EP3271613A1 - Dispositif de transmission de mouvement notamment pour bras de robot - Google Patents

Dispositif de transmission de mouvement notamment pour bras de robot

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Publication number
EP3271613A1
EP3271613A1 EP16718391.2A EP16718391A EP3271613A1 EP 3271613 A1 EP3271613 A1 EP 3271613A1 EP 16718391 A EP16718391 A EP 16718391A EP 3271613 A1 EP3271613 A1 EP 3271613A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arm
shaft
movable member
bearings
notches
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP16718391.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Franck Olivier LORIOT
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.)
Mip Robotics
Original Assignee
Mip Robotics
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 Mip Robotics filed Critical Mip Robotics
Priority claimed from PCT/FR2016/050562 external-priority patent/WO2016146927A1/fr
Publication of EP3271613A1 publication Critical patent/EP3271613A1/fr
Pending 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
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H27/00—Step-by-step mechanisms without freewheel members, e.g. Geneva drives
    • F16H27/04—Step-by-step mechanisms without freewheel members, e.g. Geneva drives for converting continuous rotation into a step-by-step rotary movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H29/00—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action
    • F16H29/12—Gearings for conveying rotary motion with intermittently-driving members, e.g. with freewheel action between rotary driving and driven members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/04—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying rotary motion
    • F16H25/06—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying rotary motion with intermediate members guided along tracks on both rotary members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H27/00—Step-by-step mechanisms without freewheel members, e.g. Geneva drives
    • F16H27/04—Step-by-step mechanisms without freewheel members, e.g. Geneva drives for converting continuous rotation into a step-by-step rotary movement
    • F16H27/08—Step-by-step mechanisms without freewheel members, e.g. Geneva drives for converting continuous rotation into a step-by-step rotary movement with driving toothed gears with interrupted toothing

Definitions

  • Motion transmission device in particular for robot arms
  • the invention relates to a motion transmission device, in particular for a robot arm.
  • the reduction ratios between an electric motor and a robot arm are of the order of 1/100 - typically from 1/50 to 1/200 - with an engine speed of 3000 rpm, ie 50 t / s and the arm 0.5 t / s.
  • a speed reducer comprising a ring gear and four arms mounted inside the ring on the same eccentric lobe of a shaft.
  • the arms are evenly distributed inside the ring and have at least one tooth at their end opposite to the eccentric axis to cooperate with the toothing of the ring.
  • a respective pivoting lever is articulated to each arm to describe to his teeth an elliptical cyclic movement when the shaft rotates, the swinging lever angularly and imposing on the arm a cyclical movement during which it changes orientation.
  • the teeth of the arm engage the teeth of the crown and rotate in a given direction, then disengage and return back and so on.
  • each arm engages the teeth of the crown successively due to their mounting on the same eccentric lobe and their regular distribution inside the crown.
  • DE 312164 discloses a similar device, but wherein each arm is slidably and pivotally guided relative to a fixed point instead of being guided by a pivoting lever.
  • a reducer comprising two crowns provided with notches regularly distributed on their circumference and a rotor provided with three radial arms and mounted on an eccentric driven by a motor shaft.
  • Each arm comprises pins for successively cooperating with the notches of a respective ring, one of the rings defining a support member for the corresponding pin to drive the other ring pivoted by the corresponding pin, each arm changing orientation during the cyclic engagement and release movement of the pin pairs with the notches of the crowns. Due to the even distribution of the arms around the rotor axis, the cyclic engagement and disengagement movement of the pin pairs of each arm with the notches of the crowns is offset from those of the other arms.
  • the object of the invention is to propose a motion transmission device that is most often in the form of a gearbox - preferably with a gear ratio greater than 1/50 and reversible, providing good accuracy thanks to a low gear game in the transmission of movement, as well as limited friction.
  • the invention proposes a device for transmitting motion comprising:
  • a movable member having at least one succession of notches
  • each arm is provided with at least one tooth to cooperate with the notches of the movable member
  • each arm is articulated on a first eccentric bearing with respect to a first axis around which the bearing is rotatably mounted, the first bearing and the shaft being linked together to rotate in synchronism,
  • the arm describes a cyclic movement for each turn of the first bearing on which it is articulated, and that
  • the arm is engaged with the movable member during at least part of the cyclic movement by engagement of the at least one tooth of the arm with a notch of the movable member so that the displacement of one causes the movement of the other,
  • first bearings are arranged so that there is at least one arm engaged with the movable member regardless of the angle of rotation of the shaft and wherein each arm is further articulated on a second eccentric bearing relative to a second axis about which the second bearing is rotatably mounted to maintain the arm parallel to itself regardless of the rotation angle of the shaft.
  • the first axis and the second axis are parallel and at a distance from one another, the first bearing and the second bearing having the same eccentricity with respect to their respective axis of rotation. Therefore, when the shaft rotates, every point of each arm describes a circular path due to the eccentricity of its bearings.
  • the radius of the circular path corresponds to the eccentricity distance of its bearings to their respective axis of rotation.
  • the first bearings and the second bearings all have the same eccentricity with respect to their respective axis of rotation.
  • Figures 1 to 7 illustrate the basic operating principle of the invention in the case of a notched wheel.
  • Figure 1 shows an arm in the position where its tooth 7 is fully engaged in a notch of a wheel.
  • Figure 2 shows the arm in the position where the tooth 7 is completely clear of the notches of a wheel.
  • Figures 3 to 7 show the different positions taken by the arm in its cyclic movement around the axis of the shaft 4. During a movement around the axis of the shaft 4, the tooth 7 of the arm progressively enters a notch and disengages from it.
  • FIG. 8 represents an embodiment of the invention with three arms 2.1, 2.2, 2.3 (in the following, these arms are also referenced indistinctly by reference numeral 2) and a notched wheel, the positions of the notches on the periphery being shifted to three levels corresponding to the positions of the three arms.
  • Figure 9 shows another embodiment with a notch wheel in which the notches are aligned and where against the teeth 7 of the arms 2 are offset with respect to each other.
  • Figure 10 illustrates the three arms 2 in the case of use with a wheel with aligned notches as that of Figure 9.
  • the teeth 7 of the arms 2 are offset relative to each other.
  • the axes of the shaft 4 and that of the secondary shaft 5 are in the same plane as the axis of rotation 8 of the wheel 1.
  • FIG. 11 illustrates the shaft 4 with eccentric bearings 3.1, 3.2, 3.3 (also indistinctly referred to hereinafter by the reference numeral 3) angularly offset relative to one another.
  • Figure 12 illustrates an alternative to the embodiment of Figure 9, but wherein the tooth 7 of each arm is arranged on another of its sides.
  • Figure 13 illustrates an embodiment of the invention with a crown with internal notches.
  • Fig. 14 illustrates an embodiment in which the teeth of the arms will not engage in the same notch of the wheel when the shaft will rotate, but in notches adjacent to or spaced about the circumference of the wheel, such as represented by FIG. 19.
  • This embodiment has the advantage of increasing the contact surface between the faces of the teeth and the faces of the notches and thus offers the possibility of using a wheel of smaller thickness while keeping a important contact surface.
  • FIGs 15 to 18 illustrate the shape of the parts in the embodiment illustrated in Figure 14.
  • Figure 20 illustrates an embodiment of the invention with a rack.
  • Figure 21 illustrates an embodiment in which the arms 2.1, 2.2, 2.3 have many teeth, here, 44 teeth per arm. The high number of teeth on each arm allows a better progressiveness of the movement transmission, since at any time, some teeth will be partially engaged in the notches and at least one fully engaged.
  • Figure 22 shows the embodiment of Figure 21 by hiding the wheel so that the teeth of the three arms are visible.
