FR2513926A1

FR2513926A1 - Mecanisme de commande du bras de prehension d'un manipulateur robot

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Publication number: FR2513926A1
Application number: FR8214951A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1982-09-01
Publication date: 1983-04-08
Also published as: BR8207889A; FI73616C; WO1983001222A1; FI823074A0; DE3227508A1; DK153128B; NO148986C; SE8205499L; FI823074L; NO813365L; FI73616B; DE3227508C2; IT1152692B; SU1304741A3; GB2107279B; CH660997A5; GB2107279A; AU564096B2; CA1207356A; FR2513926B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN MECANISME DE COMMANDE DU BRAS DE PREHENSION D'UN MANIPULATEUR ROBOT. LE BRAS MANIPULATEUR, QUI PEUT PIVOTER SUR UNE EMBASE TOURNANTE 1, EST COMPOSE D'ELEMENTS 7, 8, 10 ARTICULES LES UNS SUR LES AUTRES. TOUS LES VERINS DE COMMANDE SONT MONTES SUR CETTE EMBASE 1 ET UNE TRANSMISSION MECANIQUE EST DISPOSEE ENTRE LE PORTE-OUTIL 11, CHACUN DES ELEMENTS DU BRAS ET LES VERINS RESPECTIFS. LES DEPLACEMENTS LINEAIRES DE CES DIVERS VERINS SONT CONVERTIS EN DES MOUVEMENTS DE ROTATION. DANS TOUS LES VERINS, LE DIAMETRE DE LA TIGE DE PISTON EST INFERIEUR AU DIAMETRE LIMITE DE RESISTANCE AU FLAMBAGE D'UNE TIGE LIBRE CLASSIQUE SI BIEN QUE LA SURFACE DE CONTACT, ET DONC LE FROTTEMENT ENTRE LA TIGE ET SON PRESSE-ETOUPE SONT RAMENES A UNE VALEUR MINIMALE. APPLICATION NOTAMMENT AUX MANIPULATEURS ROBOTS POUR TRAVAUX REPETITIFS.

Description

La présente invention se rapporte à un mécanisme de commande pour

manipulateur robot du genre qui comporte un bras de préhension ou bras manipulateur à plusieurs articulations, pouvant tourner sur une embase pivotante et dans lequel un élément antérieur de ce bras peut pivoter, grâce à une arti- culation triple, sur un élément dudit bras situé en arrière,

de façon qu'il soit possible de faire pivoter cet élément an-

térieur dans tous les sens, jusqu'à une inclinaison donnée, par rapport à cet élément arrière, au moyen de deux tirants ou

tiges parallèles, déplaçables longitudinalement, dont une ex-

trémité est articulée sur ledit élément antérieur du bras, ce qui constitue deux des trois articulations, la troisième étant formée par un joint universel Le bras manipulateur, équipé d'un porte-outil, est commandé par un mécanisme comportant des

vérins hydrauliques Pour programmer le diagramme de mouve-

ments de ces manipulateurs robots, une personne saisit le

bras et lui fait exécuter la succession des déplacements vou-

lus, que le robot peut répéter automatiquement.

Un grave défaut des manipulateurs robots connus de

ce genre réside dans le fait qu'il est difficile à une person-

ne de déplacer manuellement le bras manipulateur avec la pré-

cision nécessaire pendant la programmation Cela est d Ot en partie au fait que ce bras manipulateur est relativement lourd, parce que les vérins hydrauliques destinés à le manoeuvrer

sont montés dans ses divers éléments, et en partie au frotte-

ment relativement grand entre les tiges de pistons de ces vé-

rins et leurs presse-étoupes.

Il a déjà été tenté de remédier à ce défaut au moyen d'un bras de programmation passif distinct, ayant une masse et des frottements plus faibles Comme les mouvements de ce bras de programmation sont enregistrés sur un disque ou un support magnétique analogue, le robot peut exécuter les mêmes

mouvements s'il est commandé par ce disque.

Mais un inconvénient du bras de programmation séparé réside dans l'augmentation de prix du manipulateur que ce bras implique Un autre inconvénient de ce bras de programmation

distinct consiste en ce qu'il faut obligatoirement placer l'ou-

til de la même manière sur ce bras distinct et sur le bras manipulateur, ce qui s'est révélé présenter des difficultés dans la pratique.

Un autre inconvénient des manipulateurs robots con-

nus de ce type est qu'il n'est pas possible de transmettre, proportionnellement à l'amplitude de la course de travail du bras manipulateur,la décomposition des mouvements du système de repérage de position aux divers vérins qui commandent les mouvements de rotation de ce manipulateur, parce qu'il faut

convertir les déplacements linéaires de ces vérins en des mou-

vements de rotation, ce qui conduit à une répétition moins pré-

cise du diagramme de mouvements programmé.

Un autre inconvénient encore des manipulateurs ro-

bots de ce type connu consiste en ce que les organes de liai-

son entre l'élément antérieur du bras manipulateur et les ti-

ges des pistons des vérins qui déplacent cet élément antérieur par rapport à un élément postérieur dudit bras sont des joints à rotule, qui sont coûteux et difficiles à fabriquer avec la précision suffisante, et dont l'amplitude de mouvement est en

outre limitée.

