EP3307492A1 - Élément de bras à fort élancement et bras robotisé comprenant un tel élément - Google Patents

Élément de bras à fort élancement et bras robotisé comprenant un tel élément

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Publication number
EP3307492A1
EP3307492A1 EP16732471.4A EP16732471A EP3307492A1 EP 3307492 A1 EP3307492 A1 EP 3307492A1 EP 16732471 A EP16732471 A EP 16732471A EP 3307492 A1 EP3307492 A1 EP 3307492A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
upright
arm
connecting element
robotic arm
arm member
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.)
Withdrawn
Application number
EP16732471.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nolwenn KAMMERER
Yann Perrot
Dominique Ponsort
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3307492A1 publication Critical patent/EP3307492A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/005—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes with balanced jib, e.g. pantograph arrangement, the jib being moved manually

Definitions

  • the present invention relates to the field of robotic arms and more particularly the robotic arms with high slenderness.
  • An element is said to be very slender when it has a significant length for a low weight.
  • Articulated arms are known comprising several longitudinal elements articulated between them and whose joints comprise actuators. These arms are extensively used for handling tasks, for automated tasks or for remote operation. The disadvantage of such arms remains their reach. Indeed, increasing the length of the longitudinal elements causes an increase in their weight, their inertia and then forces to size accordingly the actuators and the fixed point of the articulated arm: ground base or wall recess. It has been envisaged to use longitudinal elements whose sections decrease as they move away from the fixed point of the arm, as is common practice in the field of telescopic cranes. This solution, however, does not allow a standardized manufacture of the longitudinal elements nor a modular design of the arm.
  • Such a system generally comprises a first fixed amount on which are articulated the first ends of two parallel rods.
  • the second ends of the connecting rods are articulated on a second amount parallel to the first.
  • a cylinder extends between the first end of a first rod and the second end of the other rod.
  • An object of the invention is to improve the hotpot of an arm member while limiting its weight.
  • an arm element comprising:
  • a steering rod having a first end and a second end respectively hinged to the first upright and the second upright by a first hinge and a second hinge;
  • first connecting element and a second connecting element which extend substantially parallel to the steering rod and which each comprise a first end and a second end respectively; hitched on the first and second uprights on both sides of the connecting rods;
  • a linear actuator of controllable length coupled between one of the uprights and the other upright or the connecting rod.
  • the first connecting elements and the second connecting element are provided with means of neutralization so that, when one of the connecting elements is kept in tension under the effect of the actuator and forms with the steering rod and the two uprights. a deformable quadrilateral stiffened by the actuator, the other of the connecting elements is neutralized and does not transmit any effort between the first amount and the second amount.
  • the dimensioning of the connecting elements only takes into account tensile stresses resulting in lighter elements than for a design taking into account forces in tension and in compression. This particular dimensioning results in an optimization of the mass of the connecting elements which makes it possible to significantly increase the range of an arm element with respect to a prior art arm element of identical mass.
  • the guide rod is tubular and its wall extends around the connecting elements and one actuator.
  • the wall of the steering rod then allows physical protection of the connecting elements and the actuator against shocks.
  • the neutralization means comprise at least one oblong slot. Such an embodiment is reliable and economical to achieve.
  • the invention also relates to a robotic arm comprising at least one robot arm element previously defined.
  • FIG. 1 is a perspective representation of a robotic arm according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of an element of the arm of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a detailed view of a robotic arm element of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a partial perspective view of an exploded section of the arm element of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a schematic view of the arm element of FIG.
  • a robotic arm 100 comprises a first arm member 10, a second arm member 11 and a third arm member 12 articulated together along substantially vertical axes.
  • Each arm member 10, 11, 12 comprises a linear actuator connected to a control unit 101.
  • the third arm member 12 comprises at its end 12.1 a support 80 of a feeler 81.
  • the first arm member 10 is attached to the wall mount 1 and includes:
  • first upright 20 and a second upright 30 substantially parallel;
  • first connecting element 50 and a second connecting element 60 which extend substantially parallel to the guide rod 40.
  • the first connecting element 50 is a square section rod 51 which is located above (according to the representation of FIG. 1) of a plane P comprising the axes of the articulations 44 and 45 of the steering rod 40.
