CA3114490A1 - Systeme robotise, comprenant un bras articule - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un 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).
Description
2 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 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 uvre au sein d'un entrepôt sont la réception de commandes, la mise 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 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 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, opération dénommée Picking , à partir de palettes en cours 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 man uvre un chariot élévateur pour récupérer une palette en hauteur et la 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 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 uvre le principe homme vers produit , selon lequel le préparateur se
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 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 uvre au sein d'un entrepôt sont la réception de commandes, la mise 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 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 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, opération dénommée Picking , à partir de palettes en cours 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 man uvre un chariot élévateur pour récupérer une palette en hauteur et la 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 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 uvre le 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 uvre le principe produits vers homme (ou goods to man en anglais), selon 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 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 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 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 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 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 le positionnement de l'outil ne permettent pas une grande
Les postes fixes mettent en uvre le principe produits vers homme (ou goods to man en anglais), selon 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 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 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 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 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 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 le positionnement de l'outil ne permettent pas une grande
4 amplitude 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 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, la découpe laser, l'électro-érosion, etc.
Arrière-plan technologique On connaît dans l'état de la technique la demande de 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 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 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.
Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients.
En premier lieu, le bras robotisé doit être capable d'opérer dans un espace souvent très restreint : la hauteur entre 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
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, la découpe laser, l'électro-érosion, etc.
Arrière-plan technologique On connaît dans l'état de la technique la demande de 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 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 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.
Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients.
En premier lieu, le bras robotisé doit être capable d'opérer dans un espace souvent très restreint : la hauteur entre 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 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 dizaines de kilogrammes, cela implique d'utiliser des moteurs puissants et lourds, et conduit à une dépense énergétique importante.
Solution apportée par l'invention 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 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 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 interface mécanique au sens du présent brevet un moyen déplacé par le système robotisé et prévu pour l'accouplement d'un outil tel qu'une pince ou un mécanisme
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 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 dizaines de kilogrammes, cela implique d'utiliser des moteurs puissants et lourds, et conduit à une dépense énergétique importante.
Solution apportée par l'invention 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 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 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 interface mécanique au sens du présent brevet un moyen déplacé par le système robotisé et prévu pour l'accouplement d'un outil tel qu'une pince ou un mécanisme
6 de préhension d'un objet à déplacer, ou un outil pour la réalisation d'opérations de fabrication.
On entend par barre au sens du présent brevet une pièce longue et rigide, de faible épaisseur par rapport à
sa longueur, de section transversale quelconque.
L'ensemble déformable est constitué de quadrilatères déformables qui sont préférentiellement des parallélogrammes déformables et encore plus préférentiellement des losanges déformables.
Selon des variantes de réalisation, indépendantes ou combinées entre elles, l'invention se caractérise également par les caractéristiques suivantes :
- ledit bras articulé présente un ensemble déformable constitué d'une 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, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constitué de deux barres proximales 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 grâce à un troisième actionneur;
- ledit ensemble déformable est constitué par au moins deux parallélogrammes déformables consécutifs partageant des barres communes ;
- ledit ensemble déformable est constitué par deux losanges déformables partageant des barres communes, reliés par un pivot central et constitués de six barres assemblées par des liaisons pivots d'axe z perpendiculaire au plan défini par lesdites barres ;
- ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables partageant des barres communes, reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z ;
On entend par barre au sens du présent brevet une pièce longue et rigide, de faible épaisseur par rapport à
sa longueur, de section transversale quelconque.
L'ensemble déformable est constitué de quadrilatères déformables qui sont préférentiellement des parallélogrammes déformables et encore plus préférentiellement des losanges déformables.
Selon des variantes de réalisation, indépendantes ou combinées entre elles, l'invention se caractérise également par les caractéristiques suivantes :
- ledit bras articulé présente un ensemble déformable constitué d'une 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, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constitué de deux barres proximales 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 grâce à un troisième actionneur;
- ledit ensemble déformable est constitué par au moins deux parallélogrammes déformables consécutifs partageant des barres communes ;
- ledit ensemble déformable est constitué par deux losanges déformables partageant des barres communes, reliés par un pivot central et constitués de six barres assemblées par des liaisons pivots d'axe z perpendiculaire au plan défini par lesdites barres ;
- ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables partageant des barres communes, reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z ;
7 - lesdites barres proximales sont commandées par trois actionneurs tous situés sur un bâti principal ;
- ledit système robotisé comprend au moins un bâti intermédiaire et lesdites barres proximales sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal ;
- la hauteur du bras robotisé selon l'axe Z
perpendiculaire au plan dudit ensemble déformable est ajustée par une platine actionnée par une tige filetée entraînée par un premier actionneur ;
- ladite première barre proximale est entrainée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'une série d'arbres creux pouvant coulisser librement les uns par rapport aux autres ;
- ladite première barre proximale est entrainée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'un deuxième arbre et d'un système de pignons dentés coulissants ou de courroies dentées coulissantes ;
- un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un premier bâti intermédiaire, une liaison glissière motorisée placée sur le premier bâti intermédiaire assurant le placement suivant un axe z, perpendiculaire au plan défini par ledit ensemble déformable, d'un second bâti intermédiaire supportant l'extrémité proximale dudit ensemble déformable, un troisième actionneur fixé sur le second bâti intermédiaire ou sur le premier bâti intermédiaire ou sur le bâti principal contrôlant l'orientation de la barre proximale par le biais d'un arbre, la barre proximale restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire ;
- un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un bâti intermédiaire par l'intermédiaire d'un arbre, et par voie de
- ledit système robotisé comprend au moins un bâti intermédiaire et lesdites barres proximales sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal ;
- la hauteur du bras robotisé selon l'axe Z
perpendiculaire au plan dudit ensemble déformable est ajustée par une platine actionnée par une tige filetée entraînée par un premier actionneur ;
- ladite première barre proximale est entrainée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'une série d'arbres creux pouvant coulisser librement les uns par rapport aux autres ;
- ladite première barre proximale est entrainée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'un deuxième arbre et d'un système de pignons dentés coulissants ou de courroies dentées coulissantes ;
- un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un premier bâti intermédiaire, une liaison glissière motorisée placée sur le premier bâti intermédiaire assurant le placement suivant un axe z, perpendiculaire au plan défini par ledit ensemble déformable, d'un second bâti intermédiaire supportant l'extrémité proximale dudit ensemble déformable, un troisième actionneur fixé sur le second bâti intermédiaire ou sur le premier bâti intermédiaire ou sur le bâti principal contrôlant l'orientation de la barre proximale par le biais d'un arbre, la barre proximale restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire ;
- un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un bâti intermédiaire par l'intermédiaire d'un arbre, et par voie de
8 conséquence assure le contrôle en orientation d'une des deux barres proximales, un second actionneur fixé sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire contrôlant l'orientation de la seconde barre proximale par le biais d'un arbre - les barres proximales dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire contrôlé en translation suivant z grâce à une liaison glissière et un premier actionneur, les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs fixés sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire ;
- les barres proximales dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire contrôlé en translation grâce à une liaison glissière et un premier actionneur, les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs fixés Sur le bâti intermédiaire ;
- ledit ensemble déformable est formé de barres reliées par des axes de pivotement, la distance relative entre les articulations proximales dudit ensemble déformable étant contrôlée par un actionneur, l'orientation dudit ensemble déformable dans un plan perpendiculaire auxdits axes de pivotement étant dépendante d'un bâti intermédiaire dont l'orientation est contrôlée par un actionneur ;
- lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant un organe de préhension ou un outil, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constituée de deux barres dont les axes proximaux de rotation sont parallèles et ne sont pas coïncidents et dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs ;
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur et une liaison pivot suivant un axe z et supportant un moyen de préhension ou un outil ;
- les barres proximales dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire contrôlé en translation grâce à une liaison glissière et un premier actionneur, les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs fixés Sur le bâti intermédiaire ;
- ledit ensemble déformable est formé de barres reliées par des axes de pivotement, la distance relative entre les articulations proximales dudit ensemble déformable étant contrôlée par un actionneur, l'orientation dudit ensemble déformable dans un plan perpendiculaire auxdits axes de pivotement étant dépendante d'un bâti intermédiaire dont l'orientation est contrôlée par un actionneur ;
- lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant un organe de préhension ou un outil, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constituée de deux barres dont les axes proximaux de rotation sont parallèles et ne sont pas coïncidents et dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs ;
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur et une liaison pivot suivant un axe z et supportant un moyen de préhension ou un outil ;
9 - l'extrémité distale du bras robotisé comporte un poignet comprenant au moins une articulation motorisée, et supportant une interface mécanique telle qu'un moyen de préhension ou un outil ;
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur permettant de contrôler l'orientation d'un bras supplémentaire articulé suivant un axe z et supportant une interface mécanique ;
- le système robotisé comporte un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile ;
- le système robotisé comporte un bâti principal fixé au sol.
