BE1004639A5

BE1004639A5 - Tampon de protection contre les dangers de collisions en robotique.

Info

Publication number: BE1004639A5
Application number: BE9000919A
Authority: BE
Original assignee: Dumont Gilbert; Dumont Pierre
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1993-01-05

Abstract

Un tampon de protection comporte une ou plusieurs alvéoles munies de détecteurs (3 ou 231, 232, 233) et de lames de ressort (36, 37) disposées de part et d'autre d'un espace fractionné en zones (33, 34) conçues avec des matériaux d'élasticités difféentes, le tout entouré de matériaux élastiquement compressibles (1,2,21,22,212)

Description


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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.

Claims

Revendications 1-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 dans une enveloppe de protection partielle (1) ou globale (51, 511, 512,513) un choix de masses élastiques (32,35, 52,55) entourant une ou plusieurs alvéoles conçues pour contenir un détecteur (3) sensible aux déformations de lames de ressort conductrices (36,37, 56, 57), localisées contre les parois internes de cette série d'alvéoles, les cables de raccordement (4,5, 6,7) 10 du détecteur et des lames de ressort sont accessibles de l'extérieur pour permettre une exploitation élaborée des signaux engendrés en fonction des caractéristiques des tensions appliquées à l'extérieur du tampon.
2 - Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lames de ressort (36,37) sont localisées à l'intérieur d'une alvéole disposée au sein d'une masse élastiquement déformable et assemblées dans des plans parralléles et adjacents à ceux des parois de l'avéole.
3 - Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lames de ressort (36,37) sont situées de part et d'autre d'un volume constitué d'une alternance d'espaces (34) et d'intercalaires (33) dont les dimensions et la structure sont établies pour créer une multiplication de cellules fractionnées et indépendamment déformables sous l'action des tensions internes développées à l'intérieur des masses élastiques (32,33, 35,36, 37), suite à l'application du moindre contact sur les enveloppes extérieures de ces dernières masses.
4-Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure des masses élastiques (32,33, 35,36, 37) est constituée au départ d'un amalgame ou d'une série de matériaux dont les caractéristiques mécaniques et le coefficient d'élasticité particulier à chaque matériau est choisi pour constituer un réseau de vecteurs amplificateurs et focaliseurs des forces appliquées à la périphérie de chaque matériau par concentration et ou dispersion des <Desc/Clms Page number 6> tensions internes induites lors de l'application de sollicitations sur une ou plusieurs surfaces extérieures du tampon
5 - Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le volume des masses élastiques (32,35, 52) peut atteindre des dimensions très importantes pour permettre d'une part,

une focalisation appropriée des forces exercées à leurs périphéries et d'autre part, des déformations élastiques suffisantes pour absorber la pénétration non destructive des surfaces vectrices de ces forces extérieures
6 - Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure des masses élastiques (32,33, 35,36, 37) est conçue pour permettre la déformation des lames de ressort (36,37) sous l'effet de forces extérieures sans provoquer leurs détériorations, ni celles de détecteurs éventuellement localisés dans l'espace (33,34) lors des déformations nécessaires pour absorber la distance parcourue entre l'instant de détection d'un impact et l'arrêt de ses générateurs.
7 - Tampon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les avéoles contenants les lames de ressort (36,37) et les détecteurs de tensions internes sont localisables suivant un ou plusieurs axes proches ou éloignés de l'enveloppe extérieure du tampon, en fonction des besoins d'analyse du type et de la direction des impacts pré-définis et des réactions de la structure des masses contenues dans son enveloppe.
8-Tampon élastique selon la revendication 1, dans lequel les cables (4, 6,) de raccordement des détecteurs de tensions internes et ceux de lames de ressort conductrices (5,7) sont sortis pour permettre la mesure et le traitement extérieur de leurs paramètres et d'assurer l'exploitation de ces signaux de sortie pour réaliser un ensemble de sécurité continuellement auto-vérifié avec dérive sécurisante.