EP0239602A1 - Bras flexible, notamment pour robot - Google Patents

Bras flexible, notamment pour robot

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Publication number
EP0239602A1
EP0239602A1 EP19860905838 EP86905838A EP0239602A1 EP 0239602 A1 EP0239602 A1 EP 0239602A1 EP 19860905838 EP19860905838 EP 19860905838 EP 86905838 A EP86905838 A EP 86905838A EP 0239602 A1 EP0239602 A1 EP 0239602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
flexible elements
carcass
objects
rubber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19860905838
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier Lorin De La Grandmaison
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0239602A1 publication Critical patent/EP0239602A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/06—Arms flexible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/38—Adjustment of complete wings or parts thereof
    • B64C3/52—Warping

Definitions

  • the present invention relates to a device intended to connect two objects and to vary their relative position and orientation.
  • Such devices constitute elements of remote handling arm or robots, they are however of much more general use, since any connection comprising a articulation with a cylindrical or spherical pivot and means for varying the relative positions and orientations of the two parts of the joint can, in at least some cases, be replaced by a device according to the invention.
  • the usual telemanipulation arms or robot more generally called ic robot arms, comprise a series of rigid elements connected by articulations and actuation means associated with each articulation, to change its configuration.
  • These arms make it possible to obtain good precision and good stability of the end of the robotic arm, even if this end is subjected to variable forces.
  • the disadvantages of these structures are the weight, due to the mass necessary to ensure good rigidity of the elements, the low resistance of the joints to shocks and to wear, and the integral transmission of vibrations from one end to the other. other arm.
  • the object of the present invention is to provide a device of low weight, not very sensitive to shocks and to wear, and capable of absorbing vibrations.
  • the invention provides a device intended to connect two objects and to vary their relative position and orientation, characterized in that it comprises:
  • a tight, deformable, elastic tube and provided with means prohibiting or controlling on the one hand, the twisting, the shearing, and the swelling of the tube, and authorizing on the other hand, the bending, the elongation or the shortening of the tube,
  • the pressure of the tube is increased by simultaneously increasing the length of the flexible elements, a relative displacement of the two objects is obtained in the direction of the axis of the tube, since the swelling of the tube is counteracted by the means provided for this effect. Furthermore, if the length of the flexible elements is varied relative to each other, the tube takes a curved shape, and the relative orientation of the objects is modified at the same time as their position.
  • simultaneous variations in the pressure in the tube and in the length of the flexible elements make it possible to modify the rigidity of the device.
  • the means with which the tube is provided to prohibit and / or control its twisting, its shearing and its swelling have the object of ensuring the stability of the shape of the tube and consequently its rigidity, and this whatever the geometrical configuration adopted and whatever the loads for which the device is designed.
  • the objects are metal plates fixed to the ends of the tube, and serving to connect the device to a support or to a tool or other accessory carried by the device, or even to another similar device,
  • the tube is made of rubber and provided with a carcass, made up of metal reinforcements, arranged obliquely along the tube, preferably at 35o,
  • said tube carcass consists of one or more layers of cables, preferably two, forming a network of helical turns
  • the rubber of the tube is reinforced by a strapping consisting of metal rings in sufficient number and of sufficient strength, to prevent the tube from bending under the loads for which the device is designed,
  • strapping rings constitute an anchorage for one end of some of said flexible elements
  • the second object is connected to a third object by a device of the same type, some of said flexible elements connecting the first object to the second, others of said flexible elements connecting the first object to the third object through the second,
  • the flexible elements comprise cables slidably mounted in cable passages secured to the walls of the tube,
  • the cable passages consist of flexible and / or extensible tubes, but of substantially constant diameter
  • the means for varying the length of the flexible elements comprise jacks each attacking the end of a cable and secured to one of the objects, the other end of the cable being secured to the other object or to a point any of the tube,
  • the interior of the tube is divided into several chambers, parallel to the axis of the tube, and of substantially circular section, - the section of the tube is provided with a flattened shape, for which the ratio of transverse dimensions corresponds to the ratio of plane bending effects for which the device is designed.
  • FIG. 1 is a schematic overall view, in perspective, with parts broken away, of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a view of a device similar to that of FIG. 1, on a reduced scale, and in the curved position
  • FIG. 3 is a perspective view, with parts broken away, of a portion of tube in another embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a half-section, in perspective, of a particular shape of the base
  • FIG. 5 is a half-section, in perspective, of another form of base
  • Fig. 6 is a schematic perspective view of another embodiment of the invention
  • FIG. 7 is yet a schematic perspective view, with parts broken away, of another embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a schematic section of tube, in a particular embodiment of the invention
  • FIG. 9 is a partial perspective view, with parts broken away, of another embodiment of the invention
  • FIG. 10 is a partial view in elevation, with parts broken away, of another embodiment of the invention.
  • the device described in FIG. 1 is formed of a tube (1), a base (2) containing the mechanical control members, a head (3), and a set (4) of pipes or conduits intended in particular for power supply and for controlling the mechanical members of the base.
