FR2499728A1 - Procede de manipulation dans un espace de manipulation d'un objet a partir d'une position initiale, dispositif pour sa mise en oeuvre et pieces en comportant application - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE A LA CONSTRUCTION MECANIQUE, ET EN PARTICULIER A LA MANIPULATION DANS UN ESPACE DE MANIPULATION D'UN OBJET. LE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QU'ON DEPLACE L'OBJET PAR PIVOTEMENT AUTOUR DE DEUX POINTS OU CENTRES, DONT L'UN O EST AU CENTRE DE L'ESPACE DE MANIPULATION ET L'AUTRE O EST DISPOSE PAR RAPPORT AU PREMIER DANS LE PLAN DE MANIPULATION, A UNE DISTANCE EGALE A LA MOITIE DU RAYON R OU R DUDIT ESPACE DE MANIPULATION, LE RAYON R DUDIT ESPACE DE MANIPULATION ETANT LA DISTANCE ENTRE LE CENTRE O DE L'ESPACE A MANIPULER ET LA POSITION FINALE A DE L'OBJET. DE PREFERENCE, ON DEPLACE EGALEMENT L'OBJET PRECITE AUTOUR D'UN AXE SITUE DANS LE PLAN DE MANIPULATION PRECITE ET PASSANT PAR LE CENTRE DE L'ESPACE DE MANIPULATION. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT DANS LA CONSTRUCTION D'INSTRUMENTS ET APPAREILS DE MESURE, L'IMPRESSION ET LA PRODUCTION DE COPIES, AINSI QUE DANS LA TECHNIQUE DE MESURE, LA CONSTRUCTION DE ROBOT, ETC.

Description

La présente invention concerne les constructions mécaniques et a notamment

pour objet un procédé de loca- lisation ou repérage d'un point d'après ses coordonnées et un dispositif pour sa mise en oeuvre. 5 Il est avantageux d'utiliser la présente invention notamment dslacaBtruction d'instruments et appareils de mesure, l'impression et la production de copies, ainsi que dans la technique de mesure, la construction de robots, les matériels de manutention, etc., pour orienter des 10 objets sur un plan et dans l'espace, par exemple pour la réalisation et la mesure de plusieurs orifices dans une pièce à usiner, pour le changement automatique des outils sur les machines-outils, pour le transfert et la dépose de pièces de divers équipements, pour l'automatisation 15 des opérations d'assemblage et auxiliaires. On connatt des procédés de localisation d'un point d'après ses coordonnées qui sont utilisés dans divers domaines tels que la construction de machines-outils, la technique de mesure, la construction de machines et 20 d'appareils, ainsi que dans la reproduction d'informations à partir de microfiches, quand la localisation des points prescrits, autrement dit, le positionnement des points sur un plan, par exemple en cas d'usinage ou de mesure de pièces, se fait au moyen de deux déplacements suivant 25 des coordonnées orthogonales prescrites (A.N. Rabinovich "Système de commande des machines automatiques", édition "Tekhnika", 1973, pp. 254 à 261). On connait égalemfftuiprocédé de localisation d'un point d'après ses coordonnées dans un plan, ainsi qu'un 30 dispositif pour sa mise en oeuvre dans lequel le position- nement s'effectue à l'aide d'un chariot.déplacé par une commande individuelle suivant des guidages longitudinaux, et un coulisseau qui se déplace, à son tour, suivant des guidages transversaux de la base (brevet Etats-Unis 35 n0 3765755, 1973). Les inconvénients principaux dudit procédé et dudit dispositif résident dans le fait qu'on établit le point 2499728 2 imposé au moyen de deux déplacements de translation rectilignes réciproquement perpendiculaires, pour la réalisation desquels il faut prévoir dans le dispositif un élément intermédiaire, un cou1issmu La précision des 5 déplacements suivant des coordonnées pendant le position- nement dépend de la précision du système de référence - ainsi aue de la rectitude et de la oEr-iendicular ité réciproque des guidages pour le déplacement rectiligne du chariot et du coulisseau. Ces guidages doivent assurera-be 10 rEtitde stzicte du déplacement des éléments mobiles dans les plans horizontal et vertical. Toutefois, dans ces conditions, les valeurs des déplacements suivant des cordonnées en tous les points du plan de positionnement reliés au chariot mobile sont égales aux valeurs des 15 déplacements mesurés par les systèmes de référence du dispositif. Dans le but d'augmenter la rigidité du coulis- seau, il est nécessaire d'augmenter sa hauteur, ce qui accroît en même temps l'erreur dans le plan vertical. Les procédés actuellement utilisés pour la localisation 20 d'un point par positionnement sont caractérisés par la présence de longues chaines de commandes, de courses mortes dans les chatnes du mouvement du chariot. Pour supprimer l'influence des longues chaInes et des courses mortes sur la précision du positionnement du chariot, il faut 25 réaliser son avancement à la fin du déplacement toujours dans une seule direction (approche d'un point prescrit toujours d'un seul côté). Afin d'économiser du temps lors du déplacement du chariot vers sa position extrême ou bien vers une coordonnée plus 30 éloignée, il faut développer de hautes vitesses de dépla- cement du chariot suivant les deux directions du mouvement. Toutefois, il n'est pas rationnel de conserver ces vitesses élevées jusqu'à l'arrivée du chariot à sa position extrême, car les forces d'inertie qui en résulteraient 35 provoqueraient une surcourse du chariot bien au-delà de la position requise, ou produiraient des contraintes indésirables dans la chaîne d'avance de la table portant 2499728 3 la pièce. Il s'ensuit qu'il faut assurer un ralentissement du déplacement du chariot avant son arrêt. Pour cette raison, on a prévu une variation étagée de la vitesse de dépla- 5 cement du chariot : avancement rapide pendant la plus grande partie de son trajet et avancement ralenti pour son positionnement précis pendant le reste du trajet nécessaire pour permettre au chariot d'atteindre sa position terminale. On passe d'une vitesse élevée à une vitesse 10 plus basse graduellement, par variation de la vitesse en deux, trois et même quatre étages. La réalisation des différentes vitesses pendant le déplacement accéléré et le déplacement de positionnement du chariot est assurée par une commande appropriée. La construction des guidages 15 en croix est caractérisée par un grand encombrement et un montage difficile. Ces difficultés sont compliquées aussi par l'agencement des commandes individuelles, qui doivent être montées sur des coulisseaux, ce qui augmente

