Brevet FR3133777A1 — publié le 20230929

Dispositif de manipulation d’une charge avec compensation de gravité. L’invention concerne un dispositif de manipulation (DM) d’une charge, comprenant un premier bras articulé (BA1) s’étendant d’une base (B) jusqu’à une extrémité dudit premier bras comprenant des moyens de fixation de ladite charge, ledit premier bras étant formé d’une succession de segments reliés par des articulations. Ce dispositif comprend un deuxième bras articulé (BA2) de structure similaire à celle du premier bras. Lesdits premier et deuxième bras s’étendent de part et d’autre de la base, chaque segment du deuxième bras étant de longueur plus courte et de masse plus importante qu’un segment associé de même position du premier bras, lesdites longueur et masse étant dimensionnées pour que le produit masse-longueur soit sensiblement équivalent pour deux segments associés. Des moyens de transmission de mouvements entre segments associés sont configurés pour qu’un mouvement d’un segment d’un des bras entraine un mouvement de même amplitude du segment associé de l’autre bras. Figure d’abrégé : Figure 2 Dispositif de manipulation d’une charge avec compensation de gravité. L’invention se rapporte aux dispositifs de manipulation, également appelés manipulateurs, permettant de faciliter la manipulation d’objets lourds au sein d’un espace de travail. Art antérieur Dans de nombreux domaines d’activité, notamment dans le secteur industriel, il est fréquent d’avoir à manipuler des charges lourdes, i.e. de l’ordre de plusieurs kilogrammes à plusieurs dizaines voire centaines de kilogrammes. Dans de telles situations, il peut être utile de recourir à un dispositif de manipulation afin de faciliter le déplacement et/ou le positionnement de la charge dans l’espace de travail. L’utilisation d’un dispositif de manipulation permet par exemple, en limitant les manipulations à mains nues de la charge, de prévenir certains risques pour la santé tels que les troubles musculo-squelettiques (TMS) ou le mal de dos. Par ailleurs, là où la présence de plusieurs personnes est souvent requise pour porter, déplacer et positionner une charge lourde à mains nues, une seule personne suffit généralement pour la mise en œuvre d’un dispositif de manipulation permettant d’aboutir au même résultat. La présente, dans une vue schématique, un exemple d’un dispositif de manipulation de charge selon l’art antérieur, tel qu’on en trouve dans de nombreuses industries. Un tel dispositif de manipulation DM’ comprend généralement un bras de manipulation articulé motorisé BA’, relié par une de ses extrémités à une base B’ autour de laquelle il peut pivoter, la base B’ faisant office de support de fixation du dispositif de manipulation au bâti. Le bras articulé BA’ est formé d’une succession de segments (au nombre de trois dans l’exemple de la , référencés S1, S2 et S3) reliés à la base B’ ou entre eux par des articulations (par exemple des liaisons pivot, telles que les liaisons référencées A1, A2 et A3 dans l’exemple de la ). La charge à manipuler C’ est fixée à l’autre extrémité, libre, du bras articulé, au niveau d’un effecteur comprenant des moyens de fixation (non représentés sur la ) dédiés à cette fin, par exemple des moyens de préhension de la charge C’. Dans un tel dispositif de manipulation selon l’art antérieur, l’équilibre est réalisé grâce aux différents couples existants au niveau des articulations. Ainsi, à l’arrêt, le couple C 3 au niveau de l’articulation A3 s’oppose à la masse de l’ensemble formé par l’effecteur (comprenant la charge C’ éventuellement fixée à cet effecteur) et le segment S3, et le couple C 2 au niveau de l’articulation A2 s’oppose à la masse de l’ensemble formé par l’effecteur (comprenant la charge C’ éventuellement fixée à cet effecteur) et les segments S2 et S3. Le couple C 1 au niveau de l’articulation A1 n’intervient que lors d’un mouvement, mais la liaison pivot A1 doit cependant être dimensionnée pour maintenir le torseur T 1 lié au poids du bras articulé BA’ et éviter le basculement. Classiquement, dans ce type de robots industriels à structure dite « sérielle », des compensateurs de gravité (non représentés) sont également positionnés au niveau de la base B’ du dispositif de manipulation, de manière à compenser au moins en partie la masse du bras articulé. Les dispositifs de manipulation de charges existants décrits précédemment présentent cependant certains inconvénients. En premier lieu, l’aide à la compensation de gravité est souvent hétérogène dans l’espace de travail. Plus particulièrement, les compensateurs de gravité positionnés à la base du dispositif de manipulation résolvent généralement seulement partiellement la compensation de masse du robot et rarement celle de la charge. En second lieu, le fait que ces dispositifs de manipulation soient motorisés (i.e. contrôlés via un dispositif de contrôle de type joystick ou télécommande) prive l’utilisateur de toute perception physique du comportement de la charge en mouvement. Par exemple, l’utilisateur n’est plus en mesure d’appréhender, même de manière partielle, certaines grandeurs qui caractérisent la charge en mouvement, telle que sa masse ou son inertie, alors que ces informations sont pourtant utiles à son guidage précis dans l’espace de travail. En troisième lieu, les dispositifs de manipulation existants sont souvent complexes et coûteux, notamment du fait de l’électronique qu’ils embarquent pour les motoriser et de la présence à leur base de moyens de compensation de gravité sophistiqués. Il en résulte qu’ils ne sont pas toujours adaptés pour être utilisés par certains corps de métiers ou dans certains environnements difficiles comme peuvent l’être ceux du secteur du bâtiment par exemple, où on recherche du matériel simple (à utiliser, à déplacer), fiable, utilisable facilement en extérieur comme en intérieur, y compris dans des milieux humides (e.g. sous la pluie) ou particulièrement poussiéreux, et à prix compétitif. Il existe donc un besoin pour un manipulateur de charge de conception simple et robuste qui ne présente pas les contraintes des dispositifs de manipulation existants. La présente technique permet de