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Tampon de protection contre les dangers de collisions en robotique.
L'invention concerne un tampon de protection contre les dangers de collisions entre un bras de robot et des obstacles inertes ou animés et autres dangers analogues rencontrés lors de la manutention des biens et personnes, comprenant des masses élastiques qui enveloppent des détecteurs de flexion et de pression pour être fixées sur une face offensive.
Dans les applications impliquant le déplacement de véhicules et d'engins mobiles, l'énergie cinétique développée lors de leurs déplacement impose une distance de freinage variable en fonction de critères difficilement contrôlables. Cette variabilité est la cause fondamentale de dégats importants, lorsque les circonstances exigent un arrêt brutal imprévu.
Pour réduire l'importance de ces dégats provoqués par des collisions, on connait une multitude de moyens, basés sur l'utilisation de barrières physiques élastiques fonctionnant comme bras de levier pour actionner des interrupteurs fixés sur les parois agressives. Ces bras de levier intégrent les forces appliquées sur leurs périphéries lors de l'impact avec un obstacle situé dans la trajectoire du mobile et en exploitent une des composantes pour comprimer un détecteur de pression.
Cette intégration des forces, impose d'une part, des choix contradictoires entre les seuils de compression résultants de l'impact avec des corps fins, fragiles, en équilibre métastable et ceux inhérents aux sollicitations résultant d'un usage normal, par exemple des accélérations et décélérations du mobile porteur, et d'autre part les mêmes contradictions entre la sensibilité du détecteur de pression et sa résistance aux surpressions, sans oublier les difficultés de localiser avec un minimum de précision le point d'impact, information souvent utile dans de multiples applications et particulièrement dans le cas de la protection d'un bras de robot.
La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients. L'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications, résoud le problème consistant à créer un tampon de protection contre les dangers de collisions entre
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un bras de robot et des obstacles inertes ou animés et autres dangers rencontrés lors de la manutention des biens et des personnes, tampon avec lequel, d'une part le niveau d'intégration des forces qui lui sont appliquées lors d'un impact est fortement réduit, et d'autre part, le détecteur d'impact peut résister sans risque de détérioration à des forces dont l'amplitude est nettement supérieure,
avec un hystérése entre le seuil de fermeture et celui d'ouverture plus faible tout en ajoutant les possibilités de permettre son utilisation avec des circuits électriques extérieurs afin de localiser plus ponctuellement le point d'impact et d'assurer un autocontrôle permanent de sa fiabilité.
Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement à procurer une série d'améliorations par l'apport de remédes à une série d'inconvénients initialement inévitables, dont les plus apparents consistent à permettre une discrimination sélective entre un impact directionnel défini et l'ensemble des autres sollicitations résultant d'un usage banalisé, telles que des vibrations et des accélérations/décélérations des engins protégés, même si la sensibilité des capteurs est augmentée de façon à autoriser la détection d'une pression de faible intensité ; d'offrir des seuils plus précis de sensibilité, l'amplitude des déformations dimensionnelles véhiculée vers les capteurs de pression variant peu en fonction de la surface d'application ;
ce qui autorise des possibilités de protection contre les impacts avec des corps fragiles ou en équilibre métastable, et éventuellement de localiser ponctuellement un point d'impact. Au total le tampon se distingue en offrant une amélioration des performances en vue d'assurer une meilleure protection des biens et des personnes.
L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement quelques modes d'exécution.
La figure 1 représente un tampon conçu avec un seul détecteur de flexion localisé à proximité de sa surface d'impact et un tampon conçu avec trois détecteurs, localisés suivant des axes perpendiculaires.
La figure 2 représente la coupe d'un tampon, muni d'un détecteur electro mécanique localisé dans un plan parralléle à la surface d'impact, comme illustration du processus de détection d'une pression appliquée extérieurement suivant un axe situé à l'intérieur d'un angle sphérique pouvant atteindre 180 degré
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par rapport au plan de la surface d'impact.
La figure 3 représente la coupe d'un tampon, muni d'un détecteur electro- mécanique localisé dans un plan perpendiculaire à la surface d'impact, comme illustration du processus de détection d'une pression appliquée extérieurement suivant un axe situé à l'intérieur d'un angle sphérique pouvant dépasser 180 degré par rapport au plan du détecteur de flexion.
Conformément à la présente invention, le détecteur de flexion 3 est placé dans une alvéole creusée à l'intérieur d'un bloc 2 constitué d'un ou plusieurs matériaux possédant des capacités de déformations élastiques suffisantes pour provoquer la flexion du détecteur 3 et le basculement du signal de sortie dans les circuits raccordés aux cables 4,5, 6,7 du détecteur lorsque une pression est appliquée sur la surface d'usure ou d'impact 1.
Le nombre et la localisation des détecteurs de flexion et de pression 3,231, 232,233 sont choisis de façon à ce qu'ils se situent dans les axes des vecteurs de force considérés comme significatives pour permettre une définition suffisante de la nature et/ou de la localisation d'un impact dangereux par rapport aux autres forces, à l'aide de circuits appropriés d'analyse à raccorder aux cables de sorties 4,5, 6,7, 24,25, 26,27, qui sont accessibles depuis l'extérieur du tampon.
