FR2503012A1 - Articulation a trois axes pour robot, machine-outil ou similaire - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE ARTICULATION A TROIS AXES COMPORTANT TROIS MEMBRES MOBILES DIFFERENTS, DONT LE PREMIER EST FIXE AU BRAS D'UN APPAREIL DE MANUTENTION OU D'UN ROBOT, ET EST ROTATIF AUTOUR D'UN PREMIER AXE. CHAQUE MEMBRE COMPORTE, A SON EXTREMITE EXTERIEURE, UN FLASQUE DE MONTAGE 15, 35, 55, SUR LEQUEL EST ADAPTE LE MEMBRE SUIVANT, DE TELLE MANIERE QUE CES MEMBRES SOIENT INDEPENDANTS LES UNS DES AUTRES. ILS SONT RESPECTIVEMENT ROTATIFS AUTOUR DE TROIS AXES QUI SE COUPENT EN UN MEME POINT. CHAQUE MEMBRE MOBILE COMPORTE UN MOTEUR HYDRAULIQUE 13, 33, 53 ET UN INDICATEUR DE ROTATION 16, 36, 56. CE DISPOSITIF EST UTILISABLE POUR TOUTE INSTALLATION DE MANUTENTION OU ROBOT OU SIMILAIRE.

Description

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ARTICULATION A TROIS AXES POUR ROBOT,

INSTALLATION DE MANUTENTION OU SIMILAIRE

La présente invention concerne une articulation à trois axes pour robot, installation de manutention ou similaire, comportant trois membres mobiles différents, un premier, un second et un troisième membre, le premier membre étant fixé au bras de l'appareil de manutention>du robot et rotatif autour d'un premier axe, tandis que les deux autres membres sont montés dans le prolongement dudit premier membre, respectivement

rotatifs autour d'un second et d'un troisième axe.

Une telle articulation à trois axes est notamment décrite dans le deman-

de de brevet allemand no 27 17 870. Dans cette articulation, le premier

membre est constitué par un cadre rotatif autour de son axe longitudi-

nal, sur lequel sont montés les moteurs d'entraînement et les systèmes de mesure angulaire, et dans lequel les mouvements d'entraînement du second membre sont transmis par l'intermédiaire de courroies crantées et de pignons dentés. Les second et troisième membres, dont les axes

sont respectivement perpendiculaires à l'axe du premier membre, compor-

tent des arbres d'entraInement complexes, les mouvements de rotation des

second et troisième membres étant transmis par l'intermédiaire de pi-

gnons coniques. Ce dispositif d'articulation à trois axes est relative-

ment complexe et comporte de nombreux éléments. Par conséquent, l'in-

fluence sur le mouvement d'un des membres par les deux autres doit être compensée. En outre, dans ces dispositifs, le calcul des trajectoires

est relativement complexe lorsque les axes sont perpendiculaires.

Une autre articulation à trois axes est décrite dans les demandes de brevetsallemands nos 27 45 932 et 29 27 485. Dans ces articulations,

les trois axes d'entraînement sont concentriques, de sorte que l'extré-

mité antérieure de l'axe extérieur, qui constitue le premier membre, est conçue en forme de demi-coquille. Le second membre, également conçu

en forme de demi-coquille, est monté en rotation sur la première demi-

coquille et son mouvement de rotation est transmis par l'intermédiaire d'un pignon conique monté sur l'arbre d'entraînement central, tandis que

le troisième membre est décentré par rapport au second membre et est a-

34 nimé en rotation par l'intermédiaire de plusieurs pignons coniques con-

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-2 - nectés à l'arbre d'entraînement intérieur. Il est à noter que dans cette articulation, les axes des trois membres forment un angle entre eux tels que les axes se coupent en un même point. De cette manière, le calcul des trajectoires est simplifié. Toutefois ce dispositif comporte encore un nombre relativement important de pièces mécaniques et les mouvements

relatifs des trois axes doivent être compensés.

Dans toutes ces articulations à trois axes connus, l'articulation doit toujours être utilisée dans son ensemble. On ne peut jamais n'utiliser

qu'un ou deux éléments, ce qui engendre des complexités souvent inuti-

les.