  • the section of the tube (1) is circular and of constant diameter along the axis of the tube, but in other applications, it can be flattened and / or variable along the axis.
  • the flexible elements include guide tubes or sheaths (6) and cables (7) which can slide freely inside the guide tubes (6), and connecting the terminal end of the device to the means of tensioning the cables.
  • the tube itself is essentially constituted by a flexible rubber tube (5), and an external tunic (8) forming the carcass of the tube and surrounding the rubber tube (5).
  • the thickness of the rubber tube (5) is sufficient to coat the guide tubes or sheaths (6).
  • the guide tubes are therefore contained inside the carcass (8), however, it is possible to envisage embodiments in which the quides tubes are situated outside the carcass (8), but it is clear that, in all cases, the resistance of the tube will be all the better as the mechanical connections between the carcass (8) and the guide tubes will be numerous and resistant. This is the reason why, it can be particularly judicious, in certain applications, to endow the tube with two carcasses, one inside the guide tubes, and the other outside.
  • the guide tubes are formed of a metal spiral with non-contiguous edges.
  • These guide tubes are said to be semi-rigid, that is to say flexible perpendicular to their axis, extensible or compressible in the direction of their axis, but having good resistance to crushing which would reduce their internal section.
  • Their realization in the form of a metal spiral with non-contiguous turns is the simplest, but one could conceive a series of successive rings separated from each other and held in place by the rubber of the tube, for example. Indeed, their essential function is to ensure the free sliding of cables.
  • a lubricant can be introduced inside the guide tubes in order to limit the losses of tension by friction of the cables, and in order to thereby reduce the wear of the materials.
  • the cables are six in number, but it is clear that there may be more or possibly less in simple cases, such as for example, for the device described in Figure 2.
  • three cables are sufficient to obtain a given orientation of the head (3), relative to the base (2).
  • a number such as six has been recognized as suitable, this number being able to be increased for high transverse stresses or to more precisely control the curvature of the tube throughout its axis.
  • the same orientation of the head of the tube can be obtained in several different ways, that is to say by several different distribution of the tensions between the cables (7) .
  • FIG. 3 shows in more detail another possible embodiment of the tube (1).
  • a flexible rubber casing (9) surrounds the carcass (8) formed by two series of helical coils which wind in opposite directions along the wall of the rubber tube. These turns are formed from resistant wires with a low elongation rate.
  • the angle of incidence of the turns with a plane perpendicular to the axis of the tube (1) is approximately 35o.
  • An internal jacket, not shown, similar to the external jacket, can be provided on the inside of the rubber tube (5), to ensure better distribution of the local pushing forces. vacuum induced by the curvature of the tensioned cables.
  • a flexible internal envelope (10) has been provided, of small thickness, made of high-sealing elastomer, resistant to the pressurized fluid which is sent inside the tube.
  • Rings or hoops (11) included in the thickness of the tube allow the section of the tube to keep a substantially constant shape during operation of the device. Indeed, they are mainly opposed to local vacuum surges induced by the possible curvature of the tensioned cables and ensure a good mechanical connection between the guide tubes (B) and the carcass (8).
  • Passages (12) arranged in the extension of the guide tubes (6) make it possible not to impede the sliding of the cables, but they can also serve as an anchoring base for one of the ends of certain cables.
  • a particular anchoring piece (28), not shown in FIG. 3, must then be placed at this location, so as to fix the end of the cable (7) on the ring (11).
  • the base (2) shown in Figure 4, comprises a base (13), comprising a fixing flange (14) on a support, and on one side of the means (15) for tightly sealing the end of the tube (1) and on the opposite side of the cable control jacks (16). Only one of these jacks is shown in Figure 1.
  • the base (13) is traversed on the one hand, by an axial duct (17) intended to pressurize the interior of the tube and incidentally to the passage of one or more control lines for the head (3), and on the other hand, by a series of smaller passages (18) for the cables.
  • Each cylinder (16) is located in the extension of a passage (18) and is provided with a hooking piece (13) for the corresponding cable (7).
  • each cylinder (16) is done by means of an orifice (20).
  • Figure 1 there is shown the conduit (21) for supplying the actuator (16), the conduit (22) for supplying the tube (1) with pressurized fluid, and valves (23) and (24) for controlling the conduits (21) and (22). It is clear that these valves can be placed at a certain distance from the base.
  • an auxiliary conduit (25) intended for an additional power supply and control has been provided.
  • Figure 5 shows an arrangement of the cylinder (16), in which it does not have its axis parallel to that of the tube, as in Figure 2, but makes an angle of about 60o with the axis of the tube (1 ).
  • the passage (18) corresponding is in an arc so as to guide the cable (7) with reduced friction and wear. It is clear that such an arrangement makes it possible to increase, at constant tube diameter, either the number of jacks and therefore of cables, or the diameter of the jacks and therefore their power. In certain applications, it may prove useful to have each of the jacks (16) at an adequate inclination so as to increase their number while limiting the size of the base (2).
  • the head (3) comprises a collar (26) for fixing an object whose orientation and position are to be controlled.
