspondante, l'ensemble des trois roues sera toujours positionné de manière déterminée. Lorsque l'arbre aura fait un tour, l'ensemble des trois roues aura tourné de la valeur d'une encoche. Dans le cas où les roues comportent chacune 100 encoches, pour un tour de l'arbre 15 4 la roue aura tourné de la valeur d'une encoche soit 1/100ième de tour. Le dispositif se comporte alors comme un réducteur de vitesse de rotation avec un rapport de réduction de 1/100. Le fait que les bras 2.1, 2.2, 2.3 soient montées sur des paliers de vilebrequin décalés d'un même angle fait en sorte que l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont 20 reliés mécaniquement et vont tourner ensemble en synchronismesans dispositif extérieur assurant l'orientation constante des bras 2. Il est d'ailleurs possible d'utiliser indifféremment Fun ou l'autre des deux arbres comme arbre d'entrainement, et l'autre comme arbre secondaire. La valeur de l'excentration des paliers de vilebrequin sur l'arbre 4 et sur l'axe 25 secondaire 5 est calculée avec précision pour que les dents se trouvent bien en face d'une encoche au moment où elles entrent en contact avec la roue. Malgré une excentration très faible, par exemple 0,6mm pour un réducteur de rapport 1/100 avec des roues à encoches de diamètre 100mm, le fait que les pièces mobiles soient montées avec des roulements à billes ou à rouleaux élimine les frottements et 30 permet une réversibilité. C'est-à-dire que si l'on exerce un couple sur les roues 1, on provoquera une rotation de l'arbre 4, si, bien sûr, rien ne s'oppose à son mouvement_ 3033861 8 Comme les dents 7 sont toujours orientées dans la même direction, qu'elles s'engagent dans les encoches de Forgane mobile perpendiculairement à la surface dans laquelle les encoches sont placées, la forme des dents la plus adaptée est un rectangle avec un petit chanfrein d'entrée. 5 11 est à noter que la présence d'au moins trois bras 2 montées sur les paliers de l'arbre 4 et montées également sur les paliers de l'arbre secondaire 5, du fait que les paliers présentent une excentration identique sur les deux arbres, du fait que ces paliers sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres avec des angles inférieurs à 1800, du fait que ces décalages angulaires sont identiques sur 10 l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5, permet de réaliser une transmission de mouvement entre l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5. Des dispositions des pièces autres que celle de la figure 8 sont possibles. La figure 9 illustre un mode de réalisation ou la roue 1 possède une série d'encoches alignées de haut en bas. Pour qu'il y ait toujours au moins une dent 15 engagée dans une encoche, les dents 7 des bras 2 sont décalées latéralement en fonction de la position de leurs paliers 3, comme il est montré sur la figure 10. Sur les figures 12 et 13, pour des raisons de clarté il n'a été dessiné qu'une roue, une dent et une pièce qui porte la dent, mais en fait il y en a au moins trois qui sont superposées. 20 Sur la figure 12, l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont disposés à égale distance de la roue. Les positions des arbres 4 et 5 par rapport à l'axe 8 de la roue n'ont pas d'influence sur le fonctionnement, elles peuvent être quelconques. Sur la figure 13, les encoches sont à Fint,érieur de d'une couronne 11 qui est creuse et les arbres moteurs et secondaires sont situés à l'intérieur de ladite couronne. 25 Dans tous les cas rarbre et l'arbre secondaires tournent en synchronisme pour assurer une orientation constante des bras 2 qui portent une ou plusieurs dents 7. Et il y a au moins trois pièces superposées avec au moins trois dents et trois roues pour qu'il y ait toujours une dent engagée dans une encoche. 3033861 9 Le fait qu'il n'y ait qu'une seule opération de taillage et que ait lieu sur l'extérieur des roues qui est facilement accessible, rend la fabrication de ce type de réducteur plus facile et en conséquence plus économique. Une autre possibilité de construction consiste à utiliser une roue 1 plus fine et dont 5 l'épaisseur est inférieure à l'épaisseur totale des bras 2. Dans ce cas, les dents 7 des trois, ou plus, bras 2 rentrent dans des encoches contigües ou voisines de la roue 1. On peut voir la disposition des dents et de la roue sur la figure 19. La figure 15 montre une vue éclatée, les pièces n'étant pas à leur place, mais correctement orientées les unes par rapport aux autres. Chaque bras 2 comporte une dent 7. La 10 figure 16 montre les mêmes pièces à leur place dans le réducteur, leurs dents étant imbriquées de façon à ce que les trois dents soient bien en face des encoches de la roue. Le principe de fonctionnement reste le même. Les bras 2 sont toujours en rotation guidées par les