FR2513165A1 - Appareil de manipulation mecanique et procede de mise en oeuvre de cet appareil - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE MANIPULATION MECANIQUE ET UN PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE CET APPAREIL. DANS CET APPAREIL DE MANIPULATION MECANIQUE COMPORTANT AU MOINS UN DISPOSITIF A BRAS 24, 26, 27, 28 RELIE A UN ORGANE D'UTILISATION 25, UN VERIN 20 ENTRAINANT L'ORGANE D'UTILISATION VERS UN POINT PRESCRIT ET UN MECANISME DE FREIN 29 ARRETANT LE DEPLACEMENT DU DISPOSITIF A BRAS AINSI QU'UN APPAREIL DE DETECTION 53 RELIE A UN DISPOSITIF DE COMMANDE, LE FREIN EST ENTRAINE PAR UN MOTEUR PAS-A-PAS 49, L'APPAREIL 53 DETECTE LA POSITION DU FREIN 29 PAR RAPPORT A UNE REFERENCE ET LE DISPOSITIF DE COMMANDE EXCITE LE VERIN 20 POUR ENTRAINER L'ORGANE 25 VERS LE POINT PRESCRIT, PUIS ACTIONNE LE FREIN 29 ET ENTRAINE LE MOTEUR 49 POUR AMENER L'ORGANE 25 AU POINT PRESCRIT. APPLICATION AUX ROBOTS INDUSTRIELS.

Description

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La présente invention concerne un appareil de mani-

pulation mécanique et en particulier un bras mobile agencé de manière à être raccordé à un dispositif de manipulation

tel qu'une pince, une ventouse ou un patin électromagnéti-

que. Dans le domaine de la fabrication actuelle sur les chaines de montage, il est nécessaireque des fonctions de routine soient effectuées par un appareil de manipulation mécanique connu habituellement sous le terme familier de

"robot" Probablement la forme la plus simple d'un appa-

reil de manipulation se déplace dans un seul plan et compor-

te un dispositif de manipulation raccordé à une extrémité d'un bras mobile Un tel bras mobile peut comporter un

piston mobile monté dans un cylindre statique, dans laquel-

le la pression pneumatique détermine la direction et l'éten-

due du déplacement du bras mobile On notera qu'il est pos-

sible de fabriquer un appareil apte à se déplacer dans deux

plans, en raccordant le premier bras à un second bras dispo-

sé perpendiculairement de telle manière que par exemple, si

le premier bras est déplacé suivant une direction horizonta-

le ou x, le second bras est agencé de manière à se déplacer selon une direction verticale ou direction y En Élue de fournir une machine apte à se déplacer dans une troisième direction, à savoir la direction z, on raccorde un auttre

bras mobile semblable aux deux premiers bras, par l'inter-

médiaire d'une crémaillère et d'un pignon, au second bras

mobile de telle manière que le déplacement linéaire du pis-

ton est converti en un mouvement de rotation de manière à

entraîner en rotation le second bras disposé verticalement.

Lesbras sont reliés à une source de programmation, dans la-

quelle sont conservées une série d'instructions concernant les déplacements des bras, et, en fonction des instructions

conservées par la source de programmation, les bras sont ap-

tes à réaliser des déplacements répétitifs.

Dans un appareil de manipulation mécanique connu, la vitesse de déplacement des bras est lente, car on notera que les bras doivent cesser tout déplacement en un point précis et que, si leur vitesse est trop élevée,il se produit

un dépassement de course.

La présente invention a pour but de fournir un appa- reil de manipulation mécanique permettant un déplacement

relativement rapide d'un point à un autre et qui possède éga-

lement un degré élevé de précision en position Ce but est

atteint conformément à la présente invention dans un appa-

reil de traitement mécanique permettant un déplacement point-

à-point, comportant au moins un dispositif à bras raccordé à un organe d'utilisation, un vérin servant à entraîner 1 ' organe d'utilisation vers un point prescrit prédéterminé, un mécanisme de frein agencé de manière à arrêter de façon

sélective le déplacement du dispositif à bras, et un appa-

reil de détection de position agencé de manière à détecter la position de l'organe d'utilisation par rapport à un point de référence et raccordé à un dispositif de commande, ce dernier définissant les instructions de déplacement point à point de l'organe d'utilisation, caractérisé en ce que le frein est raccordé de manière à être actionné par un moteur

pas-à-pas sur une course limitée prédéterminée, que l'appa-

reil de détection de position est également agencé de maniè-

re à détecter la position du frein par rapport au point de référence et que le dispositif de commandé est agencé de manière à exciter de façon séquentielle le vérin

si celà est nécessaire, pour entraîner l'organe d'uti-

lisation vers le point prescrit et dans les limites de la course de déplacement du moteur pas-à-pas, actionner le frein de manière à arrêter le déplacement du dispositif à bras et

entraîner le moteur pas-à-pas pour amener l'organe d'utili-

sation au point prescrit.

L'appareil conforme à la présente invention permet d'entraîner rapidement l'organe d'utilisation jusqu'à un point d'arrêt approché désiré au moyen du vérin, puis de le positionner de façon précise au moyen du moteur pasà-pas de manière à obtenir les avantages d'une vitesse élevée et

d'une bonne précision.

De préférence le vérin comporte un cylindre et un piston mobile associé raccordé au dispositif à bras, une source de pression et un dispositif à soupapes agencé de manière à maintenir le piston essentiellement en équilibre dynamique, par l'application d'une force à partir de la source de pression, jusqu'à ce qu'il soit activé par un

signal provenant du dispositif de commande.

Avantageusement le dispositif à bras comporte une barre de charge raccordée à et déplaçable avec le piston

et qui est portée par des paliers.

Normalement le dispositif de commande comporte un dispositif de mémoire contenant lesdites instructions et

coordonnées du déplacement point-à-point.

De préférence la source de pression est une source d'air comprimé, le vérin est pneumatique et le dispositif

à soupapes comporte au moins une soupape pneumatique ac-

tionnée par un solénoïde électrique et disposée entre la source de pression et une face respective du piston dans le cylindre, tandis qu'un régulateur est monté dans l'une des canalisations pour garantir l'application de pressions différentes sur les faces opposées du piston et maintenir de ce fait le piston essentiellement en équilibre dynamique jusqu'à ce qu'il soit activé de manière à supprimer cet équilibre.