  • This flange carries a plug (27) for sealing the tube (1), and stop pieces (28) for the ends of the cables (7).
  • Figure 6 shows a double curvature arm obtained using two devices according to the invention, arranged in succession but with a common base (2) and two heads (3) and (3a); some of the cables (7) are anchored on the head (3) and others on the head (3a), their opposite end being connected each time on a jack of the base (2). If the fluid pressure is the same in both devices, the plug (27) of the intermediate head can be removed. We can therefore also consider that it is a single device with an intermediate hoop carrying part of the cable anchoring points (7).
  • hooping rings (11) of the tube (1) can also perform the role of anchoring cables (7) stopping before the terminal end.
  • a tool (29) carried by the terminal head (3a) of the device, can receive control signals and a power supply by means of a conduit (25) located inside the tube (1).
  • the cable tension cylinders of the second or subsequent devices can be placed, for example, in the first base or in another place, and connected to the corresponding base by an incompressible cable and sheath device, of the type of bicycle brakes, that is to say a flexible but incompressible sheath in the direction of its length, unlike guide tubes, connects the body of the jack to a fixed point on the corresponding base, while the cable passing through this sheath connects the piston of the same jack to a fixed point on the corresponding head (or hoop).
  • an incompressible cable and sheath device of the type of bicycle brakes
  • the tube (1) is of elongated section in the vertical direction, so that the movements take place essentially in a horizontal plane.
  • the tube (1) is of elongated section in the vertical direction, so that the movements take place essentially in a horizontal plane.
  • Similar applications can be envisaged in the aeronautical field, with a view to modifying the geometric configuration of a wing element.
  • the resistance to breakage and to form instability can be significantly increased, when the interior of the latter is divided or compartmentalized into cells or chambers with an axis parallel to that of the tube and of substantially circular section.
  • Figure 8 schematically shows a tube section in such a case.
  • six aligned cells are represented, but it is clear that there can be more or less depending on the case, similarly, they can be of different sizes and arranged in any other way without modifying in any way way, the operation of the device according to the invention.
  • the example shown in Figure 9 relates to another method of mounting and adjusting the cables (7).
  • the carcass (8) consists of elements mounted in series, each terminated by a hoop (11), at each end.
  • the two hoops (11) of each element are connected to each other by a series of cables (7) extending axially between two anchoring devices (28).
  • Each cable is located outside the carcass (8) and comprises two elementary cables in series, between which is interposed a hydraulic or electromagnetic jack working in traction.
  • the two hoops belonging to two adjacent elements are shown apart for reasons of clarity of the drawing, but in service such hoops are clamped against each other, by means of clamping devices (not shown) of the bolt type, engaged in notches (34) of the hoops.
  • the carcass elements (8) integral with the hoops (11) are slidably mounted on the rubber tube (5).
  • the length of the cables is regulated by the greater or lesser traction exerted on them by the jacks (16), which is opposed by the longitudinal force resulting from the pressure prevailing in the tube (5).
  • the example shown in Figure 10 will only be described with regard to its differences from that of Figure 9.
  • Each cable is replaced by a chain of jacks (30) hinged together, by means of an articulation (31) and working in traction.
  • the end cylinders of the chain are hooked to the hoops (33), similar to the hoops (11) of FIG. 9.
  • the chains of jacks are interposed between the carcass (8) inside, and a carcass (8a) outside, the function of which is to associate the chains of jacks with the tube so that their longitudinal profile substantially matches the local longitudinal profile of the tube.
  • local longitudinal profile is meant the profile of the tube substantially along the generator concerned.
  • the jacks (30) are associated with the wall of the tube by being interposed between the two carcasses (8) and (8a), but they are also stopped in the circumferential direction by means of a device d spacing which does not hamper bending of the tube.
  • these are metal balls (32), interposed between two adjacent jacks belonging to two adjacent chains.
  • the balls (32) interposed between 2 adjacent chains of jacks are themselves kept apart from one another in the longitudinal direction, by means for example of helical springs (not shown), of low rigidity , the ends of which rest on two adjacent balls.
  • the advantages of the invention are the low weight, due to the hollow structure and the use of low density materials: compressed gas and rubber, impact resistance and non-transmission. vibrations which also arise from its structure and the gas-specific self-damping properties compressed and rubber. It will be noted in this connection that it is still possible to improve the vibration damping characteristics or to modify the natural frequencies, by providing, inside the tube, vibration absorption masses, for example made of foam. flexible and porous, provided they do not oppose pressure changes.

Landscapes

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Abstract

Dispositif pour relier deux objets et faire varier leur position et leur orientation relatives. Ce dispositif comprend: un tube étanche et déformable (1), par exemple en caoutchouc, muni d'une carcasse qui peut être constituée par des armatures diagonales (8) permettant sa flexion et son allongement mais non sa torsion, son cisaillement ou son gonflement; une série d'éléments flexibles à longueur réglable, répartis sur le pourtour du tube et associés au tube et disposés sensiblement longitudinalement par rapport à l'axe du tube. Ceux-ci peuvent être, par exemple, constituées par des passages (6) de câbles (7) qui relient les deux extrémités du tube et solidaires de celui-ci; des moyens (16) pour faire varier la longueur des éléments flexibles à longueur réglable; des moyens pour créer et/ou maintenir une pression à l'intérieur du tube. Application aux bras robotiques.