La présente invention se propose de pallier cet inconvénient en réali-

sant une articulation à trois axes pour robot ou installation de manu-

tention adaptable à toute machine de manutention, comportant un bras tubulaire et qui assure une précision de la manipulation sans que les

mouvements selon l'un des axes ne se répercutent sur les autres, et né-

cessitent de ce fait une compensation. Pour cela, les axes doivent pou-

voir être commandés indépendamment, et leurs mouvements doivent pouvoir être programmés de façon simple. De même, on doit éviter un décalage

axial entre les différents éléments, tout en limitant le nombre des com-

posants et en assurant des opérations extrêmement précises. L'articula-

tion à trois axes doit être construite de façon simple et compacte, per-

mettant un entretien et d'éventuelles réparations aisés et autorisant

la manipulation indépendante et combinée des axes.

Dans ce but, l'articulation selon l'invention est caractérisée en ce que

chaque membre comporte, à son extrémité extérieure, un flasque de mon-

tage sur lequel est adapté le membre suivant, et en ce que les trois

membres mobiles sont entraînés de façon indépendante les uns des autres.

L'articulation à trois axes selon l'invention comporte, de façon connue en soi, trois membres disposés l'un à la suite de l'autre, comportant

chacun un axe de rotation et, selon l'invention, des moyens pour entrai-

ner hydrauliquement et indépendamment chacun des éléments comportant, à son extrémité libre, un flasque de montage servant de plaque de fixation 37 aux membres suivants. Par ce moyen, on parvient à rendre les membres

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- 3 - indépendants, chacun pouvant tourner autour de son axe de rotation sans influencer les autres. De cette manière, il est également possible de

commander indépendamment ou selon une combinaison quelconque deux des-

dits éléments. Grâce à l'entraînement hydraulique indépendant, on sup-

prime l'influence réciproque des rotations des éléments, ce qui supprime

également les problèmes de compensation de ces mouvements. Grâce au mon-

tage direct des différents membres sur des flasques de montage, le rem-

placement d'un élément défectueux est grandement simplifié.

Selon une première forme de réalisation, il est avantageux de monter le moteur hydraulique du premier membre à l'extrémité antérieure du bras de l'installation de manipulation, et de fixer le premier flasque de montage au rotor d'entraînement du premier moteur hydraulique. De cette manière, les trois membres mobiles sont montés à l'extrémité antérieure

du bras de manipulation, ce qui permet d'enlever facilement et rapide-

ment tous les éléments constructifs devant être démontés.

Selon une autre forme de réalisation de l'invention, il est avantageux

de monter le moteur hydraulique du premier membre à l'extrémité posté-

rieure du bras, tandis qu'un tuyau d'entraInement est monté coaxialement à l'intérieur du bras tubulaire. Ce tuyau d'entraînement est d'une part fixé au rotor d'entraînement du premier moteur hydraulique et présente d'autre part un flasque de montage servant simultanément de palier au bras de manipulation. Le premier indicateur de rotation est monté sur un flasque et entraîné sans jeu en rotation avec le moteur hydraulique

par l'intermédiaire d'une courroie crantée.

Le second membre est agencé de telle manière qu'il comporte deux sup-

ports sensiblement parallèles fixés à l'élément précédent, ces éléments

comprenant entre eux le second moteur hydraulique. Le flasque de mon-

tage du second membre comporte de ce fait deux ailes sensiblement paral-

lèles entourant lesdits supports, l'une des-ailes étant liée au rotor d'entraînement du second moteur hydraulique, tandis que la seconde aile est fixée en rotation avec le second support. Le second indicateur de rotation est logé dans le grand alésage du second moteur hydraulique, de telle manière qu'il soit couplé sans jeu, d'une part à la première 37 aile et d'autre part au second support. De cette manière, le second axe

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de rotation est sensiblement perpendiculaire au premier axe de rotation.

