Brevet FR3140787A1 — publié le 20240419

ROBOT AVEC UN BRAS ARTICULÉ POUR L’AGRICULTURE L’invention concerne un robot comportant un bras (150) avec une première membrure (152) mobile en rotation sur un coulisseau (108) autour d’un premier axe de rotation (152a) perpendiculaire à une direction verticale, une deuxième membrure (154) mobile en rotation sur la première membrure (152) autour d’un deuxième axe de rotation (154a) parallèle au premier axe de rotation (152a), une troisième membrure (156) destinée à porter un outil (160) et mobile en rotation sur la deuxième membrure (154) autour d’un troisième axe de rotation (156a) qui est dans un plan (P) perpendiculaire au deuxième axe de rotation (154a), et où le troisième axe de rotation (156a) et le deuxième axe de rotation (154a) sont distants l’un de l’autre, et pour chaque membrure, un moyen d’entraînement arrangé pour déplacer ladite membrure. Fig. 5 ROBOT AVEC UN BRAS ARTICULÉ POUR L’AGRICULTURE La présente invention concerne un robot qui comporte un bras articulé qui porte un outil adapté à être utilisé dans l’agriculture, et en particulier pour l’effeuillage ou la récolte de fruits et légumes. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le maraîchage est de plus en plus automatisé afin de faciliter le travail de l’exploitant. Il est ainsi connu d’utiliser un robot qui comporte un bras articulé muni d’un outil permettant d’effeuiller une plante ou de récolter un fruit ou un légume. En particulier, dans une serre, les plantes sont rangées de part et d’autre d’une allée, le long de laquelle peut évoluer le robot. Le bras articulé est généralement un bras à six axes qui est relativement encombrant, en particulier, lorsque le robot se déplace dans l’allée de la serre et où il y a un risque que le bras heurte une plante au risque de l’abîmer. Il est donc souhaitable de trouver un arrangement qui limite les risques de collision entre le bras du robot et les plantes. Un objet de la présente invention est de proposer un robot avec un bras articulé dont la cinématique particulière permet l’espace nécessaire aux déplacements du bras. À cet effet, est proposé un robot présentant une direction verticale et comportant : - un châssis, - un mât monté mobile en rotation sur le châssis autour d’un axe principal de rotation orienté parallèlement à la direction verticale, - un moyen principal d’entraînement arrangé pour déplacer le mât, - un coulisseau monté mobile en translation sur le mât selon une direction de translation parallèle à la direction verticale, - un moyen secondaire d’entraînement arrangé pour déplacer le coulisseau, - un bras comportant : - une première membrure montée mobile en rotation sur le coulisseau autour d’un premier axe de rotation perpendiculaire à la direction verticale, - un premier moyen d’entraînement arrangé pour déplacer la première membrure, - une deuxième membrure montée mobile en rotation sur la première membrure autour d’un deuxième axe de rotation parallèle au premier axe de rotation, - un deuxième moyen d’entraînement arrangé pour déplacer la deuxième membrure, - une troisième membrure destinée à porter un outil et montée mobile en rotation sur la deuxième membrure autour d’un troisième axe de rotation, où le troisième axe de rotation est dans un plan qui est perpendiculaire au deuxième axe de rotation et où le troisième axe de rotation et le deuxième axe de rotation sont distants l’un de l’autre, - un troisième moyen d’entraînement arrangé pour déplacer la troisième membrure, et - une unité de contrôle arrangée pour commander indépendamment chaque moyen d’entraînement. Avantageusement, l’axe principal de rotation est désaxé par rapport à la direction de translation. Avantageusement, le robot comporte une tourelle avec une platine inférieure fixée au moyen principal d’entraînement, une platine supérieure et une paroi latérale fixée entre la platine inférieure et la platine supérieure, et le mât est fixé entre la platine inférieure et la platine supérieure à l’intérieur de la paroi latérale qui présente une ouverture. Avantageusement, le robot comporte un pylône qui s’étend verticalement à l’extérieur de la tourelle qui est solidaire du châssis, et qui comporte un bras potence qui s’étend horizontalement au-dessus de la platine supérieure à laquelle il est fixé par une liaison pivot coaxiale avec le premier axe de rotation. Avantageusement, la paroi latérale prend la forme d’un cylindre dont l’axe est coaxial avec le premier axe de rotation. Selon un mode de réalisation particulier, le troisième moyen d’entraînement comporte : - un moteur fixé à la deuxième membrure de