Brevet FR3085612A1 — publié le 20200313

OUTIL DE PREHENSION ELECTROMAGNETIQUE POLYVALENT ET DEFORMABLE L'invention se situe dans le domaine des outils de préhension universels ou polyvalents en ce qu'ils peuvent s'adapter à différentes formes d'objet. L'invention concerne en particulier les outils de préhension électromagnétiques. Les outils de préhension polyvalents, ou pinces universelles, pour robot permettent d'attraper et de manipuler une grande variété d'objets de tailles et de formes différentes. Les pinces peuvent être de genre actif ou passif. Une pince universelle de genre actif va montrer une forme anthropomorphique avec une pluralité de doigts et est destinée à imiter le fonctionnement d'une main humaine. Ce genre de pince est très coûteux notamment dans sa conception et requiert une programmation complexe, ce qui limite ses possibilités d'utilisation. Les outils de genre passif sont plus simples dans leur utilisation. Ils peuvent être de plusieurs types et comprennent, par exemple, les outils à aspiration. Néanmoins, ces derniers ne sont pas adaptés à la saisie et à la manipulation de produits perforés, montrant des ajours. D'autres types d'outils passifs comprennent des composants qui vont passivement se conformer à la forme de chaque objet qu'ils ont à manipuler. Ils sont plus simples d'utilisation et demandent moins de programmation préalable. Ils sont aussi plus adaptables à leur environnement. Néanmoins, certains outils passifs présentent une variété de petits composants télescopiques qui vont coulisser pour se conformer à la forme de l'objet à saisir, et qui sont difficiles à remplacer lorsqu'ils sont endommagés. C'est pourquoi, des outils de préhension polyvalents avec des matériaux déformables ont été imaginés. De tels outils permettent d'abaisser le seuil de préhension et donc d'augmenter l'efficacité des préhenseurs. Dans un exemple, des poches remplies de matériau granulaire ont été placées sur les surfaces de préhension. Le matériau granulaire se durcit sous vide. Lorsqu'il est ramené à la pression atmosphérique, l'objet est libéré. Malheureusement, il y a souvent besoin de réinitialiser l'outil en le malaxant pour le ramener à un état neutre sinon sa capacité de préhension se trouve dégradée. Le document W02015/123128 propose une telle pince, ou outil de préhension, placée sur le bras d'un robot et formée d'une tête comprenant une membrane imperméable flexible. La tête comprend un matériau pouvant être granulaire qui peut s'écouler à pression atmosphérique de manière à épouser la forme de la pièce à saisir. La pince fonctionne comme suit : la tête est couplée à sa base et positionnée au-dessus d'un objet à saisir. La tête est descendue sur l'objet de manière à adopter la forme de l'objet. Un vide est créé dans la tête, durcissant ainsi 2 le matériau granulaire dans la membrane et permettant la saisie de l'objet. Une fois l'objet déplacé, il est relâché en créant une pression positive dans la membrane, ce qui refluidifie le matériau granulaire. Le document W02015/006613 propose également une telle pince, ou outil de préhension, 5 comprenant une membrane imperméable, flexible, contenant un matériau granulaire et des moyens de mise sous vide pour durcir le matériau granulaire. La pince présentée comprend en outre des moyens vibratoires pour fluidiser à nouveau le matériau granulaire après utilisation. Le document W02011/130475 propose d'utiliser un matériau granulaire comprenant entre 10 autres des particules solides et de générer de telles vibrations, par exemple, par un actionneur électromagnétique. Le document W02012/053416 propose une pince formée d'une pluralité de griffes chacune présentant une partie de préhension sous forme d'un sac rempli d'un matériau granulaire qui va prendre la forme de la pièce à transporter. Ce document propose donc de multiplier les 15 contacts avec une pièce à saisir. Le document W02014/155279 propose une pince mécanique pouvant être déplacée entre plusieurs positions de préhension d'un objet, et un actionneur électromagnétique comprenant un matériau élastomère magnétorhéologique. Ces matériaux élastomères magnétorhéologiques sont faits en une matrice polymère qui comprend des particules 20 ferromagnétiques de type fer de carbonyle. Le matériau élastomère magnétorhéologique peut prendre différentes formes en fonction de la force du champ magnétique qui lui est appliqué, chaque forme correspondant à une position de préhension de la pince. Ces