davantage l'encombrement. 20 L'automatisation du déplacement du chariot à l'aide de systèmes de commande programmée pose un problème supplémentaire, car les moyens de transport des commandes ne peuvent pas remplir la fonction de réaction, et c'est pourquoi il est indispensable, en cas d'utilisation d'une 25 commande programmée, de compléter les moyens techniques avec deux systèmes de référence assurant la réaction. Mais il est impossible d'introduire ces systèmes sans augmenter l'encombrement. On connait des procédés de localisation d'un point 30 d'après ses coordonnées dans l'espace, qui sont utilisés dans la construction des machines-outils, la technique de mesure, la construction de machines,d'appareils, de robots,ainsi que dans les matériels de manutention, et selon lesquels, pour déterminer les points prescrits, 35 autrement dit pour positionner les points dans l'espace lors de l'usinage, de la mesure ou du déplacement des pièces, on réalise trois déplacementsrectilignes suivant 2499728 4 des coordonnées orthogonales perscrites, ou bien on e,- fectue une combinaison d'autres mouvements en utilisant obligatoirement un déplacement rectiligne, ne serait-ce que suivant une seule coordonnée (Yakouchev A.I. "Inter- 5 changeabilité, standardisation et mesures techniques", Machinostroenie" 1974, pages 1C83 à 12) On connaît un dispositif pour la localisation d'un point, comportant une base fixe et un bras mécanique à commanre. Une exrémité ddit bras egiée à ladite base par lintrmiare d'un mé cani sme 10 pmrtse.Iemimnim taLe comprend un satellite et un porte- satellite dont l'axe de rotation est fixé dans le carter du mécanisme planétaire (Kobrinsky A.E. et alt. "Principes de construction du système moteur des manipulateurs automatiques munis d'une commande programmée (robots idus- 15 triels)". Machines-outils et outils, 197-, n- 4, page 5, figure 6 ). - Le bras est constitué parplusieurs éléments articulés entre eux. Les moteurs de commande sont disposés sur la base et reliés aux éléments du bras au moyen cde trans- 20 missions cinématiques. Les inconvénients de cette conception résident dans la présence d'un mécanisme planétaire avec une liaison cinématique compliquée entre les angles de rotation des arbres des moteurs de commande et les angles de rotation 25 relatifs des éléments du squelette du bras ; autrement dit, lors de la rotation de l'un des éléments du bras, la pince quitte sa position orientée prescrite, ce qui com- plique la programmation. En outre, les jeux inévitablement accrus dans les chaines cinématiques de grande longueur 30 sont inévitablement préjudiciables à la précision. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de localisation d'un point d'après ses coordonnées et un dispositif pour sa mise en oeuvre, qui permettraient, gràce à l'utilisation uniquement de mouvements rotatifs 35 pour le positiornnement, de réduire le temps nécessaire au positionnement et de simplifier les liaisons cinématiques utilisées dans le dispositif. 2499728 5 Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de loca- lisation ou repérage d'un point suivant des coordonnées imposées dans un système orthogonal, du type consistant à choisir un point de base et à le positionner par dépla- 5 cement suivant une trajectoire de référence,caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on positionne le point en utilisant seulement des coordonnées polaires, dont l'une est déterminée à l'aide de la formule "K= 2 arc cos tandis que l'autre est déterminée à l'aide de la Or 10 formule : È+ 2 x arc cos +rY + arc tg y 2r ~~~y o " est l'angle de rotation du point à positionner autour d'un centre situé au milieu du segment de droite reliant le centre du système orthogonal de coordonnées et le point 15 de base Ldl'angle de rotation du point à positionner autour du centre du système orthogonal de coordonnées, entre le centre du système orthogonal de coordonnées et le point de base ; 20 x , l'abscisse imposée dans le système orthogonal de coordonnées ; y , l'ordonnée imposée dans le système orthogonal de coordonnées ; r , le rayon de la circonférence dont le centre est 25 situé au milieu du segment de droite reliant le centre du système orthogonal de coordonnées et le point de base ; et en ce que, pendant le positionnement, le point à positionner est déplacé conformément auxdits angles " ety6 30 par rapport, d'une part, audit point situé au milieu dudit segment de droite entre le centre du système ortho- gonal de coordonnées et le point de base, et d'autre part, au centre du système orthogonal de coordonnées. Cette solution permet de ne plus utiliser des dépla- 35 cements de translation rectilignes dans les plans hori- zontal et vertical, d'améliorer, par conséquent, la pré- cision de la localisation du point et de réduire le temps 2499728 6 nécessaire au processus de positionnement. Dans le cas o le point à repérer se trouve à une certaine distance du plan imposé dans lequel se trouvent les axes X et Y du système oithogonal, il est avantageux