Description détaillée d'exemples non limitatifs de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés illustrant des exemples non limitatifs de mise en uvre où :
- la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une première variante de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'une deuxième variante de l'invention comportant deux losanges déformables partageant des barres communes, - la figure 3 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de l'invention, avec un mécanisme d'entraînement du bras robotisé mettant en uvre trois motoréducteurs fixés sur le même bâti, les deux motoréducteurs actionnant l'ensemble déformable étant situés sur le même axe, - la figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes des articulations des extrémités proximales de l'ensemble déformable ne sont plus coaxiaux, - les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention - la figure 7 représente une vue schématique d'une troisième 5 variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention, - la figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur permettant de contrôler l'orientation d'un bras supplémentaire articulé suivant un axe z et supportant une interface mécanique ;
- le système robotisé comporte un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile ;
- le système robotisé comporte un bâti principal fixé au sol.
Description détaillée d'exemples non limitatifs de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés illustrant des exemples non limitatifs de mise en uvre où :
- la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une première variante de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'une deuxième variante de l'invention comportant deux losanges déformables partageant des barres communes, - la figure 3 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de l'invention, avec un mécanisme d'entraînement du bras robotisé mettant en uvre trois motoréducteurs fixés sur le même bâti, les deux motoréducteurs actionnant l'ensemble déformable étant situés sur le même axe, - la figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes des articulations des extrémités proximales de l'ensemble déformable ne sont plus coaxiaux, - les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention - la figure 7 représente une vue schématique d'une troisième 5 variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention, - la figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention
10 - la figure 9 représente une vue schématique d'une cinquième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement de l'ensemble déformable selon l'invention - la figure 10 représente une vue schématique d'une sixième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention, - la figure 11 représente une vue schématique d'une septième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention, - la figure 12 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention lorsqu'un bras supplémentaire est ajouté à
l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil - les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique d'une variante particulière de l'invention.
Contexte de l'invention Le manipulateur robotisé selon l'invention présente 3 degrés de liberté, avec :
- un déplacement dans le plan d'un bras (100) formé
par un ensemble articulé déformable présentant à son extrémité
distale une interface mécanique telle qu'un outil ou un préhenseur (20)
l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil - les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique d'une variante particulière de l'invention.
Contexte de l'invention Le manipulateur robotisé selon l'invention présente 3 degrés de liberté, avec :
- un déplacement dans le plan d'un bras (100) formé
par un ensemble articulé déformable présentant à son extrémité
distale une interface mécanique telle qu'un outil ou un préhenseur (20)
11 - un déplacement, notamment selon un axe perpendiculaire au bras (100), par rapport à un support (200).
Le manipulateur robotisé selon l'invention présente une architecture permettant d'obtenir les avantages suivants :
- il peut emporter des charges importantes, - il consomme très peu d'énergie, notamment il ne consomme pratiquement aucune énergie pour maintenir un objet lourd lorsque la translation verticale est assurée par un système vis-écrou irréversible, le manipulateur n'a alors pas besoin de frein pour assurer la sécurité du manipulateur. Le bras est en effet notamment destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs, ce qui nécessite un frein dans un manipulateur selon l'art antérieur, - au moins deux (1, 2) barres, de préférence toutes les barres, de la pluralité de barres (1 à 4), peuvent être chacune constituée d'un assemblage de deux profilés reliés par une entretoise ; cela diminue le coût de réalisation et optimise l'usage de la matière, - deux profilés d'une barre (1) peuvent être entourés, selon la direction parallèle aux axes de pivotement, par deux profilés d'une autre barre (2) ; cette nouvelle conception mécanique permet de limiter fortement la déformation du mécanisme déformable plan dû aux efforts de flexion lorsqu'il est soumis à une charge verticale importante à son extrémité
distale, ainsi que de diminuer les longueurs des portées des liaisons pivot des barres proximales grâce à l'espacement important entre les deux portées de chacune des barres obtenu du fait de cette conception mécanique ; les phénomènes d'arc-boutement sont ainsi maîtrisés et les forces de réaction sur chacune des portées sont beaucoup plus faibles que dans l'art antérieur pour une charge utile équivalente;
- un bâti principal en forme de U, dont chacune des branches latérales reprend (directement ou indirectement) les efforts des axes de pivotements parallèles ; ceci assure une
Le manipulateur robotisé selon l'invention présente une architecture permettant d'obtenir les avantages suivants :
- il peut emporter des charges importantes, - il consomme très peu d'énergie, notamment il ne consomme pratiquement aucune énergie pour maintenir un objet lourd lorsque la translation verticale est assurée par un système vis-écrou irréversible, le manipulateur n'a alors pas besoin de frein pour assurer la sécurité du manipulateur. Le bras est en effet notamment destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs, ce qui nécessite un frein dans un manipulateur selon l'art antérieur, - au moins deux (1, 2) barres, de préférence toutes les barres, de la pluralité de barres (1 à 4), peuvent être chacune constituée d'un assemblage de deux profilés reliés par une entretoise ; cela diminue le coût de réalisation et optimise l'usage de la matière, - deux profilés d'une barre (1) peuvent être entourés, selon la direction parallèle aux axes de pivotement, par deux profilés d'une autre barre (2) ; cette nouvelle conception mécanique permet de limiter fortement la déformation du mécanisme déformable plan dû aux efforts de flexion lorsqu'il est soumis à une charge verticale importante à son extrémité
distale, ainsi que de diminuer les longueurs des portées des liaisons pivot des barres proximales grâce à l'espacement important entre les deux portées de chacune des barres obtenu du fait de cette conception mécanique ; les phénomènes d'arc-boutement sont ainsi maîtrisés et les forces de réaction sur chacune des portées sont beaucoup plus faibles que dans l'art antérieur pour une charge utile équivalente;
- un bâti principal en forme de U, dont chacune des branches latérales reprend (directement ou indirectement) les efforts des axes de pivotements parallèles ; ceci assure une
12 meilleure rigidité, ce qui permet de déplacer le bâti intermédiaire, ou directement l'interface mécanique, en obtenant beaucoup plus de précision pour l'extrémité distale, car à charge équivalente verticale sur l'extrémité distale, les déformations du bâti intermédiaire résultant des efforts de flexion sur la liaison glissière verticale sont moindres que dans un manipulateur selon l'art antérieur, - un bâti principal et au moins deux desdits actionneurs sont disposés sur ledit bâti principal ; on améliore ainsi la performance dynamique du manipulateur : lorsque le bâti principal supporte au moins deux actionneurs, le rapport masse utile sur masse en mouvement est beaucoup plus favorable que celui selon l'art antérieur ;
- les zones atteignables par l'extrémité du bras (100) dans un plan de travail sont importantes comparés aux bras robotisés anthropomorphes usuels, - l'encombrement est réduit lorsque le bras (100) est replié, - la commande du dispositif est simple et le modèle géométrique inverse peut se résoudre analytiquement.
