Brevet FR3040145A1 — publié le 20170224

La présente invention concerne un bras de robot articulé. Les robots industriels sont utilisés pour effectuer un très large éventail de tâches industrielles, rapidement et avec précision. Traditionnellement, les articulations des bras de robots industriels présentent plusieurs segments pivotants les uns par rapport aux autres. Chaque liaison pivot présente une motorisation indépendante. Le plus souvent, les moteurs des pivots des bras de robot sont alimentés par des connexions électriques ou pneumatiques positionnées à l'extérieur du bras de robot. Ces connexions entravent les rotations du bras de robot et en augmentent l'encombrement et les risques de collision avec l'environnement extérieur. En conséquence, la présente invention a pour objectif de proposer un bras de robot articulé présentant un encombrement réduit et pouvant effectuer des déplacements couvrant un angle solide élevé. Selon une définition générale, l'invention concerne un bras de robot articulé qui comprend une pluralité de troncs de cylindres trapézoïdaux disposés en série autour d'un organe interne de maintien. Chaque tronc de cylindre trapézoïdal est configuré pour pivoter autour de l'organe interne de maintien. L'organe interne de maintien présente des moyens de pilotage angulaire permettant de commander la rotation de chaque tronc de cylindre trapézoïdal. Il est précisé que dans le présent document, par tronc de cylindre trapézoïdal, on entend, une portion de cylindre avec au moins une section circulaire inclinée par rapport à l'axe de révolution du cylindre. La rotation des troncs de cylindres trapézoïdaux permet au bras de robot de décrire des trajectoires complexes dans l'espace et de couvrir un angle solide élevé. De plus, les moyens de pilotage angulaire, associés aux troncs de cylindres trapézoïdaux, permettent au bras de robot d'effectuer des déplacements précis. En outre, d'une manière avantageuse, l'organe interne de maintien et les moyens de pilotage angulaire sont positionnés dans les troncs de cylindre. Ainsi le bras de robot selon l'invention présente un encombrement réduit et peut effectuer des déplacements couvrant un angle solide élevé. L'organe interne de maintien peut comprendre un câble relié à des moyens de tension du câble. La tension du câble peut permettre d'exercer un effort de compression sur le bras de robot. Ainsi, le câble peut permettre de précontraindre le bras de robot, pour maintenir les troncs de cylindres trapézoïdaux en contact lors, par exemple, du transport d'une charge. 3040145 2 Les moyens de pilotage angulaire peuvent comprendre au moins une roue dentée adaptée pour coopérer avec une couronne dentée positionnée dans un tronc de cylindre trapézoïdal correspondant. L'utilisation d'une roue dentée et d'une couronne dentée permet de 5 piloter précisément la rotation de chaque tronc de cylindre trapézoïdal. Les moyens de pilotage angulaire peuvent comprendre au moins un moteur présentant un stator lié à l'organe interne de maintien et un rotor configuré pour entrainer en rotation la roue dentée. La liaison du stator du moteur à l'organe interne de maintien permet 10 avantageusement aux connexions du moteur de cheminer à l'intérieur du bras de robot. Cette disposition technique permet de diminuer l'encombrement du bras de robot et permet au bras de robot d'évoluer sans être entravé par des connexions extérieures. Selon une disposition particulière, le rotor peut présenter une vis sans fin 15 configurée pour entrainer en rotation la roue dentée. La vis sans fin permet de piloter précisément la rotation du tronc de cylindre trapézoïdal auquel elle est associée. De plus, l'irréversibilité de la liaison entre la vis sans fin et la roue dentée permet de garantir le maintien en position du bras de robot. Cette disposition peut donc permettre d'augmenter la sécurité du bras de 20 robot. Selon une autre disposition, le rotor peut être relié à un dispositif de réduction à engrenages configuré pour entrainer en rotation la roue dentée. L'organe interne de maintien peut comprendre une pluralité de segments articulés les uns par rapport aux autres. 