Un autre inconvénient de ces manipulateurs robots

connus réside dans la moindre efficacité des dispositifs des-

tinés à empêcher les tiges des pistons de gauchir les unes

par rapport aux autres pendant leur déplacement.

Un inconvénient, résultant du fait que des vérins

hydrauliques sont montés dans le bras manipulateur de ces ma-

nipulateurs robots connus, consiste en ce que les pertes d'hui-

le provenant du circuit hydraulique peuvent être très indési-

rables dans certains cas, par exemple si les matières traitées

sont comestibles.

L'invention concerne un manipulateur robot du genre précité qui ne comporte pas de bras de programmation distinct et dans lequel les inconvénients ci-dessus sont supprimés, si

bien qu'une personne peut aisément déplacer le bras manipu-

lateur à la main avec la précision voulue pendant la program-

mation du diagramme des mouvements de ce manipulateur De plus, les mouvements des vérins de ce dernier sont décomposés sensiblement de la m 8 me manière dans le système de repérage

de position, sur toute l'amplitude des déplacements de ce ma-

nipulateur, de sorte que ce dernier peut répéter les mouve-

ments programmés avec une très grande précision.

Conformément à l'invention, dans un manipulateur

robot comportant un bras manipulateur composé d'éléments ar-

ticulés, qui peut pivoter lui-même sur une embase tournante, tous les vérins de manoeuvre de ce bras sont montés sur cette

embase et une transmission mécanique est disposée entre cha-

cun des vérins, le porte-outil et l'élément respectif du bras.

Le déplacement linéaire des tiges des pistons des vérins est

converti, sur toute la longueur de leur course, en un mouve-

ment de rotation sensiblement proportionnel Les transmissions

sont conformées de manière que, lorsqu'une ou plusieurs d'en-

tre elles agissent et déplacent les éléments du bras, ces dé-

placements n'aient pas d'influence sur les autres transmis-

sions Le diamètre de la tige de piston des vérins peut être inférieur au diamètre minimal de résistance au flambage d'une tige libre habituelle, car cette tige est d'un c 8 té solidaire du piston et de l'autre côté solidaire d'un coulisseau qui se déplace dans une glissière fixe, de sorte que la surface de

contact, et donc le frottement entre la tige et son presse-

étoupe sont ramenés à leurs valeurs minimales.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective

d'un manipulateur robot équipé d'un mécanisme selon l'inven-

tion; la figure 2 est une élévation latérale schématique

du mécanisme destiné à transmettre les déplacements d'un vé-

rin hydraulique, fixé à l'embase du manipulateur, à un tirant

à déplacement longitudinal qui est disposé dans le bras ma-

nipulateur et qui participe à la commande des déplacements de l'élément antérieur de ce bras; la figure 3 est une élévation latérale avec coupe partielle de l'élément antérieur du bras manipulateur équipé d'un mécanisme selon l'invention;

la figure 4 est un plan de l'élément antérieur re-

présenté sur la figure 3;

la figure 5 représente schématiquement, et avec cou-

pe partielle, l'un quelconque des vérins hydrauliques du ma-

nipulateur robot et le mécanisme qui le relie à un arbre que ce vérin fait tourner; et la figure 6 est un diagramme de la transmission du mouvement, du vérin hydraulique à l'arbre rotatif représentés

sur la figure 5.

Sur la figure 1, la référence 1 désigne l'embase du manipulateur robot, qui peut pivoter sur un socle 2 et qu'il

est possible de faire tourner au moyen d'un premier vérin hy-

draulique 3 monté sur ladite embase 1, ce vérin 3 agissant, par l'intermédiaire d'une première bielle 4, sur un premier

bras de manivelle 5 solidaire d'un pivot fixe 6 de cette em-

base 1 L'une des extrémités d'un élément postérieur 7 du bras manipulateur est articulée sur l'embase 1 et son autre

extrémité est articulée sur une extrémité d'un élément inter-

médiaire 8, dont l'autre extrémité est reliée par un joint universel 9 (voir figure 3) à un élément antérieur 10 de ce bras Cet élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8, 10

est équipé d'un porte-outil rotatif 11.

Il est possible de faire pivoter par rapport à l'em-

base 1 l'élément postérieur 7 du bras manipulateur 7, 8, 10, au moyen d'un deuxième vérin hydraulique 12 monté sur l'embase 1, ce vérin 12 agissant par l'intermédiaire d'une deuxième

bielle 13 sur un deuxième bras de manivelle 14, fixé à un pi-

vot 15 de cet élément postérieur 7.

Il est possible de faire pivoter l'élément intermé-

diaire 8 du bras manipulateur 7, 8, 10 par rapport à l'élément postérieur 7 au moyen d'un troisième vérin hydraulique 16 qui, monté sur l'embase 1, agit par l'intermédiaire d'une troisième

bielle 17 sur un troisième bras de manivelle 18, par un pro-

longement 19 qui y est fixé, ce bras de manivelle 18 étant ar- ticulé sur l'une des extrémités d'un tirant 20 parallèle à l'élément postérieur 7, dont l'autre extrémité est articulée

sur ledit élément intermédiaire 8.