  • the first element link 50 comprises a first end 52 and a second end 53 respectively hitched to the first upright 20 and to the second upright 30.
  • the first end 52 of the first connecting element 50 comprises a yoke 54 in which is pierced an oblong slot 55 whose largest dimension extends in the longitudinal direction of the first connecting element 50.
  • This oblong slot 55 receives a hinge pin 21 rotatably mounted in a bearing 22 integral with the first upright 20.
  • second end 53 of the first connecting element 50 is connected identically to the second upright 30 by means of a yoke 56 provided with a light oblong 57 and in which extends a hinge pin 31 rotatably mounted in a bearing 32 integral with the second upright 30.
  • the second connecting element 60 is identical to the first connecting element 50 and comprises a square section rod 61 which is located below (according to the representation of FIG. 1) of the plane P.
  • the second connecting element 60 comprises a first end 62 and a second end 63 respectively hitched to the first upright 20 and the second upright 30.
  • the first end 62 of the second connecting element 60 comprises a yoke 64 in which is pierced a light oblong 65 whose largest dimension extends in the longitudinal direction of the second connecting member 60.
  • This oblong slot 65 receives a hinge pin 23 rotatably mounted in a bearing 24 secured to the first upright 20.
  • the second end 63 of the second connecting element 60 is connected in identical manner to the second upright 30 by means of a yoke 66 provided with an oblong slot 67 and in which extends a hinge pin 33 rotatably mounted in a bearing 34 secured to the second amount 30.
  • An electric jack 70 is coupled at a first end 71 on the axis 21 and at a second end 72 on the articulation 45.
  • the wall 41 of the tubular connecting rod 40 extends around the first and second connecting elements 50 and 60 and the electric jack 70.
  • the wall 41 also comprises two longitudinal windows 46 and 47.
  • the first upright 20 comprises, on its end opposite to that receiving the axes 21 and 23, a yoke 25 whose sides 25.1 and 25.2 extend perpendicular to a plane comprising the axes 21 and 23.
  • the yoke 25 is integral in rotation with a shaft 26 pivotally mounted in flanks 2 and 3 projecting from the wall support 1.
  • the shaft 26 is integral in rotation with an electric geared motor 27 not shown.
  • the flanks 25.1 and 25.2 and the shaft 26 provide an articulation of the arm member 10 connected to the wall support 1.
  • the rotational control of the electric geared motor 27 makes it possible to control the rotation of the arm member 10 with respect to the wall support 1.
  • the second upright 30 comprises on its end opposite to that receiving the pins 31 and 33, a yoke 35 whose flanks 35.1 and 35.2 extend perpendicular to a plane comprising the axes 31 and 33.
  • the yoke 35 is integral in rotation with a shaft 36 on which is rotatably mounted the first upright 20.11 of the second arm member 11.
  • the yoke 35 comprises a bore in which is mounted an electric jack 37 (not shown) whose rod 38 extends to an axis 39 projecting laterally from the first upright 20.11. Deployment or retraction of the rod 38 makes it possible to control the relative rotation of the second arm member 11 with respect to the first arm member 10.
  • the arm element 10 thus comprises a first deformable quadrilateral 13 comprising the first and second uprights 20 and 30, the first connecting element 50 and the guide rod 40.
  • the arm element 10 comprises also a second deformable quadrilateral 14 comprising the first and second uprights 20 and 30, the second connecting element 60 as well as the guide rod 40.
  • the electric jack 70 makes it possible to control the simultaneous deformations of the deformable quadrilaterals 13 and 14 so as to displace the amount 30 -and therefore the first amount 20.11 of the second arm member 11- on a circular path 90 shown in dotted line in Figure 5 and centered on the hinge 44.
  • the electric jack 70 exerts a tensile force between the axis 21 and the hinge 45 in order to stiffen the deformable quadrilateral 13.
  • the force exerted allows the equilibrium or the displacement of the second upright 30 subjected to the heavy load P; the first connecting element 50 is held in tension;
  • the steering rod 40 is subjected to a compressive force
  • the second connecting element 60 does not transmit any force between the first upright 20 and the second upright 30 because the oblong slots 65 and 67 neutralize the second connecting element 60 by ensuring that the first connecting element 50 comes into traction before the least one of the axes 23 or 33 comes into abutment against one end of the oblong slots 65 or 67.
