Brevet FR3086361A1 — publié le 20200327

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des actionneurs et plus particulièrement le domaine des actionneurs compre- s nant un élément de transmission réalisant une boucle con- tinue ou non. APRiERE PLAN DE L'INVENTION Il est connu des actionneurs comprenant une unité do motorisation pour mettre en mouvement une vis et un 10 écrou coopérant avec la vis pour être déplacé le long de la vis sous l'effet de la rotation de la vis. Un tel actionneur comprend également une boucle de câble comprenant un premier brin de câble comprenant une première extrémité solidaire de l'écrou et une deuxième extrémité 15 solidaire d'une première poulie, ce premier brin de câble est généralement appelé branche courte de l'actionneur. La boucle de câble comprend également un deuxième brin de câble comprenant une première extrémité solidaire de l'écrou et une deuxième extrémité fonctionnellement re- 20 née à la première poulie, le deuxième câble coopérant avec une deuxième poulie. Ce deuxième brin de câble est généralement appelé branche longue de l'actionneur. La première poulie est classiquement reliée à un élément que l'on souhaite actionner en rotation. 25 Dans le but d'améliorer la linéarité de la loi de raideur de l'actionneur, on réalise fréquemment une pré-charge de chaque branche de la boucle de câble. Cette précharge doit être réglée périodiquement. Au cours des opérations de réglage de la précharge, les paliers des 30 première et deuxième poulies subissent des efforts impor- tants qui impactent lourdement leur dimensionnement Faute d'une maintenance régulière de la précharge, les actionneurs existants sont très faiblement préchargés et ont dés performances faibles en termes de rigidité articulaire, de: linéarité et/ou dc puissance transmise. Al-- a ternativement, pour pouvoir supporter des précharges ira- portantes, les paliers des actionneurs sont sardimensionnés et deviennent alors coûteux, volumineux et pesants, ce qui pose des problèmes d'intégration dans les mécanismes dans lesquels de tels actionneurs sont utilisés 10 comice les exosquelettes. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet d'améliorer la compacité et le poids d'un actionneur à câble préchargé. RESUME DE L'INVENTION 15 A cet effet, on prévoit un actionneur comprenant une unité de motorisation pour mettre en mouvement un élément menant, un élément mené coopérant avec l'élément menant pour être déplacé sous l'effet du mouvement de l'élément mené, un premier élément de transmission con- 20 prenant une première extrémité solidaire de l'élément me- né et une deuxième extrémité solidaire d'une première poulie. L'actionneur comprend également un deuxième élément de transmission comprenant une première extrémité solidaire de L'élément mené et une deuxième extrémité 25 fonctionnellement reliée à la première poulie, le deu- xième élément de transmission coopérant avec une deuxième poulie. Selon l'invention, le deuxième élément de transmission est agencé de manière à ce que le rapport entre la raideur du premier élément de transmission et la rai- 30 deur du deuxième élément de transmission soit compris entre 1 et 2.8. L'inventeur a découvert qu'une diminution notable des efforts repris par les paliers lors des opérations de précharge est atteinte lorsque le rapport entre la raideur du premier élément de transmission et la raideur du deuxième élément de transmission est compris entre I et 2.8, permettant alors un ajustement significatif du dimensionnement des paliers. Cet ajustement permet d'obtenir un actionneur compact et économique* L'inventeur a remarqué que l'effet sur la compacité el. les coûts de fabrication de l'actionneur était encore plus marqué lorsque le rapport entre la raideur du premier élément de transmission et la raideur du deuxième élément de transmission est compris entre 1 et 2. La raideur K d'un élément de transmission corres- pond au rapport entre la force F appliquée sur cet élé- ment de transmission et la déformation x que cette force engendre sur ledit élément de transmission (K-F/x). La raideur d'un brin de câble étant proportionnelle à sa longueur (toutes choses étant égales par ailleurs : maté- riau, section, etc...), le rapport entre la raideur d'un premier brin de