Trois mécanismes identiques de transmission, partant de trois vérins hydrauliques montés sur l'embase 1, permettent de faire pivoter jusqu'à un certain angle l'élément antérieur

du bras manipulateur 7, 8, 10 dans tous les sens sur l'é-

lément intermédiaire 8 et de faire tourner le porte-outil 11

sur son axe longitudinal.

Dans un but de clarté, seul l'un de ces trois méca-

nismes identiques est représenté avec son vérin hydraulique sur la figure 1 Ce vérin est désigné par la référence 21 et

sera appelé par la suite quatrième vérin.

Les déplacements de l'élément antérieur 10 sont pro-

voqués par deux tiges de commande à déplacement longitudinal,

qui sont montées dans l'élément intermédiaire 8 du bras mani-

pulateur 7, 8, 10 et dont une seule, désignée par la référence

22, a été représentée sur la figure 1 dans un but de clarté.

La seconde de ces deux tiges de commande est représentée sur

les figures 3 et 4, oh elle est désignée par la référence 23.

La rotation du porte-outil 11 sur son axe longitu-

dinal est assurée par l'action, sur une tige de commande mo-

bile longitudinalement, d'un mécanisme qui fonctionne suivant le principe connu d'un rotor de pompe Cette tige de commande, qui est représentée sur les figures 3 et 4 et est désignée

par la référence 24, est aussi disposée dans l'élément inter-

médiaire 8 du bras manipulateur 7, 8, 10, mais n'est pas re-

présentée sur la figure 1 dans un but de-simplification du dessin.

La tige de commande 22 peut être déplacée longitudi-

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nalement au moyen du quatrième vérin hydraulique 21 et d'une

transmission mécanique, qui va être décrite sommairement ci-

dessous. La tige du piston du vérin 21 est articulée par l'intermédiaire d'un coulisseau qui sera décrit en détail plus loin sur l'une des extrémités d'une quatrième bielle , dont-l'autre extrémité est articulée sur un prolongement 26 d'une poulie 27 de fixation d'un fil ou câble métallique, qui tourne sur l'embase 1 et qui agit aussi à la façon d'un bras de manivelle Un premier fil ou câble métallique 28, fixé à cette poulie 27, est appliqué contre la partie antérieure de celle-ci, passe derrière une première poulie de renvoi 29 tournant sur l'embase 1, et sur une deuxième poulie de renvoi

qui est montée sur l'élément postérieur 7 du bras manipu-

lateur 7, 8, 10, au-dessous de l'articulation de cet élément

7 sur l'élément intermédiaire 8, et qui renvoie vers l'arriè-

re ce fil, lequel est fixé à l'extrémité postérieure d'une barrette 31 L'extrémité antérieure de celle-ci est articulée

sur un bras oscillant 32, qui pivote sur l'élément intermé-

diaire 8 du bras manipulateur 7, 8, 10 L'extrémité postérieu-

re de la tige de commande 22 à déplacement longitudinal peut

également pivoter sur ce bras oscillant 32.

Des deuxième et troisième fils ou câbles métalli-

ques 33 et 34, fixés à la poulie 27, sont appliqués contre le côté postérieur de celle-ci, c'est-à-dire du côté opposé au fil 28, puis passent devant une troisième poulie rotative de renvoi 35 montée sur l'embase 1, et sur la deuxième poulie de renvoi 30, pour être ensuite renvoyés vers l'avant et fixés à l'extrémité antérieure de la barrette 31 Ces deux fils 33 et 34 sont donc parallèles sur tout leur trajet Sur tout son trajet, le fil 28 est disposé dans un plan perpendiculaire

aux axes de rotation de la poulie de fixation 27 et des pou-

lies de renvoi 29, 30, 35 et passant entre les-fils parallè-

les 33, 34 Puisque ce premier fil 28 croise les deuxième et troisième fils 33, 34 à la partie supérieure de la deuxième poulie de renvoi 30, la traction exercée par ces fils sur la barrette 31 n'est pas appliquée obliquement Cette barrette 31 comporte aussi des tendeurs (non représentés) pour les fils

28, 33 et 34.

La transmission mécanique qui vient d'être décrite, entre le quatrième vérin hydraulique 21 monté sur l'embase l

et la tige de commande 22 disposée dans l'élément intermédiai-

re 8 du bras manipulateur 7, 8, 10, est réalisée de façon que l'élément postérieur 7 de ce bras puisse pivoter sur l'embase 1 et que l'élément intermédiaire 8 puisse pivoter par rapport à cet élément postérieur 7, sans que cela ait d'effet sur les

fils 28, 33 et 34 et déplace longitudinalement la tige de com-

mande 22 de cet élément intermédiaire 8 Ce résultat est ob-

tenu, conformément à l'invention, par le fait que les première

et troisième poulies de renvoi 29, 35 sont montées sur l'em-

base 1 pratiquement à la même distance du support de la poulie

de fixation 27 correspondante sur cette embase 1; et que l'é-

lément postérieur 7 est monté sur cette dernière de façon que

l'axe de pivotement dudit élément 7 se trouve avantageuse-

ment, d'une part près dtune droite passant par les axes des-

dites poulies 29, 35 (par exemple en dessous et à une distance égale à 1/36 du diamètre de ces poulies 29, 35) et d'autre

part à la même distance des axes de rotation de ces dernières.