proposer une solution visant à remédier à certains inconvénients de l’art antérieur. La présente technique se rapporte en effet à un dispositif de manipulation d’une charge, comprenant un premier bras articulé s’étendant d’une base dudit dispositif jusqu’à une extrémité libre dudit premier bras articulé comprenant des moyens de fixation de ladite charge, ledit premier bras articulé étant formé d’une succession de segments reliés par des articulations. Selon le principe général de la présente technique, le dispositif comprend par ailleurs : - un deuxième bras articulé formé d’une succession d’un même nombre de segments que ledit premier bras articulé, reliés entre eux par un même type d’articulations que celles dudit premier bras articulé, lesdits premier et deuxième bras articulés s’étendant de part et d’autre de ladite base, chaque segment dudit deuxième bras articulé étant de longueur plus courte et de masse plus importante qu’un segment de même position, dit segment associé, dudit premier bras articulé, lesdites longueur et masse étant dimensionnées pour que le produit masse-longueur soit sensiblement équivalent pour deux segments associés ; - des moyens de transmission de mouvements entre segments associés, lesdits moyens de transmission étant configurés pour qu’un mouvement d’un segment d’un des deux bras articulés entraine un mouvement de même amplitude du segment associé de l’autre bras articulé. Dans un mode de réalisation particulier, les segments dudit premier bras articulé et/ou dudit deuxième bras articulés présentent une structure en parallélogramme déformable. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de transmission appartiennent au groupe comprenant des moyens de transmission par engrenages, par courroies, et/ou par chaines. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de transmission s’étendent au moins en partie au niveau de ladite base. Selon une caractéristique particulière de ce mode de réalisation, ladite base comprend des moyens de motorisation desdits moyens de transmission. Dans un mode de réalisation particulier, ledit deuxième bras articulé comprend, à son extrémité libre, des moyens de fixation d’une charge de compensation. Selon une caractéristique particulière de ce mode de réalisation, lesdits moyens de fixation d’une charge de compensation sont positionnés au niveau d’un effecteur de longueur variable. Dans un mode de réalisation particulier, au moins un des segments dudit deuxième bras articulé comprend un poids mobile le long dudit segment. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de manipulation selon la présente technique est purement mécanique. Les différents modes de réalisation mentionnés ci-dessus sont combinables entre eux pour la mise en œuvre de l'invention. Figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : présente un schéma simplifié d’un dispositif de manipulation selon l’art antérieur ; présente un schéma simplifié d’un exemple de dispositif de manipulation, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; présente un schéma simplifié d’un autre exemple de dispositif de manipulation, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; présente un schéma simplifié d’un autre exemple de dispositif de manipulation, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; présente un schéma simplifié d’un autre exemple de dispositif de manipulation, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; présente un schéma simplifié d’un autre exemple de dispositif de manipulation, dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée ; présente un autre schéma simplifié du dispositif de manipulation illustré en , dans un mode de réalisation particulier de la technique proposée. Dispositif de manipulation (DM) d’une charge, comprenant un premier bras articulé (BA1) s’étendant d’une base (B) dudit dispositif jusqu’à une extrémité libre dudit premier bras articulé comprenant des moyens de fixation de ladite charge, ledit premier bras articulé étant formé d’une succession de segments (S11, S12, S13) reliés par des articulations (A11, A12, A13), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un deuxième bras articulé (BA2) formé d’une succession d’un même nombre de segments (S21, S22, S23) que ledit premier bras articulé, reliés entre eux par un même type d’articulations (A21, A22, A23) que celles dudit premier bras articulé, lesdits premier et deuxième bras articulés s’étendant de part et d’autre de ladite base, chaque segment dudit deuxième bras articulé étant de longueur plus courte et de masse plus importante qu’un segment de même position, dit segment associé, dudit premier bras articulé, lesdites longueur et masse étant dimensionnées pour que le produit masse-longueur soit sensiblement équivalent pour deux segments associés ; - des moyens de transmission de mouvements entre segments associés, lesdits moyens de transmission étant configurés pour qu’un mouvement d’un segment d’un des deux bras articulés entraine un mouvement de même amplitude du segment associé de l’autre bras articulé. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments dudit premier bras articulé et/ou dudit deuxième bras articulés présentent une structure en parallélogramme déformable. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission appartiennent au groupe comprenant des moyens de transmission par engrenages, par courroies, et/ou par chaines. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission s’étendent au moins en partie au niveau de ladite base. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite base comprend des moyens de motorisation desdits moyens de transmission. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième bras articulé comprend, à son extrémité libre, des moyens de fixation d’une charge de compensation. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation d’une charge de compensation sont positionnés au niveau d’un effecteur de longueur variable. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins un des segments dudit deuxième bras articulé comprend un poids mobile le long dudit segment. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif est purement mécanique.