  • the electric jack 70 exerts a compressive force between the axis 21 and the articulation 45 in order to stiffen the deformable quadrilateral 14. The force exerted allows the equilibrium or the displacement of the second upright 30 subjected to the load F ;
  • the second connecting element 60 is kept in tension
  • the steering rod 40 is subjected to a compressive force
  • the first connecting element 50 does not transmit any force between the first upright 20 and the second upright 30 because the oblong apertures 55 and 57 neutralize the first connecting element 50 by ensuring that the second connecting element 60 comes into traction before at least one of the axes 21 or 31 comes into abutment against one end of the oblong slots 55 or 57.
  • the robotic arm 100 consisting of the first arm member 10, the second arm member 11 and the third arm member 12 thus allows a large working range for a reduced cantilevered mass.
  • the robotic arm comprises three arm members, the invention also applies to a robotic arm comprising a different number of arm members such as for example a single element, two or more arm members;
  • the invention also applies to different orientations of the axes of the joints such as horizontal axes, or oriented in any way the axes of each articulation that can be oriented differently from one another; although here the articulation of the third arm is connected to a probe, the invention also applies to other types of control device such as a camera, a camera, an ultrasonic or radiographic sensor. or a three-dimensional scanner;
  • the invention is also applicable to an arm member connected to other types of external device such as a support fixed to the ground or mobile;
  • first and second amounts are substantially parallel, the invention also applies to different orientations of the first and second amount such as non-coplanar or secant orientations;
  • first and second elements both have a square section
  • the invention also applies to first and second elements that can adopt different sections in surface and shaped such as tubular sections, circular, rectangular, triangular, ellipsoid or any;
  • first connecting element is located above a plane P comprising the axes of the joints of the steering rod and the second connecting element is located below this same plane
  • the invention s' also applies to other arrangements in which the first connecting element and the second connecting element are located on either side of the joints of the steering rod;
  • joints of the connecting elements on the uprights are made using pins mounted in bearings
  • the invention is also applicable to other types of joints such as for example joints implementing bearings, or mounting sets leaving free rotations about the axis of the joint;
  • the two ends of the connecting elements comprise an oblong slot
  • the invention also applies to other means of neutralization such as for example a single oblong slot positioned at one end of each connecting element, an oblong slot located between the two ends of the connecting elements by which two connecting half-members are connected, flexible connecting elements such as cables, chains or connecting elements provided with a deformable element in compression but not in traction;
  • an electric cylinder extends between an axis of articulation of the first connecting element connected to the first amount and an articulation of the connecting rod connected to the second amount
  • the invention also applies other types of linear actuators of controllable length, such as for example a hydraulic or pneumatic cylinder, which can also be coupled between one of the uprights and the steering rod either on one of its ends or on a point of the steering rod located between its two ends;
  • first leg of the first arm member comprises a hinge connected to a wall bracket and the second leg of the first arm member comprises a hinge connected to another arm member, the invention also applies to joints intended to be connected to other types of external device such as tools or a handling hook;
  • the guide rod comprises a tubular wall extending around the connecting elements, the electric cylinder and also comprising two longitudinal windows
  • the invention also applies to a steering rod whose wall would be devoid of longitudinal windows or that would have one or more than two.
  • the invention also applies to a solid rod (non-tubular) and / or any section.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Elément de bras (10) comprenant : - un premier et un deuxième montant (20, 30) sensiblement parallèles; une bielle directrice (40) ayant des extrémités (43) articulées sur le premier et le deuxième montant (20, 30); - un premier et un deuxième élément de liaison (50, 60) qui s'étendent sensiblement parallèlement à la bielle directrice (40) et qui sont attelés sur le premier montant (20) et le deuxième montant (30); - un actionneur (70) linéaire de longueur commandable attelé entre l'un des montants (20, 30) et l'autre montant (20, 30) ou la bielle directrice (40); les premier et deuxième éléments de liaison (20, 30) étant pourvus de moyens de neutralisation (55, 57, 65, 67) de sorte que, lorsque l'un des éléments de liaison (50, 60) est maintenu en traction sous l'effet de l' actionneur (70), l'autre des éléments de liaison (50, 60) est neutralisé.