Le diamètre des poulies 29, 35 est par ailleurs déterminé de façon qu'il s'y enroule une longueur suffisante des fils 28 ou 33, 34, respectivement, lorsque la distance entre les axes de ces poulies 29, 35, respectivement, et l'axe de la deuxième poulie de renvoi 30 diminue à la suite d'un déplacement de l'élément postérieur 7, pour que la tension de ces fils reste constante; et également de façon qu'il se déroule desdites poulies 29, 35 une longueur suffisante de ces fils respectifs 28 ou 33, 34, quand la distance entre les axes de ces poulies et celui de la poulie 30 augmente par suite d'un déplacement dudit élément postérieur 7, pour que la tension de ces fils reste constante; c'est-à-dire en somme que la deuxième poulie

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de renvoi 30 n'est pas entra née en rotation et que la barret-

te 31 n'est pas déplacée longitudinalement par les déplace-

ments dudit élément postérieur 7 par rapport à l'embase 1.

P ar ailleurs, la deuxième poulie de renvoi 30 est montée sur l'élément postérieur 7, à une distance de l'axe de pivotement

entre ce dernier et l'élément intermédiaire 8 qui est sensible-

ment égale au rayon de cette poulie 30, et sur la droite pas-

sant par cet axe de pivotement et par celui de cet élément postérieur 7 sur l'embase 1 En outre, le diamètre de ladite deuxième poulie 30 et l'axe de pivotement du bras oscillant 32, par rapport à l'axe de pivotement entre l'élément postérieur

7 et l'élément intermédiaire 8, sont respectivement détermi-

nés et disposés de façon que, lorsque ce dernier est déplacé

par rapport audit élément postérieur 7, il s'enroule ou se dé-

roule respectivement sur cette poulie 30 une longueur des fils 28, 33, 34 suffisante pour que la tension de ces fils reste

constante lorsque la distance entre l'axe de rotation de la-

dite poulie 30 et l'articulation entre le bras oscillant 32

et la barrette 31 varie à-la suite d'un déplacement de l'élé-

ment intermédiaire 8 par rapport à l'élément postérieur Ain-

si, la barrette 31 n'est pas déplacée longitudinalement par

suite d'un déplacement de l'élément intermédiaire 8 par rap-

port à l'élément postérieur 7.

Il s'est révélé judicieux de donner aux première et troisième poulies de renvoi 29, 35 un diamètre égal aux 4/5 de celui de la deuxième poulie de renvoi 30 et de choisir la

distance comprise entre l'axe de pivotement de l'élément pos-

térieur 7 sur l'embase 1 et l'axe de rotation de ladite deuxiè-

me poulie 30 égale à au moins cinq fois le diamètre de cette dernière La poulie 27 de fixation des fils doit être assez

grande pour que les fils 28, 33 et 34, respectivement, res-

tent toujours en contact avec les première et troisième pou-

lies de renvoi 29, 35, respectivement, lorsque l'élément pos-

térieur 7 du bras manipulateur 7, 8, 10 pivote de l'amplitude

désirée sur ltembase 1.

On va maintenant expliquer de manière plus détail-

lée, en regard des figures 3 et 4, la manière dont l'élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8, 10 et son porte-outil 11 sont reliés aux trois tiges de commande 22, 23, 24 montées mobiles longitudinalement dans l'élément intermédiaire 8, et

sont manoeuvrés par elles.

L'élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8, 10

est conformé de manière à pouvoir pivoter, par rapport à l'é-

lément intermédiaire 8, sur les axes A-A et B-B des figures

3 et 4, gràce à sa liaison par le joint universel 9 à cet élé-

ment intermédiaire 8 situé derrière lui, par l'intermédiaire

d'une broche 36 qui peut tourner dans ledit élément intermé-

diaire 8 et dont l'extrémité antérieure fait partie dudit

joint universel 9.

Le porte-outil 11 est relié à la broche 36 par l'in-

termédiaire du joint universel 9 Une vis 37 est vissée à l'extrémité libre de cette broche 36 et son extrémité libre est logée dans un écrou 38 à billes (non autoserreur), fixé à l'extrémité libre de la tige de commande 24 à déplacement longitudinal Lorsque cette tige 24, et donc cet écrou 38, sont déplacés longitudinalement par l'actionnement du vérin hydraulique associé monté sur l'embase 1, la vis 37 est mise en rotation à la manière de la broche d'un rotor de pompe, ce

qui fait tourner le porte-outil 11 de façon correspondante.