Le troisième membre est, conformément à une troisième forme de réalisa-

tion de la présente invention, agencé de telle manière que son moteur hydraulique soit directement monté sur le flasque de montage du second

membre, le troisième flasque de montage étant vissé sur le troisième mo-

teur hydraulique. Un troisième indicateur de rotation est logé dans le grand alésage du moteur hydraulique, de telle manière qu'il soit couplé sans jeu, d'une part au troisième flasque de montage et d'autre part au deuxième flasque de montage. On peut adapter, en fonction des besoins, un organe de préhension des outils sur le troisième flasque de montage, de sorte que le palier indépendant du moteur hydraulique serve également de palier à ces appareils. L'axe de rotation du troisième membre est

également perpendiculaire à celui du second membre, et ceci de telle ma-

nière que les trois axes se coupent en un même point. Ceci est particuliè-

rement avantageux pour les appareils à trajectoire commandée. Le calcul

des trajectoires et la programmation en sont grandement simplifiés.

Pour permettre une construction compacte, on monte, entre le premier et

le second membre, un membre intermédiaire rigide, dans lequel sont mon-

tées les soupapes commandées correspondant au second et au troisième membre. En outre, ce membre intermédiaire contient le bloc de commande

hydraulique pour recevoir les servo-soupapes et les conduits hydrauli-

ques pour les membres suivants, ainsi que les conduits de commande élec-

triques qui peuvent être connectés à une barrette de connexion et dérivés sur une ligne principale. Les servo-soupapes et la barrette de connexion sont aisément accessibles après retrait du manteau extérieur du membre intermédiaire qui constitue une tubulure de protection, ce qui permet

de faciliter considérablement les opérations d'entretien et de répara-

tion. En outre, les conduits hydrauliques et les câbles de commande électriques sont entièrement logés dans les membres, ce qui permet une

réalisation compacte et la suppression de composants sujets à des pan-

nes.

Dans une version particulièrement automatisée, les membres mobiles peu-

vent comporter des dispositifs hydrauliques de positionnement connus en 37 soi, et décrits notamment dans le brevet allemand no 21 46 289. Chaque

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dispositif de positionnement comporte une pompe hydrostatique, par exem-

ple une pompe à ailettes, entraînant un disque de commanda pourvu de rainures de positionnement appropriées, et d'une unité de commande dont les boulons de fixation sont agencés pour pénétrer respectivement dans une gorge du dispositif de positionnement. Si un des membres de l'articulation doit être pivoté, le boulon de fixation de l'unité de commande correspondant est retiré de la rainure de positionnement et la pompe

à ailettes commence à tourner à une vitesse déterminée. Lorsque le pivo-

tement selon un angle déterminé est effectué, le boulon de fixation s'engage dans une rainure correspondante du disque de commande, ce qui

bloque le membre mobile en position.

L'utilisation d'entraînements hydrauliques présente accessoirement l'a-

vantage d'assurer une lubrification permanente des éléments qui s'enga-

gent les uns dans les autres, ce qui permet d'éviter tout graissage ac-

cessoire. En outre, les forces hydrauliques peuvent être démultipliées

sans nécessiter d'éléments accessoires, par exemple des zones de fric-

tion, et il est possible d'adapter un système de refroidissement acces-

soire.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la description

d'exemples de réalisations et du dessin annexé, dans lequel:

La figure l représente une vue en perspective d'un appareil de manipula-

tion équipé de l'articulation à trois axes selon l'invention, La figure 2 représente une vue en coupe axiale à travers l'articulation

à trois axes selon un axe coaxial aux axes des premier et troisième élé-

ments mobiles, et La figure 3 représente une vue de dessus d'une articulation à trois axes

correspondant à celle de la fig. 2.

Comme le montre la fig. 1, la machine de manutention 1 comporte un châs-

sis 2, dont la partie supérieure porte une tour verticale 3 qui peut ef-

fectuer une rotation 5 autour de son axe vertical Z. Sur cette tour 3

37 est monté un bras vertical4, agencé de telle manière qu'il puisse effec-

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tuer une translation verticale 6, et d'autre part une translation hori-

zontale 7 le long de l'axe X. A l'extrémité arrière du bras 4, la fig. 1 montre une partie d'un premier membre 10 partiellement coaxial et logé dans le bras 4, comme le montre de façon plus détaillée la fig. 2. A l'extrémité antérieure du bras 4, est monté un second membre 30 et un

troisième membre 50 auquel est adapté un outil 70.