25 De plus, l'organe interne de maintien peut comprendre plusieurs joints de cardan positionnés chacun entre deux segments pour permettre l'articulation des segments les uns par rapport aux autres. Le bras de robot peut comprendre des moyens de roulement positionnés entre chaque tronc de cylindre trapézoïdal, pour permettre la rotation des troncs de 30 cylindre trapézoïdaux les uns par rapport aux autres. Selon une disposition particulière, les moyens de roulement peuvent comprendre au moins une bille. Selon une disposition particulière, les moyens de roulement peuvent comprendre au moins un rouleau cylindrique. 35 Le bras de robot peut comprendre au moins un dispositif de mesure d'effort relié au câble, configuré pour mesurer un effort mécanique appliqué au câble. 3040145 3 Le dispositif de mesure d'effort peut permettre d'optimiser le pilotage du bras de robot et d'en augmenter la sécurité. Selon une disposition particulière, la roue dentée et la couronne dentée peuvent présenter chacune une denture droite. 5 Selon une disposition particulière, la roue dentée et la couronne dentée peuvent présenter chacune une denture conique. Selon une disposition particulière, le bras de robot peut comprendre un nombre pair de troncs de cylindres. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence aux 10 dessins ci-annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation d'un bras de robot selon celle-ci. La figure 1 est une vue de face d'un bras de robot selon l'invention ; La figure 2 est une vue en coupe partielle, en perspective, d'un bras de robot selon l'invention ; 15 La figure 3 est une vue en coupe, de face, d'un bras de robot selon l'invention ; La figure 4 est une vue de face d'un bras de robot selon l'invention, définissant un coude. L'invention concerne un bras de robot 1 articulé, représenté sur les 20 figures 1 à 4. Le bras de robot 1 comprend essentiellement, une pluralité de troncs de cylindres trapézoïdaux 2 disposés en série autour d'un organe interne de maintien 4. Selon le mode de réalisation ici présenté, le bras de robot 1 comprend un nombre pair de troncs de cylindres trapézoïdaux 2. Chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2 est 25 configuré pour pivoter autour de l'organe interne de maintien 4. L'organe interne de maintien 4 présente des moyens de pilotage angulaire permettant de commander la rotation de chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2. Chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2 présente deux sections circulaires 21 reliées entre elles par une paroi 22. 30 La paroi 22 présente une petite hauteur 23 et une grande hauteur 24. La grande hauteur 24 présente une cote supérieure à la cote de la petite hauteur 23. De plus, selon le mode de réalisation ici présenté, les troncs de cylindres trapézoïdaux 2 présentent une géométrie de trapèze rectangle. Ainsi, l'une des deux sections circulaires 21, de chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2, est sensiblement 35 perpendiculaire à la paroi 22. 3040145 4 Selon le mode de réalisation ici présenté, les troncs de cylindres trapézoïdaux 2 sont positionnés deux à deux, de sorte que leurs sections circulaires 21 sensiblement perpendiculaire à une paroi 22 correspondante soient juxtaposées l'une à l'autre. 5 Chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2 présente une couronne dentée 28 positionnée contre la paroi 22, à l'intérieur du tronc de cylindre trapézoïdal 2. Selon le mode de réalisation ici présenté, la couronne dentée 28 est à denture droite. Chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2 peut, par exemple, être réalisé 10 dans un métal moulé puis usiné. En outre, comme on peut l'observer sur les figures 2 et 3, un tronc de cylindre d'extrémité 3 est positionné à chaque extrémité du bras de robot 1. Les troncs de cylindres d'extrémité 3 comprennent un moyeu central 25 relié à une paroi extérieure 32 par quatre nervures 26. Le moyeu central 25 présente un alésage 27. Le 15 moyeu central 25 présente une première extrémité sensiblement plane, destinée à servir de butée à une rondelle 63 et un écrou 62 qui seront présentés ultérieurement. Une deuxième extrémité du moyeu central présente une chape configurée pour recevoir un croisillon pour former un joint de cardan 42 avec l'organe de maintien interne 4. 