Description

Bras flaxible, notamment pour robot.
La présente invention est relative à un dispositif destiné à relier deux objets et à faire varier leur position et leur orientation relatives.
De tels dispositifs constituent des éléments de bras de télémanipulation ou de robots, ils sont cependant d'usage bien plus général, car toute liaison comprennant une articulation à pivot cylindrique ou sphérique et des moyens pour faire varier les positions et orientations relatives des deux parties de l'articulation, peut, dans certains cas au moins, être remplacée par un dispositif conforme à l'invention.
Les bras de télémanipulation ou robot usuels, plus généralement dénommés bras robot iques, comprennent une série d'éléments rigides reliés par des articulations et des moyens d'actionnement associés à chaque articulation, pour changer sa configuration. Ces bras permettent d'obtenir une bonne précision et une bonne stabilité de l'extrémité du bras robotique, même si cette extrémité est soumise à des forces variables. En revanche, les inconvénients de ces structures sont le poids, dû à la masse nécessaire pour assurer une bonne rigidité des éléments, la faible résistance des articulations aux chocs et à l'usure, et la transmission intégrale des vibrations d'une extrémité à l'autre du bras.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de faible poids, peu sensible aux chocs et à l'usure, et capable d'absorber les vibrations. Dans ce but, l'invention fournit un dispositif destiné à relier deux objets et à faire varier leur position et leur orientation relatives, caractérisé en ce qu'il comprend:
- un tube étanche, deformable, élastique, et pourvu de moyens interdisant ou contrôlant d'une part, la torsion, le cisaillement, et le gonflement du tube, et autorisant d'autre part, la flexion, l'allongement ou le raccourcissement du tube,
- des moyens pour relier un premier objet à une première extrémité du tube et, des moyens pour relier un second objet à une seconde extrémité du tube, - une série d'éléments flexibles à longueur réglable, répartis sur le pourtour du tube et associés au tube de manière à ce que leur profil longitudinal épouse sensiblement le profil longitudinal local du tube, et reliant lesdits objets entre eux, ou bien l'un des objets à un point quelconque du tube, ou encore deux points quelconques du tube, et capables enfin de s'opposer par une résistance suffisante à la traction, à un allongement du profil longitudinal local du tube qu'ils épousent,
- des moyens pour faire varier la longueur desdits éléments flexibles, solidairement et/ou indépendamment l'un de l'autre, - des moyens pour créer et/ou maintenir une pression à l'intérieur du tube. Si les éléments flexibles sont réglés pour avoir la même longueur, le dispositif, sous l'effet de la pression à l'intérieur du tube, prend une forme rectiligne. Si on augmente la pression dans le tube sans laisser varier la longueur des éléments flexibles, c'est à dire en exerçant sur eux une tension tendant à annuler l'effet d'allongement du tube, la position des deux objets ne varie pas, mais la rigidité de la liaison est augmentée. Si au contraire, on augmente la pression du tube en faisant croître simultanément la longueur des éléments flexibles, on obtient un déplacement relatif des deux objets dans le sens de l'axe du tube, puisque le gonflement du tube est contrarié par les moyens prévus à cet effet. Par ailleurs, si on fait varier la longueur des éléments flexibles les uns par rapport aux autres, le tube prend une forme incurvée, et l'orientation relative des objets est modifiée en même temps que leur position. Là encore, des variations simultanées de la pression dans le tube et de la longueur des éléments flexibles permettent de modifier la rigidité du dispositif, A cet égard, les moyens dont est pourvu le tube pour interdire et/ou contrôler sa torsion, son cisaillement et son gonflement, ont pour objet d'assurer la stabilité de forme du tube et conséquemment sa rigidité, et ceci quelle que soit la configuration géométrique adoptée et quels que soient les chargements pour lesquels le dispositif est conçu. Suivant des modalités particulièrement avantageuses: - les objets sont des plaques métalliques fixées aux extrémités du tube, et servant à relier le dispositif à un support ou à un outil ou autre accessoire porté par le dispositif, ou encore à un autre dispositif analogue,
- le tube est en caoutchouc et pourvu d'une carcasse, constituée d'armatures métalliques, disposées obliquement le long du tube, de préférence à 35º,