solutions sont intéressantes mais encore insuffisantes dans le cadre d'une manipulation et d'un transport d'objets plats ou galbés tels que des panneaux de carrosserie ou de structure 25 automobile. En particulier, il serait intéressant de pouvoir améliorer la préhension d'objets montrant une forme galbée ou plane et/ou d'objets perforés montrant au moins un ajour au niveau de la zone utilisée pour la préhension. L'invention a pour objectif de proposer une solution à au moins un problème ou inconvénient rencontré dans l'art antérieur. A cet effet et selon un premier aspect, l'invention a pour objet un outil de préhension polyvalent 30 comprenant une tête présentant une membrane déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire, l'outil de préhension comprenant en outre une base reliée à ladite tête par les bords de sa membrane, l'outil de préhension étant remarquable en ce que le matériau granulaire comprend ou est un matériau ferromagnétique, et en ce que la base comprend un 3 électroaimant apte à produire un champ magnétique lorsqu'il est alimenté en courant électrique. Comme on l'aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée, l'invention propose de saisir un objet non pas par un effet ventouse ou d'aspiration ou encore par une 5 mâchoire, mais par l'action de forces magnétiques. La saisie et le relâchement de l'objet à saisir se font par l'activation et la désactivation d'un électroaimant porté par la base. L'invention propose un outil montrant une tête déformable apte à épouser la forme d'un objet sur lequel il est placé. L'invention propose un outil de préhension formé par un électroaimant souple. L'outil de préhension selon l'invention est adapté, entre autres à la saisie d'éléments 10 de tôle plats ou galbés. En particulier, l'outil de préhension selon l'invention est adapté à la saisie d'éléments perforés montrant au moins un ajour au niveau de la zone utilisée pour la préhension. On notera que dans sa définition la plus simple, l'outil de préhension selon l'invention ne nécessite pas la mise en oeuvre de moyens pneumatiques. La saisie de l'objet se fait uniquement par impulsion d'énergie électrique à l'électroaimant. 15 Selon un mode de réalisation préféré, le matériau granulaire se présente sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse. Cette configuration est avantageuse en ce qu'elle limite la masse totale montrée par l'outil de préhension. Eventuellement, la tête présente une forme générale sphérique. Cette configuration permet de saisir un objet selon différentes directions. 20 Selon un mode de réalisation préféré, la membrane est une membrane plastique souple dans laquelle a été incorporé un matériau ferromagnétique. Cette configuration est avantageuse en ce qu'elle permet d'éviter une perte trop importante de force magnétique. De préférence, le matériau plastique est choisi parmi un silicone, un polyuréthane, un caoutchouc butyle, un caoutchouc à base de polychloroprène, un terpolymère d'éthylène de propylène et d'un diène 25 (EPDM), un élastomère thermoplastique (TPE), ou un latex. De préférence encore, le matériau plastique présente des propriétés élastiques. De manière avantageuse, la tête contient en outre un fluide d'amortissement. Idéalement, la tête contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire, le reste étant le fluide d'amortissement, de préférence de 50 à 80 % en volume. La présence d'un fluide 30 d'amortissement permet d'amortir le choc résultant de la mise en contact de la tête de l'outil avec la tôle et donc d'éviter d'endommager la surface de la tôle. Idéalement, lorsque la tête contient un fluide d'amortissement, la base comprend des moyens de connexion à une pompe fluidique ou comprend une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement. Cette configuration est avantageuse en ce 4 qu'elle permet, d'une part, d'ajouter plus de fluide que la normale lors de la mise en contact avec la tôle de telle sorte à gonfler la tête et augmenter sa capacité d'amortissement ; et d'autre part d'aspirer le fluide avant la mise en activation de l'électroaimant afin d'augmenter encore la dureté présentée par la tête lors de la prise et donc sa capacité à soulever de lourdes 5 charges. De manière préférentielle, l'électroaimant est circulaire. De préférence, il montre un diamètre compris entre 60 et 80 cm. De manière optionnelle, l'électroaimant est monté sur la base de manière à être au moins en partie contenu dans la tête. 10 Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un robot remarquable en ce qu'il comprend au moins un outil de préhension selon le premier aspect. Selon un troisième aspect, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un outil de préhension selon le premier aspect, remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : mise en contact de la tête dudit outil de préhension avec la surface d'un objet à saisir, 15 de manière à ce que lors de la mise en contact ladite tête se déforme pour épouser la forme de l'objet à saisir ; activation de I électroaimant de manière à rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique et à saisir l'objet par force magnétique ; déplacement de l'objet jusqu'à l'emplacement souhaité ; et 20 relâchement de l'objet par désactivation de l'électroaimant. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, la tête contient en outre un fluide d'amortissement et la base comprend, ou est reliée à, une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement dans ladite tête, et le procédé comprend une étape de refoulage dudit fluide d'amortissement dans la tête, de manière à la gonfler, avant 25 l'étape de mise en contact de la tête avec l'objet à saisir. Selon une autre mise en oeuvre préférée pouvant être complémentaire ou alternative de la précédente, la tête comprend en outre un fluide d'amortissement et la base comprend, ou est reliée à, une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement dans ladite tête, et le procédé comprend une étape d'aspiration de tout ou partie du fluide 30 d'amortissement après l'étape de mise en contact de la tête avec l'objet à saisir et avant l'étape d'activation de l'électroaimant. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit donnée à titre d'exemple et en référence à la planche de dessins annexées selon laquelle : 5 - La figure 1 montre schématiquement un outil de préhension selon l'invention tel que vu en coupe. - Les figures 2a et 2b illustrent la prise d'un objet par un outil selon l'invention. Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n'est pas 5 limitatif en ce qu'il autorise la présence d'autres éléments dans l'outil ou le robot auquel il fait référence, ou d'autres étapes dans le procédé. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ». Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. L'outil de préhension et son procédé de mise en oeuvre seront décrits conjointement. On se 10 référera en premier lieu à la figure 1 montrant une vue en coupe schématique d'un outil de préhension 1 selon l'invention. L'outil 1 est un outil de préhension polyvalent comprenant une tête 3 dotée d'une membrane 5 déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire 7. La membrane 5 définit un volume donné comme étant un volume initial en dehors de toute déformation de ladite tête 3 par aspiration ou refoulement de fluide. L'outil 1 15 comprend en outre une base 9 reliée à ladite tête 3 par sa membrane 5. Selon l'invention, le matériau granulaire 7 comprend, ou est un matériau ferromagnétique et la base comprend un électroaimant 11 apte à produire un champ magnétique lorsqu'il est alimenté en courant électrique. De manière préférentielle, l'électroaimant est circulaire. De préférence, il montre un diamètre 20 compris entre 50 et 90 cm, de préférence entre 60 et 80 cm. L'homme du métier adaptera sans peine la taille de l'électroaimant utilisé à la force magnétique recherchée. Selon une mise en oeuvre préférée, la tête 3 présente une forme générale sphérique. Cette configuration permet de saisir un objet selon différentes directions. Eventuellement, elle peut se présenter sous une forme de cylindre montrant une extrémité libre hémisphérique. 25 Dans l'exemple de réalisation illustré en figure 1, l'électroaimant 11 est confiné dans la base 9 et ne pénètre pas dans la tête 3. Néanmoins, une configuration dans laquelle l'électroaimant est monté sur la base de manière à être au moins en partie contenu dans la tête est envisageable par l'homme du métier. Quelle que soit la forme de la tête 3, lorsqu'elle est à l'état libre, c'est-à-dire lorsque 30 l'électroaimant n'est pas alimenté en énergie électrique, la tête 3 va s'adapter à la forme de l'objet à saisir en ce qu'il va en épouser la forme. Lorsque l'électroaimant 11 est alimenté électriquement (en d'autres termes lorsqu'il est activé), le matériau granulaire 7 ferromagnétique est attiré par le champ magnétique créé et se fige en masse dans sa position. L'objet 