20 A l'usage, l'un des troncs de cylindres d'extrémité 3 peut être muni d'un outil, comme par exemple, une pince, un dispositif de soudure, d'usinage ou de découpe. En référence aux figures 2 et 3, chaque section circulaire 21 peut présenter une gorge 29. 25 Selon l'exemple ici présenté, la gorge 29 est conçue pour recevoir des billes 5. Cependant, selon un autre mode de réalisation, la gorge 29 peut, par exemple, accueillir des rouleaux. Comme on peut le remarquer sur les figures 2 et 3, chaque bille 5 est à l'interface entre deux gorges 29, définissant ainsi un roulement entre deux troncs de 30 cylindres trapézoïdaux 2. En d'autres termes, les billes 5 permettent aux troncs de cylindre trapézoïdaux 2 de pivoter les uns par rapport aux autres. Le bras de robot 1 comprend aussi un organe interne de maintien 4, visible sur les figures 2 et 3. Selon le mode de réalisation ici présenté, l'organe interne de maintien 4 35 comprend une pluralité de segments 41 reliés deux à deux par des joints de cardan 42. 3040145 5 De plus, chaque extrémité de l'organe interne de maintien 4 est liée par un joint de cardan 42 au moyeu central 25 d'un tronc de cylindre d'extrémité 3 correspondant. Comme on peut le remarquer sur les figures 2 et 3, un câble 6 traverse 5 l'organe interne de maintien 4 et les alésages 27 des troncs de cylindres d'extrémités 3. Selon le mode de réalisation ici présenté, le câble 6 peut, par exemple, être réalisé en acier. De plus, le câble 6 peut être dimensionné pour rompre lors de l'exercice d'un effort mécanique prédéterminé. 10 En outre, tel que représenté sur la figure 3, chacune des deux extrémités du câble 6 est munie d'un barillet tendeur 61 positionné dans l'alésage 27. Le barillet tendeur 61 est associé à un écrou 62 et une rondelle 63 positionnée en butée sur la première extrémité du moyeu central 25. Tel que cela sera développé ultérieurement, l'écrou 62 et le barillet tendeur 61 permettent de régler la tension du câble 6. 15 Un dispositif de mesure d'efforts (non représenté) est connecté au câble 6. Les moyens de positionnement angulaire comprennent notamment des moteurs 8 visibles sur les figures 2 et 3. Le stator 81 de chaque moteur 8 est fixé à l'un des segments 41 de 20 l'organe interne de maintien 4. Selon le mode de réalisation ici présenté, le rotor 82 de chaque moteur 8 est lié à une vis sans fin 85. La vis sans fin 85 est configurée pour entrainer en rotation une roue dentée 86. La roue dentée 86 est engrenée sur la couronne dentée 28 d'un tronc de cylindre trapézoïdal 2 correspondant, pour commander la rotation du tronc 25 de cylindre trapézoïdal 2. Selon le mode de réalisation ici présenté, la roue dentée 86 présente deux étages, un premier étage à denture droite conçu pour être engrené sur la couronne dentée 28, et un deuxième étage à denture hélicoïdale conçu pour être engrené sur la vis sans fin 85. 30 Les figures 1 à 4 permettent d'apprécier le fonctionnement du bras de robot 1. A l'usage, la tension du câble 6 est ajustée pour précontraindre le bras de robot 1, pour maintenir les troncs de cylindres trapézoïdaux 2 en contact les uns avec les autres, lors, par exemple du transport de charges lourdes. 