Brevet FR3045431A1 — publié le 20170623

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une installation de protection pour un dispositif manipulateur d'une installation de manipulateur notamment d'un robot manipulateur, le dispositif manipula- teur ayant au moins un élément manipulateur, mobile, et au moins une protection de surcharge qui, en cas de dépassement de la force de déclenchement exercée sur le dispositif manipulateur fait échapper le dispositif manipulateur. L'invention se rapporte également à un dispositif de ma- nipulateur équipé d'une telle installation. Etat de la technique On connaît une telle installation de protection selon le document DE 203 14 896 U 1. Dans cette installation de protection connue, le bras de la pince de l'installation de manipulateur comporte un bâti formé de tubes et qui est relié à des éléments de serrage ou de pince pour prendre des pièces ou autres éléments. Il est prévu qu'en cas de surcharge, des protections dites de débattement produisent le débattement des éléments de pince par un mouvement de débattement des tubes. Les protections de débattement sont les éléments d'accrochage qui agissent par une liaison par la force, notamment sous la forme de billes d'enclipsage chargées par des ressorts. L'important est que lorsque se produit une charge inférieure à la surcharge, les billes sont repoussées de leur siège contre la force de leur ressort et sorte des guides. Pendant ce dégagement, les tubes et ainsi les éléments de serrage ou les éléments de pince sont déplacés d'un certain angle ou d'une certaine course en exerçant néanmoins une résistance relativement importante contre la charge. Ce n'est que lorsque la charge est suffisamment grande pour que les billes se dégagent complètement des guides que l'on aura un mouvement d'échappement de grande dimension du dispo- sitif manipulateur. Mais souvent il n'est pas souhaitable d'avoir un tel échappement limité du dispositif manipulateur pour des forces inférieures à la surcharge. But de l'invention Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer une installation de protection pour un disposi- 3045431 2 tif manipulateur d'une installation de manipulateur telle que définie ci-dessus pour qu'en cas de dépassement de la force de dégagement, elle permette au dispositif manipulateur de s'échapper immédiatement. Exposé et avantages de l'invention 5 A cet effet, l'invention a pour objet une installation de protection du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la protection de surcharge comporte au moins un élément magnétique qui fixe le dispositif manipulateur dans sa position de consigne pour des efforts inférieurs à la force de déclenchement. 10 L'invention repose sur l'idée de munir la protection de surcharge d'au moins un élément magnétique de façon que le dispositif manipulateur soit fixé dans une position de consigne pour des efforts inférieurs à la force de déclenchement. Dans cette position de consigne, le dispositif manipulateur est ainsi pratiquement rigide de sorte que 15 pour des forces inférieures à la surcharge ou à la force de déclenche- ment, on aura un excellent guidage ou une excellente précision du mouvement du dispositif manipulateur. Dès que la force de déclenchement du dispositif manipulateur est dépassée, la force magnétique développée par l'élément magnétique de la protection est dépassée 20 brusquement et le dispositif manipulateur pourra s'échapper selon une course relativement grande. La détection du dépassement de la force magnétique de l'élément magnétique dépend uniquement du comportement en réponse de l'installation de capteur qui saisit le mouvement de l'élément magnétique au moins indirectement relié à l'élément. 25 Après la disparition de la force de déclenchement activant l'installation de protection, on peut reconduire d'une manière particulièrement simple, le dispositif manipulateur dans sa position d'origine qui permet de nouveau le fonctionnement du dispositif manipulateur et la protection de surcharge comporte un ressort qui sollicite la protection 30 de surcharge dans la direction opposée à celle de la force de déclenche- ment. De plus, de tels moyens de ressort ou plus simplement de tels ressorts permettent par exemple après le déclenchement de l'installation de protection, de régler ou d'adapter très simplement et de façon précise la force de déplacement nécessaire pour déplacer ou déga- 35 ger le dispositif manipulateur. 