Un palier 39, dans lequel un tourillon 40 peut tour-

ner, est façonné transversalement dans l'élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8, 10 Le tourillon 40 ne peut être déplacé longitudinalement dans ce palier 39 Les extrémités

libres des tiges de commande 22 et 23 à déplacement longitu-

dinal sont articulées sur les extrémités respectives du tou-

rillon 40.

Les deux articulations entre le tourillon 40 et les

tiges 22 et 23 constituent deux des trois points d'articula-

tion entre l'élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8,

10 et l'élément intermédiaire 8 situé derrière lui Le troi-

sième point d'articulation est donné par le joint universel 9.

Pour faire pivoter l'élément antérieur 10 sur l'axe B-B par rapport à l'élément intermédiaire 8 du bras situé à l'arrièreles tiges 22 et 23 sont déplacées de la même distance Pour faire pivoter cet élément antérieur 10 sur l'axe A-A par rapport à l'élément intermédiaire 8, ces tiges de commande 22 et 23 sont déplacées l'une par rapport à l'autre Il est évident qu'il est possible d'orienter l'élément antérieur 10 du bras manipulateur 7, 8, 10 par rapport à l'élément intermédiaire 8 dans tous les sens, jusqu'à un certain angle d'inclinaison, en déplaçant de manières différentes les tiges de commande 22

et 23.

Afin d'empêcher les tiges de commande 22 et 23 de gauchir l'une par rapport à l'autre pendant leur déplacement,

il est disposé, à proximité de leuisarticulationssur le tou-

rillon 40, un organe transversal 41,dont l'une des extrémités est articulée sur la tige 22 et dont l'autre extrémité est articulée sur la tige 23 Une boutonnière 42, orientée dans

le sens de la longueur des tiges de commande 22, 23 est ména-

gée au milieu de cet organe transversal 41 Dans cette bou-

tonnière peut coulisser l'extrémité d'un téton 43, qui est fixé à l'élément intermédiaire 8 du bras manipulateur 7, 8, 10 de façon que le prolongement de son axe 44 coupe l'axe 45 de

la broche 36.

Il ressort de ce qui précède que, conformément à

l'invention, tous les vérins hydrauliques du manipulateur ro-

bot sont montés sur l'embase 1 de ce dernier et que les dé-

placements linéaires de tous ces vérins sont convertis en

mouvements de rotation au moyen de mécanismes à manivelle.

Pour que les servo-commandes du manipulateur soient satisfai-

santes, il est important que leurs systèmes de repérage de position soient reliés étroitement aux vérins hydrauliques et qu'ils aient sensiblement la même amplitude élémentaire de déplacement dans toute la plage de mouvement du porte-outil 11 Selon l'invention, ces résultats sont obtenus par le fait 1 1

que tous les servo-mécanismes du manipulateur robot sont agen-

cés de la manière qui va être décrite en regard des figures et 6 Sur la figure 5, la référence 46 désigne l'un quel-

conque des vérins hydrauliques du manipulateur robot Ce vé-

rin 46 est fixé à l'embase l de ce manipulateur, non repré- sentée sur la figure 5 La tige 47 du piston du vérin 46 est solidaire du piston 48 de ce dernier, ce piston présentant

des gorges d'étanchéité 49 (gorges de répartition de pression).

A son autre extrémité, la tige 47 du piston du vérin 46 est assujettie à un coulisseau 50 destiné à coulisser en 51, avec frottement de roulement, dans des glissières fixes 52 Une extrémité d'une bielle 53 est articulée sur le coulisseau 50 et son autre extrémité est articulée sur l'extrémité d'un bras

de manivelle 54, solidaire d'un arbre pivotant 55 qui est mon-

té sur l'embase 1 du manipulateur robot Le système de repé-

rage de position (non représenté) du vérin 46 est relié par

un fil d'acier 56 à une patte 57 du coulisseau 50.

Etant donné que les rapports entre la longueur a du bras de manivelle 54, la longueur b de la bielle 53 et la distance c comprise entre l'axe de rotation de l'arbre 55 et l'axe de la tige 47 de piston sont égaux respectivement à a;

1,80 a et l,33; que la distance d comprise entre l'axe d'ar-

ticulation de la bielle 53 sur le coulisseau 50 (lorsque ce-

lui-ci occupe sa position extérieure), et le point d'inter-

section de l'axe de la tige 47 de piston avec une droite per-

pendiculaire à cet axe (et passant par ltaxe de rotation de l'arbre 55) est égale à 0,39 a; et que la course du vérin 46 est égale à 1,66 a, il résulte que les déplacements linéaires

du piston de ce vérin sont convertis en des mouvements de ro-

tation de cet arbre 55, de telle sorte que le rapport entre

l'angle de rotation dudit arbre 55 et la variation de posi-

tion correspondante dudit piston 48 du vérin 46 soit sensible-

ment constant sur toute la longueur de la course de travail

de ce vérin 46.

La trar:smission de mouvement sensiblement linéaire

oui vient d'8 tre décrite, du vérin 46 à l'arbre 55, est re-

présentée graphiquement sur la figure 6, sur laquelle la cour-

be tracée dans le système de coordonnées représenté indique

l'angle de rotation V en fonction de la distance du coulis-

seau 50 à la perpendiculaire qui passe par l'axe de l'arbre lorsque la course e du vérin 46 est réglée à 200 mm Les

deux dimensions effectives d et e sont indiquées en abscisses.