manière à présenter son arbre moteur parallèlement au troisième axe de rotation et où l’arbre moteur est équipé d’une roue crantée, - une poulie crantée montée mobile en rotation sur la deuxième membrure autour du troisième axe de rotation et solidaire de la troisième membrure, et - une courroie crantée montée entre la roue crantée et la poulie crantée. Selon un mode de réalisation particulier, le troisième moyen d’entraînement comporte : - un moteur fixé à la deuxième membrure de manière à présenter son arbre moteur perpendiculairement au troisième axe de rotation, - un arbre monté mobile en rotation sur la deuxième membrure autour du troisième axe de rotation et solidaire de la troisième membrure, et - un système de renvoi d’angle entre l’arbre moteur et l’arbre. Avantageusement, le robot comporte un outil comportant une base fixée à la troisième membrure et portant un moteur rotatif principal dont l’arbre moteur est coaxial avec un axe outil. Avantageusement, l’axe outil est orienté perpendiculairement au troisième axe de rotation, et l’intersection entre le troisième axe de rotation et l’axe outil est dans un plan de travail perpendiculaire au premier axe de rotation et passant par l'axe principal de rotation. Avantageusement, la base est fixée mobile en rotation à la troisième membrure autour de l’axe outil, et l’outil comporte un moteur rotatif additionnel qui est fixé à la troisième membrure et dont l’arbre moteur porte la base. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : montre une vue en perspective d’un robot selon l’invention, montre une vue en détail du robot selon l’invention, montre une vue en perspective d’un détail du robot selon l’invention vu selon la flèche III de la , montre une vue en perspective d’un détail du robot selon l’invention vu selon la flèche IV de la , montre une vue en perspective du bras du robot selon l’invention, montre une vue en perspective d’un exemple d’outil fixé au bras du robot, et montre une vue en perspective d’une deuxième membrure et d’un troisième moyen d’entraînement selon une variante de réalisation de l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION La montre un robot 100 selon l’invention et qui comporte un châssis 102 monté sur des roues 104 qui reposent sur le sol. Classiquement, les roues 104 sont motorisées pour permettre le déplacement du robot 100. Dans la description qui suit, et par convention, on appelle X la direction longitudinale du robot 100 qui est globalement horizontale et orientée parallèlement à la direction principale de déplacement du robot 100, on appelle Y la direction transversale du robot 100 qui est horizontale et Z la direction verticale ou hauteur verticale qui est perpendiculaire au sol, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles. Le robot 100 comporte un mât 106 monté mobile en rotation sur le châssis 102 autour d’un premier axe de rotation 106a orienté verticalement, c'est-à-dire parallèlement à la direction verticale Z. Le mât 106 est déplacé en rotation autour du premier axe de rotation 106a par un moyen principal d’entraînement 106b, qui est ici un moteur électrique fixé au châssis 102 et présentant un arbre moteur vertical sur lequel le mât 106 est fixé. Le robot 100 comporte également un coulisseau 108 qui est mieux vu sur les Figs. 2 à 4 et qui est monté mobile en translation sur le mât 106 selon une direction de translation T parallèle à la direction verticale Z. Le coulisseau 108 est déplacé le long du mât 106 par un moyen secondaire d’entraînement 108a, qui comporte ici un moteur électrique 302 associé à une vis sans fin 304 sur laquelle le coulisseau 108 engrène. À cette fin, le coulisseau 108 présente un trou taraudé 306 qui coopère avec la vis sans fin 304 et, ainsi, la rotation de la vis sans fin 304 dans un sens va faire monter le coulisseau 108 le long du mât 106 et la rotation inverse va le faire descendre. Pour assurer un bon guidage du coulisseau 108 le long du mât 106, le robot 100 présente ici deux rails de guidage 308 qui sont solidaires du mât 106 et orientés verticalement et le coulisseau 108, présente pour chaque rail de guidage 308, un patin 310 qui est guidé par le rail de guidage 308. Le robot 100 comporte également un bras 150 qui est montré sur la . Le bras 150 est monté sur le coulisseau 108 et il comporte une première membrure 152, une deuxième membrure 154 et une troisième membrure 156. La première membrure 152 présente une première extrémité qui est montée mobile en rotation sur le coulisseau 108 autour d’un premier axe de rotation 152a à travers une liaison pivot. Le premier axe de rotation 152a est