Habituellement les soupapes pneumatiques du dispo-

sitif à soupapes ossèdent un orifice normalement ouvert rac-

cordé à la source de pression, un orifice commun raccordé

à une face du piston et un orifice normalement fermé rac-

cordé par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de

la vitesse du piston, à une sortie.

De préférence la source de pression est également

raccordée à l'orifice normalement fermé d'une soupape pneu-

matique déterminant le fonctionnement du frein.

Dans une forme de réalisation préférée, le disposi-

tif de régulation de la vitesse du piston comporte plusieurs

soupapes pneumatiques actionnées par des solénoïdes électri-

ques, de telle manière que l'une quelconque ou la combinai- son de ces soupapes libère de l'air à partir du dispositif à

soupapes, en une quantité déterminée par la position du pis-

ton dans le cylindre de sorte que le piston est entrainé à

une vitesse prédéterminée essentiellement constante indé-

pendamment de la position dudit piston dans le cylindre.

Avantageusement les orifices d'aération des soupa-

pes respectives du dispositif de régulation de la vitesse

du piston possédantdessurfaces différentes en coupe trans-

versale de manière à rendre maximum les nombres dés diffé-

rentes ouvertures d'aération en coupe transversale et, de

cette manière, à obtenir la vitesse prédéterminée essentiel-

lement constante du piston.

Avantageusement la barre de charge se compose d'une

barre comportant des rails disposés sur des faces respecti-

vement opposées de la barre et dont chacun est agencé de ma-

nière à être guidé par des paliers se composant de deux ga-

lets disposés longitudinalement pour chaque rail.

La barre de charge possède avantageusement la forme

d'un U renversé en coupe transversale.

De préférence le frein comporte un calibre possédant deux bras, quipivotent au niveau de l'une de leurs extrémités et portent un matériau de friction situé sur les faces extérieures de leurs extrémités libres en vue de contacter les faces intérieures de la barre de charge conformée en U

en fonction de la position d'un dispositif d'actionnement.

De façon appropriée le dispositif d'actionnement comporte un cylindre ménagé dans les surfaces extérieures de chaque bras en position intermédiaire entre le pivot et

le matériau de friction, un piston en forme d'haltère péné-

trant dans chaque cylindre, un orifice d'admission de la pression pneumatique vers l'un des cylindres et un ressort de compression servant à maintenir le frein dans son état non activé, de telle manière qu'en cours de fonctionnement,

le piston est fixe et les bras du calibre se déplacent.

Dans une forme de réalisation habituellement préfé- rée, le frein est monté sur la vis mère par l'intermédiaire

de rainures à recirculation de billes, disposées axialement.

Un accouplement flexible est prévu entre le moteur

pas-à-pas et la vis mère.

L'appareil de détection de position est un transduc-

teur de déplacement absolu, comportant une tige dont une ex-

trémité porte une source d'impulsions servant à produire une

impulsion de démarrage électrique à une fréquence de répéti-

tion prédéterminée et ainsi qu'un transducteur de torsion,

et un couple de dispositifsà aimants entourant circonféren-

tiellement la tige en étant espacéssuivant la direction lon-

gitudinale sur cette dernière, dont l'un est raccordé de

manière à se déplacer avec-la barre de charge et dont l'au-

tre est raccordé de manière à se déplacer avec le frein, et des dispositifs de détermination de distance servant à déterminer la durée nécessaire à une impulsion émise pour être renvoyée par l'un des dispositifs à aimants sous la forme d'uneimpulsion de torsion au transducteur de torsion, la position du dispositif à aimants respectif pouvant être

déterminée à partir de ladite durée.

Normalement chaque dispositif à aimants est formé

par quatre aimants espacés circonférentiellement.

De préférence le dispositif de commande comporte

en outre un microprocesseur électronique branché de maniè-

re à recevoir et délivrer des signaux d'entrée au disposi-

tif de mémoire et à l'appareil de détection de position et, en fonction de ces derniers, à transmettre des ordres au dispositif à soupapes, au dispositif de régulation de

la vitesse du piston, à un dispositif de régulation de sou-

pape, au frein et au moteur pas-à-pas.

De façon appropriée le dispositif de mémoire compor-

te une mémoire à accès direct CMOS (CMOS RAM) permettant la mémorisation des données et une mémoire à accès direct (RAM) pour la mémorisation temporaire des données Avantageusement la mémoire CMOS RAM est agencée de manière qu' après que chaque point terminal de la course de

l'organe d'utilisation a été atteint, elle met à jour l'in-

formation présente dans la mémoire RAM de sorte qu'une distan-

ce minimale de déplacement du frein le long de la vis mère

du moteur pas-à-pas est requise.

Avantageusement le dispositif de mémorisation con-

tient une information concernant les paramètres spatiaux définissant une zone interdite, dans laquelle l'organe d' utilisation n'a pas le droit de passer et des instructions sont fournies de manière à permettre à l'organe d'utilisation

de manoeuvrer autour d'une telle zone interdite.

De façon appropriée le dispositif de mémoire est mu-

ni de plusieurs jeux différents d'informations de stratégie,

chaque jeu définissant un type de déplacement de l'orga-

ne d'utilisation doit effectuer, et il est prévu un dispo-

sitif de sélection permettant de sélectionner une stratégie particulière, en combinaison avec des coordonnées de départ et de fin, que l'organe d'utilisation doit adopter, de telle sorte que le déplacement de cet organe d'utilisation entre ses coordonnées de départ et de fin est déterminé par la

stratégie choisie.