En particulier, ce dispositif est très avantageux pour la réalisation d'opérations de palettisation /
dépalettisation, du fait que son espace de travail est étendu et qu'il peut se déployer dans des zones à espace libre réduit pour réaliser les tâches de prise et dépose.
En particulier, le bras est très avantageux pour la réalisation d'opérations de pick and place (désignation anglaise) devant être opérées à partir d'un robot mobile du fait du grand espace de travail, de sa maniabilité et de la faible consommation d'énergie.
Ce dispositif selon l'invention est également particulièrement adapté au déplacement dans un espace restreint d'un outil fixé à l'extrémité distale du bras (100), pour des interventions dans des contextes difficiles, par exemple avec une faible hauteur disponible et la nécessité d'un
- les zones atteignables par l'extrémité du bras (100) dans un plan de travail sont importantes comparés aux bras robotisés anthropomorphes usuels, - l'encombrement est réduit lorsque le bras (100) est replié, - la commande du dispositif est simple et le modèle géométrique inverse peut se résoudre analytiquement.
En particulier, ce dispositif est très avantageux pour la réalisation d'opérations de palettisation /
dépalettisation, du fait que son espace de travail est étendu et qu'il peut se déployer dans des zones à espace libre réduit pour réaliser les tâches de prise et dépose.
En particulier, le bras est très avantageux pour la réalisation d'opérations de pick and place (désignation anglaise) devant être opérées à partir d'un robot mobile du fait du grand espace de travail, de sa maniabilité et de la faible consommation d'énergie.
Ce dispositif selon l'invention est également particulièrement adapté au déplacement dans un espace restreint d'un outil fixé à l'extrémité distale du bras (100), pour des interventions dans des contextes difficiles, par exemple avec une faible hauteur disponible et la nécessité d'un
13 positionnement de l'outil de manière précise et reproductible sur une surface importante.
L'outil supporté par le bras (100) peut être une buse de pulvérisation pour des applications de peinture, une tête d'impression additive, ou un outil d'usinage ou d'assemblage.
Exemples simplifiés La figure 1 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention avec un bras articulé (100) en forme de pantographe limité à un quadrilatère déformable.
Le pantographe est constitué de quatre corps rigides ou barres (1 à 4) reliés par des articulations pivots (10 à
13) perpendiculaires audit plan défini par le pantographe, pour former un quadrilatère plan déformable.
Dans la présente description, pantographe désignera un ensemble articulé de barres définissant une succession de quadrilatères plans déformables ou un ensemble de quadrilatères déformables coplanaires consécutifs assemblés par des liaisons pivot d'axe perpendiculaire audit plan. Dans ce dernier cas, deux quadrilatères consécutifs possèdent un sommet commun et partagent deux barres communes pivotant par rapport à
ce sommet commun.
On entendra par proximale la partie du bras (100) la plus proche du support (200) et par distale ou terminale la partie la plus éloignée, où se trouve l'interface mécanique (20) dont on commande le déplacement.
Les trois articulations pivot (11 à 13) sont passives et l'articulation pivot (10) est motorisée et intègre deux actionneurs commandant de manière indépendante le déplacement angulaire de chacune des barres proximales respectivement (1, 2). L'extrémité proximale du quadrilatère déformable se déplace en translation selon l'axe (7) perpendiculaire au plan
L'outil supporté par le bras (100) peut être une buse de pulvérisation pour des applications de peinture, une tête d'impression additive, ou un outil d'usinage ou d'assemblage.
Exemples simplifiés La figure 1 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention avec un bras articulé (100) en forme de pantographe limité à un quadrilatère déformable.
Le pantographe est constitué de quatre corps rigides ou barres (1 à 4) reliés par des articulations pivots (10 à
13) perpendiculaires audit plan défini par le pantographe, pour former un quadrilatère plan déformable.
Dans la présente description, pantographe désignera un ensemble articulé de barres définissant une succession de quadrilatères plans déformables ou un ensemble de quadrilatères déformables coplanaires consécutifs assemblés par des liaisons pivot d'axe perpendiculaire audit plan. Dans ce dernier cas, deux quadrilatères consécutifs possèdent un sommet commun et partagent deux barres communes pivotant par rapport à
ce sommet commun.
On entendra par proximale la partie du bras (100) la plus proche du support (200) et par distale ou terminale la partie la plus éloignée, où se trouve l'interface mécanique (20) dont on commande le déplacement.
Les trois articulations pivot (11 à 13) sont passives et l'articulation pivot (10) est motorisée et intègre deux actionneurs commandant de manière indépendante le déplacement angulaire de chacune des barres proximales respectivement (1, 2). L'extrémité proximale du quadrilatère déformable se déplace en translation selon l'axe (7) perpendiculaire au plan
14 permettant le positionnement de l'extrémité distale du quadrilatère déformable en hauteur, selon l'axe Z. Le bras (100) présente à son extrémité distale un moyen de préhension (20), par exemple une ventouse ou un outil.
Les deux barres proximales (1, 2) sont entraînées indépendamment en rotation par des actionneurs. Dans la présente description, actionneur désignera un dispositif assurant un déplacement, généralement angulaire de moins de 3600, commandé
par un signal électrique transmis de manière filaire ou par radio-fréquence.
De manière non limitative, seront considérés comme actionneur au sens du présent brevet un moteur électrique rotatif ou linéaire, notamment de type électromagnétique, hydraulique, pneumatique, piézo-électrique, un actionneur électromagnétique, un motoréducteur.
Lorsque le quadrilatère forme un losange et lorsque les deux barres (1, 2) sont déplacées d'un même angle, en sens opposés, l'extrémité distale (20) se déplace sur une trajectoire rectiligne reliant les points d'intersection des axes (10) et (12) avec le plan horizontal ce qui permet de positionner le moyen de préhension (20) au-dessus de l'article à saisir.
Lorsque l'angle de déplacement d'une barre proximale (1) diffère de l'angle de déplacement de l'autre barre proximale (2), l'extrémité distale (20) se déplace selon un mouvement courbe avec une composante latérale.
Il est ainsi possible de balayer une surface de travail du moyen de préhension ou de l'outil en ajustant les angles des barres proximales (1, 2) dans un espace réduit et de faible hauteur.
La figure 2 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention où le pantographe comporte deux quadrilatères déformables (110, 120) adjacents, en l'occurrence des losanges, reliés par un pivot central (12) d'axe z. La chaîne cinématique est constituée de six barres (1 à 6) assemblées par des liaisons pivots d'axe z ; les barres (1, 2, 5, 6) sont de même longueur L ; les barres ( 3 et 4) communes aux deux quadrilatères déformables (110, 120) sont de longueur 2L.