câble et la raideur d'un deuxième brin de câble est égal au rapport entre la longueur du premier brin et la longueur du deuxième brin. Dans le cadre de la présente demande de brevet, les éléments de transmission fonctionnent essentiellement en traction et la déforma- tion, et x correspond à l'allongement longitudinal de l'élément de traction. La raideur articulaire Ka d'une articulation correspond, quant à elle au rapport entre le couple C appli- qué sur l'articulation et le déplacement angulaire e que ce couple engendre sur l'articulation Ka-=C,/ E. z] L'inventeur a découvert que dans le cas d'une articulation actionnée par un vérin à câble, un rapport entre la raideur d'un premier élément de transmission reliant l'élément mené et la poulie d'actionnent et la raideur 5 du deuxième élément de transmission compris entre 1 et 2.8 contribue à améliorer la raideur articulaire de l'articulation tout en préservant la linéarité de la loi de raideur de l'actionneur. Avantageusement., le premier élément de transmission 1G comprend un premier câble de première section et/ou le deuxième élément de transmission comprend un deuxième câble de deuxième section. Il est possible d'utiliser des éléments do transmission réalisés dans des matériaux identiques lorsque la lb deuxième section est supérieure à la première section. Il est possible de conserver un rayon faible pour la deuxième poulie lorsque le deuxième élément de transmission comprend un troisième et un quatrième élément de transmission s'étendant parallèlement l'un à l'autre. La 20 conception d'un tel actionneur est simplifiée lorsque le troisième et/ou le quatrième élément de transmission comprennent un câble. Les effets de l'allongement du câble en charge sont réduits lorsque le deuxième élément de transmission cors- 25 prend un ruban. En effet, une telle disposition permet de réduire la longueur totale de câble dans l'actionneur et l'utilisation d'un ruban métallique ou en composite de carbone permet d'approcher un module de Young apparent jusqu'à quatre fois supérieur à celui e'un câble. 30 Au sens de la présente demande, un ruban est une bande mince. dont l'épaisseur est faible par rapport à sa largeur (dans un rapport minimum de 5). Cette configuration permet notamment d'enrouler le ruban sur une poulie et s'en servir comme d'une courroie. Avantageusement encore, le deuxième élément de 5 transmission comprend une première portion s'étendant de- puis la première extrémité du deuxième élément de trans- mission jusqu'à la deuxième poulie, la première portion étant reliée à la deuxième Poulie, et une deuxième Portion reliée d'une part à la première poulie et d'autre 1G part à -La deuxième poulie. Il est possible d'amener le rapport entre la raideur du premier élément de transmission et la raideur du deuxième élément de transmission à des valeurs proches de 1 lorsque la première portion et/ou la deuxième portion du deuxième élément do trans- 15 mission comprend une première bielle. On obtient une bonne compacité d'un tel dispositif lorsque le deuxième élément de transmission comprend une deuxième bielle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description 20 qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles 25 - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un actionneur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un actionneur selon un deuxième mode de réalisation de 30 l'invention ; 6 - la figure 3a est une vue schématique partielle en vue de dessus d' un actionneur selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3b est une vue schématique en coupe 5 d' un actionneur selon le troisième mode de réalisation de l' invention ; - la figure 4a est une vue schématique en coupe d' un actionneur sel on un quatrième mode de réal isation de l'invention ; 10 - la figure 4b est une vue schématique en perspec- tive de l' actionneur selon le quatrième mode de réalisation de l' invention ; - la fi gure 5 est une vue schématique en coupe d' un actionneur sel on un cinquième mode de réalisation de 15 l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective de l' actionneur selon le cinquième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique en coupe d' un 20 actionneur selon un sixième mode de réalisation de 1' invention ; - la figure 8 est une vue schématique en coupe d' un actionneur selon un septième mode de réalisation de 1 ' invention . 