La composition des matériaux constituants les masses élastiques, peut également être adaptée pour augmenter les coefficients de discrimination, soit au niveau de la structure interne 2,22 et/ou des parois enveloppantes 1,21, 212 afin de favoriser une amplification ponctuelle des déformations élastiques internes des masses adjacentes aux surfaces sensibles des détecteurs et d'accentuer ainsi les forces de cisaillement appliquées sur les éléments sensibles des détecteurs sans dépasser le rayon de courbure maximum autorisé du capteur, mais suffisantes pour provoquer un signal de sortie exploitable à l'aide de circuits éléctriques extérieurs. Le fonctionnement de ces tampons équipés de détecteurs électro-mécaniques. est illustré à l'aide de coupes localisées suivant l'axe longitudinal de ces détecteurs dans les figure 2 et 3.
Ces exemples sont choisis dans l'objectif d'éviter une élaboration excessive de l'exposé à partir de détecteurs électroniques sophistiqués tels que par exemple des capteurs piezo-électriques. Chaque figure représente une vue avant impact et une vue après l'impact afin de préciser que le détecteur est localisé de manière à exploiter au maximum les forces d'impact engendrées dans'un angle prévisible et aussi différents que possible des angles d'attaques résultant des
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sollicitations inhérentes à un usage banalisé de la partie du robot sur lequel le tampon est fixé.
Lorsque un corps 48 presse la surface d'usure 31, il la déforme 41 et transmet les forces exercées dans l'ensemble des matières élastiques 32,33, 35,36, 37 qui en se déformant 42,43, 45,46, 47 plient les deux lames de ressorts 36,37 vers 46, 47 jusqu'au court circuit en 49. L'amplitude différentielle des forces nécessaires pour provoquer un signal significatif est déterminée par la structure, la géométrie et les dimensions des lames de ressort 36,37 et de l'espace compris 33,34 entre celles-ci. La mesure des angles de courbure des lames de ressort 46,47 et de la pression différentielle transmise sur la surface des deux lames par leur contact en 49 et l'écrasement des intercalaires 43 caractérise l'amplitude et la direction d'origine de l'impact 48.
La répétabilité non destructrice du seuil de détection et l'hystérése entre les seuils d'ouverture et de fermeture du contact entre les lames de ressort est assurée grâce à un choix approprié des dimensions, localisations et structures des différents composants, cependant que les possibilités d'assurer une dérive sécurisante ou de mesurer la distance des points de court circuit par rapport aux bornes du détecteur est obtenue par l'accessibilité des extrémités des lames de ressort conductrices.
La figure 3 illustre une variante réalisée pour augmenter les capacités de détection. Les lames de ressort 56,57 se déforment 66,67, lorsque elles sont sollicitées par un impact 68 appliqué suivant un autre axe. La déformation des masses élastiques est guidée par l'usage de couches enveloppantes 51,511, 512,513 vers 61,611, 612,613 ; le guidage du point de court circuit 69 par l'usage de parois d'isolation et d'amortissement 55 vers 66. Le risque d'impact en provenance de pressions réparties sur des grandes surfaces est couvert par le choix de la forme et de la structure des lames de ressort 56,57 vers 66,67 ; des intercalaires 53,55 vers 63,65 et des espaces vides 54,64.
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Protection pad against the danger of collisions in robotics.
The invention relates to a protective pad against the dangers of collisions between a robot arm and inert or animated obstacles and other similar dangers encountered during the handling of goods and people, comprising elastic masses which surround detectors of bending and pressure to be fixed on an offensive side.
In applications involving the movement of vehicles and mobile devices, the kinetic energy developed during their movement imposes a variable braking distance according to criteria that are difficult to control. This variability is the fundamental cause of significant damage, when the circumstances require an unexpected sudden stop.
To reduce the extent of this damage caused by collisions, a multitude of means are known, based on the use of elastic physical barriers operating as a lever arm to actuate switches fixed on the aggressive walls. These lever arms integrate the forces applied on their peripheries during impact with an obstacle located in the path of the mobile and exploit one of the components to compress a pressure detector.
This integration of forces requires on the one hand, contradictory choices between the compression thresholds resulting from the impact with fine, fragile bodies, in metastable equilibrium and those inherent to the stresses resulting from normal use, for example accelerations. and decelerations of the carrier, and on the other hand the same contradictions between the sensitivity of the pressure detector and its resistance to overpressures, without forgetting the difficulties of locating with a minimum of precision the point of impact, information often useful in multiple applications and particularly in the case of the protection of a robot arm.