Conforn Eérnirt à l'invention, dans tous les vérins hydrauliques 46 du manipulateur robot, le frottement entre la

tige 47 de piston et son presse-étoupe 59 est ramené à un mi-

* nimum par un agencement spécial permettant de donner à cette

tige 47 un diamètre inférieur au diamètre limite de résistan-

ce au flambage d'une tige de piston montée librement de ma-

nière classique Cet agencement est représenté sur la figure 5 et va être décrit ci-dessous Il a été expliqué plus haut que la tige 47 est solidaire du piston 48 du vérin 46 et que, à son autre extrémité, elle est solidaire d'un coulisseau 50

pouvant coulisser en 51 avec friction de roulement dans des glis-

sières fixes 52 Du côté de cette tige de piston, le cylindre

du vérin 46 porte un couvercle 58 dans lequel est monté, ou-

tre le presse-étoupe 59, un coussinet 60 à galets, dans le-

quel ladite tige 47 passe Ce coussinet 60 est assez long pour que la partie de la tige 47 du piston qui y est contenue agisse à tout moment comme si elle y était fixée Du fait que,' conformément à l'invention, la tige 47 est fixée à ses deux

extrémités, il a été possible de réduire très considérable-

ment son diamètre par rapport à celui de la tige qui aurait été nécessaire en raison des risques de flambage si elle avait

été montée librement à ses deux extrémités de la manière usu-

elle Il a donc été possible, par exemple, de ramener le dia-

mètre de ces tiges de piston de 20 mm à 8 mm, c'est-à-dire

que leur circonférence a été réduite de 62,8 mm à 25,1 mm.

Comme le frottement entre la tige de piston et son presse-

étoupe est proportionnel à la pression par unité de surface

exercée par ce dernier, le frottement est réduit dans les mê-

mes proportions.

Il va de soi qu'il est possible d'apporter diverses modifications au mécanisme de commande pour manipulateur robot

décrit et représenté, sans s'écarter du domaine de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 Mécanisme de commande pour manipulateur robot

du type qui comporte un bras manipulateur ( 7, 8, 10) à plu-

sieurs articulations, pouvant pivoter sur une embase tournan-

te ( 1) et dans lequel un élément antérieur ( 10) de ce bras ( 7, 8, 10) peut pivoter, grâce à une articulation triple, sur un élément ( 8) dudit bras, situé en arrière, de façon qu'il soit possible de faire pivoter ledit élément antérieur ( 10) dans tous les sens, jusqu'à une inclinaison donnée, sur cet élément arrière ou élément intermédiaire ( 8), au moyen de deux

tiges ( 22, 23) à déplacement longitudinal, sensiblement pa-

rallèles, dont une extrémité est articulée sur cet élément an-

térieur ( 10) du bras manipulateur ( 7, 8, 10) en constituant deux des trois points d'articulation, le troisième point étant donné par un joint universel ( 9), ledit bras manipulateur ( 7, 8, 10), équipé d'un porteoutil ( 11), étant commandé par des mécanismes de transmission comportant des vérins hydrauliques ( 46), mécanisme caractérisé en ce que tous les vérins ( 46) sont montés sur l'embase ( 1) du manipulateur robot; et en ce que des transmissions mécaniques sont disposées entre le porte-outil ( 11) ou chacun des éléments du bras ( 7, 8, 10)

respectivement, et le ou les vérins ( 46) associés.

2 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément antérieur ( 10) du bras manipulateur ( 7,

8, 10) comporte un palier ( 39) qui est disposé transversale-

ment et dans lequel un tourillon ( 40) peut tourner, sans pou-

voir se déplacer; et en ce que, sur chaque extrémité de ce tourillon ( 40) , est articulée une extrémité d'une tige de commande ( 22 ou 23, respectivement), qui est montée de façon

à pouvoir être déplacée longitudinalement dans l'élément in-

termédiaire ( 8) du bras ( 7, 8, 10), situé en arrière-.

3 Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un organe transversal ( 41), disposé à proximité de

l'articulation des tiges de commande ( 22, 23) sur le touril-

lon ( 40), est articulé sur chacune de ces tiges ( 22, 23) et est percé d'une boutonnière ( 42) orientée dans le sens de la

longueur desdites tiges; et en ce que, dans cette bouton-

nière ( 42), coulisse une extrémité d'un téton ( 43) qui est fixé à l'élément intermédiaire ( 8) du bras manipulateur ( 7, 8, 10) de façon que le prolongement de l'axe ( 44) de ce téton ( 43) coupe l'axe ( 45) d'une broche ( 36) qui est montée dans

cet élément intermédiaire ( 8) et est reliée au joint univer-

sel ( 9).