5 d'imposer une troisième coordonnée du point et un axe de rotation passant par le centre du systeme orthogonal de coordonnées et par un point situé au milieu du segment de droite entre ledit centre et le point à positionner, le positionnement du point étant effecttué, dans ce cas, 10 avec utilisation d'une coordonnée polaire supplémentaire déterminée à l'aide de la formule : arc tg z- o Y est l'angle de rotation du point à positionner autour 15 de l'axe passant par le centre du système orthogonal de coordonnées et perpendiculaire à l'axe X ; z , la cote dans le système orthogonal de coordonnées , x , l'abscisse dans le système orthogonal de coordonnées et, pendant le positionnement, de déplacer le point conformément à l'angle Y autour dudit axe de rotation. Grâce à ladite troisième coordonnée du point, déter- minée d'après la coordonnée polaire auxiliaire, il est possible de positionner le point dans l'espace. Le problème exposé plus haut est résolu aussi à l'aide 25 d'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, du type comportant une base fixe et un bras mécanique à com- mande relié à ladite base par l'intermédiaire d'un méca- nismeplanétaire comportant un satellite et un porte- satellite dont l'axe de rotation est fixé sur ladite base 30 fixe, caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'il comprend des parallélogrammes à quatre articulations reliés rigidement l'un à l'autre, dont l'un est articulé audit bras, et l'autre, à ladite base fixe, l'axe de rotation du porte-satellite passantparle cente di système 35 orthogonal de coordonnées étant articulé dans ladite base fixe, et un doigt articulé audit bras mécanique et assurant son déplacement dans le plan o est situé le point à 2499728 7 positionner étant fixé rigidement sur le satellite du mécanisme planétaire. Il est aussi avantageux de munir le dispositif d'un axe passant par le centre du système orthogonal de coor- 5 données, perpendiculairement à l'axe de rotation du porte- satellite, axe sur lequel est rigidement fixé le carter du mécanisme et qui est articulé à la base fixe précitée. Il est également avantageux de fixer sur le bras mécanique une fourchette, à travers les extrémités de 10 laquelle passe un axe rotatif portant des tirants montés à ses extrémités et transmettant audit axe la rotation d'une commande montée sur le carter du mécanisme planétaire, ledit axe portant lui aussi une main en forme de fourchette fixée, à ses extrémités, de manière à pouvoir tourner 15 relativement audit axe jusqu'à venir en butée contre ladite fourchette, ladite main portant une pince à doigts à travers le corps de laquelle passe une tige dont l'axe géométrique est perpendiculaire à l'axe portant la main en forme de fourchette, et étant reliée à ladite main 20 de façon à pouvoir tourner par rapport à l'axe géométrique de la tigelles doigts de ladite pince étant reliés ciné- matiquement à un axe portant la main en forme de fourchette de manière à assurer leur rotation d'un angle suffisent pour saisir et relâcher la pièce en cours de manipulation. 25 Il est technologiquement avantageux que l'axe portant les tirants soit monté dans la fourchette par l'intermé- diaire de roulements. Il est avantageux, au point de vue de la construction, de monter les tirants sur l'axe par l'intermédiaire de 30 roulements et d'axes excentriques rigidement fixés sur l'axe et décalés par rapport audit axe d'un angle égal à 90". Il est possible de fixer les extrémités de la main en forme de fourchette sur l'axe portant les tirantspar 35 l'intermédiaire de roulements. Suivant l'invention, il est avantageux de fixer rigidement sur l'axe portant la main en forme de fouchette 2499728 8 un disque à accouplements !rcan rtkqes montés sur ses faces mutuellement opposéeset un excentrique coopérant avec une extrémité d'une tige dont l'extrémité opposée est pourvue d'un embout conique agissant sur les extrémités des 5 doigts qui sont opposées à leurs extrémités servant à la préhension des pièces ; dans ce cas, pour assurer l'inte- raction entre l'excentrique et .lextrézité de la tige, sont prévus des ressorts fixés sur le corps de la pince à doigts et prenant appui contre les extrémités des doigts qui sont 10 opposées à leurs extrémités effectuant la prétention des pièces. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de 15 différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels : - la figure 1 représente d'une manière schématique la trajectoire du mouvement d'un point à localiser pendant le 20 positionnementdans un plan ; - la figure 2, idem pendant le positionnementdans l'espace ; - la figure 3 montre la chaîne cinématique du disposi- tif de positionnement d'un point dans un plan, selon 25 l'invention ; - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3 ; - la figure 5 représente la chaîne cinématique du