The present invention aims to remedy these drawbacks. The invention as characterized in the claims solves the problem of creating a protective pad against the dangers of collisions between
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a robot arm and inert or animated obstacles and other dangers encountered when handling goods and people, buffer with which, on the one hand, the level of integration of the forces applied to it during an impact is strongly reduced, and on the other hand, the impact detector can withstand without risk of deterioration forces whose amplitude is much higher,
with a hysteresis between the closing threshold and the lower opening threshold while adding the possibilities of allowing its use with external electrical circuits in order to localize the point of impact more punctually and ensuring permanent self-checking of its reliability.
The advantages obtained thanks to this invention consist essentially in providing a series of improvements by providing remedies to a series of initially unavoidable drawbacks, the most apparent of which being allowing selective discrimination between a defined directional impact and the whole. other stresses resulting from common use, such as vibrations and accelerations / decelerations of protected vehicles, even if the sensitivity of the sensors is increased so as to allow the detection of low intensity pressure; to offer more precise thresholds of sensitivity, the amplitude of the dimensional deformations conveyed towards the pressure sensors varying little as a function of the surface of application;
which allows possibilities of protection against impacts with fragile bodies or in metastable equilibrium, and possibly to localize an impact point punctually. In total, the buffer stands out by offering an improvement in performance in order to ensure better protection of goods and people.
The invention is set out below in more detail with the aid of drawings representing only a few embodiments.
FIG. 1 represents a buffer designed with a single bending detector located near its impact surface and a buffer designed with three detectors located along perpendicular axes.
FIG. 2 represents the section of a buffer, provided with an electro mechanical detector located in a plane parallel to the impact surface, as illustration of the process of detecting a pressure applied externally along an axis located inside with a spherical angle of up to 180 degrees
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relative to the plane of the impact surface.
FIG. 3 represents the section of a pad, provided with an electro-mechanical detector located in a plane perpendicular to the impact surface, as an illustration of the process of detecting a pressure applied externally along an axis located at the inside a spherical angle which can exceed 180 degrees from the plane of the bending detector.
According to the present invention, the bending detector 3 is placed in a cell dug inside a block 2 made of one or more materials having capacities of elastic deformations sufficient to cause the bending of the detector 3 and the tilting of the output signal in the circuits connected to the cables 4,5, 6,7 of the detector when a pressure is applied to the wear or impact surface 1.
The number and location of the flexion and pressure detectors 3,231, 232,233 are chosen so that they lie in the axes of the force vectors considered to be significant to allow a sufficient definition of the nature and / or the location of a dangerous impact compared to other forces, using appropriate analysis circuits to be connected to the output cables 4,5, 6,7, 24,25, 26,27, which are accessible from the outside buffer.
The composition of the materials constituting the elastic masses can also be adapted to increase the discrimination coefficients, either at the level of the internal structure 2.22 and / or of the enveloping walls 1.21, 212 in order to promote a punctual amplification of the elastic deformations internal of the masses adjacent to the sensitive surfaces of the detectors and thus accentuate the shear forces applied to the sensitive elements of the detectors without exceeding the maximum authorized radius of curvature of the sensor, but sufficient to cause an exploitable output signal using external electrical circuits. The operation of these buffers equipped with electro-mechanical detectors. is illustrated with the help of sections located along the longitudinal axis of these detectors in FIGS. 2 and 3.
These examples are chosen with the objective of avoiding excessive elaboration of the presentation from sophisticated electronic detectors such as for example piezoelectric sensors. Each figure represents a view before impact and a view after impact in order to specify that the detector is located so as to make the most of the impact forces generated in a predictable angle and as different as possible from the resulting attack angles. of
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stresses inherent in a trivialized use of the part of the robot on which the pad is fixed.
When a body 48 presses on the wear surface 31, it deforms it 41 and transmits the forces exerted in all of the elastic materials 32,33, 35,36, 37 which by deforming 42,43, 45,46, 47 bend the two leaf springs 36,37 towards 46, 47 until the short circuit at 49. The differential amplitude of the forces necessary to cause a significant signal is determined by the structure, the geometry and the dimensions of the spring leaves 36, 37 and the space 33.34 between them. The measurement of the angles of curvature of the spring leaves 46,47 and of the differential pressure transmitted on the surface of the two leaves by their contact at 49 and the crushing of the spacers 43 characterizes the amplitude and the direction of origin of the impact 48.
The non-destructive repeatability of the detection threshold and the hysteresis between the opening and closing thresholds of the contact between the spring leaves is ensured by means of an appropriate choice of dimensions, locations and structures of the various components, while the possibilities of '' ensuring a safe drift or measuring the distance of the short circuit points from the detector terminals is obtained by the accessibility of the ends of the conductive spring blades.
FIG. 3 illustrates a variant made to increase the detection capacities. The spring leaves 56,57 deform 66,67, when they are stressed by an impact 68 applied along another axis. The deformation of the elastic masses is guided by the use of enveloping layers 51.511, 512.513 towards 61.611, 612.613; guiding the short-circuit point 69 by the use of insulation and damping walls 55 to 66. The risk of impact from pressures distributed over large areas is covered by the choice of shape and structure of the leaf springs 56.57 to 66.67; dividers 53.55 to 63.65 and empty spaces 54.64.