Description

Elément de bras à fort élancement et bras robotisé comprenant un tel élément
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des bras robotisés et plus particulièrement les bras robotisés à fort élancement. Un élément est dit à fort élancement lorsqu'il présente une longueur importante pour un poids faible .
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
On connaît des bras articulés comprenant plusieurs éléments longitudinaux articulés entre eux et dont les articulations comprennent des actionneurs . Ces bras sont extensivement utilisés pour des tâches de manutention, pour la réalisation de tâches automatisées ou pour la télé-opération. L'inconvénient de tels bras demeure leur portée. En effet, l'augmentation de la longueur des éléments longitudinaux entraîne une augmentation de leur poids, leur inertie et oblige alors à dimensionner en conséquence les actionneurs ainsi que le point fixe du bras articulé : base au sol ou encastrement mural. Il a été envisagé d'utiliser des éléments longitudinaux dont les sections diminuent au fur et à mesure qu' elles s'éloignent du point fixe du bras, comme il est de pratique courante dans le domaine des grues télescopiques . Cette solution ne permet cependant pas une fabrication standardisée des éléments longitudinaux ni une conception modulaire du bras.
Il est connu de manipuler une charge à l'aide d'un système à parallélogramme déformable. Un tel système comprend généralement un premier montant fixe sur lequel sont articulées les premières extrémités de deux bielles parallèles. Les deuxièmes extrémités des bielles sont articulées sur un deuxième montant parallèle au premier. Un vérin s'étend entre la première extrémité d'une première bielle et la deuxième extrémité de l'autre bielle. Le dé- ploiement ou la rétraction du vérin permet de modifier la forme du parallélogramme déformable et ainsi de modifier la position d'une charge liée au deuxième montant. Dans le cas d'un système à parallélogramme déformable dans lequel les bielles s'étendent selon une direction essentiellement horizontale, et à l'extrémité duquel une charge pesante (effort dû au poids dirigé essentiellement verticalement vers le bas) est fixée, la bielle inférieure est sollicitée en compression et la bielle supérieure est sollicitée en traction. Lorsque le sens de l'effort est inversé, c'est-à-dire qu'il est dirigé essentiellement verticalement vers le haut, la bielle supérieure est sollicitée en compression et la bielle inférieure est sollicitée en traction. Ainsi, il est nécessaire de dimensionner chaque bielle de sorte qu'elle puisse supporter des efforts en traction et en compression. Une telle conception aboutit à des bielles massives ce qui n'offre pas une solution permettant d'obtenir des portées importante pour un poids réduit.
OBJET DE L'INVENTION
Un objet de l'invention est d'améliorer la potée d'un élément de bras tout en limitant son poids.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention un élément de bras comprenant :
un premier montant et un deuxième montant sensiblement parallèles ;
une bielle directrice ayant une première extrémité et une deuxième extrémité respectivement articulées sur le premier montant et le deuxième montant par une première articulation et une deuxième articulation;
un premier élément de liaison et un deuxième élément de liaison qui s'étendent sensiblement parallèlement à la bielle directrice et qui comprennent chacun une première extrémité et une deuxième extrémité respective- ment attelées sur les premier montant et deuxième montants de part et d'autre des articulations de la bielle directrice ;
un actionneur linéaire de longueur commandable attelé entre l'un des montants et l'autre montant ou la bielle directrice.
Les premiers éléments de liaison et deuxième élément de liaison sont pourvus de moyens de neutralisation de sorte que, lorsque l'un des éléments de liaison est maintenu en traction sous l'effet de l' actionneur et forme avec la bielle directrice et les deux montants un quadrilatère déformable rigidifié par l' actionneur , l'autre des éléments de liaison est neutralisé et ne transmet aucun effort entre le premier montant et le deuxième montant.
Ainsi, le dimensionnement des éléments de liaison ne prend en compte que des sollicitations en traction ce qui aboutit à des éléments plus légers que pour un dimensionnement prenant en compte des efforts en traction et en compression. Ce dimensionnement particulier aboutit à une optimisation de la masse des éléments de liaison qui permet d'augmenter significativement la portée d'un élément de bras par rapport à un élément de bras de l'art antérieur de masse identique.