3040145 6 Il est précisé que la présente description part d'une situation dans laquelle le bras de robot 1 est dans une position sensiblement rectiligne présentée sur la figure 1. En position sensiblement rectiligne, les troncs de cylindres trapézoïdaux 5 sont orientés de sorte que la petite hauteur 23 de chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2 soit juxtaposée à la grande hauteur 24 du tronc de cylindre trapézoïdal 2 adjacent. La mise en marche d'un moteur 8 permet la rotation d'un tronc de cylindre trapézoïdal 2 correspondant. D'une manière particulièrement avantageuse, la 10 liaison entre la vis sans fin 85, la roue dentée 86 et la couronne dentée 28 permet de commander précisément la rotation de chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2. De plus, la liaison entre la vis sans fin 85 et la roue dentée 86 permet de garantir le blocage en position de chaque tronc de cylindre trapézoïdal 2. Les moteurs 8 permettent de commander indépendamment la rotation 15 des troncs de cylindres trapézoïdaux 2, ce qui permet au bras de robot 1 de couvrir un angle solide élevé. Ainsi, le passage du bras de robot 1 d'une position sensiblement rectiligne représentée sur la figure 1 à une position sensiblement coudée représentée sur la figure 4, nécessite la rotation de certains troncs de cylindres trapézoïdaux 2. Dans la position représentée sur la figure 4, les troncs de cylindres trapézoïdaux 2 sont 20 orientés de sorte que les petites hauteurs 23 des troncs de cylindres trapézoïdaux 2 adjacents soit juxtaposées les unes aux autres. Ainsi l'invention propose un bras de robot 1 qui présente un encombrement réduit et qui peut effectuer des déplacements couvrant un angle solide élevé. 25 Bien entendu l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution représentée ci-dessus, mais elle embrasse au contraire toutes les formes de réalisation. 30 REVENDICATIONS1. Bras de robot (1) articulé caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de troncs de cylindres trapézoïdaux (2) disposés en série autour d'un organe interne de maintien (4), chaque tronc de cylindre trapézoïdal (2) étant configuré pour pivoter autour de l'organe interne de maintien (4), l'organe interne de maintien (4) présentant des moyens de pilotage angulaire permettant de commander la rotation de chaque tronc de cylindre trapézoïdal (2). 2. Bras de robot (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe interne de maintien (4) comprend un câble (6) relié à des moyens de tension du câble (6), la tension du câble (6) permettant d'exercer un effort de compression sur le bras de robot (1). 3. Bras de robot (1) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de pilotage angulaire comprennent au moins une roue dentée (86) adaptée pour coopérer avec une couronne dentée (28) positionnée dans un tronc de cylindre trapézoïdal (2) correspondant. 4. Bras de robot (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de pilotage angulaire comprennent au moins un moteur (8) présentant un stator (81) lié à l'organe interne de maintien (4) et un rotor (82) configuré pour entrainer en rotation la roue dentée (86). 5. Bras de robot (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rotor (82) présente une vis sans fin (85) configurée pour entrainer en rotation la roue dentée (86). 6. Bras de robot (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 30 rotor (82) est relié à un dispositif de réduction à engrenages configuré pour entrainer en rotation la roue dentée (86). 7. Bras de robot (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe interne de maintien (4) comprend une pluralité de segments (41) 35 articulés les uns par rapport aux autres. 3040145 8 8. Bras de robot (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe interne de maintien (4) comprend plusieurs joints de cardan (42) positionnés chacun entre deux segments (41) pour permettre l'articulation des segments (41) les uns par rapport aux autres. 9. Bras de robot (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de roulement positionnés entre chaque tronc de cylindre trapézoïdal (2), pour permettre la rotation des troncs de cylindre trapézoïdaux les uns par rapport aux autres. 10. Bras de robot (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de roulement comprennent au moins une bille (5). 11. Bras de robot (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les 15 moyens de roulement comprennent au moins un rouleau cylindrique. 12. Bras de robot (1) selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de mesure d'effort relié au câble (6) configuré pour mesurer un effort mécanique appliqué au câble . 20 5 10