  • Figure 23 shows the embodiment of Figure 21 showing only the shafts 4 and 5 and their bearings to show the eccentricity of the bearings and their identical arrangement on the shafts 4 and 5.
  • Figure 24 shows an embodiment similar to that of Figure 21 in the sense that the arms 2.1, 2.2, 2.3 have many teeth.
  • the arms form a complete ring around the movable member.
  • the two shafts 4 and 5 are arranged on either side of the movable member.
  • Figure 25 shows the embodiment of Figure 24 by hiding the movable member to show the arrangement of the teeth on the arms.
  • Figure 26 illustrates another aspect of the invention where the teeth of the arms 2 are held in a defined direction.
  • the arms 2, being articulated on a bearing of the shaft 4, have a groove which can slide on a nipple 14 fixed relative to the axes of the movable member 1 and the shaft 4.
  • a single arm is shown in FIG. 26 to facilitate the understanding of the drawing, but, as in the devices described in connection with the other figures, there are at least three arms superimposed with at least one tooth each so that there is always at least one tooth engaged in a notch of the wheel due to the angular offset of their respective bearing around the shaft 4.
  • the gearbox comprises a wheel 1 provided with an output shaft (not shown in FIGS. 1 to 7), a shaft 4 and an arm 2 for transmitting motion between 4 and the wheel 1.
  • the wheel 1 has a series of notches in its outer surface. The number of notches depends on the desired reduction ratio, for example 80 notches for a ratio of 1/80.
  • the arm 2 is mounted on a cylindrical bearing 3 of the shaft 4, preferably by means of a ball bearing 6 or a smooth ring.
  • the cylindrical bearing 3 has a slight eccentricity with respect to the axis of rotation of the shaft 4.
  • the part 2 comprises a tooth 7 which engages in the notches of the wheel 1.
  • the part 2 is mounted on a bearing cylindrical 3 'of a secondary shaft 5, preferably also via a ball bearing 6 or a smooth ring.
  • the axis of rotation 10 of the secondary shaft 5 is parallel to the axis of rotation 9 of the shaft 4.
  • This cylindrical bearing 3 'of the secondary axis 5 has the same eccentricity as the cylindrical bearing 3.
  • shaft 4 and the axis 5 rotate in synchronism, the part 2 will always be oriented in the same direction. In the case of Figure 1, the part 2 will always be oriented in the vertical direction as the tooth 7 at its base.
  • any point of the part 2 describes a circular path due to the eccentricity of the cylindrical bearing 3, the radius of the circular path corresponding to the eccentricity distance of the cylindrical bearing 3 to the axis of rotation of the shaft 4.
  • the wheel 1 is mounted so as to rotate about an axis 8 located in the center thereof.
  • the tooth 7 of the part 2 will enter a notch of the wheel 1 and drive the wheel in rotation on a peripheral distance which will be a little less than the eccentric diameter of the part 3 by relative to the shaft 4.
  • the tooth of the part 2 will emerge from the notch.
  • Figures 2 to 7 show the different positions of the tooth 7 relative to the notches of the wheel 1.
  • the tooth 7 is completely clear of the notches : cf. Fig. 2.
  • the shaft 4 will turn, the tooth, while remaining vertical, will move closer to the wheel and enter a notch: cf. Figs.3 and 4.
  • the shaft 4 has made a rotation of 180 ° and that the bearing 3 will be oriented towards the wheel 1, the tooth 7 will be entered at the maximum in the notch: cf. Fig.5.
  • the tooth 7 will emerge from the notch: cf. Figs 6 and 7.
  • the wheel 1 is no longer driven by the arm 2 and it could therefore rotate freely about its axis 8.
  • Figure 8 shows such an arrangement.
  • the wheel comprises three parts 1.1, 1.2, 1.3 which are assembled together in a fixed manner. It is mounted so as to rotate about its axis 8.
  • the notches of the three parts 1.1, 1.2, 1.3 are shifted.
  • the arms 2.1, 2.2, 2.3 for transmitting motion between the shaft 4 and the wheel 1 - namely three arms 2 described above - each comprise a tooth 7 and are each mounted on a respective eccentric bearing 3 of the shaft 4
  • These bearings 3 are angularly offset around the axis of rotation of the shaft 4 preferably so regular. Thus, they are shifted by about 120 ° in the case of a system with three teeth 7 and three wheels 1, of 90 ° in the case of a system with four teeth 7 and four wheels 1, etc.
  • the value of the eccentricity to the axis of rotation of the shaft 4 is the same for the different bearings.
  • the shaft 4 thus has a crankshaft shape with at least three bearings 3.1, 3.2, 3.3 as illustrated in FIG. 11. This is also the case of the secondary shaft 5 (this is visible for another embodiment of embodiment in Figure 23 where the bearings of the shaft 5 are referenced 3 M, 3 '.2, 3' .3).
  • each tooth will fit into a notch of the wheel that corresponds to it. When a tooth comes off its notch, another tooth from another room engages in the notch of the wheel facing it.
  • the amount of eccentricity of the crankshaft bearings on the shaft 4 and on the secondary axis 5 is accurately calculated so that the teeth are well in front of a notch when they come into contact with the wheel.
  • eccentricity for example 0.6mm for a gear ratio 1/100 with notched wheels diameter 100 mm
  • the fact that the moving parts are mounted with ball bearings, roller or needle or rings or plain bearings eliminates friction and allows reversibility. That is to say that if one exerts a torque on the wheels 1, it will cause a rotation of the shaft 4, if, of course, nothing is opposed to its movement.
  • Figure 9 illustrates an embodiment where the wheel 1 has a series of notches aligned from top to bottom. So that there is always at least one tooth engaged in a notch, the teeth 7 of the arms 2 are offset laterally depending on the position of their bearings 3, as shown in FIG.
  • FIGS. 12 and 13 for the sake of clarity, only a wheel, a tooth and an arm carrying the tooth have been drawn, but in fact there are at least three superimposed ones.
  • the shaft 4 and the secondary shaft 5 are disposed equidistant from the wheel.
  • the positions of the shafts 4 and 5 relative to the axis 8 of the wheel 1 have no influence on the operation, they can be arbitrary.
  • the secondary shaft and shaft rotate in synchronism to ensure a constant orientation of the arms 2 which bear one or more teeth 7. And there are at least three superposed pieces 2 with at least three teeth and three wheels so that there is always a tooth engaged in a notch.
  • FIG. 15 shows an exploded view, the parts not having to their place, but correctly oriented relative to each other.
  • Each arm 2 has a tooth referenced respectively 7.1, 7.2, 7.3.
  • Figure 16 shows the same parts in their place in the reducer, their teeth being nested so that the three teeth are well in front of the notches of the wheel. The operating principle remains the same.
  • the arms 2 are always in rotation guided by the rolling bearings.
  • the teeth of the three arms 2 enter the notches of the wheel so that at least one tooth is always engaged in a notch of the wheel.
  • Figure 17 shows one of the side arms 2, and the tooth protrudes upward in this case.
  • Figure 18 shows the three arms 2 assembled, and in the central part, that is to say in the area that includes the thickness of the piece 2.2 of the medium, the three teeth are present. It is in this area that the teeth will return in the notches of the wheel.
  • Figure 19 shows the three teeth facing three adjacent slots of the wheel. This construction with a thinner wheel will be simpler to manufacture, so cheaper. It will also be lighter.
  • the device has the following preferred characteristics.
  • the shaft 4 and the secondary shaft 5 have at least three bearings 3 with the same eccentricity, and the bearings are spaced apart from each other, about the axes of rotation of their shafts, by angles less than 180 °, allowing the transmission of the rotational movement of the shaft 4 to the secondary shaft 5.