Conformément à une caractéristique de la présente in-

vention il est prévu un procédé de manoeuvre d'un appareil de

manipulation mécanique utilisé pour un déplacement point-à-

point comportant au moins un dispositif à bras raccordé à

un organe d'utilisation, un vérin servant à entraîner l'or-

gane d'utilisation vers un point prescrit prédéterminé, un

mécanismede frein pour arrêter de façon sélective le déplace-

ment du dispositif à bras, et un appareil de détection de

position servant à détecter la position de l'organe d'utili-

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sation par rapport à un point de référence et qui est rac-

cordé à un dispositif de commande, qui définit les instruc-

tions de déplacement point-à-point de l'organe d'utilisation, caractérise en ce que le frein est entraîné par un moteur pas-à-pas sur une course limitée prédéterminée, que l'appa- reil de détection de position détecte également la position

du frein par rapport au point de référence et que le dis-

positif de commande excite d'une façon séquentielle le Mé-

vérin, si cela est nécessaire, de manière à entraîner

l'organe d'utilisation vers le point prescrit et dans la li-

mite de la course d'avance du moteur pas-à-pas, puis à ac-

tionner le frein de manière à arrêter le déplacement du dis-

positif à bras et à entraîner le moteur pas-à-pas pour amener

l'organe d'utilisation au point prescrit.

D'autres caractéristiques et avantages de la présen-

tes invention ressortiront de la description qui donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective d'un

appareil selon l'invention servant à réaliser des déplace-

ments dans trois plans x, y et z perpendiculaires entre eux; la figure 2 représente sous forme schématique l'un des bras servant à réaliser un déplacement suivant l'une des directions;

la figure 3 représente une coupe transversale ver-

ticale d'un frein; et

la figure 4 représente sous la forme d'un schéma-

bloc un schéma de câblage desraccordementsde commande.

L'appareil de manipulation mécanique représenté

sur la figure 1 comporte trois bras 1,2 et 3 perpendicu-

laires entre eux et servant à réaliser un déplacement suivant les directions respectives-x, y et z Le bras 1 pour la direction x est montésur une plate-forme 4 et une partie d'extension du bras 1 est logéeà l'intérieur d'un soufflet De façon similaire les parties d'extension

des bras 2 et 3 sont également logées à l'intérieur de souf-

flets respectifs 6 et 7 L'extrémité du bras 2, qui est distante du bras 3, est raccordée à une pince 8 qui peut avoir n'importe quelle forme appropriée connue et peut être actionnée de façon connue Chacun des bras 1, 2 et 3

est raccordé par des câbles électriques 9,10 et 11 respec-

tivement à un appareil de commande 12 possédant un poste de commutation 13 incluant un clavier 14, par exemple du type commercialisé sous le No de modèle TN 71 par la société dite Burr Brown, un dispositif de commande de déplacement et un bloc-notes ou une liste de codage 16 L'appareil

de commande comporte également un appareil de commande lo-

cale 17 permettant un actionnement des bras par un opéra-

teur disposé au voisinage d'un poste de travail.

Etant donné que les différents bras sont identiques,

la description qui va suivre sera faite en référence à un

seul bras pour un déplacement dans une direction, mais on comprendra que l'on peut obtenir un déplacement dans une direction quelconque en utilisant des bras orientés et

raccordés de façon appropriée.

En se référant maintenant à la figure 2, on voit qu'un vérin pneumatique 20 possède un cylindre fixe 21 et un piston mobile 22 contactant de façon étanche la paroi intérieure du cylindre Le piston 22 comporte une tige 23 raccordée à un bras 24 portant un dispositif d'utilisation qui est représenté sous la forme d'un couple de doigts à

commande pneumatique 25, bien que le dispositif d'utilisa-

tion puisse être n'importe quel appareil connu en soi, tel que des ventousesou des patins électromagnétiques Le bras 24 est raccordé à unepoutre ou barre de charge 26, qui s' étend parallèlement à la direction de déplacement du piston 22 La barre de charge possède des rails 27 sur ses faces longitudinales opposées et chaque rail 27 est guidé par des galets 28 disposés suivantladirection longitudinale; les

rails 27 et les galets 28 peuvent être des produits commer-

cialis 6 S par la société dite Hepco Slide Systems Limited sous les N O de pièces S-870-1, S-510-1 ou M-780-3 pour

les rails, le dernier élément désigné possédant une contre-

plaque portant la référence BP-1050-3, et les galets cor-

respondant aux numéros de pièces JA 7-E/C ou JA-10-E/C. La barre de charge 26 possède une section transversale en forme de U renversé et un mécanisme de frein 29 monté de façon à contacter les faces intérieures de la section transversale en forme de U est disposé entre les galets

montés fixes 28.

Le mécanisme de frein représenté en particulier sur la figure 3 se présente sous la forme d'un calibre possédant des bras 30,31 qui sont montés par une de leurs

extrémités sur un pivot 32, tandis que les extrémités li-

bres des bras 30 portent une garniture de frein à friction 33 destinée à contacter les faces intérieures de la partie en forme de U de la barre de charge 27 Un cylindre 34, 35 est situé dans la surface extérieure de chacun des bras , 31 entre les extrémités des bras portant le pivot 32 et le matériau de friction 33, et un piston 36 en forme d'haltèrecomporte des seoment d'étanchéité 37,38 situées

respectivement dans les cylindres 34,35 et un axe 39 dis-

posé orthoqonalementpar rapport à l'axe du pivot 32 Un

passage 40 situé à l'intérieur de l'axe 39 relie les cy-

lindres 34,35 et un orifice 41 servant à envoyer la pres-

sion pneumatique au cylindre 34 et ménagé dans une paroi latérale de ce cylindre Un ressort de compression 42 est monté sur l'axe 39 de manière à maintenir normalement le

matériau de friction 33 en contact avec la barre de char-

ge 26.

Sur le même axe que le pivot 32 sont disposées

un couple de rainures 45 à recirculation de billes, espa-

cées longitudinalement et servant au montage d'un mécanis-

me de frein 29 sur une vis mère 46, dont l'axe est essen-

tiellement parallèle à l'axe de la barre de charge 26, les extrémités opposées de la vis mère étant montéesdans paliers 47 Une extrémité de la vis mètre 46 est raccordéepar un accouplement flexible 48 à un moteur pasà-pas 49 à courant

continu et à réluctance variable, la liaison entre le mo-

teur pas-à-pas et le mécanisme de frein étant agencéede manière à présenter un jeu sensiblement nul L'accouplement

flexible 48 est prévu de manière à permettre un certain dé-

calage axial avec le moteur pas-à-pas 49 à courant continu et réluctance variable Le mécanisme de frein 29 comporte un bras 50 qui est fixé à un ensemble d'aimants 51, formé par quatre aimants équidistants circonférentiellement et

qui entoure la tige 52 d'un transducteur de déplacement ab-

solu 53, par exemple du type connu sous la désignation com-

merciale "Temposonic, série DCTM".