- ladite carcasse du tube est constituée d'une ou plusieurs nappes de câbles, de préférence deux, formant un réseau de spires hélicoïdales
- s'enroulant le long de la paroi du tube, - ladite carcasse est incorporée au caoutchouc du tube, - ladite carcasse constitue une enveloppe extérieure au caoutchouc du tube,
- le caoutchouc du tube est renforcé par un cerclage constitué d'anneaux métalliques en nombre suffisant et de résistance suffisante, pour empêcher le pliage du tube sous les charges pour lesquelles le dispositif est conçu,
- certains desdits anneaux de cerclage constituent un ancrage pour une extrémité de certains desdits éléments flexibles,
- le second objet est relié à un troisième objet par un dispositif du même type, certains desdits éléments flexibles reliant le premier objet au second, d'autres desdits éléments flexibles reliant le premier objet au troisième objet à travers le deuxième,
- les éléments flexibles comprennent des câbles montés de manière coulissante dans des passages de câbles solidaires des parois du tube,
- les passages de câbles sont constitués par des tubes flexibles et/ou extensibles, mais de diamètre sensiblement constant,
- les passages de câbles sont incorporés à la paroi du tube,
- les moyens pour faire varier la longueur des éléments flexibles comprennent des vérins attaquant chacun l'extrémité d'un câble et solidaires de l'un des objets, l'autre extrémité du câble étant solidaire de l'autre objet ou d'un point quelconque du tube,
- l'intérieur du tube est divisé en plusieures chambres, parallèles à l'axe du tube, et de section sensiblement circulaire, - la section du tube est dotée d'une forme aplatie, pour laquelle le rapport des dimensions transversales correspond au rapport des effets de flexion plane pour lequel le dispositif est conçu. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée en s'aidant d'un exemple pratique, non limitatif, illustré à l'aide des dessins parmi lesquels:
Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble, en perspective, avec arraché, d'un dispositif selon l'invention, Fig. 2 est une vue d'un dispositif semblable à celui de la Fig.1, à échelle réduite, et en position courbée, Fig. 3 est une vue en perspective, avec arraché, d'une portion de tube dans une autre réalisation de l'invention, Fig. 4 est une demi-coupe, en perspective, d'une forme particulière du socle, Fig. 5 est une demi-coupe, en perspective, d'une autre forme de socle, Fig. 6 est une vue schématique en perspective d'une autre réalisation de l'invention, Fig. 7 est encore une vue schématique en perspective, avec arraché, d'une autre réalisation de l'invention, Fig. 8 est une section schématique de tube, dans une réalisation particulière de l'invention, Fig. 9 est une vue en perspective partielle, avec arrachement, d'un autre mode de réalisation de l'invention, Fig. 10 est une vue partielle en élévation, avec arrachements, d'une autre réalisation de l'invention.
Le dispositif décrit à la figure 1 est formé d'un tube (1), d'un socle (2) contenant les organes mécaniques de commande, d'une tête (3), et d'un ensemble (4) de canalisations ou conduits destinés notamment à l'alimentation en énergie et à la commande des organes mécaniques du socle.
La section du tube (1) est circulaire et de diamètre constant tout au long de l'axe du tube, mais dans d'autres applications, elle peut être de forme aplatie et/ou variable le long de l'axe. Dans le dispositif décrit à la figure 1, les éléments flexibles comprennent des tubes-guides ou gaines (6) et des câbles (7) pouvant coulisser librement à l'intérieur des tubes-guides (6), et reliant l'extrémité terminale du dispositif aux moyens de mise en tension des câbles. Le tube lui-même est essentiellement constitué par un tube de caoutchouc souple (5), et d'une tunique externe (8) formant la carcasse du tube et entourant le tube en caoutchouc (5).
Dans le dispositif décrit à la figure 1, l'épaisseur du tube en caoutchouc (5) est suffisante pour enrober les tubes-guides ou gaines (6). Les tubes-guides sont donc contenus à l'intérieur de la carcasse (8), toutefois, il peut être envisagé des réalisations dans lesquelles les tubes-quides sont situés à l'extérieur de carcasse (8), mais il est clair que, dans tous les cas, la résistance du tube sera d'autant meilleure que les liaisons mécaniques entre la carcasse (8) et les tubes-guides seront nombreuses et résistantes. C'est la raison pour laquelle, il peut s'avérer particulièrement judicieux, dans certaines applications, de doter le tube de deux carcasses, l'une intérieure aux tubes-guides, et l'autre extérieure.