  • the shaft 4 and the secondary shaft 5 are held in a specific position, in the same mechanical assembly, by ball bearings, roller or needle, or rings or plain bearings, so that their axes are parallel and they can rotate about their axis, the shaft 4 is connected to a source of mechanical energy and the secondary shaft 5 is not connected
  • the speed reducer comprises at least three arms 2, the shape of the teeth, in relief, corresponds to the shape of the notches, recessed, of the movable member.
  • the speed reducer comprises at least three arms 2 whose teeth 7 can engage in notches of a movable member 1, the angular offset of the bearings of the shaft 4 and the secondary shaft 5 implies that for all angle of rotation of the shaft 4, there is at least one tooth of an arm 2 engaged in a notch of the movable member 1.
  • the wheel 1 is replaced by a rack as is illustrated in FIG. 20. In this case, a rotary movement of the shaft 4 is transformed into a linear movement of the rack. When the shaft 4 turns, the relative position of the motor with respect to the rack will be displaced by the value of the distance between two notches of the rack.
  • the arms - cf. 2.1, 2.2, 2.3 - may have many teeth that correspond to the notches of the wheel 1.
  • the teeth of the arms gradually engage in the notches of the wheel and provide continuity in the positioning of the wheel.
  • the position of the teeth on the arms is such that they are arranged in a circular manner, which would correspond to a portion of a crown that would have a diameter -preferentially identical for each arm -a little larger than the diameter of the organ mobile.
  • the teeth of the arms would form a portion of a ring having 61 teeth arranged on a diameter a little larger than that of the wheel, in a ratio of 61 divided by 60.
  • the device will have in this case a reduction ratio of 1/60.
  • FIG. 21 shows the three arms 2.1, 2.2, 2.3 mounted on the shafts 4 and 5 and whose multiple teeth are, in certain positions, engaged in the notches of the wheel 1.
  • Fig. 22 shows the three arms 2.1, 2.2, 2.3 mounted on the shafts 4 and 5, but here the wheel is not shown so as to reveal the plurality of teeth on the arms.
  • Figure 23 shows the shafts 4 and 5 without the wheel 1 and the arms 2 to show the eccentricity of the bearings 3.1, 3.2, 3.3 of the shaft 4 and bearings 3'.1, 3'.2, 3 '. 3 and their identical arrangement on the shafts 4 and 5.
  • the operation of the teeth in this embodiment is similar to that of a gear comprising a complete ring gear with an internal toothing and meshing with a wheel having a number of teeth slightly smaller.
  • the shape of the most suitable teeth is similar to that of involute gears, whereas when the arms have only one tooth, their shape is preferentially square.
  • the one described above allows to use a hollow output shaft of large diameter, which allows to pass cables and pipes that will be subject to minor movements during the rotation of the output shaft of the gearbox only if they were placed away from the axis of rotation;
  • the operation of machining the teeth of the arms is facilitated because the access of bulky tools such as grinding wheels is possible on a crown portion while it is not for a complete crown.
  • FIGS. 24 and 25 It is also possible to increase the number of teeth of the arms until making a complete crown.
  • This embodiment is illustrated in FIGS. 24 and 25.
  • the most advantageous arrangement then consists in placing the shafts 4 and 5 at a distance from each other on each side of the wheel 1. The large distance between the shafts will guarantee good stability.
  • the arms 2.1, 2.2, 2.3 are always in engagement with the wheel 1.
  • This embodiment provides the same advantages as the embodiment of FIG. 21 in an even more pronounced manner: - very good progressivity;
  • the motor shaft and the secondary shaft are remote from the axis of the output shaft and it is possible to support them by bearings at both ends, which improves their rigidity. This is not possible for cycloid type reducers whose outer ring is in the form of a bell.
  • FR 2,833,673 A1 discloses a device where there is only one ring mounted on two eccentric and whose movement in synchronism is provided by three toothed wheels.
  • the use of gear wheels which have by construction a game necessary for their operation that the gear as a whole has a relatively large game.
  • the advantage of the present invention comes from the use of three or more arms and bearings shifted by less than 180 ° which ensure the identity of the movement between the two shafts without additional device such as gears or transmissions by wheels and belts, and which have an excellent accuracy because of the game of operation can be very low since this game can come only bearings or bearings.
  • the arms each consist of a toothed wheel having teeth distributed over their entire outer circumference to engage the notches of a movable member made in the form of a crown. inside which the notches are distributed circumferentially.
  • Each of the wheels is thus mounted on a first eccentric bearing of the shaft 4 and a second eccentric bearing of the shaft 5 so as to remain parallel to itself regardless of the angle of rotation of the shafts 4, 5.
  • the invention also proposes a device for transmitting motion, comprising:
  • a shaft rotatably mounted about its longitudinal axis, a movable member having a succession of notches,
  • each arm is provided with at least one tooth to cooperate with the notches of the movable member
  • each arm is articulated on an eccentric bearing relative to an axis about which the bearing is rotatably mounted, the bearing and the shaft being linked together to rotate in synchronism,
  • the movable member and each arm are mechanically guided so that the arm describes a cyclic movement for each revolution of the eccentric bearing on which it is articulated, the cyclic motion comprising successively:
  • the angular offset eccentric bearings and the use of the same element of the arm used to guide it mechanically throughout the cyclic movement together with the bearing on which it is mounted has several advantages. It makes it possible to simplify in particular the member for transmitting motion between the shaft and the movable member by not requiring it to have three radial arms as in the case in EPI 55497. In addition, the movable member may be different. a crown with internal teeth as is the case in US 5,351,568, DE 312164 and EP155497.
  • the invention according to this aspect further comprises the following features:
  • each arm is mechanically guided by a nipple sliding in a slot or a groove during all the cyclic movement;
  • the eccentric bearings are arranged on the shaft;
  • the angular offset between any two successive stages is less than 180;
  • the bearings are staggered angularly with each other regularly around their axis of rotation;
  • the at least one tooth of the arms cooperate with the same succession of notches,
  • the movable member has several successions of notches arranged side by side, the notches of each being offset from the notches of the other and the at least one tooth each arm cooperating with another of the successions of notches;
  • the arms are mounted on the bearings by ball or needle bearings or plain bushings;
  • the movable member is a rack guided in translation
  • the movable member is a wheel rotatably mounted about its central axis and on which the notches are arranged circumferentially;
  • the movable member is a ring rotatably mounted about its central axis and inside which the notches are arranged circumferentially;
  • the device forms a speed reducer whose shaft is the input and whose reduction ratio is preferably at least 1/50.
  • the device of the invention according to this aspect can also advantageously be used to transmit the rotary movement of a motor to a joint of a robot arm or to move an element of a machine from the rotary movement of an engine .

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Abstract

Le dispositif comprend un arbre 4, un organe mobile à encoches - par exemple une roue 1 - et au moins trois bras 2.1, 2.2, 2.3 transmettant ensemble le mouvement entre l'arbre 4 et l'organe mobile. Chaque bras est articulé sur deux paliers excentriques 3, 3' le maintenant parallèle à lui-même, quel que soit l'angle de rotation de l'arbre 4 avec lequel ils tournent en synchronisme. Chaque bras est en prise avec les encoches de la roue 1 pendant au moins une partie de son mouvement cyclique grâce à au moins une dent 7 du bras de manière à assurer un déplacement mutuel. Les paliers 3, 3' sont agencés pour qu'au moins un des bras soit en prise avec l'organe mobile, quel que soit l'angle de rotation de l'arbre 4. Ce dispositif permet de réaliser des réducteurs de vitesse à faible jeu.

Description

Dispositif de transmission de mouvement notamment pour bras de robot
L'invention porte sur un dispositif de transmission de mouvement notamment pour bras de robot.
Les rapports de réduction entre un moteur électrique et un bras de robot sont de l'ordre de 1/100 - typiquement de 1/50 à 1/200 - avec une vitesse du moteur de 3000 t/mn, soit 50 t/s et le bras 0,5 t/s.