19 peut donc être saisi avec l'outil de préhension, situé par exemple sur le bras d'un 6 robot 17 (comme illustré en figure 2a et 2b) ou sur un préhenseur. A cette fin, l'outil 1 comprendra préférentiellement une interface de connexion 13 (illustrée en figure 1) à une main de robot. Pour libérer l'objet, l'alimentation électrique de l'électroaimant est coupée, et donc l'action du champ magnétique. Les grains sont libérés et la membrane retrouve son état 5 déformable. L'outil de préhension est prêt à saisir un nouvel objet. Selon un mode de réalisation préféré, la membrane 5 est une membrane plastique souple. La membrane 5 plastique souple est préférentiellement constituée d'un matériau plastique souple choisi parmi un silicone, un polyuréthane, un caoutchouc butyle, un caoutchouc à base de polychloroprène, un terpolymère d'éthylène de propylène et d'un diène (EPDM), un 10 élastomère thermoplastique (TPE), ou un latex. Tout autre matériau plastique souple ou synthétique peut être envisagé par l'homme du métier. De préférence, le matériau plastique choisi montre des propriétés élastiques. Selon un mode de réalisation préféré, la membrane 5 utilisée est une membrane plastique souple dans laquelle a été incorporé un matériau ferromagnétique, par exemple de l'acier 15 magnétique. L'incorporation de ce matériau peut se faire dans la totalité de la membrane ou sur une partie de la membrane seulement. Dans l'exemple de réalisation illustré en figure 1, le matériau plastique formant la membrane n'est chargé en matériau ferromagnétique que localement. Lorsque seule une zone 15 de la membrane comprend un matériau ferromagnétique, cette zone 15 est préférablement choisie à l'avant de la tête. Les 20 membranes en matériau plastique comprenant une charge en matériau ferromagnétique sont connues de l'homme du métier. Il y est, par exemple, fait référence dans le document EP1041589. La membrane 5 ou la zone 15 de la membrane comprenant un matériau ferromagnétique va se figer de la même façon que le matériau granulaire 7 sous l'action du champ magnétique. 25 Le matériau ferromagnétique peut être mélangé avec un matériau granulaire non ferromagnétique, par exemple du riz, des billes de plastique, etc. dans une optique d'allègement de la masse totale de l'outil. Lorsque le matériau granulaire est un matériau mélangé, l'homme du métier prendra soin à ce que le matériau ferromagnétique soit majoritaire, par exemple que le matériau ferromagnétique comprenne plus de 75 % en 30 volume, de préférence plus de 80 % en volume et de préférence encore plus de 90 % en volume du matériau granulaire total. L'homme du métier prendra également soin à ce que la taille des particules du matériau non ferromagnétique soit au moins égale à la taille des particules de matériau ferromagnétique. Néanmoins, dans un mode de réalisation préféré, le matériau granulaire est intégralement constitué d'un matériau ferromagnétique. La configuration dans laquelle tout le matériau contenu dans la tête est ferromagnétique est celle 7 assurant une meilleure efficacité de transmission de la force magnétique. En effet, un allègement de la masse totale est préférentiellement obtenu par l'emploi d'un matériau granulaire ferromagnétique se présentant sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse. Une limitation de la masse du matériau granulaire est intéressante en ce qu'elle limite les 5 risques de déformation de la membrane à son état libre sans avoir à augmenter de manière trop importante l'épaisseur de celle-ci. L'emploi d'un matériau granulaire permet en outre de diminuer la masse totale présentée par l'outil 1 et permet donc de faciliter son utilisation. Idéalement, ladite masse totale est inférieure à 2 kg ; de préférence inférieure à 1,8 kg, et de préférence encore inférieure à 1,5 kg. 10 De manière avantageuse, la tête 3 contient en outre un fluide d'amortissement. Le fluide d'amortissement est préférentiellement de l'air. Idéalement, la tète 3 contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire par rapport au volume initial de la tête 3, le reste étant le fluide d'amortissement, de préférence de 50 à 80 % en volume. La présence d'un fluide d'amortissement facilite la déformation de la tête 3 et permet d'amortir le choc résultant de la 15 mise en contact de la tête 3 de l'outil de préhension avec l'objet (par exemple une tôle) et donc d'éviter d'endommager la surface dudit objet. Eventuellement, comme illustré en figure 1, lorsque la tête 3 contient un fluide d'amortissement, la base 9 comprend ou est reliée à une pompe fluidique 21 configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement. 