Le transducteur 53 relie la tige 52 à une source d'impulsionsélectriques/transducteur de torsion 54 Un

autre ensemble d'aimants 55, semblable à l'ensemble d'ai-

mants 51, entoure circonférentiellement la tige 52 et est raccordé à l'extrémité de la barre de charge 26, qui est distante du bras 24, et la disposition des aimants 51, 55 est telle que les aimants se déplacent respectivement avec le mécanisme de frein 29 et la barre de charge 26, alors que la tige 52 et la source d'impulsions/le transducteur de torsion 54 sont fixes Le transducteur 53 fonctionne

de façon connue de manière à produire une impulsion élec-

trique de démarrage à une fréquence de répétition d'envi-

ron 1 kilohertz et, lors de sa rencontre avec le champ ma-

gnétique produit par des aimants 51 et 52, une torsion est produite dans la tige 52 et une impulsion acoustique de torsion estrenvoyée au transducteur de torsion 54 A nouveau, dé façon connue,au début de chaque impulsion de

démarrage les impulsions produites par un oscillateur-hor-

loge à quartz (non représenté) sont délivrées à un compteur

(également non représenté) et les impulsions de l'oscilla-

teur-horloge sont interrompues lorsque l'impulsion acous-

tique de torsion est détectée par le transducteur 54, et, connaissant le nombre des impulsions ont été comptées, il est possible de déterminer la distance de l'un des aimants 51 ou 55 par rapport à la source d'impulsior Wtransducteur de torsion 54 Il faut ici insister sur le fait que le type de fonctionnement et l'utilisation du transducteur 53 sont

connus dans la technique.

Le piston 22 est maintenu essentiellement en équili-

bre dynamique par l'air comprimé présent à une pression de 517 103 Pa produite par une source 60 Les canalisations pneumatiques partant de la source 60 passent par des orifices

61, 62 situés au-dessus et au-dessous du piston 22, la cana-

lisation aboutissant à l'orifice 61 comportant une soupape pneumatique 33 actionnée par un solénoïde électrique et la

canalisation aboutissant à l'orifice 62 contenant un régula-

teur 64 et une autre soupape pneumatique 65 actionnée par un solénoïde électrique, de sorte que la pression au-dessous du piston est égale à 434 103 Pa et que la pression au-dessus

du piston est égale à 517 103 Pa De cette manière, on ob-

tient selon la présente invention un équilibre dynamique pour les bras 1 et 2 Cependant, en ce qui concerne le bras

3, étant donné qu'il doit porter le poids du bras 2 et l'or-

gane d'utilisation 8, le régulateur 64 est disposé dans la

canalisation aboutissant à l'orifice 61 et les pressions au-

dessus et au-dessous du piston 22 sont inversées.

Les soupapes pneumatiques actionnées par des solé-

noîdes électriques, décrites ici, sont toutes du même type et, pour la commodité du dessin, on n'a représenté que

l'organe d'étanchéité 66 des soupapes, cet organe d'étanchéi-

té étant représenté dans sa position de repos, c'est-à-dire

sa position de non activation L'indication NO désigne l'ori-

fice normalement ouvert, l'indication N C désigne l'orifice normalement fermé et l'indication C désiane l'orifice commun

toujours ouvert Par conséquent les orifices normalement ou-

verts des soupapes 63,65 sont raccordés aux canalisations provenant de la source de pression 60, et les orifices communs 63, 65 sont raccordés respectivement aux orifices 61, 62 et les orifices normalement fermés des soupapes 63,

sont interconnectés entre-eux La jonction entre les ori-

fices normalement fermés des soupapes 63,65 est reliée à 1 ' orifice normalement fermé respectif d'un ensemble de trois autres soupapes pneumatiquesactionnées par des solénoïdes

électriques, 70, 71, 72, dont les orifices normalement ou-

verts sont bloqués Les orifices communs des soupapes 70, 71,

72 sont raccordés respectivement par l'intermédiaire d'étran-

glements 73, 74, 75, possédant des diamètres différents, à une sortie d'évacuation commune 76 Le rôle des soupapes , 71, 72 et de leurs étranglements respectifs 73, 74, est de commander la vitesse du L piston 22 de manière que ce dernier se déplace avec une vitesse essentiellement constante, indépendamment de sa position dans le cylindre 21 Grâce à l'utilisation de soupapes 70, 71, 72, comportant des étranglements différents 73, 74, 75, il est possible de rendre maximum le nombre des différentes ouvertures d' aération en coupe transversale en ouvrant l'une quelconque ouunensemble des soupapes 70, 71, 72 et en conférant de ce fait au piston la vitesse prédéterminée essentiellement constante qui est requise L'orifice normalement fermé d' une autre soupape pneumatique actionnée par un solénoïde électrique 77 et est raccordé à la source d'air comprimé , tandis que son orifice normalement ouvert est raccordé

à la sortie 74 et que son orifice commun est relié à l'ori-

fice 41 situé sur le mécanisme de frein 29.

En se référant maintenant à la figure 4, on voit que l'appareil de commande inclut un microprocesseur 80

* tel que l'appareil connu dans le commerce sous la dési-

gnation'Texas Instruments 9900 ', raccordé par un mémoire bloc-notes à accès direct d'enregistrement/lecture (RAM)

81,tellequ'une mémoire portant la désignation commercia-

le "Texas Instruments TMS 2214/45 NL", utilisée lors de l'exé-

cution de calculs par le microprocesseur 80 pour la séquen-

ce des phases opératoires que doivent effectuer le ou les

bras Le microprocesseur 80 est raccordé par l'intermédiai-

re d'un bus principal bidirectionnel à un module de mémoire et de programmation 82, qui est une mémoire CMOS RAM telle que la mémoire désignée sous l'appelation commerciale "Toshiba,N de série TC 5504 P 1 " Le module 82 possède une alimentation en énergie à piles de secours (non représentée) servant à protéger l'information mémorisée dans le module

dans le cas d'une interruption de l'alimentation en énergie.