dispositif de positionnement d'un point dans l'espace, 30 selon l'invention (vue en coupe longitudinale) ; - la figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 6.; 35 - la figure 8 est une vue d'ensemble d'une main avec la pince à doigts, selon l'invention (vue en coupe longitudinale). 2499728 9 Etant donné que la mesure et le comptage des valeurs linéairesont été, pendant des années, plus simples à réa- liser eoxcbsvaleurs angulaires, les points à repérer dans un plan sont, dans la grande majorité des cas, prescrits 5 au moyen de coordonnées orthogonaleslinéaires, aussi bien lors de la réalisation de dessins que dans la technologie des différents genres de production. Toutefois, ces dernières années, l'apparition de nouvelles constructia.deconvertisseurs angulaires capables de mesurer les valeurs angulaires avec 10 une plus graznde rapidité et une plus haute précision (par exemple, les convertisseurs connus produisent, en un seul tour de leur axe, 81920 implusions électriques et assurent un comptage direct avec une précision de 16 secondes angulaires) permettent de réaliser le comptage direct en 15 secondes angulaires. Ces convertisseurs trouvent une large application dans les machines-outils à commande pro- grammée pour les mesures linéaires. Les convertisseurs mentionnés sont encore plus commodes pour les comptages angulaires, car on n'a plus besoin de convertir les 20 valeurs angulaires en valeurs linéaires. On veut, par exemple, trouverla position du point A (figure 1) dans un plan d'après des coordonnées x et y prescrites. A cet effet, on adopte un point de base A0 situé sur l'un des axes de coordonnées, par exemple sur 25 l'axe y, à une distance/ du centre O du système orthogonal de coordonnées. La distance/O est égale au rayon de la surface de cercle desservie par le dispositif. Ensuite on adopte sur l'axe y un point 1 situé à la distance r du centre 0. On convertit les coordonnées x et y prescrites 30 du point A en coordonnées polaires oc et " , respectivement, à l'aide des formules précitées : 2-2 0< = 2arc cos = arc cos + arc tg y 2r ~~~y 35 Ensuite on tourne le point A d'un angle Cd autour du centre O1. Le point A occupe alors la position du point 2499728 10 A situé à la distance R du centre 0. I Ceci fait, on tourne le point Ad'un angle, autour du centre 0, le point A1 venant alors occuper la position A à la distance R du centre 0. On obtient ainsi un point A 5 dans un plan d'après les coordonnées v et y, en utilisant pour cela le point de base Ao. Etant donné que le rayon R peut variera en fonction de l'angle 0" , dans les limites de zéro a la valeur " y on peut, en variant les valeurs des angles ;X et A , placer 10 Ao en n'importe quel point de la surface du cercle de rayon La plus grande surface de desserte est obtenue quand .A= 2r. Pour positionner un point B (figure 2) dans l'espace 15 d'après ses coordonnées x, y et z, on opère comme suit. On adopte un point de base Bo sur l'axe de coordonnées Z à X distancey du centre 0 du système orthogonal de coordonnées. La distance P est égale au rayon de l'espace que le dispositif doit desservir. 20 On adopte sur l'axe un point O' situé à la distance r1 = 2 du centre 0. On convertit les coordonnées 1 2 x, y et z precrites du point B en coordonnées polaires A, 2 , et Y, respectivement: = 2 arc cos 2r 25 x/+ 2 2= arc cos + arc tg ; cs 2ry Z~~~~~~ Y = arc tg x Ensuite on tourne le point Bo autour du centre 0' 30~~~~~A 30 d'un angle , le point Bo venant alors occuper la position B1 située à la distance R1 du centre 0. On toune le point B1 autour du centre O d'un angle , de sorte que le point B1 occupe maintenant la postion B2 à la distance R1 du centre O. Ceci fait, on tourne d'un 5 d'un angle Y le point B2 autour de l'axe Z et du centre O, suivant un rayon R2 = R1 (car R2 est disposé dans un autre plan), le point B2 venant ainsi occuper apositionB à a distance 2499728 i1 R2 du centre 0. On obtient ainsi le point B dans l'espace d'après ses coordonnées x, y et z, en utilisant pour cela le point de base Bon 5 Les rotations aux angles o , et Ypeuvent être effectuées aussi bien successivement (de la manière que l'on vient de décrire) que simultanément. Etant donné que le rayon R1 et ses positions dans le plan ZOX peuvent être variés, en fonction des angles 10 Ki et 3 ,dans les limites de zéro à/34, on peut, en variant les valeurs des angles CX4,Del et Y, transférer le point B. de sa position initiale à n'importe quelle position dans l'espace délimité par une sphère de rayon P , si X = 2r . Dans ce cas, quand le point de base Bo 15 se trouve à la distance L du point de base choisi Bo on peut trouver le point à positionner B' avec les coordonnées prescrites, et, par conséquent, l'espace du postionnement croit. On propose un dispositif pour la localisation d'un 20 point A avec des coordonnées prescrites x, y dans le sys- tèmeorthogonal XOY représenté sur les figures 3 et 4, utilisé, par exemple, pour le traçage d'orifices dans