perpendiculaire à la direction verticale Z. Pour déplacer la première membrure 152 autour du premier axe de rotation 152a, le robot 100 comporte un premier moyen d’entraînement 152b, qui est ici un moteur électrique monté sur le coulisseau 108. La deuxième membrure 154 présente une première extrémité qui est montée mobile en rotation sur une deuxième extrémité de la première membrure 152 autour d’un deuxième axe de rotation 154a à travers une liaison pivot. Le deuxième axe de rotation 154a est parallèle au premier axe de rotation 152a. Pour déplacer la deuxième membrure 154 autour du deuxième axe de rotation 154a, le robot 100 comporte un deuxième moyen d’entraînement 154b, qui est ici un moteur électrique monté sur la première membrure 152 au niveau de sa deuxième extrémité. La troisième membrure 156 présente une première extrémité qui est montée mobile en rotation sur une deuxième extrémité de la deuxième membrure 154 autour d’un troisième axe de rotation 156a à travers une liaison pivot. Le troisième axe de rotation 156a est dans un plan P qui est perpendiculaire au deuxième axe de rotation 154a et au premier axe de rotation 152a. Le troisième axe de rotation 156a et le deuxième axe de rotation 154a sont distants l’un de l’autre, en d’autres termes, le troisième axe de rotation 156a et le deuxième axe de rotation 154a ne sont pas concourants. Le troisième axe de rotation 156a est globalement tangent à un cercle coaxial au deuxième axe de rotation 154a. Pour déplacer la troisième membrure 156 autour du troisième axe de rotation 156a, le robot 100 comporte un troisième moyen d’entraînement 156b, qui est ici un moteur électrique monté sur la deuxième membrure 154 au niveau de sa deuxième extrémité. La troisième membrure 156 porte un outil 160 qui est adapté par exemple à être utilisé dans l’agriculture, et en particulier pour l’effeuillage ou la récolte de fruits et légumes et dont un mode de réalisation particulier sera discuté ci-dessous. Le robot 100 comporte également une unité de contrôle 50 qui est disposée sur le robot 100 pour le commander et, en particulier, pour commander indépendamment chaque moyen d’entraînement 106b, 108a, 152b, 154b, 156b. Avec un tel arrangement, l’outil 160 peut atteindre toutes les positions désirées en limitant les risques de collision avec l’environnement du fait que le bras 150 se déplace principalement dans un plan vertical du fait de la rotation autour du premier axe de rotation 152a et de la rotation autour du deuxième axe de rotation 154a. En outre, l’emploi de rotation à la place de translation, rend le bras 150 moins cher et moins complexe à réaliser. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté à la , l’outil 160 comporte une base 162 qui est fixée à la troisième membrure 156 et qui porte un moteur rotatif principal dont l’arbre moteur est coaxial avec un axe outil 160a orienté perpendiculairement au troisième axe de rotation 156a et ledit axe outil 160a peut donc parcourir 360° autour dudit troisième axe de rotation 156a par action du troisième moyen d’entraînement 156b. L’outil 160 comporte ici deux doigts 164a-b qui sont solidaires de la base 162 et disposés l’un en face de l’autre de part et d’autre de l’axe outil 160a. L’outil 160 comporte également une lame coupante 166a et une barrette 166b qui sont fixées à l’arbre moteur du moteur rotatif principal de l’outil 160. La lame coupante 166a et la barrette 166b sont également disposées l’une en face de l’autre de part et d’autre de l’axe outil 160a et elles sont disposées de manière à passer à l’intérieur des doigts 164a-b. Ainsi, lorsque le robot 100 est en fonctionnement, il déplace le mât 106, le coulisseau 108 et le bras 150 de manière à amener une branche d’une plante entre les doigts 164a-b, puis l’unité de contrôle 50 commande la rotation du moteur de l’outil 160 de manière à ce que la lame coupante 166a et la barrette 166b tournent. Lors de cette rotation, la barrette 166b pince la branche contre un doigt 164b et la lame coupante 166a coupe la branche qui est coincée par l’autre doigt 164a. De manière à optimiser le déplacement de l’outil 160, l’axe principal de rotation 106a est désaxé par rapport à la direction de translation T. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté à la , le mât 106 est monté dans une tourelle 110 qui comporte une platine inférieure 110a qui est fixée au moyen principal d’entraînement 106b, et plus particulièrement ici à l’arbre moteur vertical du moteur électrique constituant le moyen principal d’entraînement 106b. La tourelle 110 comporte également une platine supérieure 110b et une paroi latérale 110c fixée entre la platine inférieure 110a et la platine supérieure 110b. La paroi latérale 110c est conformée de manière à délimiter un volume intérieur 60. La paroi latérale 110c présente une ouverture 113 qui est dimensionnée pour permettre le libre passage du bras 150 et de l’outil 160, et qui s’étend ici entre la platine inférieure 110a et la platine supérieure 110b. La platine inférieure 110a est en partie basse de la tourelle 110 et la platine supérieure 110b est en partie haute de la tourelle 110. Le mât 106 est également fixé ici entre la platine inférieure 110a et la platine supérieure 110b et il est à l’intérieur de la paroi latérale 110c, c'est-à-dire dans le volume intérieur 60. Pour assurer un meilleur maintien du mât 106 et ici de la tourelle 110, le robot 100 comporte un pylône 112 qui s’étend verticalement à l’extérieur de la tourelle 110 et qui est solidaire du châssis 102, et le pylône 112 comporte un bras potence 112a qui s’étend horizontalement au-dessus de la platine supérieure 110b à laquelle il est fixé par une liaison pivot coaxiale avec le premier axe de rotation 106a. Pour limiter les risques d’accrochage entre la tourelle 110 et les éléments environnants comme les branches des plantes, la paroi latérale 110c prend la forme d’un cylindre dont l’axe est ici coaxial avec le premier axe de rotation 106a. On définit un plan de travail PT qui est perpendiculaire au premier axe de rotation 152a et passant par l'axe principal de rotation 106a. Pour assurer un comportement symétrique du bras 150 et de l’outil 160 par rapport à la rotation autour du premier axe de rotation 152a, les éléments du bras 150 sont dimensionnés de manière à ce que l’intersection entre le troisième axe de rotation 156a et l’axe outil 160a est dans le plan de travail PT. Selon un mode de réalisation particulier, la base 162 est fixée mobile en rotation à la troisième membrure 156 autour de l’axe outil 160a et l’outil 160 comporte un moteur rotatif additionnel qui est fixé à la troisième membrure 156, qui est commandé par l’unité de contrôle 50 et dont l’arbre moteur porte la base 162. Ainsi, l’outil 160 présente un autre degré de liberté. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention présenté à la , le décalage entre le troisième axe de rotation 156a et le deuxième axe de rotation 154a est réalisé par l’utilisation d’un moteur 502 commandé par l’unité de contrôle 50, par exemple électrique, et d’une courroie crantée 504 qui sont incorporés au troisième moyen d’entraînement 156b. Le troisième moyen d’entraînement 156b comporte le moteur 502 qui est fixé à la deuxième membrure 154 de manière à présenter son arbre moteur 502a parallèlement au troisième axe de rotation 156a et où l’arbre moteur 502a est équipé d’une roue crantée 502b. Le troisième moyen d’entraînement 156b comporte également une poulie crantée 506 qui est montée mobile en rotation sur la deuxième membrure 154 autour du troisième axe de rotation 156a et qui est solidaire de la troisième membrure 156 de manière à ce qu’une rotation de la poulie crantée 506 entraîne la même rotation de la troisième membrure 156. Le troisième moyen d’entraînement 156b comporte également la courroie crantée 504 qui est montée entre la roue crantée 502b et la poulie crantée 506. La montre la deuxième membrure 154 avec un troisième moyen d’entraînement 756b selon une variante de réalisation pour déplacer la troisième membrure 156. Dans cette variante, le troisième moyen d’entraînement 756b comporte un moteur 702 commandé par l’unité de contrôle 50, par exemple électrique, dont l’arbre moteur 702a est perpendiculaire au troisième axe de rotation 156a. Le troisième moyen d’entraînement 756b comporte également un arbre 706 monté mobile en rotation sur la deuxième membrure 154 autour du troisième axe de rotation 156a et qui est solidaire de la troisième membrure 156. Le troisième moyen d’entraînement 756b comporte également un système de renvoi d’angle 704 entre l’arbre moteur 702a et l’arbre 706, de manière à ce qu’une rotation de l’arbre 706 entraîne la même rotation de la troisième membrure 156. Ici, le système de renvoi d’angle 704 prend la forme d’un système à vis sans fin avec une vis sans fin 704a portée par l’arbre moteur 702a et un pignon 704b porté par l’arbre 706. Robot (100) présentant une direction verticale (Z) et comportant : - un châssis (102), - un mât (106) monté mobile en rotation sur le châssis (102) autour d’un axe principal de rotation (106a) orienté parallèlement à la direction verticale (Z), - un moyen principal d’entraînement (106b) arrangé pour déplacer le mât (106), - un coulisseau (108) monté mobile en translation sur le mât (106) selon une direction de translation (T) parallèle à la direction verticale (Z), - un moyen secondaire d’entraînement (108a) arrangé pour déplacer le coulisseau (108), - un bras (150) comportant : - une première membrure (152) montée mobile en rotation sur le coulisseau (108) autour d’un premier axe de rotation (152a) perpendiculaire à la direction verticale (Z), - un premier moyen d’entraînement (152b) arrangé pour déplacer la première membrure (152), - une deuxième membrure (154) montée mobile en rotation sur la première membrure (152) autour d’un deuxième axe de rotation (154a) parallèle au premier axe de rotation (152a), - un deuxième moyen d’entraînement (154b) arrangé pour déplacer la deuxième membrure (154), - une troisième membrure (156) destinée à porter un outil (160) et montée mobile en rotation sur la deuxième membrure (154) autour d’un troisième axe de rotation (156a), où le troisième axe de rotation (156a) est dans un plan (P) qui est perpendiculaire au deuxième axe de rotation (154a) et où le troisième axe de rotation (156a) et le deuxième axe de rotation (154a) sont distants l’un de l’autre, - un troisième moyen d’entraînement (156b, 756b) arrangé pour déplacer la troisième membrure (156), et - une unité de contrôle (50) arrangée pour commander indépendamment chaque moyen d’entraînement (106b, 108a, 152b, 154b, 156b, 756b). Robot (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’axe principal de rotation (106a) est désaxé par rapport à la direction de translation (T). Robot (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte une tourelle (110) avec une platine inférieure (110a) fixée au moyen principal d’entraînement (106b), une platine supérieure (110b) et une paroi latérale (110c) fixée entre la platine inférieure (110a) et la platine supérieure (110b), et en ce que le mât (106) est fixé entre la platine inférieure (110a) et la platine supérieure (110b) à l’intérieur de la paroi latérale (110c) qui présente une ouverture (113). Robot (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comporte un pylône (112) qui s’étend verticalement à l’extérieur de la tourelle (110), qui est solidaire du châssis (102), et qui comporte un bras potence (112a) qui s’étend horizontalement au-dessus de la platine supérieure (110b) à laquelle il est fixé par une liaison pivot coaxiale avec le premier axe de rotation (106a). Robot (100) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la paroi latérale (110c) prend la forme d’un cylindre dont l’axe est coaxial avec le premier axe de rotation (106a). Robot (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième moyen d’entraînement (156b) comporte : - un moteur (502) fixé à la deuxième membrure (154) de manière à présenter son arbre moteur (502a) parallèlement au troisième axe de rotation (156a), et où l’arbre moteur (502a) est équipé d’une roue crantée (502b), - une poulie crantée (506) montée mobile en rotation sur la deuxième membrure (154) autour du troisième axe de rotation (156a) et solidaire de la troisième membrure (156), et - une courroie crantée (504) montée entre la roue crantée (502b) et la poulie crantée (506). Robot (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième moyen d’entraînement (756b) comporte : - un moteur (702) fixé à la deuxième membrure (154) de manière à présenter son arbre moteur (702a) perpendiculairement au troisième axe de rotation (156a), - un arbre (706) monté mobile en rotation sur la deuxième membrure (154) autour du troisième axe de rotation (156a) et solidaire de la troisième membrure (156), et - un système de renvoi d’angle (704) entre l’arbre moteur (702a) et l’arbre (706). Robot (100) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte un outil (160) comportant une base (162) fixée à la troisième membrure (156) et portant un moteur rotatif principal dont l’arbre moteur est coaxial avec un axe outil (160a). Robot (100) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’axe outil (160a) est orienté perpendiculairement au troisième axe de rotation (156a), et en ce que l’intersection entre le troisième axe de rotation (156a) et l’axe outil (160a) est dans un plan de travail perpendiculaire au premier axe de rotation (152a) et passant par l'axe principal de rotation (106a). Robot (100) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la base (162) est fixée mobile en rotation à la troisième membrure (156) autour de l’axe outil (160a), et en ce que l’outil (160) comporte un moteur rotatif additionnel qui est fixé à la troisième membrure (156) et dont l’arbre moteur porte la base (162).