La plupart des robots actuels utilisent des réducteurs de type cycloïde présentant une roue dentée montée dans une couronne dentée et ayant des nombres de dents très voisins, par exemple 80 dents et 79 dents. La couronne possède une denture intérieure et la roue une denture extérieure. Pour obtenir un réducteur à faible jeu, réversible et résistant à l'usure, les dentures doivent être en métal très dur et être usinées avec grande précision. La couronne ayant une denture intérieure est particulièrement difficile à usiner et implique un coût important. Le prix de vente élevé des robots s'explique principalement par le coût des réducteurs, un robot standard étant composé de 6 réducteurs.
Par ailleurs, il est connu de US 5,351,568 un réducteur de vitesse comprenant une couronne à denture intérieure et quatre bras montées à l'intérieur de la couronne sur un même lobe excentrique d'un arbre. Les bras sont répartis régulièrement à l'intérieur de la couronne et présentent au moins une dent à leur extrémité du côté opposé à l'axe excentrique pour coopérer avec la denture de la couronne. Un levier pivotant respectif est articulé à chaque bras pour faire décrire à ses dents un mouvement cyclique elliptique lorsque l'arbre tourne, le levier oscillant angulairement et imposant au bras un mouvement cyclique pendant lequel il change d'orientation. Lors du mouvement cyclique elliptique, les dents du bras engagent la denture de la couronne et la font tourner dans un sens donné, puis se désengagent et reviennent en arrière et ainsi de suite. Les bras engagent la denture de la couronne successivement du fait de leur montage sur le même lobe excentrique et de leur répartition régulière à l'intérieur de la couronne. DE 312164 décrit un dispositif similaire, mais dans lequel chaque bras est guidé en coulissement et pivotement par rapport à un point fixe au lieu d'être guidé par un levier pivotant.
Les dispositifs de ces deux documents ont notamment pour inconvénient que le mouvement cyclique elliptique de l'extrémité des bras complexifie à la fois la définition de la forme des dents des bras et de la couronne au niveau de leur interface et leur usinage. De plus, ils font aussi usage d'une couronne à denture intérieure.
Il est encore connu de EP 155 497 Al un réducteur comprenant deux couronnes pourvues d'encoches réparties régulièrement sur leur circonférence et un rotor pourvu de trois bras radiaux et monté sur un excentrique entraîné par un arbre moteur. Chaque bras comporte des goupilles destinées à coopérer successivement avec les encoches d'une couronne respective, l'une des couronnes définissant un organe d'appui pour la goupille correspondante pour entraîner l'autre couronne en pivotement par la goupille correspondante, chacun des bras changeant d'orientation lors du mouvement cyclique d'engagement et de dégagement des paires de goupilles avec les encoches des couronnes. Du fait de la répartition régulière des bras autour de l'axe du rotor, le mouvement cyclique d'engagement et de dégagement des paires de goupilles de chaque bras avec les encoches des couronnes est décalé par rapport à celles des autres bras. Il prévoit aussi d'avoir plusieurs rotors à trois bras montés chacun sur un autre excentrique solidaire de l'arbre moteur, les excentriques étant décalés angulairement les uns par rapport aux autres autour de l'arbre moteur. Ce dispositif a pour inconvénient d'être particulièrement complexe et onéreux puisqu'il requiert deux couronnes et un ou plusieurs rotors à trois bras. De plus, il existe des frictions importantes entre les goupilles et les encoches des couronnes qui sont préjudiciables. Par ailleurs, il est difficile de fournir un jeu réduit dans la transmission du mouvement.
L'invention a pour but de pallier au moins partiellement les inconvénients de l'art antérieur. Selon un aspect, l'invention a pour but de proposer un dispositif de transmission de mouvement se présentant le plus souvent sous la forme d'un réducteur - de préférence de rapport supérieur à 1/50 et réversible fournissant une bonne précision grâce à un faible jeu dans la transmission du mouvement, ainsi qu'une friction limitée.
Pour cela, l'invention propose un dispositif de transmission de mouvement comprenant :
un arbre monté à rotation autour de son axe longitudinal,
- un organe mobile présentant au moins une succession d'encoches,
- au moins trois bras pour transmettre ensemble le mouvement entre l'arbre et l'organe mobile,
dans lequel :
chaque bras est pourvu d'au moins une dent pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile,
- chaque bras est articulé sur un premier palier excentrique par rapport à un premier axe autour duquel le palier est monté à rotation, le premier palier et l'arbre étant liés entre eux pour tourner en synchronisme,
l'organe mobile et chaque bras sont guidés mécaniquement pour que :
o le bras décrive un mouvement cyclique pour chaque tour du premier palier sur lequel il est articulé, et que
o le bras soit en prise avec l'organe mobile pendant au moins une partie du mouvement cyclique par engagement de l'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre,
dans lequel les premiers paliers sont agencés pour qu'il y ait au moins un bras en prise avec l'organe mobile quel que soit l'angle de rotation de l'arbre et dans lequel chaque bras est en outre articulé sur un deuxième palier excentrique par rapport à un deuxième axe autour duquel le deuxième palier est monté à rotation pour maintenir le bras parallèle à lui-même quel que soit l'angle de rotation de l'arbre.
L'on comprendra que pour chaque bras, le premier axe et le deuxième axe sont parallèles et à distance l'un de l'autre, le premier palier et le deuxième palier ayant la même excentricité par rapport à leur axe de rotation respectif. De ce fait, lorsque l'arbre tourne, tout point de chaque bras décrit une trajectoire circulaire en raison de l'excentricité de ses paliers. Le rayon de la trajectoire circulaire correspond à la distance d'excentricité de ses paliers à leur l'axe de rotation respectif. Le fait que la trajectoire de l'au moins une dent de chaque bras est circulaire conjointement avec l'orientation constante des bras simplifie avantageusement la forme des dents des bras et de l'organe mobile au niveau de leur interface et donc de leur usinage, et fournit une meilleure précision en raison du jeu réduit dans la transmission du mouvement, ainsi qu'une friction limitée.
De préférence, les premiers paliers et les deuxièmes paliers ont tous la même excentricité par rapport à leur axe de rotation respectif.
Les revendications dépendantes définissent d'autres modes de réalisation préférés de l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnés à titre d'exemples et en référence au dessin annexé.
Les figures 1 à 7 illustrent le principe de fonctionnement de base de l'invention dans le cas d'une roue à encoches. La figure 1 représente un bras dans la position où sa dent 7 est entièrement engagée dans une encoche d'une roue. La figure 2 représente le bras dans la position où la dent 7 est entièrement dégagée des encoches d'une roue. Les figures 3 à 7 représentent les différentes positions que prend le bras dans son mouvement cyclique autour de l'axe de l'arbre 4. Au cours d'un mouvement autour de l'axe de l'arbre 4, la dent 7 du bras s'engage progressivement dans une encoche et s'en dégage.
La figure 8 représente un mode de réalisation de l'invention avec trois bras 2.1 , 2.2, 2.3 (dans la suite, ces bras sont aussi référencés indistinctement par le numéro de référence 2) et une roue à encoches, les positions des encoches sur la périphérie étant décalées sur trois niveaux correspondant aux positions des trois bras. La figure 9 représente un autre mode de réalisation avec une roue à encoches dans lequel les encoches sont alignées et où par contre les dents 7 des bras 2 sont décalées les unes par rapport aux autres.
La figure 10 illustre les trois bras 2 dans le cas d'une utilisation avec une roue avec des encoches alignées comme celle de la figure 9. Les dents 7 des bras 2 sont décalées les unes par rapport aux autres. Dans cette disposition, les axes de l'arbre 4 et celui de l'arbre secondaire 5 sont dans le même plan que l'axe de rotation 8 de la roue 1.