Le module 82 contient au moins les détails suivants de pro-

grammation. diair 83 qu 82 A être ment gane 1 Information de position 2 Procédé de déplacement vers une position requise (stratégie).

3 Durée d'actionnement de l'organe d'utilisation.

4 Essais pour d'autres signaux d'entrée, par exem-

ple un essai servant à déterminer si une presse

a fonctionné.

La production d'autres signaux de sortie, par

exemple une instruction servant à faire fonc-

tionner une presse.

6 Paramètres spatiaux définissant une zone inter-

dite qui ne doit pas être traversé par l'organe d'utilisation, et des instructions permettant à l'organe d'utilisation de contourner une telle

zone interdite.

7 Information d'édition.

Le module 82 est également raccordé par l'intermné-

ce d'un bus bidirectionnel à un module d'enseignement Li est prévu pour l'envoi d'instructions au module ce sujet, l'information point-à-point d'un bras peut

introduite dans le module 82 par le module d'enseigne-

83, par exemple au moyen d'un guidage manuel de l'or-

d'utilisation sur une trajectoire passant par les dif-

f érents points pouvant être mémorisés dans le module 82, ou bien au moyen d'une commutation du bras dans ces différentes

positionspoint-à-point ou bien au moyen d'une définition préa-

lable des positions point-à-point sous une forme absolue Une autre technique d'affectation de la séquence imaginée d'évè- nements, que l'organe d'utilisation doit effectuer, consiste à utiliser une stratégie définie à l'avance A ce sujet, il est possible d'utiliser de nombreuses stratégies différentes pour le déplacement d'un organe d'utilisation d'un point x à un point y, et par exemple l'organe d'utilisation peut se déplacer: a) suivant une ligne droite,

b) de façon précise le long de l'axe z, puis de fa-

çon précise le long de l'axe x et finalement de façon pré-

cise de long de l'axe y, c) de façon précioe le long de l'axe y, puis de fa-

çon précise le long de l'axe x et finalement de façon pré-

cise le long de l'axe z,

d) de façon précise le long de l'axe x, puis simul-

tanément suivant une diagonale formée entre les axes y et z, e) en parcourant une distance largement dimensionnée suivant l'axe z, puis en se déplaçant jusqu'à une position approchée d'une position de référence prédéterminée, puis en se déplaçant de façon précise suivant une diagonale entre les axes x et y et d'une façon approchée suivant l'axe z, puis en se déplaçant de façon précise suivant l'axe z. En utilisant une telle technique de programmation des stratégies dans le module 82, il n'est pas nécessaire

de programmer l'organe d'utilisation pour chaque point in-

dividuel de l'ensemble des points par lesquels il doit

passer Par exemple, en choisissant la stratégie (e) ti-

dessus et en programmant seulement les coordonnées de dé-

part et de fin de l'organe d'utilisation, il n'est pas nécessaire de programmer le déplacement suivant l'axe z, qui peut peut-être être nécessaire pour quitter le bord d'un conteneur La quantité de programmation nécessaire est par conséquent réduite dans le cas de l'emploi d'une telle technique. Le poste de commutation 13,incluant le panneau de 1 ' opérateur, possède une sortie aboutissant au microprocesseur

et peut être actionné de manière à délivrer des instruc-

tions au microprocesseur de manière ( 1) à déplacer l'appa-

reil sur un seul pas à la fois, par exemple pour déployer ou rétracter un bras, opération suivie par un pas suivant d'actionnement d'une pince de l'organe d'utilisation, ou

( 2) à effectuer un cycle complet d'événements, ( 3) à réa-

liser un arrêt en cas d'urgence ( 4) à réaliser une pose/

un déplacement continu de la pince, ( 5) à faire fonction-

ner l'appareil de façon continue.

Le microprocesseur 80 est raccordé à chacun des so-

lénoides électriques des soupapes 63,65,70,71,72 et 77 et également par l'intermédiaire d'une liaison marche/arrêt 84 et d'une liaison directionnelle (sens des aiguilles d' une montre/sens inverse des aiguilles d'une montre) 85 à une unité 86 de commande d'entraînement du moteur pas-à-pas, qui à son tour est raccordée au moteur pas-à-pas 49 Le transducteur de déplacement absolu 53 est raccordé par 1 ' intermédiaire d'un bus bidirectionnel à un circuit 87 d' entraînement et d'interface, qui est relié à son tour par

l'intermédiaire d'une liaison bidirectionnelle au micro-

processeur 80.

On comprendra que, sur la figure 4, aucune des conditions d'alimentation en puissance n'a été représentée afin de conserver la clarté du dessin, et que de telles

conditions sont naturellement prévues dans la pratique.

En outre il n'est pas apparu nécessaire d'indiquer un pro-

gramme particulier étant donné que chaque programme varie d'une application à l'autre de l'appareil et qu'une telle

programmation entre parfaitement dans le cadre des connais-

sances du spécialiste de la technique.

Lors du fonctionnement du bras représenté sur les

figures 2 à 4, le transducteur 53 détermine si le déplace-

ment désiré des doigts 25 se situe dans la gamme de dépla-

cement englobée par la vis mère 46 et, si le microprocesseur 80 détermine que c'est le cas, alors le dispositif de com- mande d'entralnement dumoteur pas-à-pas est actionné par l'intermédiaire de liaison 84 et la vis mère est entraînée en rotation au moyen d'instructionsenvoyéesdans la liaison , étant donné que le matériau de friction 33 du frein serlela face inférieure de la barre de charge 26 et que les rails sont de ce fait déplacés sur les galets 28 Lorsque

la position désirée a été atteinte, comme cela est détermi-

né par le transducteur 53, le microprocesseur 80 commande

le débranchement de 1 ' unité 86 de commande de l'entraîne-

ment du moteur pas-à-pas et une instruction provenant du microprocesseur 80 est envoyée par l'intermédiaire d'une liaison (non représentée) au doigts 25 de manière qu'ils

réalisent une fonction désirée.