25 DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION En référence à la figure 1, l' actionneur selon invention , généralement désigné 1, comprend un moteur annulaire 2 dont le rotor 3 est solidaire d' un écrou 4 à recircula L ion du bill es . L' actionneur 1 comprend égale- 30 ment une vis 5 tubulaire coopérant avec l' écrou 4 pour être déplacée sous l'effet d' une rotation du rotor 3 du moteur annulaire 2. Un premier élément de transmission, ici un premier brin de câble 10 comprend une première extrémité 11 reliée par une première sertissure 6 à une portion médiane 7 d'un alésage intérieur 8 de la vis 5. 5 La deuxième extrémité 12 du premier brin de câble 10 est quant à elle sertie sur la périphérie 30 d'une première poulie 31. Le premier brin de câble 10 est en acier et possède -une première section continue SI, La première poulie 31 est solidaire en rotation d'un élément à ac- 10 tionnor 100, ici un segment de jambe d'un exosquelette non représenté. Lin deuxième élément de transmission, ici un deuxième brin de câble 20 comprend une première extrémité 21 reliée par la première sertissure 6 à la portion médiane 15 7 de l'alésage intérieur 8 de la vis 5 et une deuxième extrémité 22 reliée par une deuxième sertissure 32 sur la première poulie 31, le deuxième brin de câble 20 s'enroule sur un secteur de 180 degrés sur une deuxième poulie 40. Le deuxième brin de câble 20 est en acier et 20 possède une deuxième section continue 32. La deuxième section 52 du deuxième brin de câble 20 est égale à 13mm2 et est supérieure à la première section Sl du premier brin de câble 10 qui est égale à 5mm2. La première section 51 et la deuxième section 52 ont été choisies en te- 25 nant notamment compte de la distance séparant la première poulie 31 et la deuxième poulie 40, de manière à ce que le rapport KI0/K7,1 entre la raideur K10 du premier brin de câble 10 et la raideur K21 du deuxième brin de câble 20 soit -aussi proche que possible de 1. Ici le ranport est 30 sensiblement égal à 1.15. En fonctionnement, lors d'une rotation du moteur annulaire 2, l'écrou 4 est entrainé en rotation et déplace alors la vis 5 selon une direction parallèle à l'axe longitudinal de la vis 5. La rotation de la vis 5 ost bloquée à l'aide d'un chariot 9 guidé dans des rai- 5 nures non représentées. La translation de la vis 5 est communiquée via première la sertissure 6 au premier brin de câble 10 et au deuxième brin de câble 20 qui transmettent alors l'effort du moteur annulaire 2 à la première poulie 31, et à l'élément à actionner 100. 10 Les éléments identiques ou analogues à ceux précé- demment décrits porteront une référence numérique identique dans la description qui suit des deuxième, troisième, quatrième, cinquième, sixième et septième modes do réalisation de l'invention. 15 Selon un deuxième mode de réalisation représenté en figure 2, le deuxième brin de câble 20 comprend une première portion 23 de deuxième brin de câble 20 qui s'étend entre la sertissure 6 et un manchon de raccord 24. Le deuxième brin de câble 20 comprend également une deuxième 20 portion 25 de deuxième brin de câble 20 qui s'étend de- puis le manchon de raccordement 24 jusqu'à la deuxième sertissure 32. Le manchon de raccordement 24 permet de raccorder la première portion de brin de câble 23 dont la section est idéalement égale à la première section S'avec 25 la deuxième portion 25 de deuxième brin de câble 20 dont la section est égale à la deuxième section S2. Ainsi, il n'est pas nécessaire de modifier l'alésage intérieur 8 de la vis 5 pour mettre en oeuvre le premier brin de câble 10 et le deuxième brin de câble 20 selon l'invention. 