3045431 3 Selon une application constructive particulièrement préférentielle de l'idée de l'invention décrite ci-dessus, la protection de surcharge est interposée entre une pièce solidaire du boîtier et une pièce mobile de l'installation de manipulateur ; la pièce montée mobile porte 5 le dispositif manipulateur. Pour permettre l'échappement du dispositif manipulateur et sans dépasser la force de déclenchement, le dispositif manipulateur est coulissant linéairement dans un guide de la pièce mobile. Aussi longtemps que le dispositif manipulateur se déplace dans le guide dans 10 une direction différente de celle de la force de déclenchement, on ne peut activer l'installation de protection. Pour positionner le dispositif manipulateur dans le guide dans une position de consigne, le dispositif manipulateur est sollicité dans le guide par le poids pour s'appliquer avec une force contre une 15 butée. Selon un autre développement de l'invention, la pièce mobile est orientée par plusieurs éléments de guidage par rapport à la pièce fixe solidaire du boîtier et elle est montée pivotante par les éléments de guidage selon au moins un axe de l'espace, de préférence au- 20 tour de trois axes orthogonaux. De tels éléments de guidage peuvent alors être réalisés sous la forme de rotules qui coopèrent avec des éléments complémentaires et assurent le centrage de la pièce mobile par rapport à la pièce solidaire du boîtier, aussi longtemps que les rotules se trouvent dans la zone des guides. 25 Pour permettre d'une part l'application de la force des éléments de guidage par rapport à la pièce montée fixe et d'autre part avoir la même course du dispositif manipulateur dans les trois axes de l'espace, il est prévu un moyen de ressort sous la forme d'un ressort cylindrique installé en position centrale par rapport aux éléments de gui- 30 dage, l'axe longitudinal du ressort cylindrique étant orienté dans la direction de la force de déclenchement. Pour le cas où le dispositif manipulateur est dévié par rapport à au moins un axe de l'espace et de préférence par rapport aux trois axes de l'espace selon un certain angle, qui se traduit par un 35 risque potentiel concernant des objets ou des personnes, il est prévu au 3045431 4 moins une installation de capteur couplée avec une installation de commande de l'installation de manipulateur et qui en cas de dépassement de l'angle de la pièce montée mobile, fait passer l'installation de manipulateur en mode de fonctionnement sécurisé. Le mode de fonc- 5 tionnement sécurisé est notamment l'arrêt du fonctionnement du dis- positif manipulateur. L'invention a également pour objet une installation de manipulateur et en particulier un robot manipulateur équipé de l'installation de protection décrite ci-dessus. L'installation de manipula- 10 teur a les mêmes avantages que ceux de l'installation de protection qui l'équipe. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'une installation de protection d'une installation 15 de manipulateur représentée dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective très simplifiée d'une installation de manipulateur sous la forme d'un robot manipulateur équipé d'une installation de protection selon l'invention, la figure 2 est un schéma de l'installation de protection appliquée à 20 l'installation de manipulateur de la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III-III de la figure 2. Description du mode de réalisation La figure 1 montre une représentation très simplifiée d'une installation de manipulateur 100 sous la forme d'un robot mani- 25 pulateur. L'installation de manipulateur 100 se compose d'une colonne fixe 101 équipée d'un bras de robot 105 formé de plusieurs éléments 102, 103 pivotant l'un par rapport à l'autre autour d'un axe respectif. Le bras de robot 105 est monté mobile librement dans la portée de l'installation de manipulateur 100 pour se déplacer entre différentes 30 positions dans l'espace. Le bras de robot 105 porte sur son côté à l'opposé de la colonne 101, une installation de manipulateur 1 avec par exemple deux éléments de pince 4, 5 montés mobiles dans la direction de la double flèche 2, 3. Les éléments de pince 4, 5 permettent de prendre par exemple un objet dans une première position, de le transfé- 35 rer et de le déposer dans une seconde position. L'installation de mani- 3045431 5 pulateur 