On suppose maintenant que le déplacement désiré du bras se situe en dehors de la gamme de déplacement de la vis mère; c'est alors la séquence suivante de pas-ou phase S opératoires qui intervient: 1 Essentiellement simultanément: a Le transducteur 53 détecte la position de 1 ' aimant 55 et de fait le microprocesseur 80 détermine dans

quelle direction la barre de charge 26 se déplace Par con-

séquent le microprocesseur règle l'une des soupapes 63 ou , la soupape 63 étant actionnée si l'on désire déployer le bras (c'est-à-dire entraîner le piston 22 et la barre de charge 26 vers la gauche comme cela est représenté sur

la figure 2), alors que c'est la soupape 65 qui est action-

née si l'on désire rétracter le bras.

b Une soupape prédéterminéeou une combinaison pré-

déterminée des soupapes 70,71 ou 72 est actionnée en fonc-

tion de la position du piston 22 dans le cylindre 21.

c La soupape de frein 77 est actionnée, et d le microprocesseur commande le moteur pas-à-pas

49 de manière que le frein soit centré sur la vis mère, com-

me cela est déterminé par la position de l'aimant 5 l De cet-

te manière on obtient la valeur maximum de déplacement du

frein le long de la vis mère dans chaque direction.

Lors de l'activation, par exemple de la soupape 63, l'organe d'étanchéité 66 est relevé de manière à ouvrir 1 ' orifice normalement fermé de la soupape 63 et de manière à réduire ainsi la pression sur la partie supérieure du piston

22 Ce dernier est par conséquent déployé hors du cylindre 21.

L'échappement de la pression d'air hors de la soupape 63 est

véhiculé par l'intermédiaire de l'une quelconque ou d'une com-

binaison des soupapes 70, 71 ou 72 de telle manière que,quelle que soit la position de départ du piston 22 dans le cylindre 21, le piston se déplace avec une vitesse essentiellement constante. Lors de l'actionnement de la soupape 77, l'organe d'étanchéité de cette soupape ouvre l'orifice normalement fermé de sorte que la pression de l'air est appliquée par 1 ' intermédiaire de l'orifice 41 au cylindre 34 du mécanisme de frein 29 Etant donné que les segments d'étanchéité 37 du piston 67 sont fixés à l'axe 39, les bras 30,31 tournent autour du pivot 32 en comprimant de ce fait le ressort 42 et écartent le matériau de friction 33 de la barre de charge 26. 2 La barre de charge 26 commence par conséquent à accélérer et l'accélération de la barre est déterminée par le microprocesseur 80 Oà partir de l'information de position

de l'aimant 55, obtenue à partir du transducteur 53.

3 Le microprocesseur prévoit alors le meilleur

instant de freinage pour arrêter les doits 25 dans la posi-

tion requise, et un tel calcul mathématique est effectué dl

une manière connue en soi.

4 A l'instant requis de freinage, le microprocesseur transmet des signaux aux soupapes de direction 63 ou 64, aux soupapes 70, 71, 72 et à lasoupape de frein 77 de sorte

que les soupapes activées antérieurement sont désactivées.

La barre de charge 26 et par conséquent les doigts 25 sont ainsi amenés à s'arrêter. Le microprocesseur lit ensuite la position de 1 ' aimant 55 et, au bot de cinq lectures toutes identiques, on suppose que la barre s'est arrêtée de fait L'information de position de l'aimant 55 est comparée à la valeur désirée et

le microprocesseur règle ensuite les liaisons 84,85 de maniè-

re à command Erle moteur pas-à-pas 49, qui à son tour entraîne

en rotation la vis mère 46 Etant donné que le frein contac-

te la barre de charge, cette dernière et par conséquent les doigts 25 sont amenés dans la position désirée L'information de position de la barre est à nouveau déterminée à partir de l'aimant 55, compte-tenu du fait que la source d'impulsior:/le transducteur de torsion 54 représente le point de repère fixe

à partir duquel les mesures sont effectuées Lorsque le micro-

processeur 80 détermine si les doigts 25 sont dans la posi-

tion désirée, alors le signal de direction présent dans la liaison 85 est supprimé et un signal ARRET est envoyé par 1 '

intermédiaire de la liaison 84 au moteur pas-à-pas 49.

Les doigts 25 se trouvent alors en un point désiré

et peuvent être actionnés de façon connue.

En utilisant le microprocesseur de la présente in-

vention, on a trouvé qu'une fois atteint chaque point ter-

minal d'une course, il est possible de mettre à jour l'infor-

mation dans le module de programmation 82 de sorte qu'une valeur minimum de déplacement du mécanisme de frein 45 le long

de la vis mère 46 est requis, ce qui accroît la vitesse point-

à-point de l'appareil.

Après avoir décrit la présente invention, on notera

que l'appareil selon cette dernière permet d'entraîner rapide-

ment un bras jusqu'à un point d'arrêt désiré approché, puis de positionner précisément le bras au moyen du moteur pas-à-pas 1 9 de sorte que l'on obtient les avantages d'une vitesse élevée fournie par le vérin pneumatique 20, et la précision fournie

par le moteur pas-à-pas 49 et la vis mère 46.

Dans une forme de réalisation pratique de la présen-

te invention, on a prévu les paramètres suivants: Charge maximum sur le bras: 5 kilogrammes Course/déplacement maximum suivant les axes x et y: 610 millimètres

Course/déplacement maximum suivant 1 ' axe z: 305 milli-

mètres ( 610 millimètres étant disponibles en option) Précision de position sur tous les axes: plus ou moins 0,052 millimètres (répétabilité 5 pour-cent de résolution) Positions mémorisées: maximum de 1000 positions mémorisées disponible Vitesse de positionnement du bras de manipulation: minimum 0,03 mètre par seconde Durée de déplacement point-à- point: 2 secondes au maximum Vitesse de déplacement sur les trois axes: minimum 0,052 mètre par seconde Force d'abaissement maximum suivant l'axe z: 310 N Alimentation électrique: 220-240 volts en courant alternatif Alimentation d'air: 56 litres par minute Dimensions: axe y 1168 millimètres à l'état rétracté, 2007 millimètres à l'état déployé; axe x 1041 millimètres à l'état rétracté, 1753 millimètres à l'état déployé; axe z 978 millimètres à l'état rétracté, 1283 millimètres à

l'état déployé.