La figure 11 illustre l'arbre 4 avec des paliers excentriques 3.1, 3.2, 3.3 (référencés aussi indistinctement dans la suite par le numéro de référence 3) décalés angulairement les uns par rapport aux autres.
La figure 12 illustre une variante au mode de réalisation de la figure 9, mais dans lequel la dent 7 de chaque bras est agencée sur un autre de ses côtés.
La figure 13 illustre un mode de réalisation de l'invention avec une couronne à encoches intérieures.
La figure 14 illustre un mode de réalisation dans lequel les dents des bras ne vont pas s'engager dans la même encoche de la roue quand l'arbre fera une rotation, mais dans des encoches voisines ou espacées sur la circonférence de la roue, comme représenté par la figure 19. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'augmenter la surface de contact entre les faces des dents et les faces des encoches et donc offre la possibilité d'utiliser une roue d'épaisseur plus faible tout en gardant une surface de contact importante.
Les figures 15 à 18 illustrent la forme des pièces dans le mode de réalisation illustré par la figure 14.
La figure 20 illustre un mode de réalisation de l'invention avec une crémaillère. La figure 21 illustre un mode de réalisation dans lequel les bras 2.1, 2.2, 2.3 comportent de nombreuses dents, ici, 44 dents par bras. Le nombre élevé de dents sur chaque bras permet une meilleure progressivité de la transmission de mouvement, puisqu'à tout moment, certaines dents seront partiellement engagées dans les encoches et au moins une totalement engagée.
La figure 22 reprend le mode de réalisation de la figure 21 en cachant la roue de façon à ce que les dents des trois bras soient visibles.
La figure 23 reprend le mode de réalisation de la figure 21 en ne montrant que les arbres 4 et 5 et leurs paliers pour montrer l'excentricité des paliers et leur disposition identique sur les arbres 4 et 5.
La figure 24 montre un mode de réalisation similaire à celui de la figure 21 dans le sens où les bras 2.1, 2.2, 2.3 possèdent de nombreuses dents. Dans ce cas, les bras forment une couronne complète autour de l'organe mobile. Les deux arbres 4 et 5 sont disposés de part et d'autre de l'organe mobile. La figure 25 reprend le mode de réalisation de la figure 24 en cachant l'organe mobile pour montrer la disposition des dents sur les bras.
La figure 26 illustre un autre aspect de l'invention où les dents des bras 2 sont maintenues dans une direction définie. Les bras 2, étant articulés sur un palier de l'arbre 4, présentent une rainure qui peut glisser sur un téton 14 fixe par rapport aux axes de l'organe mobile 1 et de l'arbre 4. Un seul bras est représenté dans la figure 26 pour faciliter la compréhension du dessin, mais, comme dans les dispositifs décrits en relation avec les autres figures, il y a au moins trois bras superposés avec au minimum une dent chacun pour qu'il y ait toujours au moins une dent engagée dans une encoche de la roue du fait du décalage angulaire de leur palier respectif autour de l'arbre 4.
En référence aux figures 1 à 7, on va expliquer le principe à la base de l'invention dans le cas d'une roue à encoches ménagées sur sa circonférence extérieure, mais qui vaut aussi pour le cas d'une couronne à encoches ménagées sur sa surface circonférentielle intérieure ou encore pour le cas d'une crémaillère. Comme cela est visible sur la figure 1 , le réducteur comprend une roue 1 munie d'un arbre de sortie (non représenté sur les figures 1 à 7), d'un arbre 4 et d'un bras 2 de transmission de mouvement entre l'arbre 4 et la roue 1. La roue 1 comporte une série d'encoches dans sa surface extérieure. Le nombre d'encoches est fonction du rapport de réduction recherché, par exemple 80 encoches pour un rapport de 1/80. Le bras 2 est montée sur un palier cylindrique 3 de l'arbre 4 de préférence par l'intermédiaire d'un roulement à bille 6 ou d'une bague lisse. Le palier cylindrique 3 présente une légère excentricité par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 4. La pièce 2 comporte une dent 7 qui vient s'engager dans les encoches de la roue 1. La pièce 2 est montée sur un palier cylindrique 3' d'un arbre secondaire 5, de préférence aussi par l'intermédiaire d'un roulement à bille 6 ou d'une bague lisse. L'axe de rotation 10 de l'arbre secondaire 5 est parallèle à l'axe de rotation 9 de l'arbre 4. Ce palier cylindrique 3' de l'axe secondaire 5 présente la même excentricité que le palier cylindrique 3. Si l'arbre 4 et l'axe 5 tournent en synchronisme, la pièce 2 sera toujours orientée dans la même direction. Dans le cas de la figure 1 , la pièce 2 sera toujours orientée dans le sens vertical de même que la dent 7 située à sa base. Quand l'arbre 4 tourne, tout point de la pièce 2 décrit une trajectoire circulaire en raison de l'excentricité du palier cylindrique 3, le rayon de la trajectoire circulaire correspondant à la distance d'excentricité du palier cylindrique 3 à l'axe de rotation de l'arbre 4.
La roue 1 est montée de façon à pouvoir tourner autour d'un axe 8 situé au centre de celle-ci. Lorsque l'arbre 4 va faire un tour, la dent 7 de la pièce 2 va rentrer dans une encoche de la roue 1 et entraîner la roue en rotation sur une distance périphérique qui sera un peu inférieure au diamètre d'excentration de la pièce 3 par rapport à l'arbre 4. Au cours de la rotation de l'arbre 4, la dent de la pièce 2 va se dégager de l'encoche.
Les figures 2 à 7 montrent les différentes positions de la dent 7 par rapport aux encoches de la roue 1. Quand le palier cylindrique 3 du fait de son excentricité est à l'opposé de la roue 1, la dent 7 est complètement dégagée des encoches : cf. Fig. 2. Progressivement, quand l'arbre 4 va tourner, la dent, tout en restant verticale, va se rapprocher de la roue et rentrer dans une encoche : cf. Figs.3 et 4. Quand l'arbre 4 aura effectué une rotation de 180° et que le palier 3 sera orienté vers la roue 1, la dent 7 sera entrée au maximum dans l'encoche : cf. Fig.5. On peut noter qu'à ce moment, une rotation de l'axe 4 va provoquer un mouvement du bras 2 sur une trajectoire circulaire mais qui sera tangente à un cercle fictif centré sur l'axe de rotation de la roue 1 (cette tangente étant horizontale dans le cas des figures 1 à 7). Le mouvement circulaire de la dent 7 et le mouvement circulaire de l'encoche de la roue 1 seront tous deux presque confondus. L'entraînement de la roue 1 par la dent 7 se fera donc avec très peu de frottements et donc avec un rendement mécanique de presque 100%. On peut noter également que du fait de cette transmission avec peu de frottements et de la présence d'un roulement à billes ou autre ou d'un palier lisse au niveau de l'arbre 4, si l'arbre 4 est libre en rotation et si on exerce un couple sur la roue, la force de pression du bord de l'encoche sur la dent 7 va provoquer une rotation de l'arbre 4. Cette caractéristique va rendre possible la réversibilité du mouvement, c'est-à-dire la possibilité de faire tourner l'arbre 4 en faisant tourner la roue 1. La vitesse de rotation est alors multipliée par le nombre d'encoches de la roue 1.
Au cours de la rotation de l'arbre 4, la dent 7 va se dégager de l'encoche : cf. Figs 6 et 7. Dans ce cas, la roue 1 n'est plus entraînée par le bras 2 et elle pourrait donc tourner librement autour de son axe 8. Pour éviter cela et pour que la roue 1 soit toujours positionnée précisément par au moins une dent engagée dans une de ses encoches, il est avantageux d'empiler au moins trois roues 1 à encoches montées sur le même axe et assemblées de manière rigide, et au moins trois bras 2 comportant chacun au moins une dent 7 et entraînées par l'arbre 4, et de les disposer de façon à ce qu'en n'importe quel point de la rotation de l'arbre 4, il y ait au moins une dent 7 engagée dans une encoche d'une roue 1.
