Brevet FR3086570A1 — publié le 20200403

SYSTEME ROBOTISE, COMPRENANT UN BRAS ARTICULE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des bras robotisés pour la préhension et le déplacement d'articles, la manipulation d'un outil pour des tâches de fabrication, dans des espaces restreints, par exemple dans des racks ou étagères profondes laissant peu d'espace entre la couche superficielle d'articles et une étagère ou une surface située au-dessus du contenant des articles. Il concerne pour les applications de préhension d'objets notamment, mais non exclusivement, la logistique et les entrepôts ou les magasins en racks ou les racks de stockage de 15 composants industriels ou la palettisation/dépalettisation... On rappelle qu'un entrepôt est un bâtiment logistique destiné au stockage de produits en vue de leur expédition vers un client. Les principaux processus mis en oeuvre au sein d'un entrepôt sont la réception de commandes, la mise 20 en stock, la préparation de commandes, l'expédition et la gestion du stock. De manière générale, l'invention concerne les situations où il faut récupérer des produits et les placer en un autre point, avec un espace disponible qui peut être très restreint ou contraint, tant en hauteur qu'en largeur, et où la 25 profondeur peut au contraire être importante. Pour les applications logistiques, les flux entrants d'un entrepôt sont constitués généralement de marchandises livrées sur palettes par des camions se mettant à quai. Des opérateurs viennent décharger les palettes des 30 camions puis les stockent sur des racks où elles seront en attente. Les flux sortants sont constitués de palettes homogènes (une unique référence par palette) ou de palettes hétérogènes dans lesquelles sont agrégés différents types de produits référencés. Il faut alors récupérer les différents produits, 35 opération dénommée « Picking », à partir de palettes en cours 2 d'exploitation généralement disposées dans un emplacement au sol sous un rack. Lorsque la palette est vide, une demande de réapprovisionnement est lancée et un opérateur manoeuvre un chariot élévateur pour récupérer une palette en hauteur et la 5 placer dans l'emplacement au sol sous un rack. La présente invention concerne plus précisément un ensemble comprenant un poste de préparation de commandes (aussi appelé « poste de picking »), notamment mais non exclusivement dans le cas où celui-ci fait partie d'un système de stockage 10 automatisé comprenant un magasin de stockage et un ou plusieurs postes de préparation de commandes. La présente invention peut s'appliquer à tous types de préparation de commandes, et notamment : - la préparation de commandes par prélèvements de produits dans des contenants de stockage : un opérateur (ou un automate, c'est-à-dire un robot) reçoit une liste de prélèvements (sur papier, sur écran d'un terminal ou encore sous forme vocale) lui indiquant, pour chaque colis à expédier (aussi appelé contenant d'expédition), la quantité de chaque type de produits qu'il doit collecter dans des contenants de stockage et regrouper dans le colis à expédier ; et - la préparation de commandes par palettisation de contenants de stockage contenant eux-mêmes des produits : un opérateur (ou un automate) reçoit une liste de prélèvements (sur papier, sur écran d'un terminal, sous forme vocale, ou encore sous forme de mission informatique dans le cas de l'automate) lui indiquant, pour chaque palette à expédier (aussi appelée contenant d'expédition), la quantité de chaque type de contenants de stockage (par exemple des cartons) qu'il doit collecter et décharger sur la palette à expédier. On distingue généralement deux types de postes de préparation de commandes : les postes avec mouvements et les postes fixes. Les postes avec mouvements mettent en oeuvre le 35 principe « homme vers produit », selon lequel le préparateur se 3 déplace jusqu'au lieu de prélèvement et y prélève le nombre de produits commandés. Les postes fixes mettent en oeuvre le principe « produits vers homme » (ou « goods to man » en anglais), selon 5 lequel des contenants de stockage (par exemple des cartons ou des plateaux), contenant chacun des produits d'un type donné, sont sortis automatiquement d'un magasin de stockage (sur des dispositifs de transfert appelés chariots ou navettes) et arrivent devant ou à proximité du préparateur qui doit prélever 10 dans chacun le nombre de produits commandés. Cette distinction entre postes avec mouvement et postes fixes vaut également dans le cas de la palettisation : soit le préparateur se déplace pour aller chercher les contenants de stockage à décharger sur la palette à expédier, soit ces 15 contenants de stockage sont amenés automatiquement jusqu'au préparateur (par exemple par un transstockeur). La présente invention peut être utilisée aussi bien dans le cas d'un poste fixe de préparation de commandes lorsque le bâti du bras robotique est fixé au sol, que dans le cas d'un 20 poste avec mouvement lorsque le bâti principal du bras robotique est fixé sur un chariot ou robot mobile. Dans la présente description, par élévateur on entend tout système permettant de prendre une ou plusieurs charges (contenant(s) de