FR2564021A1

FR2564021A1 - Automatically guided device for positioning robot-controlled machine tools

Info

Publication number: FR2564021A1
Application number: FR8407194A
Authority: FR
Inventors: Gilbert Fournier
Original assignee: HAVRE CHANTIERS
Current assignee: HAVRE CHANTIERS
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1985-11-15

Abstract

Automatically guided device for positioning robot-controlled machine tools in which the movement of the tool or tools of the machine tools is provided in orthogonal directions called degree of freedom which are performed in a concomitant and simultaneous manner so as to obtain, by slaving these movements at high speed and movements at low speed, the positioning of the tools with the aid of means which are very light and have a very low power consumption.

Description

La robotisation impose, pour la réalisation des machinesoutils de plus en plus importantes, de positionner des outils avec des impératifs de rapidité et de précision en contradiction avec les dimensions et donc le poids des organes de ces machines à déplacer. Robotization requires, for the realization of increasingly important machine tools, to position tools with imperatives of speed and precision in contradiction with the dimensions and therefore the weight of the organs of these machines to be moved.

Il est possible d'envisager la robotisation de ces machines-outils mais on est alors amené à utiliser des puissances extrêmement importantes, ce qui nécessite des frais très importants aussi bien pour la réalisation de la partie technique que la consommation d'énergie. Or, pour mouvoir un outil suivant, en général deux et trois axes, on est amené à employer des éléments électriques, électro-magnétiques, pneumatiques, qui, non seulement ont un volume important mais également sont très coûteux. It is possible to envisage the robotization of these machine tools but we are then led to use extremely large powers, which requires very significant costs both for the realization of the technical part and the energy consumption. However, to move a following tool, generally two and three axes, one is led to employ electrical, electro-magnetic, pneumatic elements, which not only have a large volume but are also very expensive.

La présente invention remédie à ces inconvénients en créant un dispositif autoguidé, c'es-à-dire placé en général sous le congrole d'un ordinateur et qui permet de positionner très rapidement les outils d'une machine en employant des moyens de faible puissance et en décompo- sant l'asservissement en deux phases agissant simultané- ment pour permettre la mise en position exacte, d'une part, et la rapidité, d'autre part, de l'outil devant travailler à un temps T déterminé. The present invention overcomes these drawbacks by creating a self-guided device, that is to say generally placed under the control of a computer and which makes it possible to position the tools of a machine very quickly by using low power means. and by breaking down the servo-control into two phases acting simultaneously to allow the positioning in exact position, on the one hand, and the speed, on the other hand, of the tool having to work at a determined time T.

Conformément à l'invention, les directions orthogona- les appelées degré de liberté sont réalisées d'une manière concomitante et simultanément de façon à obtenir un asser vissemeni par des mouvements à grande vitesse es des mouve menti à petite vitesse , le positionnement des outils à l'aide de moyens très légers et de très faible consommation d'énergie. In accordance with the invention, the orthogonal directions called degree of freedom are produced in a concomitant manner and simultaneously so as to obtain a fastening by means of high speed movements and movements lied at low speed, the positioning of the tools at using very light means and very low energy consumption.

Suivant une autre caractéristique, les mouvements conco mitant et simultanés sont obtenus par le déplacement de chariots disposés de manière orthogonale dans des plans horizontaux et verticaux, ce déplacement étant obtenu par des organes moteurs soumis au contrôle de circuits électriques, pneumatiques, hydrauliques, magnétiques ou autres asservis à un organe à-mémoire tel qu'ordinateur. According to another characteristic, the concomitant and simultaneous movements are obtained by the displacement of carriages arranged orthogonally in horizontal and vertical planes, this displacement being obtained by motor members subjected to the control of electric, pneumatic, hydraulic, magnetic or others subject to a memory organ such as a computer.

Diverses autres caractéristiques de l'invension ressor- tent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics of the invention also emerge from the detailed description which follows.

Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. An embodiment of the object of the invention is shown, by way of nonlimiting example, in the accompanying drawing.

La fig. 1 est une vue en perspective schématique du dispositif autoguidé pour le positionnement d'un outil d'une machine-outil robotisée. Fig. 1 is a schematic perspective view of the self-guided device for positioning a tool of a robotic machine tool.

La fig. 2 est un plan, à plus petite échelle, correspondant à la fig. 1. Fig. 2 is a plan, on a smaller scale, corresponding to FIG. 1.

La fig. 3 est un schéma montrant le circuit d'ordre à partir d'un organe mémorisant, par exemple un ordinateur. Fig. 3 is a diagram showing the order circuit from a memorizing member, for example a computer.

Les fig. 4 et 5 montrent, d'une manière schématique, le travail du dispositif autoguidé positionnant un outil, soit pour la fig. 4 la simulation d'un traceur deux axes, soit pour la fig. 5 en ordonnée et en abscisse le mouvement résultant du dispositif agissant en deux temps simul tanémens. Figs. 4 and 5 show, schematically, the work of the self-guided device positioning a tool, that is for FIG. 4 the simulation of a two-axis plotter, that is for FIG. 5 on the ordinate and on the abscissa the movement resulting from the device acting in two simul tanemic times.