Dans le dispositif décrit à la figure 1 , les tubes-guides sont formés d'une spirale métallique à bords non jointifs. Ces tubes-guides sont dits semi-rigides, c'est à dire flexibles perpendiculairement à leur axe, extensibles ou compressibles dans le sens de leur axe, mais présentant une bonne résistance à un écrasement qui réduirait leur section interne. Leur réalisation sous forme d'une spirale métallique à spires non jointives est la plus simple, mais on pourrait concevoir une série d'anneaux successifs séparés les uns des autres et maintenus en place par le caoutchouc du tube, par exemple. En effet, leur fonction essentielle est d'assurer le libre coulissement de câbles. Un lubrifiant peut être introduit à l'intérieur des tubes-guides afin de limiter les pertes de tension par frottement des câbles, et afin de réduire de ce fait l'usure des matériaux. Sur les figures 1 et 3, les câbles sont au nombre de six, mais il est clair qu'il peut y en avoir plus ou éventuellement moins dans des cas simples, comme par exemple, pour le dispositif décrit à la figure 2. En théorie, pour une section circulaire du tube, trois câbles suffisent pour obtenir une orientation donnée de la tête (3), par rapport au socle (2). En fait, pour que le tube présente une bonne stabilité de forme, un nombre tel que six a été reconnu convenable, ce nombre pouvant être augmenté pour de fortes sollicitations tranversales ou pour contrôler de façon plus précise la courbure du tube tout au long de son axe. Il est à noter qu'avec plus de trois câbles arrêtés dans une même section, une même orientation de la tête du tube peut être obtenue de plusieures manières différentes, c'est à dire par plusieures répartition différentes des tensions entre les câbles (7). Pour une bonne distribution des contraintes dans la paroi du tube, et en particulier, pour atténuer les effets des sollicitations locales transmises au matériau du tube, depuis les câbles tendus par l'intermédiaire des tubes-guides, tout écart important de tension entre des câbles adjacents assurant une fonction similaire, devra être évité. Cela peut être obtenu par un algorithme adapté des commandes des moyens de tension des câbles (7), ou bien par des moyens mécaniques créant une certaine solidarité entre les câbles. La figure 3 montre de façon plus détaillée une autre réalisation possible du tube (1). Une enveloppe souple en caoutchouc (9) entoure la carcasse (8) formée de deux séries de spires hélicoïdales qui s'enroulent en sens inverse le long de la paroi du tube en caoutchouc. Ces spires sont formées de fils résistants à faible taux d'allongement. L'angle d'incidence des spires avec un plan perpendiculaire à l'axe du tube (1) est d'environ 35º. Une tunique interne, non représentée, analogue à la tunique externe, peut être prévue sur la face intérieure du tube en caoutchouc (5), pour assurer une meilleure distribution des efforts locaux de poussée au vide induits par la courbure des cables en tension.
Dans l'exemple, a été prévue une enveloppe interne souple (10), de faible épaisseur, en élastomère à haute étanchéïté résistant au fluide sous pression qui est envoyé à l'intérieur du tube. Des anneaux ou cerces (11) inclus dans l'épaisseur du tube, permettent à la section du tube de conserver une forme sensiblement constante au cours du fonctionnement du dispositif. En effet, elles s'opposent principalement aux poussées au vide locales induites par la courbure éventuelle des câbles en tension et assurent une bonne liaison mécanique entre les tubes-guides (B) et la carcasse (8). Des passages (12) disposés dans le prolongement des tubes-guides (6), permettent de ne pas entraver le coulissement des câbles, mais ils peuvent également servir de base d'ancrage de l'une des extrémités de certains câbles. Une pièce d'ancrage particulière (28), non représentée sur la figure 3, doit alors être placée à cet endroit, de manière à fixer l'extrémité du câble (7) sur l'anneau (11).
Le socle (2), représenté sur la figure 4, comprend une embase (13), comportant une collerette de fixation (14) sur un support, et d'un coté des moyens (15) de fixation étanche de l'extrémité du tube (1) et du coté opposé des vérins (16) de commande de câbles (7). Un seul de ces vérins est représenté à la figure 1. L'embase (13) est traversée d'une part, par un conduit axial (17) destiné à la mise en pression de l'intérieur du tube et accessoirement au passage d'une ou plusieures canalisations de commande de la tête (3), et d'autre part, par une série de passages (18) plus petits pour les câbles. Chaque vérin (16) est situé dans le prolongement d'un passage (18) et est muni d'une pièce d'accrochage (13) pour le câble (7) correspondant. L'alimentation de chaque vérin (16) se fait au moyen d'un orifice (20). Sur la figure 1, on a représenté le conduit (21) d'alimentation du vérin (16), le conduit (22) d'alimentation du tube (1) en fluide sous pression, et des vannes (23) et (24) de commande des conduits (21) et (22). Il est clair que ces vannes peuvent être placées à une certaine distance du socle. Dans l'exemple, un conduit auxiliaire (25) destiné à une alimentation énergétique et une commande supplémentaires, a été prévu.
La figure 5 montre une disposition du vérin (16), dans laquelle celui-ci n'a pas son axe parallèle à celui du tube, comme à la figure 2, mais fait un angle de 60º environ avec l'axe du tube (1). Dans le cas d'une inclinaison du vérin avec l'axe du tube, le passage (18) correspondant est en arc de cercle de façon à guider le câble (7) avec un frottement et une usure réduits. Il est clair qu'une telle disposition permet d'augmenter, à diamètre de tube constant, soit le nombre de vérins et donc de câbles, soit le diamètre des vérins et donc leur puissance. Dans certaines applications, il pourra s'avérer utile de disposer chacun des vérins (16) selon une inclinaison adéquate de façon à augmenter leur nombre tout en limitant l'encombrement du socle (2). La tête (3) comprend une collerette (26) pour fixation d'un objet dont on veut commander l'orientation et la position. Cette collerette porte un bouchon (27) pour l'obturation étanche du tube (1), et des pièces d'arrêt (28) pour les extrémités des câbles (7). La figure 6 montre un bras à double courbure obtenu à l'aide de deux dispositifs selon l'invention, disposés à la suite mais avec un socle (2) commun et deux têtes (3) et (3a); certains des câbles (7) sont ancrés sur la tête (3) et d'autres sur la tête (3a), leur extrémité opposée étant reliée à chaque fois sur un vérin du socle (2). Si la pression du fluide est la même dans les deux dispositifs, le bouchon (27) de la tête intermédiaire peut être supprimé. On peut alors aussi bien considérer qu'il s'agit d'un seul dispositif avec une frette intermédiaire portant une partie des points d'ancrage des câbles (7). En effet, on a noté que des anneaux de frettage (11) du tube (1), disposés le long de son axe, peuvent également assurer le rôle d'ancrage de câbles (7) s'arrêtant avant l'extrémité terminale. Un tel dispositif permet, si le nombre de têtes ou de frettes intermédiaires sur lesquelles sont arrêtés des câbles est important, d'obtenir pour le bras, des configurations géométriques à plusieures courbures. Un outil (29), porté par la tête terminale (3a) du dispositif, peut recevoir des signaux de commande et une alimentation en énergie au moyen d'un conduit (25) situé à l'intérieur même du tube (1).