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Claims (18)

REVENDICATIONS

1 Appareil de manipulation mécanique pour un dépla-

cement point-à-point, comportant au moins un dispositif à bras ( 24,26,27, 28) raccordé à un organe d'utilisation ( 25), un vérin ( 20) servant à entraîner l'organe d'utilisation

vers un point prédéterminé, un mécanisme de frein ( 29) agen-

cé de manière à arrêter de façon sélective le déplacement du dispositif à bras, et un appareil de détection de position

( 53) agencé pour détecter la position de l'organe d'utili-

sation par rapport à un point de référence et qui est rac-

cordé à un dispositif de commande ( 80,81,82,83,86), qui dé-

finit des instructions de déplacement point-à-point de l'or-

gane d'utilisation, caractérisé en ce que le frein ( 29) est raccordé de manière à entraîner par un moteur pas-à-pas ( 49) sur une co urse limitée prédéterminée,que l'appareil de détection de position ( 53) est également agencé de manière à détecter la position du frein ( 29) par rapport au point de référence

et que le dispositif de commande ( 80,81,82,83,86) est agen-

cé de manière à exciter de façon séquentielle le vérin ( 20)

si cela est nécessaire, pour entraîner l'organe d'utilisa-

tion ( 25) en direction du point prescrit et dans les limi-

tes de la gamme d'avance du moteur pas-à-pas ( 49), à action-

ner le frein ( 29) pour arrêter le déplacement du dispositif à bras ( 24, 26,27,28) et à entraîner le moteur pas-à-pas ( 49)

pour ramener l'organe d'utilisation ( 25) au point prescrit.

-2 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 1, caractérisé en ce que le vérin ( 20) comporte un cylindre ( 21) et un piston mobile associé ( 22), qui est raccordé au dispositif à bras ( 24,26,27,28), une source de pression ( 60) et un dispositif à soupapes ( 63,65) agencé

de manière à maintenir le piston essentiellement en équi-

libre dynamique par application d'une force à partir de la source de pression ( 60), jusqu'à ce qu'il soit actionné par un signal provenant du dispositif de commande ( 80,81,82,83, 86).

3 Appareil de manipulation mécanique selon la reven-

dication 2, caractérisé en ce que le dispositif à bras comporte une barre de charge ( 26) raccordéeà et mobile avec le piston

( 22) et qui est portéepar des paliers ( 28).

4 Appareil de manipulation mécanique selon l'une

des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que

le dispositif de commande comporte un dispositif de mémoire ( 81,82) contenant lesdites instructions et coordonnées des

déplacements point 7 à-point.

5 Appareil de manipulation mécanique selon l'une

des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que

la source de pression ( 60) est une source d'air comprimé, que le vérin ( 20) est pneumatique et que l'agencement des soupapes ( 63,65) comporte au moins une soupape pneumatique actionnée par un solénolde électrique et branchée entre la source de pression ( 60) et une face respective du piston ( 22) situé dans le cylindre ( 21), et qu'il est prévu un régulateur ( 64) dans l'une des canalisations pour garantir des pressions différentes sur les faces opposées du piston

et maintenir de ce fait le piston essentiellement en équi-

libre dynamique, jusqu'à ce qu'il soit actionné de manière

à rompre cet équilibre.

6 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 5, caractérisé en ce que les soupapes pneumatiques

du dispositif à soupapes ( 63,65) possèdent un orifice normale-

ment ouvert (N 0) raccordd à une source de pression ( 60), un orifice commun (c) raccordé à une face respective du piston

( 22) et un orifice normalement fermé (N C) raccordé,par l'in-

termédiaire d'un dispositif ( 70,71,72) de régulation de la

vitesse du piston,à uoesortie d'évacuation ( 76).

7 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 6, caractérisé en ce que la source de pression ( 60) est également raccordée à l'orifice normalement fermé

(N C) d'une soupape pneumatique ( 77) déterminant le fonction-

nement du frein ( 29).

8 Appareil de manipulation mécanique selon l'une

des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que

le dispositif de régulation de la vitesse du piston compor-

te plusieurs soupapes pneumatiques ( 70,71,72) actionnées par des solénoïdes électriques et raccordées de telle manière que l'une quelconque ou une combinaison de ces soupapes évacue de l'air à partir du dispositif à soupapes( 63,65), en une quantité déterminée par la position du piston ( 22) dans le cylindre ( 21), de telle manière que le piston est

entraîné à une vitesse prédéterminée essentiellement cons-

tante, indépendamment de la position du piston dans le cy-

lindre.

9 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 8, caractérisé en ce que les orifices d'aération ( 73,74,75) des soupapes respectives ( 70,71,72) du dispositif de régulation de la vitesse du piston possèdent des surfaces

en coupe transversale différentes de manière à rendre maxi-

mum le nombre des différentes ouvertures d'aération en cou-

pe transversale et de manière à conférer au piston la vi-

tesse prédéterminée essentiellement constante.

Appareil de manipulation mécanique selon l'une

des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que

la barre de charge ( 26) se compose d'une barre de charge pos-

sédant, sur des faces respectives opposées, des rails ( 27)

dont chacun est agencé de manière à être guidé par les pa-

liers ( 28), qui comportent un couple de galets disposés

suivant la direction longitudinale pour chaque rail.

11 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 10, caractérisé en ce que la barre de charge ( 26)

possède une section transversale en forme de U renversé.

12 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 11, caractérisé en ce que le frein comporte un calibre possédant deux bras < 30,31), qui sont montés sont un pivot ( 32) au niveau de l'une de leurs extrémités, et dont les faces extérieures de leurs autres extrémités portent un matériau de friction ( 33) destiné à venir en contact avec les faces intérieures de la barre de charge en forme de U

( 26), en fonction de la position d'un dispositif d'action-

nement ( 34,35,36,40).