une p1èoepiidposée sur un bras mécanique réalisé sous forme d'une table qui se déplace dans le plan horizontal 25 de manière que le point à localiser sur la pièce vienne en coïncidence ave une pointe à tracer fixéeimmobile au- dessus de la table. Le dispositif de localisation d'un point dans un plan comporte une base fixe 1 (figure 3) et un bras 30 mécanique 2 exécuté sous forme d'une table sur laquelle est placée une pièce à tracer. La table 2 est reliée à la base 1 par l'intermédiaire d'un mécanisme planétaire comportant un satellite 3 (figure 4) et un porte-satellite 4 dont l'axe de rotation 5 (figure 3) est fixé dans le 35 carter du mécanisme planétaire. Selon la conception proposée, la base 1 est le carter du mécanisme planétaire. Selon l'invention, le dispositif comporte des parallélogrammes 2499728 12 6 et 7 à quatre articulations, reliés rigidement l'un à l'autre, dont l'un (parallélogramme 6) est articulé au carter du mécanisme planétairea donc à la base fixe 1, tandis que l'autre (parallélog-ramme 7) est articulé au 5 bras mécanique 2. L'axe de rotation 5 du porte-sae-llite 4 passe par le centre 0 du système orthogonal XOY de coordonnées et est articulé dans la base fixe 1. L'axe 5 est monté dans la base I sur des roulements 8 (figure 4). Sur le 10 satellite 3 du mécanisme planétaire, est fixé rigidement un doigt 9 relié par l'intermédiaire d'un roulement 10 au bras 2 et permettant à la main 2 de se déplacer dans le plan XOY o est disposé le point à positionner Ao (figure 1). 15 Le satellite 3 comporte un axe de rotation 11 monté sur le porte-satellite 4 par l'intermédiaire de roulements 12. Les axes 5 et 11 sont munis de commandes de rotation 13 et 14, respectivement, de convertisseurs circulaires 15 et 16 pour la détermination des angles de rotation De 20 etA des axes 5 et 11, et d'accouplements électromagnétiques de freinage 17 et 18 des axes 5 et 11. S'il est nécessaireependant le positionnement, d'éta- blir plusieurs points distincts reliés rigidement suivant &es coordonnées différentes, par exemple de réaliser le 25 traitement ou la mesure d'une pièce, il faut fixer cette piece sur le bras 2. Sur la figure 3, est montré en pointillé la position du bras 2 à un autre moment du processus de positionnment. Pour relier les parallélogrammes 6 et 7 au carter I du 30 mécanisme planétaire et au bras 2, on utilise des roulements 20 et 21, respectivement. Le dispositif de localisation d'un point d'après des coordonnées x, y et z dans l'espace comporte une base fixe 22 (figure 5) et un bras mécanqiue à commande 23 35 (figure 6), dont une extrémité est reliée à la base 22 par l'intermédiaire d'un mécanisme planétaire comprenant un satellite 24 (figure 5) et un porte-satellite 25 dont 2499728 13 l'axe de rotation 26 est fixé dans le carter 27 du méca- nisme planétaire. Selon l'invention, le dispositif comporte des paral- lélogrammes 28 et 29 (figure 6) à quatre éléments accou- 5 plés rigidement l'un à l'autre. L'accouplement rigide des parallélogrammes 28 et 29 est assuré par un disque 30 dans lequel est montée, par l'intermédiaire de roule- ments 31 et 32,respectivement, l'une des extrémités des parallélogrammes 28 et 29. Les extrémités opposées de 10 l'un des parallélogrammes 28 sont reliées par l'inter- médiaire de roulements 33 au carter 27 du mécanisme planétaire>,tandis que celles de l'autre parallélogramme 29 sont accouplées par des roulements 34 au bras mécanique 23. L'axe de rotation 26 du porte-satellite 25 passe par 15 le centre 0 du système orthogonal XYZ (figure 5) de coor- données et etmonté par l'intermédiaire de roulements 35 sur le carter 27 du mécanisme planétaire. Sur le satellite 24 du mécanisme planétaire, on a fixé à demeure un doigt 36 relié par l'intermédiaire de 20 roulements 37 au bras 23 et permettant ainsi au bras 23 de se déplacer dans le plan ZOY (figure 6) o est disposé le point B. (figure 2). Le dispositif comporte un axe 38 (figures 5, 6) pas- sant par le centre 0 du système orthogonal XYZ de coor- 25 données,perpendiculairement à l'axe 26 du porte-satellite 25. L'axe 38 est relié par l'intermédiaire de roulements 39 à la base fixe 22, et sur celui-ci est fixé le carter 27 du mécanisme planétaire. Le satellite 24 comporte un axe de rotation 40 30 (figure 5) monté sur le porte-satellite 25 à l'aide de roulements 41. Les axes 26, 38 et 40 sont munis de commandes de rotation 42, 43 et 44, respectivement, de convertisseurs 45, 46 et 47 pour la détermination des angles de rotation 35 B1 * et o4des axes 26, 38 et 40 d'accouplements de freinage électromagnétiques48, 49 et 50clb rotation desdits axes 26, 38 et 40. 2499728 14 La commande de rotation 42 de l'axe 26 comporte un moteur électrique 51 avec un réducteur incorporé, sur l'arbre de sortie 52 duquel est calé un pignon menant 53 entrant en prise avec un pignon mené 54 fixé immobile 5 sur l'axe 26. Le pignon 54 est Iui-aussi relié à un pignon (55) destiné à accoupler l'axe 26 au convertisseur 45. La commande de rotation 43 de l2axe 38 comprend umn