La figure 8 montre une telle disposition. La roue comporte trois parties 1.1, 1.2, 1.3 qui sont assemblées ensemble de manière fixe. Elle est montée de façon à pouvoir tourner autour de son axe 8. Les encoches des trois parties 1.1, 1.2, 1.3 sont décalées. Les bras 2.1, 2.2, 2.3 de transmission de mouvement entre l'arbre 4 et la roue 1 - à savoir donc trois bras 2 décrits précédemment - comportent chacune une dent 7 et sont montées chacune sur un palier 3 excentré respectif de l'arbre 4. Ces paliers 3 sont décalés angulairement autour de l'axe de rotation de l'arbre 4 de préférence de façon régulière. Ainsi, ils sont décalés d'environ 120° dans le cas d'un système à trois dents 7 et trois roues 1, de 90° dans le cas d'un système à quatre dents 7 et quatre roues 1, etc... La valeur de l'excentricité à l'axe de rotation de l'arbre 4 est la même pour les différents paliers. L'arbre 4 a donc une forme de vilebrequin avec au moins trois paliers 3.1, 3.2, 3.3 comme cela est illustré sur la figure 11. C'est le cas également de l'arbre secondaire 5 (cela est visible pour un autre mode de réalisation sur la figure 23 où les paliers de l'arbre 5 sont référencés 3 M, 3 '.2, 3 '.3). Lors de la rotation de l'arbre 4, chaque dent va rentrer dans une encoche de la roue qui lui correspond. Quand une dent se dégage de son encoche, une autre dent d'une autre pièce s'engage dans l'encoche de la roue qui lui fait face. Par exemple, avec un système à trois dents dont les trajectoires sont décalées de 120°, on peut garantir qu'il y aura toujours une dent engagée dans une encoche d'une des roues. Et puisque qu'à tout moment il y aura une dent engagée dans une encoche de la roue correspondante, l'ensemble des trois roues sera toujours positionné de manière déterminée. Lorsque l'arbre aura fait un tour, l'ensemble des trois roues aura tourné de la valeur d'une encoche. Dans le cas où les roues comportent chacune 100 encoches, pour un tour de l'arbre 4 la roue aura tourné de la valeur d'une encoche soit l/100ième de tour. Le dispositif se comporte alors comme un réducteur de vitesse de rotation avec un rapport de réduction de 1/100.
Le fait que les bras 2.1, 2.2, 2.3 soient montés sur des paliers de vilebrequin décalés d'un même angle fait en sorte que l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont reliés mécaniquement et vont tourner ensemble en synchronisme sans dispositif extérieur assurant l'orientation constante des bras 2. Il est d'ailleurs possible d'utiliser indifféremment l'un ou l'autre des deux arbres comme arbre d'entraînement, et l'autre comme arbre secondaire.
La valeur de l'excentration des paliers de vilebrequin sur l'arbre 4 et sur l'axe secondaire 5 est calculée avec précision pour que les dents se trouvent bien en face d'une encoche au moment où elles entrent en contact avec la roue. Malgré une excentration très faible, par exemple 0,6mm pour un réducteur de rapport 1/100 avec des roues à encoches de diamètre 100 mm, le fait que les pièces mobiles soient montées avec des roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles ou des bagues ou paliers lisses élimine les frottements et permet une réversibilité. C'est-à-dire que si l'on exerce un couple sur les roues 1, on provoquera une rotation de l'arbre 4, si, bien sûr, rien ne s'oppose à son mouvement.
Il est à noter que la présence d'au moins trois bras 2 montées sur les paliers 3 de l'arbre 4 et montées également sur les paliers 3' de l'arbre secondaire 5, du fait que les paliers présentent une excentration identique sur les deux arbres, du fait que ces paliers sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres avec des angles inférieurs à 180°, du fait que ces décalages angulaires sont identiques sur l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5, permet de réaliser une transmission de mouvement entre l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5.
Des dispositions des pièces autres que celle de la figure 8 sont possibles.
La figure 9 illustre un mode de réalisation où la roue 1 possède une série d'encoches alignées de haut en bas. Pour qu'il y ait toujours au moins une dent engagée dans une encoche, les dents 7 des bras 2 sont décalées latéralement en fonction de la position de leurs paliers 3, comme il est montré sur la figure 10.
Sur les figures 12 et 13, pour des raisons de clarté, il n'a été dessiné qu'une roue, une dent et un bras qui porte la dent, mais en fait il y en a au moins trois qui sont superposées.
Sur la figure 12, l'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont disposés à égale distance de la roue. Les positions des arbres 4 et 5 par rapport à l'axe 8 de la roue 1 n'ont pas d'influence sur le fonctionnement, elles peuvent être quelconques.
Sur la figure 13, les encoches sont à l'intérieur d'une couronne 11 qui est creuse et les arbres moteurs et secondaires sont situés à l'intérieur de ladite couronne.
Dans tous les, cas l'arbre et l'arbre secondaires tournent en synchronisme pour assurer une orientation constante des bras 2 qui portent une ou plusieurs dents 7. Et il y a au moins trois pièces 2 superposées avec au moins trois dents et trois roues pour qu'il y ait toujours une dent engagée dans une encoche.
Le fait qu'il n'y ait qu'une seule opération de taillage et qu'elle ait lieu sur l'extérieur des roues qui est facilement accessible, rend la fabrication de ce type de réducteur plus facile et en conséquence plus économique.
Une autre possibilité de construction consiste à utiliser une roue 1 plus fine et dont l'épaisseur est inférieure à l'épaisseur totale des bras 2 comme dans le mode de réalisation illustré par les figures 14 à 19. Dans ce cas, les dents 7 des trois, ou plus, bras 2 rentrent dans des encoches contigues ou voisines de la roue 1. On peut voir la disposition des dents et de la roue sur la figure 19. La figure 15 montre une vue éclatée, les pièces n'étant pas à leur place, mais correctement orientées les unes par rapport aux autres. Chaque bras 2 comporte une dent référencée respectivement 7.1, 7.2, 7.3. La figure 16 montre les mêmes pièces à leur place dans le réducteur, leurs dents étant imbriquées de façon à ce que les trois dents soient bien en face des encoches de la roue. Le principe de fonctionnement reste le même. Les bras 2 sont toujours en rotation guidés par les paliers des roulements. Les dents des trois bras 2 entrent dans les encoches de la roue de manière à ce qu'une dent, au moins, soit toujours engagée dans une encoche de la roue. La figure 17 montre un des bras 2 latéraux, et la dent dépasse vers le haut dans ce cas. La figure 18 montre les trois bras 2 assemblées, et dans la partie centrale, c'est-à-dire dans la zone qui comprend l'épaisseur de la pièce 2.2 du milieu, les trois dents sont présentes. C'est dans cette zone que les dents vont rentrer dans les encoches de la roue. La figure 19 montre les trois dents en face de trois encoches contigues de la roue. Cette construction avec une roue plus fine sera plus simple à fabriquer, donc moins chère. Elle sera aussi plus légère.
