Brevet FR3088842A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : MACHINE ROBOTISÉE DE MANI- PULATION DE PRODUITS [0001] L'invention concerne de manière générale le domaine de la manipulation de produits dans des flux continus et discontinus, notamment dans les industries du conditionnement et de l'emballage de produits, mais pas exclusivement. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une machine robotisée de manipulation de produits notamment pour des opérations de regroupement pour la constitution de lots de produits uniformes ou panachés, mais aussi l'encaissage, la gestion de flux et d'autres types d'opérations. [0002] L'utilisation des machines robotisées pour la manipulation des produits s'est beaucoup développée ces dernières années dans différentes industries, notamment dans les lignes de conditionnement et d'emballage. [0003] Dans l'industrie du conditionnement et de l'emballage, dite aussi industrie du « packaging », les besoins de manipulation des produits sont particulièrement nombreux et sont requis fréquemment notamment dans les processus d'emballage secondaire et tertiaire, par exemple, pour des opérations telles que le surcmballage d'un lot dc produits, l'encaissage dc produits seuls ou de lots de produits suremballés, le pré-groupage dc produits en vue d'un autre conditionnement, la gestion des flux sur des convergeurs / divcrgeurs de produits unitaires ou lots de produits et le panachage de produits unitaires ou lots de produits. [0004] Ainsi, par exemple, dans une opération de suremballagc, des produits conditionnés doivent être extraits d'un flux continu acheminé sur convoyeur afin de constituer un lot à emballer, par exemple, sous la forme d'une unité de vente au consommateur, dites « UVC ». La constitution du lot précède une opération d'encaissage, de fardelage ou autres. Les manipulations des produits doivent être précises et souples pour préserver l'intégrité dc ceux-ci ct les trajectoires requises peuvent être plus ou moins complexes. Des mouvements de translation et de rotation sont habituellement nécessaires pour l'extraction des produits sur convoyeurs, l'orientation dc ceux-ci et la dépose des lots de produits, par exemple, dans des boîtes ou cartons d'emballage. [0005] Des machines robotisées de manipulation de produits, dites « manipulateurs », sont connues dans l'état de la technique et sont conçues pour la manipulation, selon deux ou trois axes de déplacement, de différents types de produits comme les produits agro-alimentaires, les boissons, les produits cosmétiques, les produits pharmaceutiques et autres produits de grande consommation ou destinés à des industries diverses. Ces machines robotisées sont habituellement commandées par ordinateur à travers des in- 2 terfaces homme-machine (IHM) conçues pour faciliter leur mise en oeuvre. Ces interfaces IHM permettent de définir et paramétrer les trajectoires, de gérer la cadence, des modes de fonctionnement différents, comme un mode nominal et un mode dégradé par exemple, et des reconfigurations automatiques, par exemple, lors de changements de format. [0006] Les manipulateurs actuels sont généralement construits sur la hase d'un rohot du type dit « cartésien » ou d'un rohot du type dit « delta ». Un rohot cartésien ou delta est habituellement utilisé pour un manipulateur deux axes, dit « 2D », pouvant manipuler un produit selon deux degrés de liberté. Un rohot delta est habituellement utilisé pour un manipulateur trois axes, dit « 3D », pouvant manipuler un produit selon trois degrés de liberté. [0007] Des préhenseurs de différents types sont utilisés, en fonction de la nature des produits, afin de respecter l'intégrité de ceux-ci. Des préhenseurs à dépression, tels que ventouse à vide, des préhenseurs pneumatiques à membrane, des pinces et autres outils de manipulation sont fréquemment utilisés. [0008] Les manipulateurs 2D, qui sont des machines de type à commande séquentielle, sont simples à mettre en route. Ces manipulateurs 2D sont cependant complexes mécaniquement, notamment pour ce qui concerne la mise en lot et les outils de manipulation. La complexité mécanique des manipulateurs 2D limite le nombre de formats de produits admissibles et la cadence de manipulation (notamment du fait des masses embarquées). [0009] Les manipulateurs 3D (robot delta 3D), qui sont des machines de type à commande continue, sont simples mécaniquement. Les outils de manipulation sont généralement de petite taille et faciles à changer et la cadence est définie en entrée. Il en résulte une plus grande souplesse en