100 telle que décrite sert notamment à la fabrication automatique de machines ou de pièces. Dans la zone du bras de robot 105, dans la zone transi- toire avec l'installation de manipulateur 1, l'installation de manipula- 5 teur 100 comporte une installation de protection 10 par exemple intégrée dans le bras de robot 105 avec une protection de surcharge pour l'installation de manipulateur 1. Comme cela apparaît notamment en considérant la réunion des figures 2 et 3, l'installation de protection 10 comporte deux pièces 11, 12 solidaires du boîtier entre lesquelles se 10 trouve une pièce 13 mobile par rapport aux pièces 11, 12. Comme le montre la figure 3, la pièce 13 est une plaque de forme triangulaire ; sur son côté tourné vers la pièce 11 solidaire du boîtier, elle peut se déplacer vers la pièce 11 à partir de la position de la figure 2 contre l'action d'un élément de ressort 14 sous la forme d'un ressort de compression 15 15 ; en direction de la pièce 12, la plaque est sollicitée par la force. Le côté de la pièce 13 tourné vers la pièce 12 solidaire du boîtier, est fixé par trois rotules 18 portées chacune par une pièce intermédiaire cylindrique 17. Les rotules 18 pénètrent par exemple dans des évidements 19 en forme de perçages borgnes ou de perçages traver- 20 sants à la pièce 12 solidaire du boîtier. La force du ressort de compres- sion 15 sollicite la pièce 13 en direction de la pièce 12 solidaire du boîtier pour que les rotules 18 pénètrent dans les évidements 19. Un élément de guidage 21 est fixé à la pièce 13 entre les pièces 12 et 13, par lesquelles une plaque de fixation 22 visible à la fi- 25 gure 1, relie l'installation de manipulation 1, à l'installation de protec- tion 10 ou au bras robot 105 et peut être déplacée dans la direction de la flèche 23 à partir de la position représentée aux figures 1 et 2 dans une position relevée. Il est important pour cela que le poids de l'installation de manipulateur 1 applique la plaque de fixation 22 contre 30 une butée 24 solidaire du boîtier pour que l'installation de manipula- teur 1 soit mobile contre la gravité, c'est-à-dire son poids. Pour augmenter les accélérations possibles de la plaque de fixation 22 ou de l'installation de manipulateur 1 sans activer l'installation de protection, un élément magnétique 27 complète la butée 24. Cet élément magné- 3045431 6 tique coopère avec la plaque de fixation 22 et génère une force supplémentaire dans la direction du poids de la plaque de fixation 22. Si l'installation de manipulateur 1 est soumise à des forces autour des trois axes x, y, z, orthogonaux de l'espace, présentés à 5 la figure 2, alors le guidage de la pièce 13 par les rotules 18 dans les évidements 24 de la pièce 12 permet de pivoter la pièce 13 et ainsi également l'installation de manipulateur 1 d'un certain angle selon les axes de l'espace x, y, z. Un segment de la plaque de fixation 22 comporte suivant 10 un segment entre les deux pièces 12, 13 et en saillie de l'élément de guidage 21, deux éléments amortisseurs 25, 32 qui font partie d'un commutateur de rapprochement 26, 40. Les deux commutateurs de rapprochement 26, 40 fonctionnant de manière redondante sont reliés ou couplés à une installation de commande 50 de l'installation de ma- 15 nipulateur 100. Le fonctionnement des deux commutateurs de proximi- té 26, 40 est tel que si la pièce 13 bascule autour de l'un des trois axes de l'espace x, y, z ou lors du soulèvement de la plaque de fixation 22 contre la gravité, un signal correspondant est transmis à l'installation de commande 50 de sorte que l'installation de manipulateur 100 passe 20 en mode de fonctionnement protégé. De préférence le mode de fonction- nement protégé consiste à arrêter les mouvements de l'installation de manipulateur 100. L'installation de protection 10 comporte en outre plu- sieurs éléments magnétiques 28, 29, 30 fixés entre les deux pièces 12 et 25 13 ; dans l'exemple de réalisation, il s'agit de trois éléments magné- tiques fixés à la pièce 13 et qui font partie de la protection de surcharge pour coopérer chaque fois avec un prolongement cylindrique 31 de la pièce 12 et bloquer la pièce 13 par rapport à la pièce 12 dans une position de consigne (position axiale). Comme cela apparaît notamment à la 30 figure 3, à la fois les trois pièces intermédiaires 17 ou les rotules 18 ainsi que les trois éléments magnétiques 28-30 sont décalés par rapport aux bissectrices 34-36 de la pièce 13, chaque fois d'un angle [3 de 120° les uns par rapport aux autres. La figure 3 montre en outre que l'axe longitudinal 37 du ressort de compression 15 passe sensiblement au 35 centre, par le point d'intersection des bissectrices 34-36. 