13 Appareil de manipulation mécanique selon la re-

vendication 12, caractérisé en ce que le dispositif d'action-

nement comporte des cylindres ( 34,35) ménagés dans les sur-

faces extérieures des bras ( 30,31) entre le pivot ( 32) et

le matériau de friction ( 33), un piston ( 36) en forme d'hal-

tère disposé transversalement par rapport à l'axe du pivot

du calibre, avec un passage ( 40) d'égalisation de pres-

sion s'étendant à travers la partie centrale de l'haltère dans chaque cylindre, un orifice ( 49) servant à envoyer une

pression pneumatique à l'un des cylindres ( 34), et un res-

sort de compression ( 42) pour maintenir l'état non activé du frein, de telle manière qu'au cours du fonctionnement,

le piston est fixe et les bras du calibre se déplacent.

14 Appareil de manipulation mécanique suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le frein est normalement maintenu en contact avec la barre de charge ( 26) et est relâché par envoi d'une pression pneumatique

à l'un des cylindres ( 34,35).

Appareil de manipulation pneumatique selon

l'une des revendications 3 à 14, caractérisé

en ce que le moteur pas-à-pas ( 49) est raccordé à une vis mère ( 46), sur laquelle le frein ( 29) est disposé en étant essentiellement exempt de tout jeu, l'axe de la vis mère

étant essentiellement parallèle à l'axe de la barre de char-

ge ( 26).

16 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 15, caractérisé en ce que le frein ( 29) est monté sur la vis mère ( 46) par l'intermédiaire de rainures

( 45) à recirculation de billes, disposées axialement.

17 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est prévu un accouplement flexible ( 48) entre le moteur pas-à-pas ( 49)

et la vis mère ( 46).

18 Appareil de manipulation mécanique selon l'une

des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que

l'appareil de détection de position est un transducteur de déplacement absolu ( 53) comportant une tige ( 52), dont une

extrémité porte une source d'impulsions ( 54) servant à pro-

duire une impulsion de démarrage électrique à une fréquence de répétition prédéterminée, et un transducteur de torsion

( 54),et qu'il est prévu ceux dispositifs à aimants ( 51,55) entou-

rant circonférentiellement la tige ( 52) en étant espacés suivant la direction longitudinale sur ce dernier et dont l'un ( 55) est raccordé de manière à se déplacer avec la barre de charge ( 26) et dont l'autre ( 51) est raccordé de

manière à se déplacer avec le frein ( 29), et des disposi-

tifs de détermination de distance pour déterminer la durée nécessaire à une impulsion émise-pour être renvoyée par 1 ' un des dispositifs à aimants, sous la forme d'une impulsion

de torsion, au transducteur de torsion, la position du dis-

positif respectif à aimants pouvant être déterminée à par-

tir de ladite durée.

19 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 18, caractérisé en ce que chaque dispositif à

aimants 61,55) est formé par quatre aimants équidistants cir-

conférentiellement.

Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande comporte en outre un microprocesseur électronique ( 80) raccordé de manière à recevoir et délivrer des signaux d'entrée au dispositif de mémoire ( 80,82) et à l'appareil

de détection de position ( 53) et, en fonction de ces si-

gnaux, à transmettre des ordres au dispositif à soupapes ( 63,65), au dispositif ( 70,71,72) de régulation de la vitesse du piston, à une unité de régulation de la soupape

( 77), au frein ( 29) et au moteur pas-à-pas ( 49).

21 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 20, caractérisé en ce que le dispositif de mémoire comporte une mémoire à accès direct CMOS (CMOS RAM)

( 82) pour la mémorisation des données et une mémoire à ac-

cès direct (RAM) ( 81) pour la mémorisation temporaire des données. 22 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la mémoire CMOS

RAM ( 82) est agencée de telle manière qu'une fois que cha-

que point terminal d'une course de l'organe d'utilisation ( 25) a été atteint, elle met à jour l'information dans la mémoire (RAM) ( 81) de sorte qu'une course de déplacement

minimum du frein ( 29) le long de la vis mère ( 46) du mo-

teur pas-à-pas est nécessaire.

23 Appareil de manipulation mécanique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de

mémoire ( 81,82) contient une information concernant des pa-

ramètres spatiaux définissant une zone interdite, que l'or-

gane d'utilisation ( 25) n'a pas le droit de traverser, et

que des instructions sont envoyées pour permettre à l'or-

gane d'utilisation de manoeuvrérautour d'une telle zone interdite. 24 Appareil de manipulation mécanique selon la

revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de mé-

moire ( 81,82) est équipé de plusieurs ensembles différents d'informatiorsde stratégie, chacun définissant un type de déplacement, que l'organe d'utilisation ( 25) doit effectuer, et qu'un dispositif de sélection ( 16) est prévu en vue de sélectionner une stratégie particulière en combinaison avec

des coordonnées de départ et de fin, que l'organe d'utilisa-

tion ( 25) doit adopter, de sorte que le déplacement de cet organe d'utilisation entre ses coordonnées de départ et de

fin est déterminé par la stratégie choisie.

Procédé de mise en oeuvre d'un appareil de

manipulation mécanique utilisé pour un déplacement point-

à-point comportai au moins un dispositif à bras ( 24,26,27,2 U) ret-

lieà un organe d'utilisation ( 25),un vérin ( 20) servant à

entraîner l'organe d'utilisation vers un point prescrit pré-

déterminé, un mécanisme de frein ( 29) permettant d'arrêter Ébfaçon sélective le déplacement du dispositif à bras, et

un appareil de détection de position ( 53) servant à détec-

ter la position de l'organe d'utilisation par rapport à un point de référence et qui est raccordé à un dispositif de commande ( 80,81,82,83, 86), qui définitles instructions de

déplacement point-à-point de l'organe d'utilisation, carac-

térisé en ce que le frein ( 29) est entraîné par un moteur pas-à-pas ( 49) sur une course limitée prédéterminée, que l'appareil de détection de position ( 53) détecte également la position de frein ( 29) par rapport au point de référence, et que le dispositif de commande ( 80,81,82,83,86) excite de façon séquentielle le vérin ( 20), si cela est nécessaire, pour entraîner l'organe d'utilisation ( 25) en direction du point prescrit et dans les limites de la course d'avance du moteur pas-à-pas ( 39), puis actionne le frein ( 29) pour arrêter le déplacement du dispositif à bras et entraîne le moteur pas-à-pas ( 49) pour amener l'organe d'utilisation

( 25) au point prescrit.