termes de format. Cependant, les manipulateurs 3D sont très complexes à démarrer. Une étude préalable lourde de gestion de flux sur le site d'implantation est généralement nécessaire pour obtenir un fonctionnement satisfaisant, c'est-à-dire, sans produits non manipulés ou rebuts excessifs. Par ailleurs, l'augmentation de la cadence sur la ligne nécessite une augmentation du nombre de robots, ce qui induit un coût économique supérieur et une plus grande surface d'implantation au sol. [0010] Les besoins de flexibilité et de versatilité des lignes de production, vis-à-vis notamment de la diversité des produits, de leurs conditionnements et des regroupements, et la recherche d'une diminution des coûts et d'une pérennisation accrue des investissements industriels poussent vers une conception plus compacte, modulaire et optimisée des machines robotisées de manipulation de produits. De plus, la reconversion des lignes de production est facilitée par la disponibilité de machines modulaires et compactes, associables entre elles, par exemple, avec une approche dite 3 « Plug & Play ». [0011] Il existe donc un besoin pour une machine robotisée de manipulation de produits per- fectionnée, ayant une conception modulaire et compacte, qui apporte une solution aux inconvénients de la technique antérieure susmentionnés et qui réponde à la demande des industriels. [0012] Selon un premier aspect, l'invention concerne une machine de manipulation de produits comprenant un robot et un ensemble de manipulation de produits, l'ensemble de manipulation de produits étant porté et déplacé par le robot selon au moins deux premiers degrés de liberté. Conformément à l'invention, l'ensemble de manipulation de produits comprend une pluralité d'outils de préhension et un dispositif d'entraînement à moteurs linéaires comportant des moyens agencés de façon à commander séparément des déplacements des outils de préhension selon au moins un autre degré de liberté différent desdits au moins deux premiers degrés de liberté. [0013] On notera que le robot inclus dans la machine selon l'invention pourra être de différents types connus, tels que cartésien, delta et autres, et permettre des manipulations de produits selon plusieurs degrés de liberté, jusqu'à six degrés de liberté (robot 6D). [0014] On notera également que les déplacements de chacun des outils de préhension peuvent être commandés individuellement. Les manipulations de produits peuvent ainsi être programmées avec beaucoup de liberté. Un telle caractéristique apporte une grande flexibilité à la machine et lui octroie un caractère polyvalent. Les manipulations de la machine selon l'invention sont aisément reconfigurables par programmation. La machine selon l'invention est adaptée pour des regroupements de différents types et tailles et pour manipuler différentes configurations de lots. [0015] L'architecture nouvelle de la machine selon l'invention autorise une amélioration de son adaptabilité dans le temps aux changements de conditionnement et de regroupement de produits. L'utilisation d'une motorisation linéaire pour l'ensemble de manipulation de produits permet des déplacements précis et rapides des outils de préhension. [0016] Une réduction du coût total de possession de la machine peut être obtenue et découle notamment d'un temps d'ouverture accru, d'une maintenance réduite et d'une conception mécanique simplifiée des outils. [0017] Par ailleurs, cette architecture nouvelle facilite le pilotage des machines, en autorisant des changements de format plus simples, rapides et sécurisés pour les opérateurs. Les conditions de travail des opérateurs sont également améliorées du fait d'une meilleure ergonomie globale de la machine. [0018] Selon une forme de réalisation particulière de la machine selon l'invention, le robot est de type delta 2D. [0019] Selon une autre forme de réalisation particulière, le robot est de type cartésien 2D. [0020] Selon une caractéristique particulière, le dispositif d'entraînement à moteurs linéaires comprend une pluralité de primaires moteurs embarqués respectivement dans des chariots mobiles portant les outils de préhension, et une voie formant secondaire de motorisation linéaire et supportée par l'ensemble de manipulation de produits. [0021] Selon une autre caractéristique particulière, les chariots mobiles sont montés cou- lissants sur une glissière pour des déplacements commandés par des courants de commande appliqués sur les primaires moteurs. [0022] Selon encore une autre caractéristique particulière, au moins un des outils de préhension comporte