L'ensemble se déforme suivant deux losanges identiques, la déformation étant contrôlée par commande 5 mécanique des angles 01 et 02 que font les barres (1) et (2) par rapport à l'axe longitudinal X du bâti principal.
Bien sûr, le nombre de motifs quadrilatères du pantographe peut être augmenté.
Dans une version alternative du mécanisme plan, le 10 dépliement de la chaîne cinématique du pantographe peut être obtenu en associant un mécanisme de rotation sur l'axe (7) et un mécanisme de translation inséré entre deux points quelconques de la chaîne cinématique du pantographe judicieusement choisis par exemple par une commande de la distance entre les pivots
Les deux barres proximales (1, 2) sont entraînées indépendamment en rotation par des actionneurs. Dans la présente description, actionneur désignera un dispositif assurant un déplacement, généralement angulaire de moins de 3600, commandé
par un signal électrique transmis de manière filaire ou par radio-fréquence.
De manière non limitative, seront considérés comme actionneur au sens du présent brevet un moteur électrique rotatif ou linéaire, notamment de type électromagnétique, hydraulique, pneumatique, piézo-électrique, un actionneur électromagnétique, un motoréducteur.
Lorsque le quadrilatère forme un losange et lorsque les deux barres (1, 2) sont déplacées d'un même angle, en sens opposés, l'extrémité distale (20) se déplace sur une trajectoire rectiligne reliant les points d'intersection des axes (10) et (12) avec le plan horizontal ce qui permet de positionner le moyen de préhension (20) au-dessus de l'article à saisir.
Lorsque l'angle de déplacement d'une barre proximale (1) diffère de l'angle de déplacement de l'autre barre proximale (2), l'extrémité distale (20) se déplace selon un mouvement courbe avec une composante latérale.
Il est ainsi possible de balayer une surface de travail du moyen de préhension ou de l'outil en ajustant les angles des barres proximales (1, 2) dans un espace réduit et de faible hauteur.
La figure 2 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention où le pantographe comporte deux quadrilatères déformables (110, 120) adjacents, en l'occurrence des losanges, reliés par un pivot central (12) d'axe z. La chaîne cinématique est constituée de six barres (1 à 6) assemblées par des liaisons pivots d'axe z ; les barres (1, 2, 5, 6) sont de même longueur L ; les barres ( 3 et 4) communes aux deux quadrilatères déformables (110, 120) sont de longueur 2L.
L'ensemble se déforme suivant deux losanges identiques, la déformation étant contrôlée par commande 5 mécanique des angles 01 et 02 que font les barres (1) et (2) par rapport à l'axe longitudinal X du bâti principal.
Bien sûr, le nombre de motifs quadrilatères du pantographe peut être augmenté.
Dans une version alternative du mécanisme plan, le 10 dépliement de la chaîne cinématique du pantographe peut être obtenu en associant un mécanisme de rotation sur l'axe (7) et un mécanisme de translation inséré entre deux points quelconques de la chaîne cinématique du pantographe judicieusement choisis par exemple par une commande de la distance entre les pivots
15 (11, 13) obtenue par mécanisme de moteur et vis et système vis-écrou. Il est possible même de supprimer les deux barres proximales (1 et 2) ainsi qu'il sera détaillé dans une variante ultérieure.
Fonctionnement de l'invention Le bras manipulateur robotisé est constitué d'une chaîne cinématique et d'un système de commande.
La chaîne cinématique assure deux fonctionnalités :
1) positionnement d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en translation notés xyz ;
2) orientation d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en rotation pour les objets lorsqu'un poignet motorisé supportant cette interface mécanique est ajouté à l'extrémité de la chaîne cinématique.
Par interface mécanique, on entend un outil, un poignet, un préhenseur ou un effecteur.
La première fonctionnalité est obtenue à l'aide des principes suivants :
Fonctionnement de l'invention Le bras manipulateur robotisé est constitué d'une chaîne cinématique et d'un système de commande.
La chaîne cinématique assure deux fonctionnalités :
1) positionnement d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en translation notés xyz ;
2) orientation d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en rotation pour les objets lorsqu'un poignet motorisé supportant cette interface mécanique est ajouté à l'extrémité de la chaîne cinématique.
Par interface mécanique, on entend un outil, un poignet, un préhenseur ou un effecteur.
La première fonctionnalité est obtenue à l'aide des principes suivants :
16 a) la translation suivant un axe z d'un mécanisme plan de type pantographe permettant de positionner en z l'extrémité distale de la chaîne cinématique b) un mécanisme plan de type pantographe permettant de positionner dans le plan xy l'extrémité terminale grâce à la commande en rotation des deux premières barres 1 et 2 et une chaîne cinématique constituée de 4 barres dans sa version la plus simple, de 6 barres dans sa version usuelle et de 2N barres dans des versions plus élaborées.
Variante de réalisation La figure 3 représente une variante de réalisation où les deux barres (1, 2) sont commandées par deux moteurs (29,32) positionnés sur le même bâti (25). Ce bâti (25) est appelé bâti principal ou bâti fixe. Il peut être fixé au sol ou fixé sur un chariot ou robot mobile.
La hauteur du bras (100) est ajustée par une platine (26) actionnée par une tige filetée (27) entraînée par un premier motoréducteur (28) grâce à un mécanisme de vis-écrou. Du fait que la platine (26) coulisse librement sur l'arbre (30) et est contrainte par la tige filetée (27), son orientation dans le plan xy est constante et matérialise un axe longitudinal.
La première barre (1) est entrainée par un deuxième motoréducteur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30). Dans l'exemple décrit, cet arbre (30) est solidaire de la première barre (1) pour entraîner son déplacement angulaire par rapport au référentiel attaché au bâti (25). Le support du bras (100) peut coulisser le long de l'arbre (30) par liaison glissière mais ne peut pas subir de rotation relative par rapport à l'axe (30) du fait que la liaison mécanique est contrainte par une cannelure ou un dispositif clavette/rainure ou par l'emploi d'une section non circulaire pour l'arbre (30) ou tout autre dispositif équivalent. L'arbre (30) se prolonge jusqu'à la flasque alésée (40), assure le positionnement de l'extrémité de la platine (26), supporte la deuxième barre (2) et un ensemble
Variante de réalisation La figure 3 représente une variante de réalisation où les deux barres (1, 2) sont commandées par deux moteurs (29,32) positionnés sur le même bâti (25). Ce bâti (25) est appelé bâti principal ou bâti fixe. Il peut être fixé au sol ou fixé sur un chariot ou robot mobile.
La hauteur du bras (100) est ajustée par une platine (26) actionnée par une tige filetée (27) entraînée par un premier motoréducteur (28) grâce à un mécanisme de vis-écrou. Du fait que la platine (26) coulisse librement sur l'arbre (30) et est contrainte par la tige filetée (27), son orientation dans le plan xy est constante et matérialise un axe longitudinal.