paliers des roulements. Les dents des trois bras 2 entrent dans les encoches de la roue de manière à ce qu'une dent, au moins, soit toujours 15 engagée dans une encoche de la roue. La figure 17 montre un des bras 2 latéraux, et la dent dépasse vers le haut dans ce cas. La figure 18 montre les trois bras 2 assemblées, et dans la partie centrale, c'est-à-dire dans la zone qui comprend l'épaisseur de la pièce du milieu, les trois dents sont présentes. C'est dans cette zone que les dents vont rentrer dans les encoches de la roue. La figure 19 montre 20 les trois dents en face de trois encoches contigües de la roue. Cette construction avec une roue plus fine sera plus simple à fabriquer donc moins chère. Elle sera aussi plus légère. Suivant un autre mode de réalisation, la roue 1 est remplacée par une crémaillère comme cela est illustré sur la figure 20. Dans ce cas, un mouvement rotatif de 25 l'arbre 4 est transformé en un mouvement linéaire de la crémaillère. Quand l'arbre 4 fera un tour, la position relative du moteur par rapport à la crémaillère sera déplacée de la valeur de la distance entre deux encoches de la crémaillère. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et au mode de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses 30 variantes accessibles à l'homme de l'art. L'on comprendra que lorsque l'organe mobile du dispositif selon l'invention est une roue ou une couronne montée à rotation autour de son axe central sur laquelle les 3033861 10 encoches sont disposées circonférentiellement, et notamment lorsque le dispositif de l'invention forme un réducteur de vitesse dont l'arbre est l'entrée et dont le rapport de réduction est préférentiellement d'au moins 1/50, le dispositif de l'invention pourra être utilisé pour transmettre le mouvement rotatif d'un moteur à 5 une articulation d'un bras de robot ou d'une machine destinée à déplacer des objets. REVENDICATIONS1. Dispositif de transmission de mouvement, comprenant : un arbre (4) monté à rotation autour de son axe longitudinal; un organe mobile (1) présentant une succession d'encoches; une pluralité de bras (2.1, 2.2, 2.3) pour transmettre ensemble le mouvement entre l'arbre et l'organe mobile, dans lequel : chaque bras est pourvu d'au moins une dent (7) pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile ; chaque bras est articulé sur un palier (12) excentrique par rapport à un axe (9) autour duquel le palier est monté à rotation, le palier et l'arbre étant liés entre eux pour tourner en synchronisme ; l'organe mobile (1) et chaque bras sont guidés mécaniquement pour que le bras décrive un mouvement cyclique pour chaque tour du palier excentrique sur lequel il est articulé, le mouvement cyclique comprenant successivement : o une phase durant laquelle le bras est libre de prise avec l'organe mobile, et o une phase durant laquelle le bras est en prise avec l'organe mobile par engagement de l'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre, dans lequel les paliers excentriques sont agencés pour qu'il y ait au moins un bras en prise avec l'organe mobile quel que soit l'angle de rotation de l'arbre. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les paliers excentriques sont agencés sur l'arbre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque bras est articulé sur un deuxième palier excentrique par rapport à un deuxième axe (10) autour duquel le palier est monté à rotation pour maintenir le bras parallèle à lui-même quel que soit l'angle de rotation de l'arbre. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, dans lequel les deuxièmes paliers excentriques sont agencés sur un même deuxième arbre (5). 3033861 12 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque bras est guidé mécaniquement par un téton coulissant dans une fente ou une rainure. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les bras 5 sont montés sur les premiers paliers (12) excentriques et le cas échéant sur les deuxièmes paliers excentriques par des roulements à billes ou à aiguilles ou des bagues lisses. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'organe 10 mobile est une crémaillère guidée en translation. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendicationsl à 6, dans lequel l'organe mobile (1) est une roue ou une couronne montée à rotation autour de son axe central (8) et sur laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement. 15 9. Dispositif selon la revendication 8, lequel forme un réducteur de vitesse dont l'arbre est l'entrée et dont le rapport de réduction est préférentiellement d'au moins 1/50. 20 10. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 8 ou 9 pour transmettre le mouvement rotatif d'un moteur à une articulation d'un bras de robot ou d'une machine destinée à déplacer des objets.