De façon plus générale, le dispositif présent les caractéristiques préférentielles suivantes. L'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 possèdent au moins trois paliers 3 avec la même excentricité, et les paliers sont espacés entre eux, autour des axes de rotation de leurs arbres, par des angles inférieurs à 180°, permettant la transmission du mouvement de rotation de l'arbre 4 à l'arbre secondaire 5. L'arbre 4 et l'arbre secondaire 5 sont maintenus dans une position déterminée, dans un même ensemble mécanique, par des roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles, ou des bagues ou paliers lisses, de façon à ce que leurs axes soient parallèles et qu'ils puissent tourner autour de leur axe, l'arbre 4 est relié à une source d'énergie mécanique et l'arbre secondaire 5 n'étant relié qu'à l'arbre 4 par les bras 2. Le réducteur de vitesse comprend au moins trois bras 2 dont la forme des dents, en relief, correspond à la forme des encoches, en creux, de l'organe mobile. Le réducteur de vitesse comprend au moins trois bras 2 dont les dents 7 peuvent s'engager dans des encoches d'un organe mobile 1, dont le décalage angulaire des paliers de l'arbre 4 et de l'arbre secondaire 5 implique que pour tout angle de rotation de l'arbre 4, il y a au moins une dent d'un bras 2 engagée dans une encoche de l'organe mobile 1. Suivant un autre mode de réalisation, la roue 1 est remplacée par une crémaillère comme cela est illustré sur la figure 20. Dans ce cas, un mouvement rotatif de l'arbre 4 est transformé en un mouvement linéaire de la crémaillère. Quand l'arbre 4 fera un tour, la position relative du moteur par rapport à la crémaillère sera déplacée de la valeur de la distance entre deux encoches de la crémaillère.
Suivant un autre mode de réalisation illustré par les figures 21 à 23, les bras - cf. les références 2.1, 2.2, 2.3 - peuvent comporter de nombreuses dents qui correspondent aux encoches de la roue 1. Comme pour les modes de réalisation qui précèdent, les dents des bras s'engagent progressivement dans les encoches de la roue et assurent une continuité dans le positionnement de la roue. La position des dents sur les bras est telle qu'elles sont disposées de manière circulaire, ce qui correspondrait à une partie d'une couronne qui aurait un diamètre -préférentiellement identique pour chaque bras - un peu plus important que le diamètre de l'organe mobile. Par exemple, si l'organe mobile, qui se présente ici comme une roue, possède 60 encoches sur sa périphérie, alors les dents des bras formeraient une portion d'une couronne ayant 61 dents disposées sur un diamètre un peu plus grand que celui de la roue, dans un rapport de 61 divisé par 60. Le dispositif aura dans ce cas un rapport de réduction de 1/60. Quand l'arbre moteur fait un tour, un décalage se produit et une même dent ne va pas se réengager dans la même encoche de la roue, mais dans une autre encoche décalée d'une ou plusieurs encoches par rapport à celle d'origine. Le sens du décalage est lié au sens de rotation des arbres 4 et 5. La figure 21 représente les trois bras 2.1, 2.2, 2.3 montés sur les arbres 4 et 5 et dont les dents multiples sont, dans, certaines positions, engagées dans les encoches de la roue 1. La figure 22 représente les trois bras 2.1, 2.2, 2.3 montés sur les arbres 4 et 5, mais ici la roue n'est pas représentée de façon à faire apparaître la pluralité des dents sur les bras. La figure 23 représente les arbres 4 et 5 sans la roue 1 ni les bras 2 pour montrer l'excentricité des paliers 3.1, 3.2, 3.3 de l'arbre 4 et des paliers 3'.1, 3'.2, 3'.3 et leur disposition identique sur les arbres 4 et 5. Le fonctionnement des dents, dans ce mode de réalisation s'apparente à celui d'un réducteur comportant une couronne complète avec une denture intérieure et engrenant avec une roue possédant un nombre de dents légèrement plus petit. Dans ce cas, la forme des dents la plus adaptée se rapproche de celle des engrenages en développante de cercle, alors que quand les bras ne possèdent qu'une seule dent, leur forme est préférentiellement carrée. Les avantages de ce mode de réalisation avec de nombreuses dents sont :
- une meilleure progressivité de la transmission de l'effort puisque plusieurs dents sont en contact avec leurs encoches correspondantes au même moment ;
une limitation des frottements, puisqu'à tout instant il y a une dent complètement engagée dans son encoche et qu'à ce moment leurs trajectoires sont tangentes ;
- une transmission homocinétique alors que dans le cas d'un réducteur à une dent, il y a une légère différence de rapport de transmission entre le moteur où une dent rentre en contact avec son encoche et le moment où elle est complètement engagée, du fait que la trajectoire de la dent et celle de l'encoche ne sont pas tangentes au moment de leur contact, alors que leurs trajectoire sont tangentes lorsque la dent est complètement engagée dans l'encoche ;
- par rapport à un réducteur cycloïde, celui décrit ci-dessus permet d'utiliser un axe de sortie creux de gros diamètre, ce qui permet de faire passer des câbles et des tuyaux qui seront soumis à de moindres mouvements lors de la rotation de l'arbre de sortie du réducteur que si ils étaient placés éloignés de l'axe de rotation ;
dans ce mode de réalisation, l'opération d'usinage des dents des bras est facilitée parce que l'accès d'outils encombrants comme des meules de rectification est possible sur une portion de couronne alors qu'il ne l'est pas pour une couronne complète.
Il est possible aussi d'augmenter le nombre de dents des bras jusqu'à réaliser une couronne complète. Ce mode de réalisation est illustré par les figures 24 et 25. La disposition la plus avantageuse consiste alors à placer les arbres 4 et 5 éloignés l'un de l'autre de chaque côté de la roue 1. La distance importante entre les arbres garantira une bonne stabilité. Dans ce mode de réalisation, les bras 2.1 , 2.2, 2.3 sont toujours en prise avec la roue 1. Ce mode de réalisation apporte les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 21 de manière encore plus prononcée : - très bonne progressivité ;
- très bonne résistance à l'usure puisque des dents de chaque bras sont engagées en permanence ;
transmission homocinétique ;
- axe creux de grand diamètre ;
l'arbre moteur et l'arbre secondaire sont éloignés de l'axe de l'arbre de sortie et il est possible de les supporter par des paliers à leurs deux extrémités, ce qui améliore leur rigidité. Ceci n'est pas possible pour des réducteurs de type cycloïde dont la couronne extérieure se présente sous forme d'une cloche.
II est connu des dispositifs avec un ou deux bras montés sur des arbres avec des paliers excentriques. Par exemple, FR 2,833,673 Al divulgue un dispositif où il n'y a qu'une couronne montée sur deux excentriques et dont le mouvement en synchronisme est assuré par trois roues dentées. L'utilisation de roues dentées qui ont par construction un jeu nécessaire à leur fonctionnement fait que le réducteur dans son ensemble présente un jeu relativement important. L'avantage de la présente invention vient de l'utilisation de trois bras ou plus et de paliers décalés de moins de 180° qui assurent l'identité du mouvement entre les deux arbres sans dispositif supplémentaire comme des roues dentées ou des transmissions par roues et courroies, et qui ont une excellente précision en raison du jeu de fonctionnement pouvant être très faible puisque ce jeu ne peut provenir que des roulements ou paliers.
Dans un autre mode de réalisation qui est inverse par rapport à celui des figures 24 et 25, les bras consistent chacun en une roue dentée présentant des dents réparties sur toute leur circonférence extérieure pour engager les encoches d'un organe mobile réalisé sous forme de couronne à l'intérieur de laquelle les encoches sont réparties circonférentiellement. Chacune des roues est donc montée sur un premier palier excentrique de l'arbre 4 et un deuxième palier excentrique de l'arbre 5 de manière à rester parallèle à elle-même quel que soit l'angle de rotation des arbres 4, 5.
De façon générale, l'on remarquera que les modes de réalisation ne recourant à aucune couronne dentée aussi bien pour les bras que pour l'organe mobile - qui peut être alors sous forme de roue dentée ou de crémaillère - permettent une fabrication très facile. Cette facilité de fabrication est encore accrue dans le cas où les bras 2 n'ont chacun qu'une seule dent 7 ou un nombre limité de dents 7.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et au mode de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.