La première barre (1) est entrainée par un deuxième motoréducteur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30). Dans l'exemple décrit, cet arbre (30) est solidaire de la première barre (1) pour entraîner son déplacement angulaire par rapport au référentiel attaché au bâti (25). Le support du bras (100) peut coulisser le long de l'arbre (30) par liaison glissière mais ne peut pas subir de rotation relative par rapport à l'axe (30) du fait que la liaison mécanique est contrainte par une cannelure ou un dispositif clavette/rainure ou par l'emploi d'une section non circulaire pour l'arbre (30) ou tout autre dispositif équivalent. L'arbre (30) se prolonge jusqu'à la flasque alésée (40), assure le positionnement de l'extrémité de la platine (26), supporte la deuxième barre (2) et un ensemble
17 d'arbres creux (41 à 42), libres de coulisser librement sur cet arbre (30).
La deuxième barre (2) est entraînée angulairement par un troisième motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un deuxième arbre (31). Ce deuxième arbre (31) est solidaire en rotation de la barre (2) grâce à une série d'arbres creux (40 à
42) libres de coulisser axialement entre eux dans la limite d'un débattement axial maximal limité par un système de butées, les rotations relatives desdits arbres creux étant empêchées par des systèmes de clavettes/rainures, de cannelures, l'emploi de sections non circulaire ou autres dispositifs équivalents permettant une translation sans rotation. Le dernier arbre creux (42) est fixé sur la deuxième barre (2) par des vis ou autre dispositif mécanique équivalent. La somme des débattements axiaux cumulés des différents arbres creux est calculée pour que l'extrémité terminale (20) puisse se déplacer sur l'axe vertical suivant la distance voulue.
Variante de réalisation avec deux axes proximaux de rotation non coaxiaux La figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes proximaux d'actionnement du mécanisme plan ne sont plus coaxiaux.
Le motoréducteur (29) entraîne en rotation l'arbre (17). La barre (1) est solidaire en rotation de l'arbre (17) qui est un arbre cannelé ou rainuré.
Le motoréducteur (32) entraîne en rotation l'arbre
La deuxième barre (2) est entraînée angulairement par un troisième motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un deuxième arbre (31). Ce deuxième arbre (31) est solidaire en rotation de la barre (2) grâce à une série d'arbres creux (40 à
42) libres de coulisser axialement entre eux dans la limite d'un débattement axial maximal limité par un système de butées, les rotations relatives desdits arbres creux étant empêchées par des systèmes de clavettes/rainures, de cannelures, l'emploi de sections non circulaire ou autres dispositifs équivalents permettant une translation sans rotation. Le dernier arbre creux (42) est fixé sur la deuxième barre (2) par des vis ou autre dispositif mécanique équivalent. La somme des débattements axiaux cumulés des différents arbres creux est calculée pour que l'extrémité terminale (20) puisse se déplacer sur l'axe vertical suivant la distance voulue.
Variante de réalisation avec deux axes proximaux de rotation non coaxiaux La figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes proximaux d'actionnement du mécanisme plan ne sont plus coaxiaux.
Le motoréducteur (29) entraîne en rotation l'arbre (17). La barre (1) est solidaire en rotation de l'arbre (17) qui est un arbre cannelé ou rainuré.
Le motoréducteur (32) entraîne en rotation l'arbre
(18). La barre (2) est solidaire en rotation de l'arbre (18) qui est un arbre cannelé ou rainuré.
Le motoréducteur (28) entraîne en rotation l'arbre (7) par l'intermédiaire par exemple d'un système vis-écrou, provoquant un déplacement vertical de la platine (26). La platine (26) peut coulisser librement en translation par rapport aux arbres (17) et (18) sans être contrainte en rotation par rapport à ces deux arbres. Dans cette variante, la mise en uvre mécanique est simplifiée et ne nécessite pas l'assemblage d'arbres creux. Cependant les modèles géométriques direct et inverse qui lie les coordonnées articulaires 01,02, z et les coordonnées opérationnelles x, y, z du robot sont plus difficiles à obtenir, et l'espace de travail est réduit par rapport à la première variante.
Variante de réalisation comportant une transmission de couple sur l'un des bras par l'intermédiaire de pignons dentés Les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention comportant trois motoréducteurs (28, 29, 32) fixés sur le même bâti (25). Un bâti intermédiaire (23) est entraîné en translation suivant z grâce au motoréducteur (28) actionnant un système vis-écrou. Ce bâti intermédiaire (23) est également appelé bâti mobile. Les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant les barres proximales (1, 2) du pantographe sont situés sur deux axes différents, les deux liaisons pivot actives du pantographe restant bien coaxiales grâce au système de pignons (33,34) proposé. La barre proximale (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé
(31), tandis que la barre proximale (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34). La barre proximale (2) coulisse librement en translation et rotation sur l'axe (31). Le pignon denté (34) coulisse librement en translation le long de l'arbre cannelé (30) tout en étant contraint en rotation par rapport à cet arbre. Le pignon denté (33) coulisse le long de l'arbre cannelé (31) sans être contraint en rotation par rapport à cet arbre ; le pignon (33) est solidaire de la barre proximale (2) par une fixation mécanique de type vis ou équivalent.
L'entretoise (21) contraint le positionnement du pignon (34) à
Le motoréducteur (28) entraîne en rotation l'arbre (7) par l'intermédiaire par exemple d'un système vis-écrou, provoquant un déplacement vertical de la platine (26). La platine (26) peut coulisser librement en translation par rapport aux arbres (17) et (18) sans être contrainte en rotation par rapport à ces deux arbres. Dans cette variante, la mise en uvre mécanique est simplifiée et ne nécessite pas l'assemblage d'arbres creux. Cependant les modèles géométriques direct et inverse qui lie les coordonnées articulaires 01,02, z et les coordonnées opérationnelles x, y, z du robot sont plus difficiles à obtenir, et l'espace de travail est réduit par rapport à la première variante.
Variante de réalisation comportant une transmission de couple sur l'un des bras par l'intermédiaire de pignons dentés Les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention comportant trois motoréducteurs (28, 29, 32) fixés sur le même bâti (25). Un bâti intermédiaire (23) est entraîné en translation suivant z grâce au motoréducteur (28) actionnant un système vis-écrou. Ce bâti intermédiaire (23) est également appelé bâti mobile. Les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant les barres proximales (1, 2) du pantographe sont situés sur deux axes différents, les deux liaisons pivot actives du pantographe restant bien coaxiales grâce au système de pignons (33,34) proposé. La barre proximale (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé
(31), tandis que la barre proximale (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34). La barre proximale (2) coulisse librement en translation et rotation sur l'axe (31). Le pignon denté (34) coulisse librement en translation le long de l'arbre cannelé (30) tout en étant contraint en rotation par rapport à cet arbre. Le pignon denté (33) coulisse le long de l'arbre cannelé (31) sans être contraint en rotation par rapport à cet arbre ; le pignon (33) est solidaire de la barre proximale (2) par une fixation mécanique de type vis ou équivalent.
L'entretoise (21) contraint le positionnement du pignon (34) à
19 la même hauteur que le pignon (33) permettant une mise en contact permanente des dents. Le bâti intermédiaire (23) coulisse librement en translation et rotation sur les arbres (30) et (31) ; sa largeur intérieure permet d'assurer la cohérence du placement des éléments mécaniques (bras, pignons, entretoise...).
L'arbre fileté (27) commandé par le motoréducteur (28) permet d'assurer le déplacement vertical de la platine par système vis-écrou.
La figure 7 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière et un moteur linéaire (24) solidaire du bâti fixe (25).
La barre (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé (31), tandis que la barre (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34).
Variantes comportant un bâti intermédiaire commandé en rotation à partir du bâti fixe La figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où un bâti intermédiaire (35) se meut en rotation et les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant le pantographe sont situés sur le bâti principal (25).
