Brevet FR3085125A1 — publié le 20200228

PINCE DE PREHENSION POUR UNE COMMANDE PAR UN ROBOT La présente invention concerne une pince à fermeture automatique, 5 manipulable en particulier par un robot, notamment pour les milieux sous-marins. Certains travaux dans des milieux marins à des grandes profondeurs sont réalisés par des robots immergés opérationnels commandés à distance, appelés en langue anglaise « Remote Operative Vehicule », ou « ROV » en abrégé, permettant de descendre à certaines profondeurs sans engager de personnel ce 10 qui améliore la sécurité et réduit les coûts. Un type d'opération couramment réalisé à une grande profondeur, consiste à fixer un élément flottant, comme une conduite en matière plastique, en particulier en polyéthylène haute densité « PEND », à un ouvrage industriel sous-marin fixe pour établir ou réparer son arrimage à cet ouvrage. 15 Pour cela on utilise de manière connue un système d'attache comprenant d'un côté un mousqueton fixé par le robot sur l'ouvrage industriel, qui est relié par des sangles à une pince commandée aussi par le robot, comprenant deux mâchoires venant se fermer autour de l'élément flottant, et des doigts de verrouillage permettant d'assurer cette position fermée afin de conserver 20 l'arrimage. Ce type de pince pose des problèmes de conception pour proposer à la fois une facilité de manoeuvre par le robot, une assurance de verrouillage, et une simplicité de fabrication permettant de limiter les coûts. En particulier il faut réaliser avec le robot un premier mouvement d'engagement des mâchoires 25 autour de l'élément flottant, puis un deuxième mouvement de fermeture des mâchoires, ce qui est long et compliqué à réaliser, notamment dans des conditions de courants profonds et de houle de surface variables. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. 30 Elle propose à cet effet une pince de préhension comprenant un corps équipé de deux mâchoires articulées disposées dans un plan principal de chaque côté d'un axe de symétrie, présentant des formes courbes qui dans une 2 position ouverte encadrent une zone de préhension, et dans une position fermée comportent des extrémités avant se rejoignant afin de former du côté avant du corps un contour fermé pouvant enserrer une pièce dans la zone de préhension, cette pince étant remarquable en ce que le corps comporte un piston coulissant suivant l'axe principal, comprenant dans la direction avant une extrémité d'appui dépassant dans la zone de préhension, qui lors d'un appui sur la pièce se trouvant dans cette zone recule en faisant basculer les mâchoires de la position ouverte vers la position fermée. Un avantage de cette pince de préhension est que de manière simple et automatique, avec un seul mouvement de la pince manipulée par un robot, lors d'une entrée de la pièce dans la zone de préhension, en appliquant sur la pièce un appui de l'extrémité du piston se trouvant au fond de cette zone, on obtient automatiquement un basculement des deux mâchoires qui se ferment en formant un contour fermé enserrant cette pièce. La pièce se trouve maintenue sans autre manipulation que l'approche de la pince sur cette pièce, le robot est simple à commander. On peut en particulier enserrer un conduit flottant à une profondeur importante, pour le maintenir par une sangle présentant une extrémité attachée à un ouvrage fixe. La pince de préhension selon l'invention peut de plus comporter une ou 20 plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les deux mâchoires comportent des extrémités arrière reliées entre elles par un même pivot transversal lié au piston. Avantageusement, la pince comporte un mécanisme de déclenchement à ressorts, qui au-delà d'une certaine position vers la fermeture des mâchoires 25 entraîne le mouvement complet de fermeture de ces mâchoires. Dans ce cas, en particulier le mécanisme de déclenchement peut comporter deux biellettes reliées par un pivot central au piston, disposées symétriquement par rapport à l'axe principal, formant un angle entre elles inférieur à 30°, recevant chacune un ressort de compression qui est d'abord 30 comprimé puis détendu lors d'un recul de ce piston. Avantageusement, le corps et les mâchoires sont formés par des plaques en matière plastique encadrées par des tôles métalliques. Avantageusement, la pince comporte une mâchoire mâle comprenant une plaque mâle d'extrémité avant qui lors de la fermeture de la pince s'ajuste dans une fourche disposée à l'extrémité avant de l'autre mâchoire femelle. Dans ce cas, avantageusement la plaque mâle et la fourche comportent sur 5 une mâchoire des dentures s'ajustant dans des creux de l'autre mâchoire lors de la fermeture de la pince. Dans ce cas, avantageusement la fourche comporte un chanfrein d'entrée guidant la plaque mâle lors de son entrée dans cette fourche. Avantageusement, la pince comporte à l'extrémité avant d'une mâchoire 10 des goupilles transversales, qui dans la position de fermeture coulissent pour s'ajuster dans des perçages de l'autre mâchoire. Avantageusement, la pince comporte des blocs de flottaison. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre 15 d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues de face d'une pince de préhension selon l'invention, présentée successivement ouverte et fermée ; - la figure 3 est une vue en perspective de cette pince ; - la figure 4 est une vue éclatée de la mâchoire mâle de cette pince ; - la figure 5 est un schéma présentant la cinématique de fonctionnement de cette pince ; - la figure 6 présente un système de double vérins à ressort du corps de cette pince ; et - la figure 7 présente un système d'attache comprenant cette pince. Les figures 1, 2, 3 et 4 présentent une pince comprenant un corps 2 disposant d'un axe principal de symétrie A, recevant de chaque côté dans un plan principal une mâchoire articulée 4, 8, comportant une partie arrière reliée à ce corps suivant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe principal. Les mâchoires 4, 8 tournées vers une direction avant de l'axe principal A, indiquée 30 par la flèche AV, encadrent une zone de préhension placée entre ces mâchoires. Le corps 2 comporte un piston 12 coulissant suivant l'axe principal A, comprenant une extrémité avant d'appui 14 dépassant dans la zone de 4 préhension quand la pince est ouverte. Les mâchoires 4, 8 comportent chacune à leur extrémité arrière un perçage recevant un pivot transversal commun 18, fixé sur le piston 12 suivant l'axe principal A pour permettre le mouvement simultané de ces deux mâchoires. 5 Le corps 2 comporte un appendice de préhension 16 dépassant sur le dessus de ce corps, dans la direction perpendiculaire au plan principal, comprenant une forme de préhension en « T » 26 disposée parallèlement au plan principal dans une ouverture de l'appendice, réalisée par deux axes se croisant, qui constitue un point de préhension prévu pour être saisi par un robot. 10 Lorsque la pince manipulée par un robot est déplacée pour rentrer une pièce 20 dans la zone de préhension entre les deux mâchoires 4, 8, par exemple un conduit circulaire, en poussant vers l'avant cette pince la pièce appui sur l'extrémité d'appui 14 du piston 12 qui recule. Après un certain recul du piston 12, un mécanisme de déclenchement à ressorts disposé dans le corps 2, 15 provoque le basculement des mâchoires 4, 8 qui se referment sur la pièce 20. On obtient une fermeture très simple et rapide de la pince par un unique mouvement du robot, qui pousse axialement cette pince vers la pièce à saisir 20. La pince ne peut se fermer que si la pièce 20 est présente, et engagée au fond de la zone de préhension ce qui garantit sa prise. On évite ainsi de faire 20 plusieurs mouvements différents au robot pour effectuer la préhension de la pièce 20. L'extrémité d'une mâchoire mâle 4 comporte une plaque mâle 6 disposée dans le plan principal, l'extrémité de l'autre mâchoire femelle 8 comporte une fourche 10 présentant deux plaques espacées qui reçoit à l'intérieur la plaque 25 mâle. La mâchoire femelle 8 comporte au niveau de sa fourche d'extrémité 10 deux goupilles coulissantes de verrouillage disposées transversalement, comprenant une goupille longue 24 et une copie courte 22. Après la fermeture de la pince, le robot en pressant sur au moins une des goupilles coulissantes 22, 24 insère l'extrémité de cette goupille dans un perçage 26 de la plaque mâle 6 de la mâchoire mâle 4, ce qui verrouille complètement la fermeture de la pince en empêchant un écartement inopiné de ces mâchoires. On obtient une pince fermée présentant les extrémités des deux mâchoires 4, 8 emboîtées l'une dans l'autre grâce à la fourche 10 recevant la plaque mâle d'extrémité 6, ce qui avec le verrouillage des goupilles 22, 24 donne à cette fermeture une résistance élevée. La pièce 20 disposée à l'intérieur ne peut être 5 lâchée sans la manoeuvre des goupilles 22, 24 qui sont engagées, on obtient un maintien très sécurisé. La mâchoire mâle 4 présentée en détail figure 4, comporte un bras 30 disposé dans le plan principal, formé par une plaque de matière plastique polyéthylène à haute densité, en abrégé « PEHD », encadrée par deux tôles 10 métalliques minces réalisées en acier inoxydable de manière à constituer un sandwich présentant à la fois une légèreté et une résistance à la flexion élevée. La matière plastique PEHD de densité 0,95 apporte de la flottabilité à la pince. La mâchoire mâle 4 comporte dans une partie centrale, de chaque côté deux blocs de flottaison 32 formés dans une mousse syntactique, qui sont 15 maintenus par une plaque extérieure en matière plastique 34. Quatre vis traversantes en acier inoxydable 36 serrent à la fois les deux plaques extérieures 34 et les blocs de flottaison 32 sur le bras 30 afin d'assurer un maintien de l'ensemble. Le bras mâle 30 comporte deux manilles 38 tournées vers l'extérieur de la 20 zone de préhension, comprenant chacune un axe engagé dans un perçage de ce bras, prévues pour recevoir chacune une sangle de liaison vers un mousqueton. La mâchoire femelle 8 comporte un bras 30 formé par un empilage de trois plaques en matière plastique, comprenant entre elles et sur les faces extérieures 25 une tôle métallique mince. La plaque en matière plastique centrale 50 présente une extrémité avant raccourcie, ce qui laisse à cette extrémité un espace entre les deux plaques de côté 52 qui forme la fourche 10. De la même manière à l'extrémité arrière de la mâchoire femelle 8, la plaque centrale 50 présente une extrémité arrière plus courte pour former une 30 chape recevant l'extrémité arrière de la mâchoire mâle 4, afin de former un montage en chape recevant le pivot transversal 18 liant ces deux mâchoires. 6 La plaque mâle d'extrémité 6 de la mâchoire mâle 4 comporte sur sa tôle de chaque côté des dentures 66 qui s'ajustent automatiquement lors de la fermeture de la pince dans des creux correspondants formés sur les tôles à l'intérieur de la fourche 10 de la mâchoire femelle 8, afin d'assurer un certain 5 accrochage de ces deux mâchoires lorsque la pince se referme. L'extrémité de la fourche 10 de la mâchoire femelle 8 comporte de chaque côté dans la direction perpendiculaire au plan principal une pente 64 tournée vers l'extérieur, formant un grand chanfrein d'entrée facilitant l'insertion de la partie mâle 6 dans cette fourche lorsque la pince se referme. 10 Chaque mâchoire 4, 8 comporte vers l'avant une tige transversale de grande longueur 40 en acier inoxydable, disposée au début de la plaque mâle 6 ou de la fourche 10, ces deux tiges dépassant largement sur les côtés des mâchoires, facilitant la préhension de ces mâchoires par le robot, notamment quand il faut ouvrir la pince. 15 Chaque mâchoire 4, 8 comporte à l'intérieur des bandes d'élastomère en nitrile 68, tournées vers la pièce à saisir 20 afin en assurant un jeu avec cette pièce d'éviter des contacts agressifs qui marqueraient la pièce. Le corps 2 comporte trois plaques intérieures superposées 54, présentant des découpes pour laisser passer les extrémités arrière des mâchoires 4, 8 qui 20 manoeuvrent. Le corps 2 reçoit de chaque côté une plaque extérieure en matière plastique 56 puis une tôle métallique extérieure 58 couvrant l'ensemble de ce corps, afin de lui donner une forte résistance. Un côté du corps 2 reçoit l'appendice de préhension 16 formé par un bloc de flottaison 60, puis par trois plaques en matière plastique 16 comportant une 25 découpe centrale recevant la forme de préhension 26. L'ensemble est relié au corps 2 par des vis transversales 62. Les figures 5 et 6 présentent l'intérieur du corps 2 comprenant de chaque côté de manière symétrique par rapport à l'axe principal A, dans ses plaques intérieures superposées 54 un bossage inférieure 70 et un bossage supérieur 30 72 recevant entre eux la partie arrière d'une mâchoire 4, 8. 7 Le piston 12 ainsi que le pivot transversal 18 fixé à ce piston, comporte une position avant B correspondant à une ouverture de la pince et une position arrière C correspondant à sa fermeture. Un système de vérin disposé symétriquement par rapport à l'axe principal 5 A, comporte deux biellettes 74 formant un petit angle entre elles inférieur à 30°, reliées par un pivot central 78 au piston 12 de manière à suivre son coulissement axial. L'extrémité extérieure de chaque biellette 74 comporte une fente longitudinale 86 recevant un axe de guidage 80 qui est fixée au corps 2. Une 10 bague 82 entourant la biellette, traversée transversalement par l'axe 80, forme une butée extérieure d'un ressort hélicoïdal de compression 76 qui est en appui du côté intérieur sur un épaulement 84 de la biellette 74. De cette manière chaque biellette 74 peut coulisser axialement par rapport au corps 2 en comprimant le ressort 76, l'axe de guidage 80 coulissant dans la fente 15 longitudinale 86. Dans la position ouverte de la pince le piston 12 et le pivot central 78 sont vers l'avant, les deux ressorts de compression 76 étant détendus. Lorsque la pièce à saisir 20 presse sur l'extrémité d'appui 14 du piston 12, ce piston recule en entraînant le pivot central 78 vers l'arrière et en comprimant les ressorts 76. 