A la fig. 1, on a représenté très schématiquement une voie 1 qui permet à partir d'un organe moteur 2 de position- ner un chariot 3 roulant sur la voie 1 par l'intermédiaire de galets 4. In fig. 1, a track 1 has been shown very schematically which makes it possible, from a drive member 2, to position a carriage 3 rolling on the track 1 by means of rollers 4.

L'organe moteur 2 alimente, soit en courant électrique, soit à l'aide d'un autre fluide, un organe permettant le déplacement dans les deux sens des flèches Fi , F2 du chariot 3. Ce dernier porte en son centre une colonne 5 le long de laquelle peut coulisser un collier 6. Le mouvement du collier 6 est obtenu, dans le cas présent, par un câble sans fin 7 passant sur des poulies 8,9 , cette dernière étant entratnée par un moteur 10 dont l'arbre 11 porte la poulie 9. The drive member 2 supplies, either with electric current, or with the aid of another fluid, a member allowing movement in the two directions of the arrows Fi, F2 of the carriage 3. The latter carries in its center a column 5 along which a collar 6 can slide. The movement of the collar 6 is obtained, in this case, by an endless cable 7 passing over pulleys 8, 9, the latter being driven by a motor 10 whose shaft 11 carries the pulley 9.

Dans le cas présent, la section de la colonne 5 est rectangulaire et donc la section du collier 6 est également rectangulaire mais on peut également prévoir une section de forme différente, tant pour la colonne 5 que pour le collier 6. In this case, the section of the column 5 is rectangular and therefore the section of the collar 6 is also rectangular, but it is also possible to provide a section of different shape, both for the column 5 and for the collar 6.

Ce dernier porte un bras 12 qui est évidé en sa partie centrale par une fenêtre rectangulaire 13. Le mouvement d'avant en arrière du bras 12 dans le sens des flèches F3, F est obtenu par un câble sans fin 14 qui passe sur des
4 pillies 15, 16, 17 , 18 et dont les deux extrémités du câble sont fixées en des points 19, 20 du collier 6.The latter carries an arm 12 which is hollowed out in its central part by a rectangular window 13. The movement back and forth of the arm 12 in the direction of the arrows F3, F is obtained by an endless cable 14 which passes over
4 pillies 15, 16, 17, 18 and the two ends of the cable of which are fixed at points 19, 20 of the collar 6.

21 désigne le moteur encralnans la poulie 17 et donc le déplacement du câble sans fin 14 en permettant ainsi le déplacement dans le sens des flèches F3 , F4 du bras 12. 21 designates the motor encralnans the pulley 17 and therefore the movement of the endless cable 14 thereby allowing movement in the direction of the arrows F3, F4 of the arm 12.

Ce dernier porte, à son extrémité libre 12a, un cadre 22 sur lequel est monté un support 23 en T qui roule sur le cadre 22 par l'insermédiaire de galets 24, 25 montés fous sur des axes solidaires de la barre horizontale supérieure 23a du support 23 en T. The latter carries, at its free end 12a, a frame 22 on which is mounted a support 23 in T which rolls on the frame 22 by means of rollers 24, 25 mounted idly on axes integral with the upper horizontal bar 23a of the support 23 in T.

Comme on peut le voir à la fig. 1, le support 23 en T est entralné à partir de taquets 27, 28 par des câbles sans fin 29, 30 dont les extrémités sont fixées respecti- vexent sur les taquets 27, 28 et qui passent sur des poulies folles 30, 31 et motrices 32, 33 entraînées par l'ar- bre d'un moteur 34. As can be seen in fig. 1, the support 23 in T is entralné from cleats 27, 28 by endless cables 29, 30 whose ends are fixed respectively on the cleats 27, 28 and which pass on idler pulleys 30, 31 and drive 32, 33 driven by the shaft of a motor 34.

La translation rapide dans le sens des flèches F1 ,F2 du support d'outil 35, fixé à l'extrémité inférieure de la branche verticale du support 23 en T, est obtenue par le chariot 3. La translation transversale suivant les flè ches F , F4 est obtenue par le bras 12 qui encralne avec lui le cadre 22. Ces deux mouvements sont très rapides tandis que le positionnement fin du support d'outil 35 est obtenu par une translation du support 23 en T sur le cadre 22, soit à droite, sois à gauche, c'est-à-dire parallèlement aux flèches F1 , F2 . Ce mouvement qui est simultané avec les deux autres permet donc de positionner très exactement et très rapidement l'outil fixé au support 35 et ainsi d'obtenir, d'une manière concomitante , les mouvements rapides et lents du support d'outil 35. The rapid translation in the direction of the arrows F1, F2 of the tool support 35, fixed to the lower end of the vertical branch of the support 23 in T, is obtained by the carriage 3. The transverse translation according to the arrows F, F4 is obtained by the arm 12 which encrypts the frame 22 with it. These two movements are very rapid while the fine positioning of the tool support 35 is obtained by a translation of the support 23 in T on the frame 22, that is to the right , be on the left, that is to say parallel to the arrows F1, F2. This movement which is simultaneous with the other two therefore makes it possible to position the tool fixed to the support 35 very precisely and very quickly and thus to obtain, concomitantly, the rapid and slow movements of the tool support 35.