3045431 7 Lorsqu'une force de déclenchement A parallèle à la direction de l'axe longitudinal 37 du ressort de compression 15 agit sur l'installation de manipulateur 1 ou la pièce mobile 13, cette force de déclenchement A étant supérieure aux efforts agissant entre les éléments 5 magnétiques 28-30 et les prolongements 31, la liaison magnétique est neutralisée entre les éléments magnétiques 28-30 ainsi que les prolongements 31. Cette situation est détectée par les interrupteurs de proximité 26, 40 de sorte que l'installation de manipulateur 100 passe dans le mode de fonctionnement protégé décrit ci-dessus. 10 L'installation de manipulateur 100 ou l'installation de protection 10 telles que décrites peuvent être modifiées de différentes manières sans sortir du cadre de l'invention. 15 3045431 8 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Installation de manipulateur 101 Colonne 5 102, 103 Elément du bras de robot 105 Bras de robot 1 Dispositif manipulateur 2, 3 Double flèche 4, 5 Elément de pince 10 11, 12, 13 Pièce 14 Elément de ressort 15 Ressort de compression 16 Flèche 17 Pièce intermédiaire cylindrique 15 18 Rotule 19 Evidement 22 Plaque de fixation 23 Flèche 24 Butée solidaire du boîtier 20 25-32 Elément amortisseur 26-40 Commutateur de proximité 27 Elément magnétique 28, 29, 30 Elément magnétique 37 Axe longitudinal du ressort de compression 25 50 Installation de commande 30 REVENDICATIONS1°) Dispositif manipulateur (1) d'une installation de manipulateur (100) notamment d'un robot manipulateur, le dispositif manipulateur (1) ayant au moins un élément manipulateur (4, 5), mobile, et au moins une protection de surcharge qui, en cas de dépassement de la force de déclenchement (A) exercée sur le dispositif manipulateur fait échapper le dispositif manipulateur, dispositif manipulateur caractérisé en ce que la protection de surcharge comporte au moins un élément magnétique (28-30) qui fixe le dispositif manipulateur (1) dans sa position de con- signe pour des efforts inférieurs à la force de déclenchement (A). 2°) Dispositif manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la protection de surcharge comporte des ressorts (14) dont les forces sollicitent l'élément magnétique (28-30) dans la direction opposée à la force de déclenchement (A). 3°) Dispositif manipulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la protection de surcharge est prévue entre une pièce (12) solidaire du boîtier du dispositif et une pièce (13) mobile de l'installation de manipulateur (100), la pièce (13) montée mobile portant le dispositif manipulateur (1). 4°) Dispositif manipulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' il coulisse linéairement dans un guide (21) de la pièce mobile (13). 5°) Dispositif manipulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' il est sollicité par son poids contre une butée (24) dans le guide (21). 6°) Dispositif manipulateur selon l'une des revendications 3 à 5, 3045431 10 caractérisé en ce que la pièce (13) montée mobile est orientée par rapport à la pièce (12) solidaire du boîtier par l'intermédiaire de plusieurs éléments de guidage (18) et elle est montée pivotante par les éléments de guidage (18) autour 5 d'au moins un axe de l'espace (x, y, z), de préférence autour des trois axes (x, y, z) orthogonaux de l'espace. 7°) Dispositif manipulateur selon la revendication 6, caractérisé par 10 un ressort (14) en forme de ressort cylindrique (15) installé par rapport aux éléments de guidage (18), de préférence en position centrale et l'axe longitudinal (37) du ressort cylindrique (15) est orienté dans la direction de la force de déclenchement (A). 15 8°) Dispositif manipulateur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par au moins une installation de capteur (26-40) couplée à une installation de commande (50) de l'installation de manipulateur (100), pour qu'en cas de dépassement d'un certain angle de la pièce (13), montée mobile, 20 ou d'un mouvement linéaire de l'installation de manipulateur (1) contre son poids, l'installation de manipulateur (100) passe en mode de fonctionnement protégé. 25 30