La fig. 2 montre un moteur hydraulique 13 monté à l'extrémité droite du bras 4 de la machine de manutention 1, et un tuyau d'entraînement 18 traversant le bras droit et fixé coaxialement au rotor d'entraînement 14. Le tuyau d'entraînement 18 présente, à son extrémité gauche, un flasque 15 fixé au moyen d'un filetage ou similaire, qui est monté par l'intermédiaire des roulements 19 et 20 à un tuyau de support 21 fixé au bras 4. De cette manière, le tuyau d'entraînement 18, et par suite le premier membre 10, est monté de façon précise et sans jeu, d'une part au moteur hydraulique et d'autre part à l'extrémité extérieure du bras de manutention 4. Un flasque 22 est monté à l'extrémité frontale

du moteur hydraulique 13 pour supporter un premier indicateur de rota-

tion 16. L'indicateur de rotation 16 est d'une part relié au flasque 22

et d'autre part connecté à un arbre 23 par l'intermédiaire d'une cour-

roie crantée 24, et entraîné sans jeu par le rotor d'entraînement 14 du moteur hydraulique 13 par l'intermédiaire du tuyau d'entraînement 18 connecté à l'arbre 23. L'arbre 23 comporte un autre distributeur d'huile avec amenée de fluide hydraulique 26, ainsi qu'un passage 27 prévu

pour les lignes électriques de commande. Les lignes électriques de com-

mande 28 et les conduits hydrauliques 29 sont logés à l'intérieur du

tuyau d'entraînement 18.

Un membre intermédiaire 60 est fixé au flasque de montage 15 du premier membre 10, ce membre étant constitué par un support de soupape 61 qui constitue simultanément le bloc hydraulique recevant les servo-soupapes 62, 63 des membres mobiles 30 et 50, et les conduits hydrauliques pour raccorder leurs moteurs respectifs. En outre, les lignes électriques de commande 64 sont raccordées à une barrette de connexion et dérivées vers la partie arrière de l'articulation au travers d'une ligne collectrice 45. Le support de soupape 61 est entouré par un tuyau cylindrique de

37 protection amovible, qui facilite l'accès en vue de l'entretien. A l'ex-

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trémité gauche en forme de flasque du membre intermédiaire 60, est monté le second membre mobile 20 à l'aide d'un support 38, 39 en forme de L. Entre les bras sensiblement parallèles des supports 38 et 39, est monté un moteur hydraulique 33 tel que son rotor d'entraînement 36 soit logé dans un évidement approprié du support 38. Le second membre 30 comporte

à cet effet un flasque de montage 35 équipé de deux ailes 40 et 41 paral-

lèles entre elles et perpendiculaires au flasque, qui entourent les sup-

ports 38 et 39. L'aile 40 est reliée au rotor d'entraînement 34 du mo-

teur hydraulique 33, tandis que l'aile 41 est solidaire en rotation du

support 39.

Ceci rend possible le pivotement du flasque autour de l'axe du moteur hydraulique, qui constitue simultanément l'axe de rotation 31 du second membre mobile 30. L'axe 31 est sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation 11 du premier membre mobile 10. Un indicateur de rotation 36 est logé dans le grand alésage 42 du moteur hydraulique 33, de telle

manière qu'il soit connecté sans jeu d'une part avec l'aile 40 et d'au-

tre part avec le support 39. L'aile 41 est conçue de façon à loger un distributeur d'huile 43, àpartir duquel les raccordements 44 conduisent

au troisième membre mobile 50. Les supports 38 et 39 comportent des alé-

sages (non représentés) destinés au passage des conduits hydrauliques et électriques provenant du membre intermédiaire 60 et conduisant au

second membre mobile 30.

Le troisième membre mobile 50 est composé essentiellement d'un moteur

hydraulique 53, vissé directement sur le flasque 35 du second membre 30.

Le flasque 55 est fixé au rotor d'entraînement 54 du moteur hydraulique

53 et sert au montage d'un outil 70. Dans le grand alésage du moteur hy-

draulique 53 est monté un indicateur de direction 56,tel qu'il soit re-

lié d'une part sans jeu au flasque 55 et d'autre part au flasque 35.

L'axe 51 du moteur hydraulique 53 forme également simultanément l'axe de rotation de ce membre, qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe

31 du second membre. Les axes de rotation 11, 31 et 51 des membre mobi-

les respectifs 10, 30 et 50 sont tels qu'ils se coupent en un point M

disposé sur l'axe 31.