Comme il a été indiqué ci-dessus, l'alimentation des moteurs 2, 10, 21, 34 se fait à partir de circuits 102, 134, 121, 110 qui sont soumis au contrôle de relais placés dans le boîtier 200 (voir fig. 3), relais qui sont contrôlés et excités par exemple sous l'impulsion des tops donnés par une machine à mémoire, par exemple un ordinateur. As indicated above, the motors 2, 10, 21, 34 are supplied from circuits 102, 134, 121, 110 which are subjected to the control of relays placed in the housing 200 (see fig. 3), relays which are controlled and excited for example under the impulse of the tops given by a memory machine, for example a computer.

Si l'on examine dans l'espace, par un tracé à deux axes, on s'aperçoit (voir fig. 4) que, sans la concomitance des mouvements, on obtient ; le positionnement P 1 de l'outIl à des temps plus longs puisque les parcours v ,V
i 2 s'attendent beaucoup plusen surface, alors que par la con- comi tance de mouvements sus-décrits on obtient des par cours V 3, V 4 beaucoup plus resserrés et donc beaucoup
4 plus rapides.If we examine in space, by a plot with two axes, we realize (see fig. 4) that, without the concomitance of the movements, we obtain; the positioning P 1 of the tool at longer times since the paths v, V
i 2 expect much more on the surface, while by the conci tance of movements described above one obtains by course V 3, V 4 much tighter and therefore much
4 faster.

Si l'on examine la fig. 5, on s'aperçoit, comment en mettant en ordonnées l'amplitude de mouvement Y et en abscisse le temps To, la courbe C1 montre l'asservissement principal, la courbe C2 l'asservissement auxiliaire et finalement la courbe C, donne le mouvement résultant des asservissements principal et auxiliaire C 1 C C . Cesse courbe montre l'évolution du mouvement pour une seule variante mais déjà on remarque un gain important en rapidité et en position avec des moyens d'asservissements très légers et de faible consommation d'énergie. If we look at fig. 5, we can see how, by putting the amplitude of movement Y on the ordinate and the time To on the abscissa, the curve C1 shows the main control, the curve C2 the auxiliary control and finally the curve C, gives the movement resulting from the main and auxiliary control systems C 1 CC. This curve shows the evolution of the movement for a single variant but already we notice a significant gain in speed and position with very light control means and low energy consumption.

On a ainsi admis comment en effectuant les deux mouvements d'une manière concomitante et simultanée, la rapi dicté et la précision compensent, en temps réel, les imperfections et les lenteurs du fait de l'inertie de la machine. It has thus been admitted how by performing the two movements in a concomitant and simultaneous manner, the speed and the precision compensate, in real time, the imperfections and the slowness due to the inertia of the machine.

Bien que la description ci-dessus se rapporte à un chariot à trois degrés de liberté, il est possible, grâce au dispositif d'asservissement sus-décrit, d'obtenir plusieurs degrés de liberté avec les mêmes avantages de rapi dité et de précision du fait de la concomitance et de la simultanéité de mouvements. Although the above description relates to a carriage with three degrees of freedom, it is possible, thanks to the above-described servo device, to obtain several degrees of freedom with the same advantages of speed and precision of the made of concomitance and simultaneity of movements.

Dans la description qui précède, on a donné la description d'une réalisation à l'aide de moteurs électriques, de câbles et poulies de façon à permettre l'entraînement des divers chariots et organes analogues dont le dernier support 23 en T mainsient le porte-outil et donc l'outil à manoeuvrer mais il est bien évident qu'à la place d'asservissements électriques on pourrait utiliser des asservissements pneumatiques, hydrauliques, magnétiques ou autres dans les memes conditions que celles décrites ci-dessus. In the foregoing description, a description has been given of an embodiment using electric motors, cables and pulleys so as to allow the drive of the various carriages and similar members, the last support 23 of which in T holds the door -tool and therefore the tool to be maneuvered, but it is quite obvious that instead of electrical servos, pneumatic, hydraulic, magnetic or other servos could be used under the same conditions as those described above.

Claims

1 - Self-guided device for positioning robotic machine tools in which the movement of the tool (s) of the machine tools in orthogonal directions is provided, characterized in that these orthogonal direc suctions called degree of freedom are produced in a way concomitant and simultaneous in order to obtain, by enslavement of the movements at high speed and movements at low speed, the positioning of the tools using very light means and very low energy consumption.

2 - Device according to claim 1, characterized in that the simultaneous anise and simultaneous movements are obtained by the movement of carriages arranged orthogonally in horizontal and vertical planes, this movement being obtained by motor members subjected to the control of electrical circuits , pneumatic, hydraulic, magnetic or other subject to a memory device such as a computer.

3 - Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the positioning of the support of the tool and therefore of the tool is carried out in a time T for rapid movements and in a time To for slow movements in a concomitant ante and simultaneous manner in order to achieve a resulting displacement gaining speed and requiring only a low consumption of energy.