Selon un mode de réalisation particulier, la bielle directrice est tubulaire et sa paroi s'étend autour des éléments de liaison et de 1 ' actionneur . La paroi de la bielle directrice permet alors une protection physique des éléments de liaison et de l' actionneur contre les chocs .
Avantageusement, les moyens de neutralisation comprennent au moins une lumière oblongue. Une telle réalisation est fiable et économique à réaliser.
L' invention concerne également un bras robotisé comprenant au moins un élément de bras robotisé précédem- ment défini.
D' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif de 1 ' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait références aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation en perspective d'un bras robotisé selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un élément du bras de la figure 1;
- la figure 3 est une vue de détail d'un élément de bras robotisé de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un éclaté de l'élément de bras de la figure 2 ;
- la figure 5 est une vue schématique de l'élément de bras de la figure 2.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 5, un bras robotisé 100 comprend un premier élément de bras 10, un deuxième élément de bras 11 et un troisième élément de bras 12 articulés entre eux selon des axes sensiblement verticaux. Chaque élément de bras 10, 11, 12 comprend un actionneur linéaire relié à une unité de commande 101. Le troisième élément de bras 12 comprend en son extrémité 12.1 un support 80 d'un palpeur 81.
Les éléments de bras 10, 11 et 12 étant identiques, seul le premier élément 10 sera décrit ci-après.
Le premier élément de bras 10 est fixé au support mural 1 et comprend :
- un premier montant 20 et un deuxième montant 30 sensiblement parallèles ;
- une bielle directrice 40 tubulaire de paroi cylindrique 41 et ayant une première extrémité 42 et une deuxième extrémité 43 respectivement articulées sur le premier montant 20 et le deuxième montant 30 par une première articulation 44 et une deuxième articulation 45;
- un premier élément de liaison 50 et un deuxième élément de liaison 60 qui s'étendent sensiblement parallèlement à la bielle directrice 40.
Le premier élément de liaison 50 est une tige de section 51 carrée qui est située au-dessus (selon la représentation de la figure 1) d'un plan P comprenant les axes des articulations 44 et 45 de la bielle directrice 40. Le premier élément de liaison 50 comprend une première extrémité 52 et une deuxième extrémité 53 respectivement attelées sur le premier montant 20 et sur le deuxième montant 30. Comme particulièrement visible en figure 4, La première extrémité 52 du premier élément de liaison 50 comprend une chape 54 dans laquelle est percée une lumière oblongue 55 dont la plus grande dimension s'étend selon la direction longitudinale du premier élément de liaison 50. Cette lumière oblongue 55 reçoit un axe 21 d'articulation monté à rotation dans un palier 22 solidaire du premier montant 20. La deuxième extrémité 53 du premier élément de liaison 50 est reliée de manière identique au deuxième montant 30 à l'aide d'une chape 56 pourvue d'une lumière oblongue 57 et dans lequel s'étend un axe 31 d'articulation monté à rotation dans un palier 32 solidaire du deuxième montant 30.
Le deuxième élément de liaison 60 est identique au premier élément de liaison 50 et comprend une tige de section 61 carrée qui est située en-dessous (selon la représentation de la figure 1) du plan P. Le deuxième élément de liaison 60 comprend une première extrémité 62 et une deuxième extrémité 63 respectivement attelées sur le premier montant 20 et sur le deuxième montant 30. La première extrémité 62 du deuxième élément de liaison 60 comprend une chape 64 dans laquelle est percée une lumière oblongue 65 dont la plus grande dimension s'étend selon la direction longitudinale du deuxième élément de liaison 60. Cette lumière oblongue 65 reçoit un axe 23 d'articulation monté à rotation dans un palier 24 solidaire du premier montant 20. La deuxième extrémité 63 du deuxième élément de liaison 60 est reliée de manière identique au deuxième montant 30 à l'aide d'une chape 66 pourvue d'une lumière oblongue 67 et dans lequel s'étend un axe 33 d'articulation monté à rotation dans un palier 34 solidaire du deuxième montant 30.