Le motoréducteur (28) est solidaire du bâti intermédiaire (35) et permet par son arbre fileté associé (27) de contrôler la position suivant z de l'ensemble des barres (1) et (2) grâce à un système vis-écrou entre la barre (2) et l'arbre fileté (27). Les arbres (27) et (30) permettent de bloquer la rotation de la barre (2) par rapport au bâti intermédiaire (35) et l'orientation de la barre (2) est ainsi contrôlée par le motoréducteur (32) du fait que les arbres (30) et (31) sont coaxiaux. Les arbres ( 30 ) et ( 31 ) peuvent cependant dans certaines variantes ne pas être coaxiaux mais leurs axes restent parallèles.
Le motoréducteur (32) est fixé sur le bâti fixe (25) 5 et assure le contrôle en orientation du bâti intermédiaire (35) grâce à la solidarisation de son arbre de sortie (31) au bâti (35).
Le motoréducteur (29) solidaire du bâti fixe (25) permet de contrôler l'orientation absolue de la barre (1) par le 10 biais de l'arbre cannelé ou rainuré (30). Dans certaines variantes, ce motoréducteur (29) peut se trouver solidaire du bâti intermédiaire (35) permettant de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2).
La figure 9 présente une vue schématique d'une 15 cinquième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Un premier actionneur (32) contrôle l'orientation d'un premier bâti intermédiaire (35) pivotant suivant l'axe z par rapport au bâti principal (25). Ce premier bâti intermédiaire
L'arbre fileté (27) commandé par le motoréducteur (28) permet d'assurer le déplacement vertical de la platine par système vis-écrou.
La figure 7 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière et un moteur linéaire (24) solidaire du bâti fixe (25).
La barre (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé (31), tandis que la barre (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34).
Variantes comportant un bâti intermédiaire commandé en rotation à partir du bâti fixe La figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où un bâti intermédiaire (35) se meut en rotation et les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant le pantographe sont situés sur le bâti principal (25).
Le motoréducteur (28) est solidaire du bâti intermédiaire (35) et permet par son arbre fileté associé (27) de contrôler la position suivant z de l'ensemble des barres (1) et (2) grâce à un système vis-écrou entre la barre (2) et l'arbre fileté (27). Les arbres (27) et (30) permettent de bloquer la rotation de la barre (2) par rapport au bâti intermédiaire (35) et l'orientation de la barre (2) est ainsi contrôlée par le motoréducteur (32) du fait que les arbres (30) et (31) sont coaxiaux. Les arbres ( 30 ) et ( 31 ) peuvent cependant dans certaines variantes ne pas être coaxiaux mais leurs axes restent parallèles.
Le motoréducteur (32) est fixé sur le bâti fixe (25) 5 et assure le contrôle en orientation du bâti intermédiaire (35) grâce à la solidarisation de son arbre de sortie (31) au bâti (35).
Le motoréducteur (29) solidaire du bâti fixe (25) permet de contrôler l'orientation absolue de la barre (1) par le 10 biais de l'arbre cannelé ou rainuré (30). Dans certaines variantes, ce motoréducteur (29) peut se trouver solidaire du bâti intermédiaire (35) permettant de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2).
La figure 9 présente une vue schématique d'une 15 cinquième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Un premier actionneur (32) contrôle l'orientation d'un premier bâti intermédiaire (35) pivotant suivant l'axe z par rapport au bâti principal (25). Ce premier bâti intermédiaire
20 (35) se meut en rotation, emportant un second bâti (23). Ce second bâti (23) se déplace en translation par rapport au premier bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire d'une liaison glissière par l'intermédiaire d'un moteur linéaire (24). Il emporte un motoréducteur (29) permettant de commander les orientations relatives des deux barres proximales (1,2) du pantographe.
Le motoréducteur (29) fixé sur le bâti (23) permet de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2) grâce à l'arbre (30) solidaire de la barre proximale (1), la barre proximale (2) étant fixe par rapport au bâti (23). Le motoréducteur (32) commande en rotation le bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31). Le déplacement en translation du bâti intermédiaire (23) peut aussi être commandé par un système de vis-écrou, arbre (27) et motoréducteur (28) selon le même principe que la figure 8.
Le motoréducteur (29) fixé sur le bâti (23) permet de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2) grâce à l'arbre (30) solidaire de la barre proximale (1), la barre proximale (2) étant fixe par rapport au bâti (23). Le motoréducteur (32) commande en rotation le bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31). Le déplacement en translation du bâti intermédiaire (23) peut aussi être commandé par un système de vis-écrou, arbre (27) et motoréducteur (28) selon le même principe que la figure 8.
21 Selon une variante (non représentée) du mode de réalisation de cinquième variante, uniquement décrite pour ses différences avec ladite variante, il est prévu un mode de réalisation dans lequel le second actionneur (29) est fixé sur le premier bâti intermédiaire (35) ou sur le bâti principal (25).
D'une manière générale, le système vis-écrou proposé
dans les variantes précédentes est intéressant d'un point de vue sécurité car en raison de l'irréversibilité du système vis-écrou, il évite de devoir mettre en place des freins mécaniques dans le cas où les moteurs ne seraient plus alimentés en énergie.
Une telle éventualité se doit d'être considérée avec circonspection car le bras est destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs ou les produits à déplacer, ou le système mécanique lui-même.
Cependant, un autre système de translation de type vis à billes, ou moteur linéaire sur liaison glissière peut être mis en uvre pour gérer la translation des bras suivant z.
La direction privilégiée d'installation de ce robot manipulateur est que la direction z corresponde à l'axe vertical.
Ainsi durant le déplacement de charges lourdes dans un mouvement horizontal, le motoréducteur (28) n'est pas sollicité et les motoréducteurs (29, 32) ne supportent que des couples faibles par rapport aux couples supportés par des robots de type anthropomorphe effectuant la même trajectoire. La consommation énergétique s'en trouve fortement réduite.
La structure mécanique est conçue pour supporter des efforts statiques et dynamiques importants générés lors des tâches de pose / dépose d'objets de masses élevées.
Les moments quadratiques des sections des barres (1, 2) sont calculés de manière à pouvoir supporter des charges importantes, en particulier la géométrie des bras telle que décrite schématiquement sur la figure 9 permet un dimensionnement optimal. Cette structure des barres (1, 2)
D'une manière générale, le système vis-écrou proposé
dans les variantes précédentes est intéressant d'un point de vue sécurité car en raison de l'irréversibilité du système vis-écrou, il évite de devoir mettre en place des freins mécaniques dans le cas où les moteurs ne seraient plus alimentés en énergie.
Une telle éventualité se doit d'être considérée avec circonspection car le bras est destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs ou les produits à déplacer, ou le système mécanique lui-même.
Cependant, un autre système de translation de type vis à billes, ou moteur linéaire sur liaison glissière peut être mis en uvre pour gérer la translation des bras suivant z.
La direction privilégiée d'installation de ce robot manipulateur est que la direction z corresponde à l'axe vertical.
Ainsi durant le déplacement de charges lourdes dans un mouvement horizontal, le motoréducteur (28) n'est pas sollicité et les motoréducteurs (29, 32) ne supportent que des couples faibles par rapport aux couples supportés par des robots de type anthropomorphe effectuant la même trajectoire. La consommation énergétique s'en trouve fortement réduite.