stockage ou d'expédition) à un niveau 25 donné et de la ou les déposer à un autre niveau. Les entrepôts de stockage sont généralement structurés par des rangées de racks où sont stockés des articles. La rangée inférieure de racks au sol est destinée au retrait des articles en fonction d'ordre de gestion. Cette 30 opération dite « picking » se fait manuellement, ou de plus en plus à l'aide d'un bras robotisé monté sur un chariot mobile. L'invention concerne aussi d'autres domaines applicatifs, tels que le déplacement d'un outil pour des tâches de fabrication dans des espaces restreints où l'introduction et 35 le positionnement de l'outil ne permet pas une grande amplitude 4 des mouvements selon une des directions, tout en nécessitant une plus grande amplitude des déplacements dans le plan perpendiculaire à la direction limitée. Il s'agit par exemple d'intervention entre deux surfaces, par exemple sur la surface 5 inférieure du châssis d'un véhicule posé au sol, de l'intervention entre deux plaques rapprochées, etc. Les tâches de fabrication sont par exemple la peinture, le vissage, la soudure, l'ébavurage, le rivetage, l'usinage, l'impression 3D (fabrication additive), la gravure, 10 la découpe laser, l'électro-érosion, etc. Arrière-plan technologique On connaît dans l'état de la technique la demande de 15 brevet W02018086748 décrivant un bras robotisé, un robot mobile, comprenant un train de roulement et un bras robotisé monté sur le train de roulement, ainsi qu'un système logistique comprenant un support de marchandises, qui est conçu pour le stockage transitoire de marchandises, et comprenant un véhicule 20 autoguidé, qui est conçu pour transporter le support de marchandises, ainsi qu'un robot mobile correspondant. La demande de brevet chinoise CN106112952A divulgue un double-bras de chargement et de transfert robotisé destiné au chargement rapide des colis pendant le transport aérien. Le bras 25 robotisé comprend un module de serrage composé de bras mécaniques, un mécanisme de disque et un mécanisme de rail de guidage et un module de bande transporteuse utilisé pour le transfert. 30 Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients. En premier lieu, le bras robotisé doit être capable 35 d'opérer dans un espace souvent très restreint : la hauteur entre 5 le dessus du contenant ou article à saisir et l'étagère suivante peut être de quelques centimètres seulement. Le bras doit aussi être en mesure de se positionner latéralement entre des piles d'articles de hauteurs inégales, limitant le débattement 5 latéral. Par ailleurs, les bras robotisés de type série nécessitent généralement des articulations motorisées, s'étendant sur la longueur du bras. Cela se traduit par une masse mobile importante, impliquant une architecture robuste et 10 encombrante. Enfin, la plupart des bras manipulateurs de type série emportent des charges utiles généralement assez faibles par rapport à leur masse totale en mouvement. Comme les charges à transporter peuvent être relativement importantes, de quelques 15 dizaines de kilogrammes, cela implique d'utiliser des moteurs puissants et lourds, et conduit à une dépense énergétique importante. Solution apportée par l'invention 20 Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système robotisé, comprenant un bras articulé caractérisé en ce que ledit bras articulé présente un ensemble déformable constitué d'une 25 pluralité de barres reliées par des axes de pivotement parallèles pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, ledit système comprenant en outre deux actionneurs entrainant la rotation de deux desdites barres, ledit système 30 comprenant en outre un troisième actionneur commandant le déplacement dudit ensemble déformable en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement. On entend par a REVENDICATIONS1 - Système robotisé, comprenant un bras articulé caractérisé en ce que ledit bras articulé (100) présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres (1 à 4) reliées par des axes de pivotement parallèles (10 à 13) pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale (12) dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, ledit système comprenant en outre deux actionneurs entrainant la rotation de deux desdites barres (1 à 4), ledit système comprenant en outre un troisième actionneur commandant le déplacement dudit ensemble déformable en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement (10 à 13). 2 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit bras articulé (100) présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres (1 à 4) reliées par des axes de pivotement parallèles (10 à 13) pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale (12) dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constitué de deux barres proximales (1, 2) dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs, ladite extrémité proximale pouvant se mouvoir en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement (10 à 13) grâce à un troisième actionneur. 3 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble déformable (100) est 30 constitué par au moins deux quadrilatères déformables consécutifs partageant des barres (3, 4) communes. 