20 Après un mouvement suffisant du piston 12 qui dispose les biellettes 74 au- delà de la position alignée transversalement, les ressorts 76 tendant à se détendre font reculer ce piston en entraînant une fermeture automatique des mâchoires 4, 8. On obtient alors une fermeture complète des mâchoires 4, 8, qui arrivent chacune en bout de course vers l'avant poussées par les ressorts 76. 25 La figure 7 présente un système d'attache comprenant deux sangles 90 fixées chacune à la pince par une manille 38, reliées à l'autre extrémité à un mousqueton 92 présentant une ouverture 94 fermée par un clip élastique 96 formé par un fil métallique, qui permet seulement l'entrée d'une pièce fixe 98 et empêche sa sortie. 30 Le mousqueton 92 est attaché de manière simple et rapide par le robot à un élément fixe dans l'eau, par un simple mouvement d'introduction de la pièce fixe 98 dans son ouverture 94. 8 Avantageusement toutes les parties métalliques de la pince et du mousqueton 92 sont réalisées en acier inoxydable, les vis en acier inoxydable et en titane, et les pièces en matière plastique dans une matière résistant à l'eau de mer, ce qui assure le fonctionnement et la longévité du système d'attache. REVENDICATIONS1 - Pince de préhension comprenant un corps (2) équipé de deux mâchoires articulées (4, 8) disposées dans un plan principal de chaque côté d'un 5 axe de symétrie (A), présentant des formes courbes qui dans une position ouverte encadrent une zone de préhension, et dans une position fermée comportent des extrémités avant (6, 10) se rejoignant afin de former du côté avant du corps (2) un contour fermé pouvant enserrer une pièce (20) dans la zone de préhension, caractérisé en ce que le corps (2) comporte un piston (12) 10 coulissant suivant l'axe principal (A), comprenant dans la direction avant une extrémité d'appui (14) dépassant dans la zone de préhension, qui lors d'un appui sur la pièce (20) se trouvant dans cette zone recule en faisant basculer les mâchoires (4, 8) de la position ouverte vers la position fermée. 2 - Pince selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux 15 mâchoires (4, 8) comportent des extrémités arrière reliées entre elles par un même pivot transversal (18) lié au piston (12). 3 - Pince selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un mécanisme de déclenchement à ressorts, qui au-delà d'une certaine position vers la fermeture des mâchoires (4, 8) entraîne le mouvement complet de 20 fermeture de ces mâchoires (4, 8). 4 - Pince selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le mécanisme de déclenchement comporte deux biellettes (74) reliées par un pivot central (78) au piston (12), disposées symétriquement par rapport à l'axe principal (A), formant un angle entre elles inférieur à 30°, recevant chacune un 25 ressort de compression (76) qui est d'abord comprimé puis détendu lors d'un recul de ce piston (12). - Pince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (2) et les mâchoires (4, 8) sont formés par des plaques en matière plastique (54, 56) encadrées par des tôles métalliques. 30 6 - Pince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une mâchoire mâle (4) comprenant une plaque mâle d'extrémité avant (6) qui lors de la fermeture de la pince s'ajuste dans une fourche (10) disposée à l'extrémité avant de l'autre mâchoire femelle (8). 7 - Pince selon la revendication 6, caractérisée en ce que la plaque mâle (6) et la fourche (10) comportent sur une mâchoire (4) des dentures (66) 5 s'ajustant dans des creux de l'autre mâchoire (8) lors de la fermeture de la pince. 8 - Pince selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la fourche (10) comporte un chanfrein d'entrée (64) guidant la plaque mâle (6) lors de son entrée dans cette fourche (10). 9 - Pince selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisée en ce qu'elle comporte à l'extrémité avant d'une mâchoire (8) des goupilles transversales (22, 24), qui dans la position de fermeture coulissent pour s'ajuster dans des perçages (26) de l'autre mâchoire (4). 10 - Pince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des blocs de flottaison (32, 60).