4 Mécanisme selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce que les déplacements

linéaires des vérins ( 46) sont convertis en mouvements de ro-

tation sensiblement proportionnels dans toute la plage du dé-

placement de ces vérins ( 46), au moyen d'un bras de manivelle ( 54) dont une extrémité est solidaire d'un arbre pivotant ( 55) et dont l'autre extrémité est articulée sur une extrémité d'une bielle ( 53), l'autre extrémité de cette bielle étant

articulée sur un coulisseau ( 50) qui se déplace dans une glis-

sière fixe ( 52) et qui est relié à la tige ( 47) du piston du

vérin ( 46) correspondant.

Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé

en ce que la longueur (a) du bras de manivelle ( 54), la lon-

gueur (b) de la bielle ( 53) et la distance (c) comprise entre l'axe de rotation de l'arbre ( 55) et l'axe de la tige ( 47) de

piston sont dans les rapports de a à 1,80 a et à 1,33 a respec-

tivement; et en ce que la distance (d) qui sépare l'axe de

pivotement de ladite bielle ( 53) sur le coulisseau ( 50), lors-

que celui-ci occupe sa position extérieure, et le point d'in-

tersection de l'axe de la tige ( 47) de piston avec une droite perpendiculaire à cet axe et passant par l'axe de rotation de l'arbre ( 55), est égale à 0,39 a; et en ce que la course (e) du piston du vérin ( 46) est égale à 1,66 a, ce qui fait que le

déplacement linéaire de ce piston est converti en un mouve-

ment de rotation dudit arbre ( 55), de telle sorte que le rap-

port entre l'angle de rotation dudit arbre ( 55) et la varia-

tion de position correspondante dudit piston ( 48) reste sen-

siblement constant sur toute la longueur de la course de tra-

vail du vérin ( 46).

6 Mécanisme selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que les extrémités pos-

térieures des deux tiges de commande ( 22, 23) à déplacement longitudinal, montées dans l'élément intermédiaire ( 8) du bras manipulateur ( 7, 8, 10), ainsi que l'extrémité postérieure d'une tige de commande ( 24) à déplacement longitudinal, qui est sensiblement parallèle à ces premières tiges ( 22, 23) et est destinée à faire tourner le portb-outil ( 11) sur son axe longitudinal par l'intermédiaire d'un écrou ( 38) à billes et du joint universel ( 9), peuvent pivoter sur un bras oscillant ( 32) respectif, qui est articulé sur l'élément intermédiaire ( 8) et que peut faire pivoter une barrette ( 31) à déplacement longitudinal, aux extrémités respectivement postérieure et

antérieure de laquelle sont fixés un premier fil ou câble mé-

tallique ( 28) et des deuxième et troisième fils ou câbles ( 33, 34), respectivement, lesquels passent d'avant en arrière et d'arrière en avant, respectivement, sur une deuxième poulie

de renvoi ( 30) montée dans l'élément postérieur ( 7), au-des-

sous de l'articulation de celui-ci sur l'élément intermédiaire

( 8) et à une distance de cette articulation correspondant ap-

proximativement au rayon de cette deuxième poulie ( 30); en ce que ledit premier fil ( 28) passe ensuite derrière une première poulie de renvoi ( 29) tournant sur l'embase ( 1), et devant une poulie ( 27) de fixation des fils, qui tourne aussi sur cette embase ( 1) et à laquelle il est fixé; et en ce que lesdits deuxième et troisième fils ( 33, 34) passent ensuite devant une troisième poulie de renvoi ( 35) qui tourne sur l'embase (l), puis sur l'arrière de la poulie de fixation ( 27), à laquelle ils sont attachés respectivement, chacune des trois poulies ( 27) de fixation des fils ou câbles sur le manipulateur robot pouvant être entra née en rotation par un

vérin ( 21) monté sur l'embase (l).

7 Mécanisme selon la revendication 6, caractéri-

sé en ce que les mouvements de rotation des poulies de fixa-

tion ( 27) montées sur l'embase ( 1) sont convertis, au moyen de fils métalliques ( 28, 33, 34) attachés à ces poulies et passant sur les première et troisième poulies de renvoi ( 29, ) placées sur cette embase ( 1), et sur la deuxième poulie de renvoi ( 30), qui est installée à l'extrémité supérieure de l'élément postérieur ( 7) du bras manipulateur ( 7, 8, 10), en des déplacements linéaires de la barrette ( 31), de façon que les déplacements de cet élément postérieur ( 7) par rapport à l'embase ( 1) n'influent pas sur la transmission; en ce que lesdites première et troisième poulies de renvoi ( 29, 35) sont montées sur l'embase ( 1) à peu près à la même distance du point de montage, sur celle-ci, de la poulie de fixation correspondante ( 27), l'élément postérieur ( 7) étant monté sur

cette embase ( 1) de manière que son axe de pivotement se trou-

ve avantageusement, d'une part près d'une droite passant par les axes de ces première et troisième poulies ( 29, 35) et par exemple en dessous de cette droite, à une distance égale, par exemple, à 1/36 du diamètre desdites poulies ( 29, 35), et d'autre part à des distances égales des axes de rotation de ces première et troisième poulies ( 29, 35); et en ce que le diamètre de ces dernières est déterminé de façon qu'il s'y enroule assez de fil ( 28; 33, 34 respectivement), lorsque la distance entre leurs axes respectifs et l'axe de la deuxième poulie de renvoi ( 30) diminue sous l'effet d'un déplacement de l'élément postérieur ( 7), pour que la tension de ces fils reste constante, et de façon qu'il s'en déroule une longueur de fils ( 33, 34;