20 Préférentiellement, le procédé de mise en oeuvre comprend en outre une étape de refoulage dudit fluide d'amortissement, de manière à gonfler temporairement la tête 3, avant l'étape de sa mise en contact avec l'objet à saisir. Cette étape sera mise en oeuvre dans les cas où un soin particulier doit être donné pour ne pas endommager la surface de l'objet à saisir. De manière plus préférentielle, le procédé comprend une étape d'aspiration du fluide 25 d'amortissement après l'étape de mise en contact de la tête de l'outil de préhension avec l'objet à saisir et avant l'étape d'activation de l'électroaimant. REVENDICATIONS1. Outil de préhension (1) polyvalent comprenant une tête (3) présentant une membrane (5) déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire (7), l'outil de préhension (1) comprenant en outre une base (9) reliée à ladite tête (3) par les bords de sa membrane (5), l'outil de préhension (1) étant caractérisé en ce que le matériau granulaire (7) comprend ou est un matériau ferromagnétique, et en ce que la base (9) comprend un électroaimant (11) apte à produire un champ magnétique lorsqu'il est alimenté en courant électrique. Outil de préhension (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau granulaire (7) se présente sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse ; et/ou la tête (3) présente une forme générale sphérique. Outil de préhension (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la membrane (5) est une membrane plastique souple dans laquelle a été incorporé un matériau ferromagnétique ; de préférence le matériau plastique est choisi parmi un silicone, un polyuréthane, un caoutchouc butyle, un caoutchouc à base de polychloroprène, un terpolymère d'éthylène de propylène et d'un diène (EPDM), un élastomère thermoplastique (TPE), ou un latex. Outil de préhension (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tête (3) contient en outre un fluide d'amortissement ; de préférence la tête (3) contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire, le reste étant le fluide d'amortissement. Outil de préhension (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base (9) comprend des moyens de connexion à une pompe fluidique {21) ou comprend une pompe fluidique (21) configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement. Outil de préhension (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'électroaimant (11) est monté sur la base (9) de manière à être au moins en partie contenu dans la tête (3). Robot caractérisé en ce qu'il comprend au moins un outil de préhension selon l'une 35 des revendications 1 à 6.2. 3. 20 4. 25 5. 30 6. 7. 9 8. Procédé de mise en oeuvre d'un outil de préhension (1) selon l'une des revendications 1 à 6, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en contact de la tête (3) dudit outil de préhension (1) avec la surface d'un objet (19) à saisir, de manière à ce que lors de la mise en contact ladite tête (3) se 5 déforme pour épouser la forme de l'objet (19) à saisir - activation de l'électroaimant (11) de manière à rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique (7) et à saisir l'objet (19) par force magnétique ; - déplacement de l'objet (19) jusqu'à l'emplacement souhaité ; et relâchement de l'objet (19) par désactivation de l'électroaimant (11). 10 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tête (3) contient en outre un fluide d'amortissement et la base (9) comprend, ou est reliée à une pompe fluidique (21) configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement dans ladite tête (3), et en ce que le procédé comprend une étape de refoulage dudit fluide 15 d'amortissement dans la tête (3), de manière à la gonfler, avant l'étape de mise en contact de la tête (3) avec l'objet (19) à saisir. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la tête (3) contient en outre un fluide d'amortissement et la base (9) comprend, ou est reliée à une pompe fluidique (21) configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d'amortissement dans ladite tête (3), et en ce que le procédé comprend une étape d'aspiration de tout ou partie du fluide d'amortissement présent dans la tête (3) après l'étape de mise en contact de la tête avec l'objet (19) à saisir et avant l'étape d'activation de l'électroaimant.25