moteur électrique 56 avec un réducteur incorporé, sur l'arbre de sortie 57 duquel est install un pignon menant 10 58 entrant en prise avec un pignon mené O9 calé sur l'axe 38 et relié au pignon 60 servant à relier l'axe 38 au convertisseur 46. La commande de rotation 44 de l'axe 40 comporte un moteur électrique 61 avec un réducteur incorporé, sur 15 l'arbre de sortie 62 duquel est installé un pignon menant 63 entrant en prise avec le pignon mené 64 qui est relié par l'intermédiaire d'un roulement 65 à l'axe 26 du porte- satellite 25 et est fixé rigidement sur l'axe 66. Sur l'axe 66 est fixé rigidement un pignon 67 entrant en prise 20 avec le satellite 24 calé sur l'axe 40. Le convertisseur 47 est relié à l'axe 40 par l'intermédiaire d'un pignon 68 en prise avec le pignon 64. Ainsi, le mécanisme que l'on vient de décrire possède trois degrés de liberté et permet de trouver un point 25 dans l'espace conformément à des coordonnées imposées. Dans le but de changer l'orientation de ce point dans l'espace, c'est-à-dire pour saiBir un objet et le transporter d'une position à l'autre, on réalise le bras mécanique 23 de manière qu'il possède trois degrés de 30 liberté supplémentaires. A cet effet, on a fixé rigidement, sur une extrémité libre du bras mécanique 23, une fourchette 69 (figure 7) à travers les extrémités 70 de laquelle passe un axe 71 pouvant tourner. Sur les extrémités de l'axe 71 sont montés 35 des tirants 72 à l'aide desquels la rotation est trans- mise de la commande 73, montée sur le carter 27 du méca- nisme planétaire, à l'axe 71. 2499728 15 La commande 73 comporte un moteur électrique avec un réducteur incorporé, sur l'arbre de sortie 74 duquel est monté un pignon 75 entrant en prise avec un pignon 76. Le pignon 76 est calé sur un arbre vilebrequin 77 5 monté mobile sur des roulements 78 dans le corps 27 du mécanisme planétaire. L'arbre vilebrequin 77 est relié à l'arbre 79 du convertisseur 80 servant à mesurer la rotation de l'axe 71. Les deux extrémités de l'arbre vilebrequin 77 sont reliées aux tirants 72 par l'inter- 10 médiaire de roulements 81 montés sur l'arbre vilebrequin 77, de tirants 82, de roulements 83, d'un arbre vile- brequin 84 fixé dans le disque 30, de roulements 85 montés sur larbre 84, de tirants 86 reliés par des roulements 87 à l'arbre vilebrequin 88 monté sur le bras 23 à 15 l'aide de roulements 89. Les tirants 72 sont montés sur l'arbre 88 par l'intermédiaire de roulemenii90. Par ses extrémités 91, la main en forme de fourchette 92 est fixée sur l'axe 71 de manière qu'elle puisse tourner par rapport audit axe 71 jusqu'à venir buter 20 contre la fourchette 69.La main en forme&fourchette 92 est munie d'une pince mécanique 93 à doigts, comportant un corps 94, à travers lequel passe une tige 95 dont l'axe géométrique 96 est perpendiculaire à l'axe 71, et des doigts 97. 25 La pince 93 est reliée à la main 92 avec possibilité de rotation autour de l'axe géométrique 96 de la tige 95. Les doigts 97 de la pince93 smtreliés cinématiquement à l'axe 71 de manière à assurer leur pivotement d'un angle suffisant pour saisir et relâcher la pièce à traiter. La 30 possibilité de la rotation de l'axe 71 dans la fourchette 69 est assurée à l'aide de roulements 98. Les tirants 72 sont montés sur l'axe 71 par l'intermédiaire de roulements 99 et d'axes excentriques 100 solidaires dudit axe 71 et décalés par rapport à ce dernier 35 d'un angle égal à 90 . Grâce auxroulements 101 montés sur les extrémités 91 de la main en fourchette 92 et fixés sur l'axe 71, ladite 2499728 16 main peut tourner par rapport à laxe 71 jusqu'à venir en butée contre la fourchette 69. La liaison cinématique des doig-ts 97 avec l'axe 71 portant la main en fourchette 92 conporte uni disque 102 5 (figure 8) fixé rigidement sur laxe 71 et ul excentrique 103 coopérant avec une extrémit 10z4 de la tige 95, dont l'extrémité opposée 105 est munie d'un embout conique 106 agissant sur les extrémités 107 des s97opposées à leurs extrémités 108 servant à la préhension des pièces. 10 La rotation de la pince 93 de l'axe 96 se fait par la liaison cinématique de la pince 93 avec l'axe 71. Cette liaison cinématique comporte une roue conique 109 montée sur l'axe 71 par l'interméidiaire d'un roulement 110 et associée au pignon conique 111 solidaire du corps 94 de 15 la pince 93 à doigts. Le corps 94 de la pince 93 est accouplé par l'inter- médiaire d'un roulement 112 à la main 92. Les doigts 97 sont montés avec possibilité de rotation sur des axes 113 solidaires du corps 94 de la pince 93. 20 Dans le but d'assurer l'interaction entre l'excen- trique 103 et l'extrémité 104 de la tige 95, on a prévu des ressorts 114 dont une extrémité est attachée au corps 94 de la pince 93 à doigts et dont les autres extrémités butent contre les extrémités 107 des doigts 97 opposées 25 aux extrémités 108 servant à la préhension des pièces. Le disque 102 porte des accouplements électromagné- tiques 115 et 116 montés sur les faces opposées du disque 102 et destinés à transmettre la rotation de l'axe 71 soit

à l'excentrique 103 lors de la préhension des pièces, soit 30 au pignon 109 lors de la rotation du corps 94 de la pince 93 autour de l'axe 96. Pour la fixation en position de l'excentrique 103 pendant la rotation de l'axe 71, il est prévu un accou- plement électromagnétique 117 monté dans des cavités 35 pratiquées sur la fourchette 69. Pour la transmission de la rotation (autour de l'axe 71) de e dcneràlamidnà enfourchette 92, on utilise un ac- 2499728 17 couplement électrciignédque 118 fixé dans les cavités prati- quées sur la main 92. Pour bloquer la position de la main 92 au cours de la rotation de l'axe 71, on se sert de l'accouplement élec5 tromagnétique 119 fixé dans des cavités réalisées sur la main 92. Dans le but de fixer en position la roue conique 109 pendant la rotation de l'axe 71, on a prévu un ac- couplement électromagnétique 120 monté dans une cavité 10 pratiquée sur la main 92. Le disque 102 est rendu solidaire de l'axe 71 par une tige 121, tandis que les axes excentriques 100 sont rendus solidaires de l'axe 71 par des tiges 122. Des anneaux de contact 124 assurant l'enclenchement 15 et le déclenchement des accouplments électromagnétiques 115 et 116 sont montés sur le disque 102 par l'intermédiaire d'un joint 123. Les roulements 112 sont immobilisés sur la main par un écrou 125. 20 Dans le but d'assurer la rotation de l'embout conique 106, monté sur l'extrémité 105 de la tige 95, par rapport à l'axe 96, on a recours à un roulement 126. Le dispositif de localisation d'un point A dans le plan XOY à coordonnées prescrites fonctionne de la 25 manière suivante. Les coordonnées imposées x et y du point A du système orthogonal XOY sont introduites dans le circuit logique ou bien dans le système de commande programmée, o l'in- formation introduite est transformée par le mécanisme de 30 comptage en deux valeurs correspondantes x et y des angles de rotation oh etfASides axes 5 et 11. Les angles D< et)3 sont déterminés à l'aide des formulesu: '(= 2 arc cos 2r 5= arc cos \2 + arc tg y 2499728. 18 Après avoir choisi les coordonnées polaires ( et1S requises, on enclenche les commandes 13 et 14 pour mettre en rotation les axes 5 et 11. La rotation de l'axe 5 est transmiss au porte-sateilite 5 4 et au convertisseur 15, et la rotation de l'axe !I est transmise au satellite 3 et au ccnvertisseur 16. En consequence, l'axe 9 portant la table 2 se déplace vers le point à positionner A. Après rotation des axes 11 et 5 des angles prescrits 10 9< et/ conformément aux données des cornvertisseurs cir- culaires 15 et 16, on enclenche les accouplements élec- tromagnétiques de freinage 17 et 18 qui, une fois le point A atteint, arrêtent la rotation des axes 11 et 5 dans la position désirée. En même temps, un signal est fourni pour 15 la mise au repos des commandes 13 et 14. C'est ainsi qu'on trouve le point A dans le plan XOY d'après les coordonnées prescrites x et y. Le dispositif de localisation dans l'espace d'un point B à coordonnées imposées x, y et z fonctionne de la 20 manière suivante. Les coordonnées imposées x, y et z du point B du système orthogonal XYZ sont introduites dans le circuit logique ou bien dans le système de commande programmée, o l'information introduite est convertie par le méca- 25 nisme de comptage en trois valeurs correspondantes x, y et z des angles de rotation ô(,/? et Y des axes 40, 26 et 38. Les angles C , et Y sont déterminés à l'aide de la formule: 30 ~x+ 30 CX= 2 arc cos ;r- x+2r J3= arc cos + arc tgy ; 4 ~~2r y Y = arc tg 35 x Après avoir choisi les coordonnées polaires requises AÀ, } et on met en action les commandes 44, 42 et 43 2499728 19 pour entraîner en rotation les axes 40, 26 et 38. L'axe 40 est mis en rotation par le moteur électrique de la commande 44 par l'intermédiaire de l'arbre de sortie 62, des pignons 63 et 64, l'arbre 66, le pignon 67 et le 5 pignon 24 solidaire de l'axe 40, tandis que le convertisseur 47 est mis en rotation à partir du pignon 64 par l'inter- médiaire du pignon 68. L'axe 26 est mis en rotation par le moteur électrique de la commande 42 par l'intermédiaire de l'arbre de sortie 10 52, du pignon 53 et du pignon 54 solidaire de l'axe 26, tandis que le convertisseur 45 est entraîné en rotation à partir du pignon 54 par l'intermédiaire du pignon 55. L'axe3Be mis en rotation par un moteur électrique 43 par l'intermédiaire de l'arbre de sortie 57, du pignon 15 58etdipignon 59 solidaire de l'axe 38, alors que le con- vertisseur 46 est entraîné en rotation à partir d'un pignon 59 par l'intermédiaire d'un pignon 60. La rotation de l'axe 38 esttransmise au carter 27 du mécanisme planétaire, alors que la rotation de l'axe 26 20 est transmise au porte-satellite 25, et la rotation de l'axe 40, au satellite 24. En conséquense, le doigt 36 se déplace vers le point B à localiser, tandis que la main 23 -se déplace vers le point B', l'axe 71 venant alors en coïncidence avec ledit point B'. 25 Après que les axes 38, 26 et 40 aient tourné des angles imposés Y , 4 et D4 conformément aux données des convertis-