30 Selon un troisième mode de réalisation représenté en figure 3a et 3b, la deuxième portion 25 de deuxième q brin de câble 20 comprend un troisième brin de câble 26.1 et un quatrième brin de câble 26.2 s'étendant parallèlement l'un à l'autre. Le troisième brin de câble 26.1 et le quatrième brin de câble 26.2 s'étendent entre le inn- 5 de raccordement 24 et la deuxième sertissure 32. Les sections du troisième brin de câble 26.1 et du quatrième brin de câble 26.2 sont généralement identiques et sont choisies de manière à ce que le rapport K107K20 entre la raideur KED du premier élément de transmission 10 et la 10 raideur Mn du deuxième élément de transmission 20 soit compris entre 1 et 2.8. Selon un quatrième mode de réalisation représenté en figure 4a et 4h, le deuxième élément de transmission 20 comprend une première portion 23 de deuxième élément 15 de transmission 20 sous la forme d'un brin de câble 23 s'étendant entre la sertissure 6 et la deuxième poulie 40 et une deuxième portion sous la forme d'un ruban 27 en composite à base de carbone dont une première extrémité 27.1 est engagée et bloquée dans une première fente ra- 20 diale 33 de la première poulie 31.. Une seconde extrémité 27.2 du ruban 27 est engagée et bloquée dans une deuxième fente radiale 41 de la deuxième poulie 40. La section et le matériau du ruban 27 sont choisis de manière â ce que le rapport Klu/Ktu, entre la raideur Fs_o du premier brin de 25 câble 10 et la raideur Ku du deuxième élément de trans- mission 20 soit compris entre 1 et 2.8. Selon un cinquième mode de réalisation représenté en figure 5, le deuxième élément de transmission 20 comprend une première portion de deuxième élément de trans- 30 mission 20 sous la forme d'un brin de câble 23 s'étendant entre la sertissure 6 et la deuxième poulie 40.. Le deu- 10 xième élément de transmission 20 comprend également une deuxième portion sous la forme d'une première bielle 28 en acier articulée d'une part à la première poulie 31 et d'autre part à la deuxième poulie 40. La mise en oeuvre 5 d'une bielle 28 permet d'augmenter de manière très impor- tante la raideur du deuxième élément de transmission 20 et d'obtenir un rapport Ku/Km entre la raideur K10 du premier élément de transmission 10 et la raideur Kn du deuxième élément de transmission 20 proche de 1. 10 Selon un sixième mode de réalisation de l'invention représenté en figure 6, le deuxième élément de transmission 20 comprend une deuxième bielle 29 identique à la première bielle 28 et s'étendant parallèlement à celle-ci. 15 Selon un septième mode de réalisation de l'invention représenté en figure 7, la première portion du deuxième élément de transmission 20 comprend une troisième bielle 50 en acier. Le premier élément de transmission 10 peut également comprendre une bielle métallique 20 ou composite migre poulie Selon s'étendant entre l'élément mené 6 et la ore-31. un huitième mode de, réalisation de l'invention représenté en figure 8, la première portion du deuxième élément de transmission 20 comprend un deu- 25 xième brin de câble 23 s'étendant entre la sertissure 6 et Le manchon de raccordement 24. La troisième bielle 50 s'étendant alors entre le manchon de raccordement 24 et la deuxième poulie 40. Une quatrième bielle 51, identique à la troisième bielle 50, s'étend parallèlement à cette 30 dernière entre le manchon de raccordement 24 et la deu- xième poulie 40. 11 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. 5 En particulier, - bien qu'ici l'élément mené soit une vis tubulaire et l'élément menant soit un écrou, l'invention s'applique également a d'autres types de cinématique d'entrainement comme par exemple une vis motorisée coopérant avec un 10 écrou mené, ou encore une crémaillère coopérant avec un pignon motorisé ; - bien qu'ici l'élément mené comprenne un chariot pour on bloquer la rotation relativement à l'élément menant, l'invention s'applique également à d'autres types 15 de moyens d'anti-rotation comme par exemple un doigt coo- pérant. avec une rainure, ou d'autres moyens faisant appel aux éléments de transmission - bien qu'ici l'écrou soit entrainé en rotation par un moteur annulaire, l'invention s'applique également 20 d'autres types d'unité de motorisation commue par exemple un moteur linéaire, un moteur pneumatique ou hydraulique, un moteur électrique conventionnel bien qu'ici le premier élément de transmission et le deuxième élément de transmission comprennent chacun 25 une extrémité, sertie sur la vis tubulaire, l'invention s'applique également à d'autres moyens de solidariser les extrémités des éléments de transmission à l'élément menant comme par exemple une soudure, un collage, un serre-câble ou un oeillet ; 30 - bien qu'ici les brins de câbles soient en acier, l'invention s'applique