Il est possible en outre, de réaliser un bras en disposant en série plusieurs dispositifs selon l'invention, de telle façon que la tête du premier dispositif constitue le socle du suivant et ainsi de suite. Dans ce cas, les vérins de tension des câbles du second dispositif ou des suivants peuvent être placés, par exemple, dans le premier socle ou en un autre endroit, et reliés au socle correspondant par un dispositif à câble et gaîne incompresssible, du type des freins de bicyclette, c'est à dire qu'une gaîne flexible mais incompressible dans le sens de sa longueur, à la différence des tubes guides, relie le corps du vérin à un point fixe du socle correspondant, alors que le câble qui traverse cette gaîne relie le piston du même vérin à un point fixe de la tête ( ou de la cerce ) correspondante. La figure 7 montre une réalisation particulière du dispositif selon l'invention, ftdapté à la propulsion navale, le tube (1) est à section allongée dans le sens vertical, si bien que les mouvements ont lieu essentiellement dans un plan horizontal. On peut ainsi obtenir de façon simple, une propulsion sur un mode analogue à celui des poissons, avec une grande économie d'énergie. Des applications analogues peuvent être envisagés dans le domaine aéronautique, en vue de modifier la configuration géométrique d'un élément de voilure. Pour des sections de tube (1) particulièrement allongées et/ou pour des pressions de fluide élevées à l'intérieur du tube, la résistance à la rupture et à l'instabilité de forme peut être accrue de façon significative, lorsque l'intérieur de ce dernier est divisé ou compartimenté en cellules ou chambres d'axe parallèle à celui du tube et de section sensiblement circulaire. La figure 8 montre de façon schématique une section de tube dans un tel cas. Dans l'exemple, six cellules alignées sont représentées, mais il est clair qu'il peut y en avoir plus ou moins selon les cas, de même, elles peuvent être de tailles différentes et disposées de toute autre façon sans pour autant modifier en aucune manière, le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
L'exemple représenté à la figure 9 concerne un autre mode de montage et de réglage des câbles (7). La carcasse (8) est constituée d'éléments montés en série, terminés chacun par une cerce (11), à chaque extrémité. Les deux cerces (11) de chaque élément sont reliées l'une à l'autre par une série de câbles (7) s'étendant axialement entre deux dispositifs d'ancrage (28). Chaque câble est situé à l'extérieur de la carcasse (8) et comporte deux câbles élémentaires en série, entre lesquels est interposé un vérin hydraulique ou électromagnétique travaillant en traction. Dans la figure 9, les deux cerces appartenant à deux éléments adjacents sont représentées écartées pour des raisons de clarté du dessin, mais en service de telles cerces sont serrées l'une contre l'autre, au moyen de dispositifs de serrage (non représentés) du type boulon, engagés dans des encoches (34) des cerces. Les éléments de carcasse (8) solidaires des cerces (11), sont montés coulissant sur le tube en caoutchouc (5). En service, la longueur des câbles est réglée par la plus ou moins grande traction exercée sur eux par les vérins (16), à laquelle s'oppose la force longitudinale résultant de la pression régnant dans le tube (5). L'exemple représenté à la figure 10 ne sera décrit qu'en ce qui concerne ses différences par rapport à celui de la figure 9. Chaque câble est remplacé par une chaîne de vérins (30) articulés entre eux, au moyen d'une articulation (31) et travaillant en traction. Les vérins d'extrémité de la chaîne sont accrochés aux cerces (33), analogues aux cerces (11) de la figure 9. Les chaînes de vérins sont intercalées entre la carcasse (8) à l'intérieur, et une carcasse (8a) à l'extérieur dont la fonction est d'associer les chaînes de vérins au tube de manière que leur profil longitudinal épouse sensiblement le profil longitudinal local du tube. Par profil longitudinal local, on entend le profil du tube sensiblement le long de la génératrice concernée.