Un vérin électrique 70 est attelé en une première extrémité 71 sur l'axe 21 et en une deuxième extrémité 72 sur l'articulation 45.
Comme visible sur les figures 1 et 2, la paroi 41 de la bielle tubulaire 40 s'étend autour des premier et deuxième éléments de liaison 50 et 60 et du vérin électrique 70. La paroi 41 comprend également deux fenêtres longitudinales 46 et 47.
Le premier montant 20 comprend, sur son extrémité opposée à celle recevant les axes 21 et 23, une chape 25 dont les flancs 25.1 et 25.2 s'étendent perpendiculairement à un plan comprenant les axes 21 et 23. La chape 25 est solidaire en rotation d'un arbre 26 monté pivotant dans des flancs 2 et 3 en saillie du support mural 1. L'arbre 26 est solidaire en rotation d'un motoréducteur électrique 27 non représenté. Les flancs 25.1 et 25.2 ainsi que l'arbre 26 réalisent une articulation de l'élément de bras 10 connectée au support mural 1. La commande en rotation du motoréducteur électrique 27 permet de commander la rotation de l'élément de bras 10 par rapport au support mural 1.
Le deuxième montant 30 comprend sur son extrémité opposée à celle recevant les axes 31 et 33, une chape 35 dont les flancs 35.1 et 35.2 s'étendent perpendiculairement à un plan comprenant les axes 31 et 33. La chape 35 est solidaire en rotation d'un arbre 36 sur lequel est monté à rotation le premier montant 20.11 du deuxième élément de bras 11.
La chape 35 comprend un alésage dans lequel est monté un vérin électrique 37 (non représenté) dont la tige 38 s'étend jusqu'à un axe 39 en saillie latérale du premier montant 20.11. Le déploiement ou la rétraction de la tige 38 permet de commander la rotation relative du deuxième élément de bras 11 par rapport au premier élément de bras 10.
En référence à la figure 5, l'élément de bras 10 comprend donc un premier quadrilatère déformable 13 comprenant les premier et deuxième montants 20 et 30, le premier élément de liaison 50 ainsi que la bielle directrice 40. L'élément de bras 10 comprend également un deuxième quadrilatère déformable 14 comprenant les premier et deuxième montants 20 et 30, le deuxième élément de liaison 60 ainsi que la bielle directrice 40. Le vérin électrique 70 permet de commander les déformations simultanées des quadrilatères déformables 13 et 14 de manière à déplacer le montant 30 -et donc le premier montant 20.11 du deuxième élément de bras 11- sur une trajectoire circulaire 90 représentée en pointillé sur la figure 5 et centrée sur l'articulation 44.
Le fonctionnement de l'élément de bras robotisé 10 va être décrit en lien avec la figure 5. Lorsqu'une charge pesante P, dont la composante verticale est dirigée vers le bas, est appliquée sur le deuxième montant 30, les efforts internes à l'élément de bras 10 sont les suivants :
- le vérin électrique 70 exerce un effort de traction entre l'axe 21 et l'articulation 45 afin de ri- gidifier le quadrilatère déformable 13. L'effort exercé permet l'équilibre ou le déplacement du deuxième montant 30 soumis à la charge pesante P; - le premier élément de liaison 50 est maintenu en traction;
- la bielle directrice 40 est soumise à un effort de compression ;
- le deuxième élément de liaison 60 ne transmet aucun effort entre le premier montant 20 et le deuxième montant 30 car les lumières oblongues 65 et 67 neutralisent le deuxième élément de liaison 60 en assurant que le premier élément de liaison 50 vienne en traction avant que au moins l'un des axes 23ou33 vienne en butée contre l'une des extrémités des lumières oblongues 65 ou 67.
Lorsqu'une charge F, dont la composante verticale est dirigée vers le haut, est appliquée sur le montant 30, les efforts internes à l'élément de bras 10 sont les suivants :
- le vérin électrique 70 exerce un effort de compression entre l'axe 21 et l'articulation 45 afin de ri- gidifier le quadrilatère déformable 14. L'effort exercé permet l'équilibre ou le déplacement du deuxième montant 30 soumis à la charge F;
- le deuxième élément de liaison 60 est maintenu en traction;
- la bielle directrice 40 est soumise à un effort de compression ;
- le premier élément de liaison 50 ne transmet aucun effort entre le premier montant 20 et le deuxième montant 30 car les lumières oblongues 55 et 57 neutralisent le premier élément de liaison 50 en assurant que le deuxième élément de liaison 60 vienne en traction avant qu'au moins un des axes 21 ou 31 vienne en butée contre l'une des extrémités des lumières oblongues 55 ou 57.