seurs circulaires 46, 45 et 47, les accouplements électro- magnétiques de freinage 49, 48 et 50 entrent en action et, quand les points B et B' sont atteints, arrêtent la rotation 30 des axes 38, 26 et 40 dans la postion désirée. En même temps, on débite un signal pour l'enclenchement des commandes 43, 42 et 44. C'est ainsi qu'on trouve dans l'espace le point B d'après trois coordonnées x, y et z. Après avoir choisi les 35 coordonnées polaires requises a 1 et i pour la préhension et le changement de l'orientation des pièces dans l'espace, on enclenche la commande 73 pour mettre en rotation l'axe 2499728 20 71. A cet effet, la rotation de la commande 73 est trans- mise à l'axe 71 par l'intermiédiaire le l'arbre de sortie 74, du pignon 75 et du pignon 76 solidcaire de l'arbre 5 vileh~quin 77, des tirants 82, de l'arbre Vilebrequin 84, du tirant 86, de l'arbre vilebreaqiin 88, des tirants 72. Depuis l'axe 71, la rotation est trensese au corDs 94 de la pince 93 par l'intermédiaire du pigron 109, qui est mis en action par l'accouplement électromagnétique 16 10 fonctionnant alternativement avec l'accouplement de freinage 120, et du pignon 111 solidaire du corps 94. A partir de l'axe 71, le mouvement rotatif est transmis à la main 92 par l'intermédiaire de l'accouplement électromagnétique 118 qui fonctionne alternativement avec l'accouplement 119.

15 De l'axe 71, le mouvement est transmis au disque 103, qui déplace la tige 95. Ensuite, le mouvement est trans- mis par l'intermédiaire de l'embout 106 aux doigts 97. Pour serrer la pièce à traiter entre les doigts 97, on enclenche l'accouplement électromagnétique 115 et on déclenche l'accouplement de freinage 117. La réaction du mouvement des doigts 97, de la rotation du corps 94 de la pince 93 autour de l'axe 96 et de la rotation de la main 92 autour de l'axe 71 se fait à partir du convertisseur circulaire 80 par l'intermédiaire de l'arbre vilebrequin 25 77, du tirant 82, de l'arbre vilebrequin 84, du tirant 86, de l'arbre vilebrequin 88, du tirant 72 et de l'axe 71. C'est ainsi que s'effectuent la préhension d'un objet (pièce) dans les doigts 97 et la rotation de la pièce saisie dans l'espace autour des axes 71 et 96, ce qui permet 30 de changer l'orientation de la pièce dans l'espace. En comparaison des conceptions connues actuelles des robots, la conception revendiquée est caractérisée par les avantages suivants : - - le positionnement de la main dans la zone de desserte 35 se fait uniqument par des mouvement rotatifs, sans aucun mouvement rectiligne et pour une orientation constante de la préhension, ce qui augmente la rapidité du positionne- 2499728 21 ment, assure l'amenée au point imposé de n'importe quel côté et augmente la précision du positionnement, car le roulement est toujours plus précis que les guidages rec- tilignes ; 5 - les chaînes cinématiques du mouvement sont raccourcies grâce à la suppression des éléments du mouvement rectiligne et des guidages en croixce qui réduit l'encombre- ment de la conception, donne la possibilité d'insérer des commandes automatiques dans des constructions méca- 10 niques de faible encombrement ; - la main du robot n'est pas chargée de fils conduc- teurs et d'autres transmissions de chaînes de mouvement sur ladite main n'est montée qu'une seule paire de tirants transmettant les mouvements à la pince ; 15 - en utilisant quatre mouvements rotatifs, on assure une commande automatique avec six degrés de mobilité de la pince du robot, qui peut réaliser la préhension, le transport, l'orientation et le positionnement des objets dans la zone de desserte du robot et assurer dans tous les 20 plans et toutes les combinaisons de ces mobilités une desserte maximale du robot ; - en réglant la rotation des commandes, il est facile d'assurer n'importe quelle trajectoire imposée de la main dans l'espace.