Une enveloppe souple (9), par exemple en caoutchouc, recouvre extérieurement la carcasse extérieure (8a). Comme déjà exposé, les vérins (30) sont associés à la paroi du tube en étant interposés entre les deux carcasses (8) et (8a), mais ils sont d'autre part butés dans la direction circonférentielle au moyen d'un dispositif d'écartement qui n'entrave pas la flexion du tube. Dans l'exemple, il s'agit de billes métalliques (32), interposées entre deux vérins adjacents appartenant à deux chaînes adjacentes. Afin de ne pas entraver la flexion du tube, les billes (32) interposées entre 2 chaînes adjacentes de vérins sont elles-mêmes maintenues écartées entre elles dans le sens longitudinal, au moyen par exemple de ressorts hélicoïdaux (non représentés), de faible rigidité, dont les extrémités s'appuient sur deux billes adjacentes. Cependant, on pourrait tout aussi bien envisager d'autres dispositifs d'écartement des chaînes de vérins adjacentes, tels que par exemple des gaines extensibles et flexibles, analogues dans leur fonction aux tubes-guides (B) pour câbles décrits dans le dispositif de la figure 1, et à l'intérieur desquelles chaque chaîne de vérins est guidée en coulissant.
Comme on l'a indiqué plus haut, les avantages de l'invention sont le faible poids, dû à la structure creuse et à l'emploi de matières de faible densité: gaz comprimé et caoutchouc, la résistance aux chocs et la non-transmission des vibrations qui découlent également de sa structure et des propriétés d'auto-amortissement propres au gaz comprimé et au caoutchouc. On notera à ce propos qu'il est encore possible d'améliorer les caractéristiques d'amortissement des vibrations ou de modifier les fréquences propres, en prévoyant, à l'intérieur du tube, des masses d'absorption des vibrations, par exemple en mousse flexible et poreuse, à condition qu'elles ne s'opposent pas aux changements de pression.

Claims

REVENDICATION
1) Dispositif destiné à relier deux objets et à faire varier leur position et leur orientation relatives, caractérisé en ce qu'il comprend:
- un tube étanche, deformable, élastique, et pourvu de moyens interdisant ou contrôlant d'une part, la torsion, le cisaillement, et le gonflement du tube, et autorisant d'autre part, la flexion, l'allongement ou le raccourcissement du tube,
- des moyens pour relier un premier objet à une première extrémité du tube et, des moyens pour relier un second objet à une seconde extrémité du tube,
- une série d'éléments flexibles à longueur réglable, répartis sur le pourtour du tube et associés au tube de manière à ce que leur profil longitudinal épouse sensiblement le profil longitudinal local du tube, et reliant lesdits objets entre eux, ou bien l'un des objets à un point quelconque du tube, ou encore deux points quelconques du tube, et capables enfin de s'opposer par une résistance suffisante à la traction, à un allongement du profil longitudinal local du tube qu' ils épousent,
- des moyens pour faire varier la longueur desdits éléments flexibles, solidairement et/ou indépendamment l'un de l'autre,
- des moyens pour créer et/ou maintenir une pression à l'intérieur du tube.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les objets sont des plaques métalliques fixées aux extrémités du tube, et servant à relier le dispositif à un support ou à un outil ou autre accessoire porté par le dispositif, ou encore à un autre dispositif analogue.
3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication Z, caractérisé en ce que le tube est en caoutchouc et pourvu d'une carcasse, constituée d'armatures métalliques, disposées obliquement le long du tube, de préférence à 35º.
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite carcasse du tube est constituée d'une ou plusieurs nappes de câbles, de préférence deux, formant un réseau de spires hélicoïdales s'enroulant le long de la paroi du tube. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite carcasse est incorporée au caoutchouc du tube.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite carcasse constitue une enveloppe extérieure au caoutchouc du tube.
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le caoutchouc du tube est renforcé par un cerclage constitué d'anneaux métalliques en nombre suffisant et de résistance suffisante, pour empêcher le pliage du tube sous les charges pour lesquelles le dispositif est conçu.
8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que certains desdits anneaux de cerclage constituent un ancrage pour une extrémité de certains desdits éléments flexibles.
9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second objet est relié à un troisième objet par un dispositif du même type, certains desdits éléments flexibles reliant le premier objet au second, d'autres desdits éléments flexibles reliant le premier objet au troisième objet à travers le deuxième.
10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments flexibles comprennent des câbles montés de manière coulissante dans des passages de câbles solidaires des parois du tube,
11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les passages de câbles sont constitués par des tubes flexibles et/ou extensibles mais de diamètre sensiblement constant.
12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les passages de câbles sont incorporés à la paroi du tube. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier la longueur des éléments flexibles comprennent des vérins attaquant chacun l'extrémité d'un câble et solidaires de l'un des objets, l'autre extrémité du câble étant solidaire de l'autre objet ou d'un point quelconque du tube.
14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intérieur du tube est divisé en plusieures chambres parallèles à l'axe du tube, et de section sensiblement circulaire.
15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du tube est dotée d'une forme aplatie, pour laquelle le rapport des dimensions transversales correspond au rapport des effets de flexion plane pour lequel le dispositif est conçu.
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