Ainsi, on obtient un élément de bras robotisé 10 pouvant supporter des charges dont la composante verticale peut être orientée vers le haut ou vers le bas et dont les éléments de liaison 50 et 60 destinés à travailler en traction ne sont soumis à aucun effort de compression. Cette conception autorise la mise en œuvre d'éléments de liaison légers -car ne devant pas résister à des sollicitations en compression- contribuant ainsi à l'obtention d'un élément de bras 10 à fort élancement.
Le bras robotisé 100 constitué du premier élément de bras 10, du deuxième élément de bras 11 et du troisième élément de bras 12 autorise donc une portée de travail importante pour une masse en porte à faux réduite. Les motorisations de chaque articulation ainsi que les vérins électriques 70, 70.11 et 70.12 respectifs des premier, deuxième et troisième éléments de bras 10, 11 et 12 étant reliées à une unité de commande 101, le bras robotisé 100 peut être commandé pour atteindre quasiment tout point situé dans une demi sphère dont le rayon est sensiblement égal à la portée maximale du bras robotisé 100.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier,
- bien qu'ici le bras robotisé comprenne trois éléments de bras, l'invention s'applique également à un bras robotisé comprenant un nombre différent d'éléments de bras comme par exemple un unique élément, deux ou plus de trois éléments de bras;
- bien qu' ici les éléments de bras soient articulés entre eux selon des axes sensiblement verticaux, l'invention s'applique également à des orientations différentes des axes des articulations comme par exemple des axes horizontaux, ou orientés de manière quelconque les axes de chaque articulation pouvant être orientés de manière différente l'un par rapport à l'autre ; - bien qu'ici l'articulation du troisième bras soit connectée à un palpeur, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositif de contrôle comme par exemple une caméra, un appareil photo, un capteur ul- trasonique ou radiographique ou un scanner tridimensionnel ;
- bien qu' ici le premier élément de bras soit fixé à un support mural, l'invention s'applique également à un élément de bras relié à d' autres types de dispositif extérieur comme par exemple un support fixé au sol ou mobile;
- bien qu' ici le premier et le deuxième montant soient sensiblement parallèles, l'invention s'applique également à des orientations différentes du premier et deuxième montant comme par exemple des orientations non coplanaires ou sécantes ;
- bien qu' ici les premier et deuxième éléments possèdent tous les deux une section carrée, l'invention s'applique également à des premiers et deuxième éléments pouvant adopter des sections différentes en surface et en forme comme par exemple des sections tubulaires, circulaires, rectangulaire, triangulaires, ellipsoïdes ou quelconque ;
- bien qu' ici le premier élément de liaison soit situé au-dessus d'un plan P comprenant les axes des articulations de la bielle directrice et que le deuxième élément de liaison soit situé en dessous de ce même plan, l'invention s'applique également à d'autres dispositions dans lesquelles le premier élément de liaison et le deuxième élément de liaison sont situés de part et d'autre des articulations de la bielle directrice ;
- bien qu' ici les articulations des éléments de liaison sur les montants soient réalisées à l'aide d'axes montés dans des paliers, l'invention s'applique également à d'autres types d'articulations comme par exemple des articulations mettant en œuvre des roulements , ou des jeux de montage laissant libre les rotations autour de l'axe de l'articulation ;
- bien qu' ici les deux extrémités des éléments de liaison comprennent une lumière oblongue, l'invention s'applique également à d'autres moyens de neutralisation comme par exemple une lumière oblongue unique positionnée en une seule des extrémités de chaque élément de liaison, une lumière oblongue situé entre les deux extrémités des éléments de liaison par lequel seraient reliés deux demi-élément de liaison, des éléments de liaison souples comme par exemple des câbles, des chaînes ou des éléments de liaison pourvus d'un élément déformable en compression mais pas en traction;