La structure mécanique est conçue pour supporter des efforts statiques et dynamiques importants générés lors des tâches de pose / dépose d'objets de masses élevées.
Les moments quadratiques des sections des barres (1, 2) sont calculés de manière à pouvoir supporter des charges importantes, en particulier la géométrie des bras telle que décrite schématiquement sur la figure 9 permet un dimensionnement optimal. Cette structure des barres (1, 2)
22 utilise des composants standards formés par exemple par deux profilés reliés périodiquement par des entretoises et permet d'obtenir par assemblage une forte résistance à la flexion et à
la torsion du mécanisme complet.
Variantes de réalisation comportant un bâti intermédiaire commandé en translation par rapport au bâti fixe La figure 10 représente une vue schématique d'une sixième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Les barres proximales du pantographe (1,2) sont articulées à partir d'un bâti intermédiaire (23).
Le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière (36) et un entrainement de type vis-écrou, un motoréducteur (32) fixé sur le bâti principal (25) permettant de commander la première barre proximale (1) du pantographe par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (31), tandis qu'un second motoréducteur (29) embarqué sur le bâti intermédiaire (23) permet de contrôler la seconde barre (2) du pantographe par l'intermédiaire d'un arbre (30) grâce à un système d'engrenages (33) et (34).
L'arbre fileté (27) entraîné par le motoréducteur (28) assure un guidage en translation suivant z du bâti (23) par système vis-écrou.
Le système de pignons dentés (33) et (34) peut éventuellement être remplacé par des systèmes équivalents de type courroie, courroie crantée ou autre, destiné à transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres non coaxiaux. Selon une variante (non représentée) du mode de réalisation de la sixième variante, uniquement décrite pour ses différences avec ladite variante, il est prévu un mode de réalisation dans lequel le second actionneur (29) est fixé sur le bâti principal (25).
la torsion du mécanisme complet.
Variantes de réalisation comportant un bâti intermédiaire commandé en translation par rapport au bâti fixe La figure 10 représente une vue schématique d'une sixième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Les barres proximales du pantographe (1,2) sont articulées à partir d'un bâti intermédiaire (23).
Le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière (36) et un entrainement de type vis-écrou, un motoréducteur (32) fixé sur le bâti principal (25) permettant de commander la première barre proximale (1) du pantographe par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (31), tandis qu'un second motoréducteur (29) embarqué sur le bâti intermédiaire (23) permet de contrôler la seconde barre (2) du pantographe par l'intermédiaire d'un arbre (30) grâce à un système d'engrenages (33) et (34).
L'arbre fileté (27) entraîné par le motoréducteur (28) assure un guidage en translation suivant z du bâti (23) par système vis-écrou.
Le système de pignons dentés (33) et (34) peut éventuellement être remplacé par des systèmes équivalents de type courroie, courroie crantée ou autre, destiné à transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres non coaxiaux. Selon une variante (non représentée) du mode de réalisation de la sixième variante, uniquement décrite pour ses différences avec ladite variante, il est prévu un mode de réalisation dans lequel le second actionneur (29) est fixé sur le bâti principal (25).
23 La figure 11 représente une vue schématique d'une septième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière et un entrainement de type vis-écrou, via l'arbre fileté (27) et le motoréducteur (28). Deux motoréducteurs (29,32) fixés sur le bâti intermédiaire (23) permettent de commander l'orientation des deux bras proximaux du pantographe grâce aux arbres cannelés (30) et (31) dont les axes sont coaxiaux.
Le motoréducteur (29) commande l'orientation de la barre (1) grâce à l'arbre cannelé (30) tandis que le motoréducteur (32) commande l'orientation de la barre (2) grâce à l'arbre cannelé (31). La barre (1) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (31) tandis que la barre (2) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (30).
Il est aussi possible que les arbres de sortie des motoréducteurs ne soient pas coaxiaux et que la transmission du mouvement de rotation soit obtenue par l'intermédiaire d'un système de pignons dentés ou équivalent.
Dans cette variante, il est envisageable que la liaison glissière entraînant le bâti intermédiaire se fasse suivant une direction différente de z, par exemple parallèle au plan du pantographe. Une mobilité verticale peut aussi être ajoutée à l'extrémité distale.
Utilisation du bras robotique pour réaliser des travaux en milieu encombré
La figure 12 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention lorsqu'un bras supplémentaire (51) est ajouté à l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur (50) et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil (20).
Le motoréducteur (29) commande l'orientation de la barre (1) grâce à l'arbre cannelé (30) tandis que le motoréducteur (32) commande l'orientation de la barre (2) grâce à l'arbre cannelé (31). La barre (1) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (31) tandis que la barre (2) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (30).
Il est aussi possible que les arbres de sortie des motoréducteurs ne soient pas coaxiaux et que la transmission du mouvement de rotation soit obtenue par l'intermédiaire d'un système de pignons dentés ou équivalent.
Dans cette variante, il est envisageable que la liaison glissière entraînant le bâti intermédiaire se fasse suivant une direction différente de z, par exemple parallèle au plan du pantographe. Une mobilité verticale peut aussi être ajoutée à l'extrémité distale.
Utilisation du bras robotique pour réaliser des travaux en milieu encombré
La figure 12 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention lorsqu'un bras supplémentaire (51) est ajouté à l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur (50) et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil (20).
24 Dans ce cas, la rotation de ce dernier segment permet de travailler dans des espaces très étroits et contraints aussi bien en hauteur qu'en largeur.
Dans le cas où le préhenseur ou l'outil est fixé
directement sur le motoréducteur (50), l'extrémité terminale (ou l'objet saisi par le préhenseur fixé à l'extrémité ou l'outil) peut effectuer des mouvements qualifiés de Schbenflies dans la littérature, à savoir se déplacer en translation suivant xyz et en rotation autour de l'axe z. Les déplacements de Schônflies désignent les mouvements de corps rigides constitués par un mouvement linéaire dans un espace à trois dimensions plus une orientation autour d'un axe avec une direction fixe. Dans la manipulation robotique, il s'agit d'un mouvement adapté à des opérations nécessitant de déplacer un objet ou un outil d'un plan et de le placer avec une orientation différente sur un autre plan parallèle.
Parce que le manipulateur SCARA était l'un des premiers manipulateurs à fournir un mouvement similaire, on parle souvent de mouvement de type SCARA. Aujourd'hui, de nombreux manipulateurs robotiques, dont certains à architecture cinématique parallèle, sont utilisés dans l'industrie pour des applications allant de la fabrication de produits électroniques à l'industrie de la transformation et de l'emballage des aliments.
Cette version permet de disposer d'un robot manipulateur pouvant effectuer des tâches de pose / dépose, palettisation / dépalettisation avec une efficacité supérieure aux robots SCARA du marché.
Il est possible également d'ajouter trois liaisons mécaniques motorisées faisant office de poignet, à l'extrémité
distale (20). Dans ce cas, le bras manipulateur peut placer un objet en maîtrisant les trois degrés de liberté en xyz et les trois degrés de liberté d'orientation.
Autre variante de réalisation Une autre variante de réalisation concerne un mécanisme se distinguant des variantes précédentes par le fait 5 que les deux premières barres proximales sont supprimées et que l'ouverture du pantographe est commandée par maîtrise de la distance entre deux points de la chaîne cinématique restante.
Les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique de l'invention.
10 Le pantographe est tronqué des deux barres proximales (1, 2). Un actionneur commandant l'écartement entre les deux sommets proximaux du pantographe tronqué permet de maîtriser son ouverture.