4 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble déformable (100) est 35 constitué par deux losanges déformables, reliés par un pivot 26 central (12) et constitués de six barres (1 à 6) assemblées par des liaisons pivot d'axe z perpendiculaire au plan défini par lesdites barres (1 à 6). 5 5 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables, reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z. 10 6 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites barres proximales (1, 2) sont actionnées par trois actionneurs tous situés sur un bâti principal. 15 7 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bâti intermédiaire et en ce que lesdites barres proximales (1, 2) sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal. 20 8 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la hauteur du bras robotisé selon l'axe Z perpendiculaire au plan dudit ensemble déformable est ajustée par une platine (26) actionnée par une tige filetée (27) 25 entraînée par un premier actionneur (28). 9 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite première barre proximale (1) est entrainée par un actionneur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30) et ladite deuxième barre proximale (2) est entraînée angulairement par un autre actionneur (32) par l'intermédiaire d'une série d'arbres creux (40 à 42) pouvant coulisser librement les uns par rapport aux autres. 27 10 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite première barre proximale (1) est entrainée par un actionneur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30) et ladite deuxième barre proximale (2) est entraînée 5 angulairement par un autre actionneur (32) par l'intermédiaire d'un deuxième arbre (31) et d'un système de pignons dentés coulissants (33) et (34) ou de courroies dentées coulissantes. 11 - Système robotisé selon la revendication 1 10 caractérisé en ce qu'un premier actionneur (32) est fixé sur le bâti principal (25) et assure le contrôle de l'orientation d'un bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire d'un arbre (31), et par voie de conséquence assure le contrôle en orientation de la barre proximale (2), un second actionneur (29) fixé sur le bâti 15 principal (25) ou sur le bâti intermédiaire (35) contrôlant l'orientation de la barre proximale (1) par le biais d'un arbre (30). 12 - Système robotisé selon la revendication 1 20 caractérisé en ce qu'un premier actionneur (32) est fixé sur le bâti principal (25) et assure le contrôle de l'orientation d'un premier bâti intermédiaire (35), une liaison glissière placée sur le premier bâti intermédiaire (35) assurant le placement suivant un axe z, perpendiculaire au plan défini par ledit 25 ensemble déformable (100), d'un second bâti intermédiaire (23) supportant l'extrémité proximale dudit ensemble déformable (100), un troisième actionneur (29) fixé sur le second bâti intermédiaire (23) ou sur le premier bâti intermédiaire (35) ou sur le bâti principal (25) contrôlant l'orientation de la barre 30 proximale (1) par le biais d'un arbre (30), la barre proximale (2) restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire (23). 13 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les barres proximales (1, 2) dudit ensemble 35 déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire (23) 28 contrôlé en translation grâce à une liaison glissière (36) et un premier actionneur (28), les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs (29) et (32) fixés sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire (23). 5 14 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble déformable est formé de barres (3 à 6) reliées par des axes de pivotement (11 à 16), la distance relative entre les articulations proximales (11,13) 10 dudit ensemble déformable étant contrôlée par un actionneur, l'orientation dudit ensemble déformable dans un plan perpendiculaire auxdits axes de pivotement (11 à 16) étant dépendante d'un bâti intermédiaire (35) dont l'orientation est contrôlée par un actionneur. 15 15 - Système robotisé, selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable 20 supportant un organe de préhension ou un outil (20), l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constituée de deux barres (1) et (2) dont les axes proximaux de rotation (17) et (18) sont parallèles et ne sont pas coïncidents et dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs. 25 16 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un actionneur et une liaison pivot suivant un axe z et supportant un moyen de préhension ou un outil. 30 17 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un poignet comprenant au moins une articulation motorisée, et supportant un moyen de préhension ou un outil. 29 18 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un actionneur permettant de contrôler l'orientation d'un bras supplémentaire (51) articulé suivant un axe z et 5 supportant une interface mécanique. 19 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile. 20 - Système robotisé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un bâti principal fixé au sol. 10