un actionneur d'entraînement en rotation d'un organe de préhension inclus dans l'outil de préhension. [0023] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'actionneur est un moteur électrique. [0024] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'organe de préhension comporte au moins un préhenseur de type ventouse à vide. [0025] L'invention concerne aussi une ligne de production, de conditionnement ou d'emballage de produits comprenant au moins une machine telle que décrite brièvement ci-dessus. [0026] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'une forme de réalisation particulière de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0027] [fig.1] La Fig.1 est une vue en perspective montrant une machine robotisée de mani- pulation de produits selon l'invention dans une première position de fonctionnement. [0028] [fig.2] La Fig.2 est une vue en perspective montrant une vue de face d'un exemple de réalisation d'un ensemble de manipulation de produits inclus dans une machine robotisée de manipulation de produits selon l'invention. [0029] [fig.3] La Fig.3 est une vue en perspective montrant une vue arrière de l'ensemble de manipulation de produits de la Fig.2. [0030] [fig.4] La Fig.4 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une deuxième position de fonctionnement. [0031] [fig.5] La Fig.5 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une troisième position de fonctionnement. [0032] [fig.6] La Fig.6 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une quatrième position de fonctionnement. [0033] [fig.7] La Fig.7 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une cinquième position de fonctionnement. [0034] [fig.8] La Fig.8 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une sixième position de fonctionnement. [0035] [fig.9] La Fig.9 est une vue en perspective montrant la machine robotisée de mani- pulation de produits de la Fig.1 dans une septième position de fonctionnement. [0036] En référence aux Figs.1 à 9, il est maintenant décrit à titre d'exemple une forme de réalisation particulière MR de la machine robotisée de manipulation de produits selon l' invention. [0037] En référence à la Fig.1, la machine robotisée de manipulation de produits MR comprend essentiellement un robot RB et un ensemble de manipulation de produits MP. Pour les besoins de la description, la machine MR est orientée ici dans un repère orthogonal XYZ. [0038] Le robot RB est ici un robot deux axes de type delta 2D. Lc robot RB assure le portage et le déplacement de l'ensemble de manipulation de produits MP selon les axes vertical Z et horizontal Y. [0039] Typiquement, le robot RB comporte des actionneurs de type vérin électrique, pneumatique et/ou hydraulique pour les déplacements de l'ensemble de manipulation de produits MP. [0040] En variante, dans d'autres formes de réalisation, le robot RB pourra être un robot cartésien 2D. [0041] Conformément à l'invention, l'ensemble de manipulation de produits MP comprend essentiellement un dispositif d'entraînement à moteurs linéaires et une pluralité d'outils de préhension qui sont portés et déplacés par des chariots mobiles selon l'axe X. Dans la machine robotisée de manipulation de produits MR, l'ensemble de manipulation de produits MP comprend six outils de préhension. [0042] Une autre forme de réalisation particulière MP1 de l'ensemble de manipulation de produits inclus dans une machine selon l'invention, représentée de manière plus détaillée, est montrée aux Figs.2 et 3. [0043] Comme visible aux Figs.2 et 3, l'ensemble de manipulation de produits MP1 comprend essentiellement un dispositif d'entraînement à moteurs linéaires DE et deux d'outils de préhension PEI et PE2 portés et déplacés par des chariots mobiles respectifs CHI et CH2. [0044] Le dispositif d'entraînement à moteurs linéaires DE est formé ici de deux primaires moteurs PRI et PR2, embarqués respectivement dans les chariots mobiles CHI et CH2 et d'une voie magnétique rectiligne RL formant le secondaire de la motorisation linéaire. [0045] Les chariots mobiles CHI, CH2, sont montés sur une glissière rectiligne GR sur laquelle ils peuvent se déplacer indépendamment, en +X et -X, en fonction des courants de commande appliqués sur les primaires moteurs PRI, PR2. [0046] Comme également visible aux Figs.2 et 3, les outils de préhension PEI et PE2 sont munis d'organes de préhension à ventouse VEI et VE2, respectivement. Les organes 6 de préhension VE1, VE2, comportent chacun ici trois préhenseurs du type ventouse à vide et sont montés en rotation autour de l'axe Z sur