Le motoréducteur (32) permet de contrôler 15 l'orientation du premier bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31).
Une liaison glissière et un moteur linéaire (24) permettent de contrôler la translation en z du second bâti intermédiaire (23).
20 L'articulation pivot passive (13) de la barre (3) s'articule sur les arbres (57) et (58) fixés sur une noix (52) contrainte en translation par un premier arbre (59) et un deuxième ensemble mécanique constitué d'un arbre fileté avec pas à droite (55), un pignon denté (54) et un arbre fileté avec pas
Dans le cas où le préhenseur ou l'outil est fixé
directement sur le motoréducteur (50), l'extrémité terminale (ou l'objet saisi par le préhenseur fixé à l'extrémité ou l'outil) peut effectuer des mouvements qualifiés de Schbenflies dans la littérature, à savoir se déplacer en translation suivant xyz et en rotation autour de l'axe z. Les déplacements de Schônflies désignent les mouvements de corps rigides constitués par un mouvement linéaire dans un espace à trois dimensions plus une orientation autour d'un axe avec une direction fixe. Dans la manipulation robotique, il s'agit d'un mouvement adapté à des opérations nécessitant de déplacer un objet ou un outil d'un plan et de le placer avec une orientation différente sur un autre plan parallèle.
Parce que le manipulateur SCARA était l'un des premiers manipulateurs à fournir un mouvement similaire, on parle souvent de mouvement de type SCARA. Aujourd'hui, de nombreux manipulateurs robotiques, dont certains à architecture cinématique parallèle, sont utilisés dans l'industrie pour des applications allant de la fabrication de produits électroniques à l'industrie de la transformation et de l'emballage des aliments.
Cette version permet de disposer d'un robot manipulateur pouvant effectuer des tâches de pose / dépose, palettisation / dépalettisation avec une efficacité supérieure aux robots SCARA du marché.
Il est possible également d'ajouter trois liaisons mécaniques motorisées faisant office de poignet, à l'extrémité
distale (20). Dans ce cas, le bras manipulateur peut placer un objet en maîtrisant les trois degrés de liberté en xyz et les trois degrés de liberté d'orientation.
Autre variante de réalisation Une autre variante de réalisation concerne un mécanisme se distinguant des variantes précédentes par le fait 5 que les deux premières barres proximales sont supprimées et que l'ouverture du pantographe est commandée par maîtrise de la distance entre deux points de la chaîne cinématique restante.
Les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique de l'invention.
10 Le pantographe est tronqué des deux barres proximales (1, 2). Un actionneur commandant l'écartement entre les deux sommets proximaux du pantographe tronqué permet de maîtriser son ouverture.
Le motoréducteur (32) permet de contrôler 15 l'orientation du premier bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31).
Une liaison glissière et un moteur linéaire (24) permettent de contrôler la translation en z du second bâti intermédiaire (23).
20 L'articulation pivot passive (13) de la barre (3) s'articule sur les arbres (57) et (58) fixés sur une noix (52) contrainte en translation par un premier arbre (59) et un deuxième ensemble mécanique constitué d'un arbre fileté avec pas à droite (55), un pignon denté (54) et un arbre fileté avec pas
25 à gauche (56). La noix (52) coulisse librement sur l'arbre (59) tandis qu'elle possède un filetage interne permettant de faire une liaison de type vis-écrou avec l'arbre fileté (55).
Le même principe régit l'articulation de la liaison passive (11) de la barre (4) sur la noix (53).
Un motoréducteur (29) solidaire du bâti (23) permet de contrôler la rotation de l'ensemble mécanique (54 à 56) grâce aux pignons dentés (60,54). Le pignon denté (54) ne peut se mouvoir qu'en rotation et transmet ce mouvement de rotation aux deux arbres filetés (55) et (56), qui du fait de leur pas de vis
Le même principe régit l'articulation de la liaison passive (11) de la barre (4) sur la noix (53).
Un motoréducteur (29) solidaire du bâti (23) permet de contrôler la rotation de l'ensemble mécanique (54 à 56) grâce aux pignons dentés (60,54). Le pignon denté (54) ne peut se mouvoir qu'en rotation et transmet ce mouvement de rotation aux deux arbres filetés (55) et (56), qui du fait de leur pas de vis
26 inversés rapprochent ou écartent d'une longueur identique les articulations (11) et (13) des barres (3) et (4).
L'axe de l'arbre (31) traverse le pignon (54) en un point qui constitue le milieu, noté B, de la base du triangle isocèle formé par les projections des articulations (11 à 13).
L'angle entre la direction x et la droite (BA') est contrôlé par la rotation du motoréducteur (32) tandis que la distance BA' est contrôlée par la rotation du motoréducteur (29).
L'axe de l'arbre (31) traverse le pignon (54) en un point qui constitue le milieu, noté B, de la base du triangle isocèle formé par les projections des articulations (11 à 13).
L'angle entre la direction x et la droite (BA') est contrôlé par la rotation du motoréducteur (32) tandis que la distance BA' est contrôlée par la rotation du motoréducteur (29).
Claims (25)
1 ¨ 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).
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, comportant un bâti principal et dans lequel au moins deux desdits actionneurs sont disposés sur ledit bâti principal.
3 ¨ Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel le déplacement en translation est assurée par un système vis-écrou irréversible.
4 ¨ Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel chacune des barres de la pluralité de barres (1 à 4) peut être constituée d'un assemblage de deux profilés reliés par une entretoise.
5 ¨ Système robotisé selon la revendication précédente, dans lequel deux profilés d'une barre (1) sont entourés, selon la direction parallèle aux axes de pivotement, par deux profilés d'une autre barre (2).
6 ¨ Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel le système comporte un bâti principal en forme de U, dont chacune des banches latérales reprend les efforts des axes de pivotements parallèles.
7 ¨ Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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.
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.
8 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble déformable (100) est constitué par au moins deux quadrilatères déformables consécutifs partageant des barres (3, 4) communes.
9 - Système robotisé selon la revendication 1 dans lequel ledit ensemble déformable (100) est constitué par deux losanges déformables partageant des barres communes, reliés par un pivot 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).
10 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables partageant des barres communesõ
reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z.
reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z.
11 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel lesdites barres proximales (1, 2) sont actionnées par trois actionneurs tous situés sur un bâti principal.
12 - Système robotisé selon la revendication 1, comprenant au moins un bâti intermédiaire et dans lequel lesdites barres proximales (1, 2) sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal.
13 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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) entraînée par un premier actionneur (28).
14 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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.
15 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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'un deuxième arbre (31) et d'un système de pignons dentés coulissants (33) et (34) ou de courroies dentées coulissantes.
16 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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 principal (25) ou sur le bâti intermédiaire (35) contrôlant l'orientation de la barre proximale (1) par le biais d'un arbre (30).
17 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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 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 proximale (1) par le biais d'un arbre (30), la barre proximale (2) restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire (23).
18 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel les barres proximales (1, 2) dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire (23) 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).
19 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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) 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.
6) reliées par des axes de pivotement (11 à 16), la distance relative entre les articulations proximales (11,13) 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.
20 - Système robotisé, selon la revendication 1, dans lequel lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable 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.
21 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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.
22 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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.
23 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel 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 supportant une interface mécanique.
24 - Système robotisé selon la revendication 1, comportant un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile.
25 - Système robotisé selon la revendication 1, comportant un bâti principal fixé au sol.
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