Selon un autre aspect, l'invention propose aussi un dispositif de transmission de mouvement, comprenant :
un arbre monté à rotation autour de son axe longitudinal, - un organe mobile présentant une succession d'encoches,
une pluralité de bras pour transmettre ensemble le mouvement entre l'arbre et l'organe mobile,
dans lequel :
- chaque bras est pourvu d'au moins une dent pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile,
chaque bras est articulé sur un palier excentrique par rapport à un axe autour duquel le palier est monté à rotation, le palier et l'arbre étant liés entre eux pour tourner en synchronisme,
- l'organe mobile et chaque bras sont guidés mécaniquement pour que le bras décrive un mouvement cyclique pour chaque tour du palier excentrique sur lequel il est articulé, le mouvement cyclique comprenant successivement :
o une phase durant laquelle certaines dents du bras sont libres de prise avec l'organe mobile, et
o une phase durant laquelle ces mêmes dents du bras sont en prise avec l'organe mobile par engagement de l'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre, dans lequel les paliers excentriques sont décalés angulairement autour de leur axe les uns par rapport aux autres pour qu'il y ait au moins un bras en prise avec l'organe mobile quel que soit l'angle de rotation de l'arbre et dans lequel chaque bras présente un élément servant à guider mécaniquement le bras conjointement avec le palier sur lequel le bras est monté pendant tout le mouvement cyclique.
Le décalage angulaire des paliers excentriques et le recours à un même élément du bras servant à le guider mécaniquement pendant tout le mouvement cyclique conjointement avec le palier sur lequel il est monté a plusieurs avantages. Il permet de simplifier notamment l'organe de transmission de mouvement entre l'arbre et l'organe mobile en ne requérant pas qu'il ait trois bras radiaux comme dans le cas dans EPI 55497. De plus, l'organe mobile peut être autre qu'une couronne à denture intérieure comme c'est le cas dans US 5,351,568, DE 312164 et EP155497.
Selon des modes de réalisation préférés, l'invention suivant cet aspect comprend en outre les caractéristiques suivantes :
chaque bras est guidé mécaniquement par un téton coulissant dans une fente ou une rainure pendant tout le mouvement cyclique ;
- les paliers excentriques sont agencés sur l'arbre ;
le décalage angulaire entre deux paliers successifs quelconques est inférieur à 180 ; les paliers sont décalés angulairement entre eux de manière régulière autour de leur axe de rotation ; les au moins une dent des bras coopèrent avec une même succession d'encoches, l'organe mobile présente plusieurs successions d'encoches disposées côte à côte, les encoches de chacune étant décalées par rapport aux encoches des autres et l'au moins une dent de chaque bras coopérant avec une autre des successions d'encoches ;
les bras sont montés sur les paliers par des roulements à billes ou à aiguilles ou des bagues lisses ;
l'organe mobile est une crémaillère guidée en translation ;
l'organe mobile est une roue montée à rotation autour de son axe central et sur laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement ;
l'organe mobile est une couronne montée à rotation autour de son axe central et à l'intérieur de laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement ;
le dispositif forme un réducteur de vitesse dont l'arbre est l'entrée et dont le rapport de réduction est préférentiellement d'au moins 1/50.
Le dispositif de l'invention suivant cet aspect peut aussi avantageusement être utilisé pour transmettre le mouvement rotatif d'un moteur à une articulation d'un bras de robot ou pour déplacer un élément d'une machine à partir du mouvement rotatif d'un moteur.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de transmission de mouvement, comprenant :
un arbre (4) monté à rotation autour de son axe longitudinal,
- un organe mobile (1 ; 11 ; 12) présentant au moins une succession d'encoches, au moins trois bras (2.1 , 2.2, 2.3) pour transmettre ensemble le mouvement entre l'arbre et l'organe mobile,
dans lequel :
chaque bras est pourvu d'au moins une dent (7) pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile,
chaque bras est articulé sur un premier palier (3.1 ; 3.2 ; 3.3) excentrique par rapport à un premier axe (9) autour duquel le palier est monté à rotation, le premier palier et l'arbre (4) étant liés entre eux pour tourner en synchronisme, l'organe mobile (1) et chaque bras sont guidés mécaniquement pour que :
o le bras décrive un mouvement cyclique pour chaque tour du premier palier sur lequel il est articulé, et que
o le bras soit en prise avec l'organe mobile pendant au moins une partie du mouvement cyclique par engagement de l'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre,
dans lequel les premiers paliers (3.1 ; 3.2 ; 3.3) sont agencés pour qu'il y ait au moins un bras (2.1, 2.2, 2.3) en prise avec l'organe mobile quel que soit l'angle de rotation de l'arbre et dans lequel chaque bras est en outre articulé sur un deuxième palier (3') excentrique par rapport à un deuxième axe (10) autour duquel le deuxième palier est monté à rotation pour maintenir le bras parallèle à lui-même quel que soit l'angle de rotation de l'arbre (4).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le mouvement cyclique de chaque bras (2.1, 2.2, 2.3) comprend successivement :
o une phase durant laquelle le bras est libre de prise avec l'organe mobile, et o une phase durant laquelle le bras est en prise avec l'organe mobile par engagement de l'au moins une dent du bras avec une encoche de l'organe mobile pour que le déplacement de l'un entraîne le déplacement de l'autre.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premiers paliers (3.1 ;
3.2 ; 3.3) sont agencés sur l'arbre (4) et les deuxièmes paliers (3') sont agencés sur un même deuxième arbre (5).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers paliers (3), respectivement les deuxièmes paliers (3'), sont décalés angulairement entre eux autour de leur axe de rotation respectif (9 ; 10).
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le décalage angulaire entre deux premiers paliers successifs quelconques, respectivement deux deuxièmes paliers successifs quelconques, est inférieur à 180°, les premiers paliers, respectivement les deuxièmes paliers, étant de préférence décalés angulairement entre eux de manière régulière autour de leur axe de rotation respectif (9 ; 10).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les au moins une dent des bras coopèrent avec une même succession d'encoches.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'organe mobile présente plusieurs successions d'encoches (1.1, 1.2, 1.3) disposées côte à côte, les encoches de chacune étant décalées par rapport aux encoches des autres et l'au moins une dent de chaque bras (2.1, 2.2, 2.3) coopérant avec une autre des successions d'encoches.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les bras sont montés sur les premiers paliers et sur les deuxièmes paliers par des roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles ou des bagues ou paliers lisses.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'organe mobile est soit une crémaillère (12) guidée en translation, soit une couronne (11) montée à rotation autour de son axe central et à l'intérieur de laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'organe mobile est une roue (1) montée à rotation autour de son axe central (8) et sur laquelle les encoches sont disposées circonférentiellement.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les bras présentent chacun une pluralité de dents agencées sur une portion circulaire de manière à former une partie de couronne dentée.
12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les bras présentent chacun une pluralité de dents de manière à ce que le fonctionnement des dents s'apparente à celui d'un réducteur comportant une couronne complète avec une denture intérieure et engrenant avec la roue possédant un nombre de dents plus petit.
13. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel chaque bras comprend une couronne dentée à l'intérieur de laquelle sont réparties des dents sur toute sa circonférence pour coopérer avec les encoches de l'organe mobile, chaque dent étant successivement engagée, puis désengagée dans une encoche de l'organe mobile lors du mouvement cyclique du bras.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, lequel forme un réducteur de vitesse dont l'arbre (4) est l'entrée et dont le rapport de réduction est préférentiellement d'au moins 1/50.
15. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 pour transmettre le mouvement rotatif d'un moteur à une articulation d'un bras de robot ou pour déplacer un élément d'une machine à partir du mouvement rotatif d'un moteur.
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