- bien qu'ici un vérin électrique s'étende entre un axe d'articulation du premier élément de liaison lié au premier montant et une articulation de la bielle directrice liée au deuxième montant, l'invention s'applique également d'autres type d' actionneurs linéaires de longueur commandable, comme par exemple un vérin hydraulique ou pneumatique, pouvant également être attelé entre l'un des montants et la bielle directrice que ce soit sur une de ses extrémités ou sur un point de la bielle directrice située entre ses deux extrémités;
- bien qu'ici l'articulation du premier élément de bras sur le support mural soit commandée en rotation par un motoréducteur , l'invention s'applique également à d'autres types de moyens de commande de la rotation de l'élément de bras comme par exemple un vérin électrique, pneumatique ou un moteur hydraulique ;
- bien qu' ici le premier montant du premier élément de bras comprenne une articulation connectée à un support mural et que le deuxième montant du premier élément de bras comprenne une articulation connectée à un autre élément de bras, l'invention s'applique également à des articulations destinées à être connectées à d'autres types de dispositif extérieur comme par exemple des outils ou un crochet de manutention ;
- bien qu' ici la bielle directrice comprenne une paroi tubulaire s' étendant autour des éléments de liaison, du vérin électrique et comprenant également deux fenêtres longitudinales, l'invention s'applique également à une bielle directrice dont la paroi serait dépourvue de fenêtres longitudinales ou qui en comporterait une ou plus que deux. L'invention s'applique également à une bielle pleine (non tubulaire) et/ou de section quelconque.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément de bras (10) comprenant :
- un premier montant (20) et un deuxième montant
(30) sensiblement parallèles ;
une bielle directrice (40) ayant une première extrémité (42) et une deuxième extrémité (43) respectivement articulées sur le premier montant (20) et le deu- xième montant (30) par une première articulation (44) et une deuxième articulation (45);
- un premier élément de liaison (50) et un deuxième élément de liaison (60) qui s'étendent sensiblement parallèlement à la bielle directrice (40) et qui compren- nent chacun une première extrémité (52, 62) et une deuxième extrémité (53, 63) respectivement attelées sur le premier montant (20) et le deuxième montant (30) de part et d'autre des articulations (44, 45) de la bielle directrice (40);
- un actionneur (70) linéaire de longueur comman- dable attelé entre l'un des montants (20, 30) et l'autre montant (20, 30) ou la bielle directrice (40);
les premier élément de liaison (20) et deuxième élément de liaison (30) étant pourvus de moyens de neu- tralisation (55, 57, 65, 67) de sorte que, lorsque l'un des éléments de liaison (50, 60) est maintenu en traction sous l'effet de l' actionneur (70) et forme avec la bielle directrice (40) et les deux montants (20, 30) un quadrilatère déformable (13, 14) rigidifié par l' actionneur (70), l'autre des éléments de liaison (50, 60) est neutralisé et ne transmet aucun effort entre le premier montant (20) et le deuxième montant (30) .
2. Elément de bras robotisé (10) selon la revendication 1, dans lequel la bielle directrice (40) est tu- bulaire et possède une paroi (41) s' étendant autour des éléments de liaison (50, 60) et de l'actionneur (70).
3. Elément de bras robotisé (10) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de neutralisation de chaque élément de liaison (50, 60) comprennent au moins une lumière oblongue (55, 57, 65, 67) recevant à coulissement un axe (21, 23, 31, 33), la longueur du trou oblong étant telle que l'un des éléments de liaison (50, 60) vient en traction avant que l'axe (21, 23, 31, 33) des moyens de neutralisation de l'autre élément de liai- son (50, 60) vienne en butée contre l'une des extrémités de la lumière oblongue (55, 57, 65, 67) dans laquelle il est reçu.
4. Elément de bras robotisé (10) selon la revendication 3, dans lequel la lumière oblongue (55, 57, 65, 67) est située en l'une des extrémités 52, 53, 62, 63) des éléments de liaison (50, 60) .
5. Elément de bras robotisé (10) selon la revendication 1, dans lequel l'actionneur (70) est un vérin électrique .
6. Bras robotisé (100) comprenant au moins un élément de bras robotisé (10, 11, 12) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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