25 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci 30 scitexécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. 2499728 22

Claims (10)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de manipulation dans un espace de manipu- lation d'un objet ou pièce à partir dune position initiale poulr la réalisation de divers travaux, par exemple change- ment d'outils, transfert et dépose de pièces, caractérisé 5 en ce qu'on déplace ledit objet par pvotezment autour de deux points ou centres, dont l'un est au centre dudit espace de manipulation et l'autre est disposé par rapport au premier dans le plan de manipulation, à une distance égale à la moitié du rayon dudit espace de manipulation~ le rayon dudit 10 espace de manipulation étant la distance entre le centre de l'espace à manipuler et la position finale de l'objet.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace également l'objet précité autour d'un axe situé dans le plan de manipulation précité et passant par 15 le centre de l'espace de manipulation.

3.- Dispositif pour la manipulation dans un espace de manipulation d'un objet ou pièce à partir d'une position initiale pour la réalisation de divers travaux par exemple changement d'outils, transfert et dépose de pièces, du type 20 comportant une base fixe (1) et un bras mécanique (2) à commande relié à ladite base par l'intermédiaire d'un méca- nisme planétaire comprenant un satellite (3) et un porte- satellite (4) dont l'axede rotation (5) est fixé dans le carter dudit mécanisme planétaire, caractérisé en ce qu'il 25 comporte des parallélogrammes (6,7) à quatre articulations reliés rigidement l'un à l'autre, dont l'un est articulé au bras précité, et l'autre, à ladite base fixe, l'axe de rotation du porte-satellite (4) passant par le centre 0 du système orthogonal de coordonnées et étant fixé dans ladite 30 base fixe, un doigt (9) articulé au bras mécanique (2) et assurant son déplacement dans le plan XOY o est situé le point à positionner étant fixé rigidement sur le satellite (3) du mécanisme planétaire. 2499728 23

4.- Dispositif conforme à la revendication 3, carac- térisé en ce qu'il comporte un axe (38) passant par le centre 0 du système orthogonal de coordonnées, perpendi- culairement à l'axe (26) de rotation du porte-satellite 5 (25), sur lequel est rigidement fixé le carter (27) du mécanisme planétaire et qui est articulé à la base fixe (22).

5.- Dispositif conforme à l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que sur le bras mécanique est 10 fixée ube fourchette (69) à travers les extrémités (70) de laquelle passe un axe (71) mobile en rotation et portant des tirants (72) montés sur ses extrémités et transmettant à l'axe ti1) la rotation d'une commande (73) montée sur le carter (27) du mécanisme planétaire, l'axe (71) portant 15 aussi une main (92) en forme de fourchette fixée par ses extrémités de manière à pouvoir tourner relativement à l'axe (71) jusqu'à venir en butée contre la fourchette (69), ladite main portant une pince (93) à doigts (97) à travers le corps (84) de laquelle passe une tige (95) dont 20 l'axe géométrique (96) est perpendiculaire à l'axe (71) portant ladite main en fourchette, ladite pince étant reliée à. ladite main de façon à pouvoir tourner autour de l'axe géométrique (96) de la tige (95), et les doigts (97) de la pince (93) étant reliés cinématiquement à l'axe 25 (71) portant la main (92) en forme de fourchette de manière à assurer leur otation d'un angle suffisant pour saisir et relâcher la pièce à traiter.

6.- Dispositif conforme à la revendication 5, carac- térisé en ce que l'axe (71) portant les tirants (72) est 30 monté dans la fourchette (69) par l'intermédiaire de roulements.

7.- Dispositif conforme à la revendication 5, carac- térisé en ce que les tirants (72) sont montés sur l'axe (71) par l'intermédiaire de roulements (99) et d'axes 35 excentriques (100) solidaires de l'axe (71) et décalés par rapport à ce dernier d'un angle égal à 90 . *- 2 24

8.- Dispositif conforme à la revendication 5, carac- ;térisé en ce que les extrémités (91) de la main n four- chette (92) sont fixées sur l'axe (71) portant les tirants (72) par l'intermédiaire de roulements. 5

9.- Dispositif conforme à la revendication 5, caracté- risé en ce que, sur l'axe (71) portant la main en four- chette, sont rigidement fixes un disqueà (102) à accou- plements électromagnétiques (115,116) morntés respec- tivement sur ses faces mutuellement opposées et un excentrique (103) coopérant avec une etrémitO (104) de la tige (95), dont l'extrémité opposée (105) est pourvue d'un embout conique (106) agissant sur les ezxtrémités (107) des doigts (97) qui sont opposées à leurs extrémités (108) servant à la préhension des pièces, et en ce que, pour 15 assurer l'interaction entre l'excentrique (103) et l'ex- trémité (104) de la tige (95), sont prévus des ressorts (114) fixés sur le corps (94) de la pince (93) à doigts et prenant appui contre les extrémités (107) des doigts (97) qui sont opposées à leurs extrémités (108) servant 20 à la préhension des pièces.

10.- Pièces ou objets caractérisés en ce qu'ils sont traités conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.