28 respectivement) suffisante lorsque cette distance entre les axes de ces poulies ( 29 ou 35) et celui de ladite deuxième poulie de renvoi ( 30) augmente par suite d'un déplacement dudit élément postérieur ( 7), pour que la tension de ces fils reste aussi constante, c'est-à-dire que la deuxième poulie de renvoi ( 30) ne tourne pas et que la

barrette ( 31) n'est pas déplacée longitudinalement sous l'ef-

fet des déplacements dudit élément postérieur ( 7) par rapport

à l'embase ( 1).

8 Mécanisme selon l'une des revendications 6 et 7,

caractérisé en ce que le diamètre des première et troisième poulies de renvoi ( 29, 35) est égal aux 4/5 de celui de la deuxième poulie de renvoi ( 30); et en ce que la distance qui sépare l'axe de pivotement de l'élément postérieur ( 7) sur l'embase ( 1) et l'axe de rotation de ladite deuxième poulie de renvoi ( 30) est égale à au moins cinq fois le diamètre de cette dernière, la poulie de fixation ( 27) étant par ailleurs assez grande pour que les fils ( 28; 33, 34 respectivement) restent toujours en contact avec ces première et troisième

poulies de renvoi ( 29, 35), respectivement, lorsque ledit élé-

ment postérieur ( 7) du bras manipulateur ( 7, 8, 10) est dé-

placé par rapport à l'embase ( 1) dans les limites de l'ampli-

tude de pivotement désirée.

9 Mécanisme selon l'une quelconque des revendica-

tions 6 à 8, caractérisé en ce que les mouvements de rotation des poulies ( 27) de fixation de fils sont convertis, au moyen de fils métalliques ( 28, 33, 34) par exemple, partant de ces

poulies ( 27)montées sur l'embase ( 1) et passant sur les pre-

mière et troisième poulies de renvoi ( 29, 35) placées sur cette embase ( 1), ainsi que sur la deuxième poulie de renvoi

( 30) installée à l'extrémité supérieure de l'élément posté-

rieur ( 7) du bras manipulateur ( 7, 8, 10), en des déplacements linéaires de la barrette ( 31), de manière que les déplacements

de l'élément intermédiaire ( 8) par rapport à cet élément pos-

térieur ( 7) n'influent pas sur la transmission; en ce que

cette deuxième poulie de renvoi ( 30) est montée sur ledit élé-

ment postérieur ( 7) à une distance de l'axe de pivotement en-

tre ledit élément postérieur ( 7) et ledit élément intermédiai-

re ( 8) qui est pratiquement égale au rayon de cette poulie ( 50), celleci étant avantageusement disposée sur la droite qui passe par cet axe de pivotement et par l'axe de pivotement dudit élément postérieur ( 7) sur l'embase ( 1); et en ce que le diamètre de cette deuxième poulie de renvoi ( 30) et l'axe

de pivotement du bras oscillant ( 32) sont respectivement dé-

terminés et disposés, par rapport à l'axe de pivotement entre l'élément postérieur ( 7) et l'élément intermédiaire ( 8), de manière aue, lorsque ledit élément intermédiaire ( 8) pivote sur ledit élément postérieur ( 7), il s'enroule ou se déroule respectivement sur ladite deuxième poulie ( 30) la longueur de fils ( 28, 33, 34) voulue pour que la tension de ces fils reste constante lorsque la distance comprise entre l'axe de

rotation de ladite deuxième poulie ( 30) et l'articulation en-

tre le bras oscillant ( 32) et la barrette ( 31) varie sous l'effet d'un déplacement de l'élément intermédiaire ( 8) par rapport à l'élément postérieur ( 7), c'est-à-dire que ladite

barrette ( 31) n'est pas déplacée longitudinalement par un pi-

votement de ces deux éléments ( 7, 8) l'un sur l'autre.

Mécanisme selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de la tige ( 47) de piston des divers vérins ( 46) du manipulateur

robot est inférieur au diamètre limite de résistance au flam-

bage d'une tige de piston libre classique, l'une des extrémi-

tés de cette tige ( 47) étant solidaire du piston ( 48) du vé-

rin ( 46) respectif et son autre extrémité étant solidaire d'un coulisseau ( 50), mobile (en 51) dans des glissières fixes ( 52), si bien que la surface de contact et donc le frottement entre ladite tige ( 47) et son presse-étoupe ( 49) sont rendus minimaux.

11 Mécanisme selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il présente un coussinet ( 60) à galets, dans le-

quel passe la tige ( 47) de piston et qui est disposé entre les points de fixation des deux extrémités de cette tige ( 47), ce coussinet ( 60) à galets étant assez long pour que la partie de ladite tige ( 47) qui s'y trouve agisse à tout moment comme

si elle y était retenue.