également à d'autres types 12 diélèments de transmission comme par exemple des chaines, des câbles synthétiques ou réalisés en d'autres matériaux - bien qu'ici le deuxième brin de câble s'enroule 5 sur un secteur de 180 degrés sur la deuxième poulie, l'invention s'applique également à d'autres modes de coopération du deuxième élément de transmission avec la deuxième poulie, comme par exemple un secteur d'enroulement supérieur ou inférieur à 180 degrés, un sertissage, de 10 l'extrémité du deuxième brin de câble ou une jonction par oeillet boulonné - bien qu'ici, la première et la deuxième portion du deuxième élément de transmission soient reliées par manchon de raccordement, l'invention s'applique également 15 à d'autres moyens de raccordement de la première et la deuxième portion du deuxième élément de transmission comme par exemple une sertissure, un surmoulaoe, un noeud, une soudure, une brasure ou un collage ; - bien qu'ici la deuxième portion du deuxième élé20 ment de transmission comprenne une bielle en acier, l'invention s'applique également à un deuxième élément de transmission dont la première portion comprend une bielle, ou encore à d'autres typos de bielle comme par exemple une bielle en matériau composite à base de car- 25 bone ou kevlar bien qu'ici le rotor soit solidaire d'un écrou à bille, l'invention s'applique également à d'autres types d'élément mené, REVENDICATIONS1. Actionneur (1) comprenant : - une unité de motorisation (2) pour mettre en mouvement un élément menant (4); - un élément mené (5) coopérant avec l'élément menant (4) pour être déplacé sous l'effet du mouvement de l'élément mené (5); -un premier élément de transmission (10) comprenant une première extrémité (11) solidaire de l'élément mené 1.0 (5) et une deuxième extrémité (12) solidaire d'une pre- mière poulie 31); - un deuxième élément de transmission (20) comprenant une. première extrémité (21) solidaire de l'élément mené (5) et une deuxième extrémité (22) fonctionnellement 15 reliée à la première poulie (31), le deuxième élément de transmission (20) coopérant avec une deuxième poulie (40), le deuxième élément de transmission (20) étant agencé de manière à ce quo le rapport (K10/K2) entre la 20 raideur (Kim) du premier élément de transmission (10) et la raideur (1 2.8. 2. Actionneur (1) selon la revendication 1, dans lequel le rapport (1.410/K20) entre la raideur (K10) du ore- 25 mier élément de transmission (10) et la raideur du deu- xième élément de transmission (20) est compris entre 1 et 2. 3. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le premier élément de transmission (10) 30 comprend un premier câble de première section (SO. 4. Actionneur (1) selon l'une quelconque des reven- 14 dications précédentes, dans lequel le deuxième élément do transmission (20) comprend un deuxième câble de deuxième section (52). 5. Actionneur (1) selon les revendications 3 et 4, dans lequel la deuxième section (82) est supérieure à la première section (Si) 6. Actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément de transmission (20) comprend un troisième élément de trans- 10 mission (26.1) et un quatrième élément de transmission (26.2) s'étendant parallèlement l'un à l'autre. 7. Actionneur (1) selon la revendication 6, dans lequel le troisième élément de transmission (26.1) et/ou le quatrième élément de transmission (26.2) comprennent 15 un câble. 8. Actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément de transmission (20) comprend un ruban(27). 9. Actionneur (1) selon l'une quelconque des reven- 20 dications précédentes, dans lequel le deuxième élément de transmission (20) comprend une première portion (23) s'étendant depuis la première extrémité (21) du deuxième élément de transmission (20) jusqu'à la deuxième poulie (40), la première portion (23) étant reliée à la deuxième 25 poulie (40), et une deuxième portion (25) reliée d'une part à la première poulie (31) et d'autre part à la deuxième poulie (40). 10. Actionneur (1) selon la revendication dans lequel la première portion (23) et/ou la deuxième portion 30 (25) du deuxième élément de transmission (20) comprend une première bielle (28). 15 11, Actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément de transmission (20) comprend une deuxième bielle (29).