37 L'articulation à trois axes selon l'invention, qui est représentée sur

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- 8 - les figures en liaison avec une machine-outil fixe, peut bien entendu être également utilisée avec d'autres dispositifs tels que des robots, des appareils indépendants mobiles au sol ou des tourelles montées sur

4 un véhicule.

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Claims (10)

Revendications

1. Articulation à trois axes pour robot, installation de manutention ou similaire, comportant trois membres mobiles différents, un premier, un second et un troisième membre, le premier membre étant fixé au bras de l'appareil de manutention du robot et rotatif autour d'un premier axe, tandis que les deux autres membres sont montés dans le prolongement dudit premier membre, respectivement rotatifs autour d'un second et d'un troisième axe, caractérisée en ce que chaque membre (10, 30, 50) comporte,

à son extrémité extérieure, un flasque de montage (15, 35, 55) sur le-

quel est adapté le membre suivant, et en ce que les trois membresjmobi-

les (10, 30, 50) sont entraînés de façon indépendante les uns des au-

tres.

2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des membres mobiles (10, 30, 50) comporte un moteur hydraulique (13, 33, 53), chaque moteur étant équipé d'un indicateur de rotation (16, 36, 56).

3. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mo-

teur hydraulique (13) du premier membre (10) est monté directement à l'extrémité antérieure du bras (4), et en ce que le premier flasque de

montage (15) est fixé au rotor d'entraînement (14) du moteur hydrauli-

que (13).

4. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mo-

teur hydraulique (13) du premier membre (10) est fixé à l'extré-

mité antérieure du bras (4), en ce qu'un tuyau d'entraînement (18) est monté coaxialement à l'intérieur du bras tubulaire (4), ce tuyau étant fixé d'une part au rotor d'entraînement (14) du moteur hydraulique (13), et d'autre part à un flasque de montage (15) qui assure simultanément son soutien à l'intérieur du bras (4, 21), et en ce que l'indicateur de rotation (16) est fixé à un flasque (22) du moteur hydraulique et est entraîné par le moteur hydraulique (13), sans jeu par l'intermédiaire

d'une courroie crantée (24).

5. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le se-

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- 10 -

cond membre (30) comporte deux supports (38, 39) sensiblement parallè-

les solidaires de l'élément précédent (60), ces supports étant agencés pour permettre le montage entre eux du second moteur hydraulique (33), en ce que le flasque récepteur (35) du second membre (30) comporte deux ailes (40, 41) parallèles entre elles qui entourent les supports (38, 39), en ce que l'une des ailes (40) est reliée au rotor d'entraînement (34) du second moteur hydraulique (33) tandis que la seconde aile (41) est solidaire en rotation du second support (39), et en ce que le second

indicateur de rotation (36) est logé dans le grand alésage (42) du mo-

teur hydraulique (33), de telle manière qu'il soit d'une part couplé

sans jeu avec l'aile (40) et d'autre part avec le second support (39).

6. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mo-

teur hydraulique (53) du troisième membre (50) est monté directement

sur le flasque de montage (35) du second membre (30), en ce que le flas-

que de montage (55) est vissé au rotor d'entraînement (54) du moteur hy-

draulique (53), et en ce que l'indicateur de rotation (56) est logé dans le grand alésage du moteur hydraulique (53), de telle manière qu'il soit d'une part connecté sans jeu au troisième flasque de montage (55) et

d'autre part au second flasque de montage (35).

7. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un mem-

bre intermédiaire (60) est monté entre le premier et le second membre (10 et 30), ce second membre contenant les soupapes commandées (62, 63)

correspondant au second et au troisième membre (30 et 50).

8. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisée en ce que les conduits hydrauliques (29) et les lignes é-

lectriques de commande (28) sont essentiellement logés à l'intérieur

des membres mobiles (30, 10).

9. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisée en ce que les membres mobiles (10, 30, 50) sont des ins-

tallations de positionnement hydrauliques connues, constituées d'une pompe à ailettes, d'une unité de commande avec dispositif de fixation

36 et d'un disque de commande avec rainure de positionnement.

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10. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisée en ce que les membres mobiles (10, 30, 50) sont agencés de

3 telle manière que leurs axes se coupent en un point.