les chariots mobiles CHI et CH2, respectivement. Un actionneur d'entraînement en rotation (non représenté), par exemple un moteur pas-à-pas, équipe chaque chariot mobile CH1, CH2, pour l'entraînement en rotation des organes de préhension à ventouse VE1, VE2. [0047] En référence de nouveau à la Fig.1, ainsi qu'aux Figs.4 à 9, il est maintenant décrit en détail les opérations de manipulation de produits effectuées par la machine robotisée de manipulation de produits MR, dans le cadre d'une application particulière de l'invention à l'encaissage de produits alimentaires en pot, par exemple des pots de yaourt, dans des boîtes d'emballage. [0048] Comme montré notamment à la Fig.1, les pots PT et les boîtes CT sont alimentés en flux continu par des convoyeurs CY1 et CY2 et se déplacent respectivement en X (flèche FP) et -X (flèche FC). [0049] Dans cet exemple, les pots PT ont été pré-groupés en des lots primaires QH (QH1, QH2, ...) de quarante-huit pots chacun, alignés en deux rangés accolées de vingt-quatre pots chacune. Les lots primaires QH sont acheminés sur le convoyeur CY1 avec un écartement entre eux. [0050] Chacun des outils de préhension pel à pe6 de l'ensemble de manipulation de produits MP est muni d'un organe de préhension rotatif (autour de l'axe Z) comprenant un ensemble de huit ventouses à vide alignées en deux rangées accolées. [0051] Dans la position de fonctionnement montrée à la Fig.1, le robot RB a placé l'ensemble de manipulation de produits MP au-dessus du convoyeur CYI des lots primaires QH. Les chariots mobiles, portant respectivement les outils de préhension pel à pe6, ont été déplacés en X par les moteurs linéaires de manière à amener les outils de préhension pel à pe6 au-dessus des pots PT. Un déplacement en -Z commandé par le robot RB permet alors de faire adhérer les ventouses des outils de préhension pel à pe6 sur les faces supérieures des pots PT. [0052] A la Fig.4, le lot primaire QH1 a été saisi par les outils de préhension pel à pe6 et est extrait du convoyeur CY1 par un déplacement en +Z de l'ensemble de manipulation de produits MP. Chacun des outils de préhension pel à pe6 porte alors un lot secondaire HT (HTI, HT2, HT6) de huit pots. [0053] A la Fig.5, par rapport à la position de fonctionnement de la Fig.4, le robot RB a effectué un mouvement combiné en Z et -Y qui a placé l'ensemble de manipulation de produits MP au-dessus du convoyeur CY2 et des boîtes CT. Parallèlement, les organes de préhension rotatifs des outils pel à pe6 ont été commandés simultanément en rotation antihoraire de 45 degrés autour de l'axe Z, de façon à orienter correctement les lots secondaires HT pour une insertion postérieure dans les boîtes CT. Si nécessaire, par rapport à la position de fonctionnement de la Fig.4, les lots secondaires HT aurons 7 été préalablement écartés légèrement, par une commande adéquate en X des moteurs linéaires, de manière à faciliter la rotation antihoraire des lots secondaires HT. [0054] Aux Figs.6 et 7, par rapport à la position de fonctionnement de la Fig.5, l'ensemble de manipulation de produits MP effectue un mouvement en -Z vers les boîtes CT. Préalablement, les outils de préhension pel à pe6 ont été resserrés en deux groupes légèrement écartés, par une commande adéquate en X des moteurs linéaires. Deux lots tertiaires VQ (VQ1, VQ2) de vingt-quatre pots chacun ont ainsi été constitués. Les deux lots tertiaires VQ sont déposés simultanément dans deux boîtes respectives CT. [0055] Aux Figs.8 et 9, les lots tertiaires VQ1, VQ2, ont été libérés par les outils de préhension pel à pe6 et sont en place dans leurs boîtes CT. Le robot RB effectue un mouvement combiné en +Z et -FY qui ramène l'ensemble de manipulation de produits MP au-dessus du convoyeur CY1 et des pots PT. Parallèlement, les outils de préhension pel à pe6 sont écartés, par une commande adéquate en X des moteurs linéaires, de manière à les positionner correctement au-dessus des pots PT du lot primaire suivant QH2. [0056] Le processus se poursuit en répétant les différentes opérations décrites relativement aux Figs.1 et 4 à 9. [0057] Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d'exemple. [0058] L'invention trouvera de nombreuses applications notamment dans les regroupements de produits pour la constitution de lots de produits uniformes ou panachés, mais aussi l'encaissage, la gestion de flux et d'autres types d'opérations éventuellement requises sur les lignes de production et les lignes de conditionnement et/ou d'emballage. [0059] L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. 8