FR2521056A1 - Robot industriel - Google Patents

Abstract

ROBOT INDUSTRIEL DONT LA STRUCTURE EST ANALOGUE A CELLE DU BRAS HUMAIN ET COMPREND UNE PREMIERE PIECE D'ORIENTATION 28 CONSTITUANT L'ELEMENT DE BRAS SUPERIEUR, PIECE QUI EST ACCOUPLEE A UNE ARTICULATION D'EPAULE 24 ET A UN SUPPORT POUVANT TOURNER AUTOUR D'UN AXE VERTICAL ET QUI SUPPORTE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE ARTICULATION DE COUDE 70, UN ELEMENT 30 CONSTITUANT L'AVANT-BRAS DONT L'EXTREMITE LIBRE PORTE, PAR UNE ARTICULATION 36 FAISANT FONCTION D'ARTICULATION DE POIGNET, UNE UNITE DE PRISE A PINCES 14 POUVANT PIVOTER AUTOUR DE TROIS AXES ORTHOGONAUX.

Description

s 2521056

La présente invention est relative à un robot indus-

triel dont la structure comprend au moins un bras articulé

qui, en raison du nombre et de la disposition de ses dispo-

sitifs de commande de mouvement, de ses articulations et de ses éléments de bras accouplés pour produire les mouvements et de ses degrés de liberté dans ses mouvements, est très

analogue à un bras humain.

Un robot connu de ce type est par exemple le robot à un bras qui est construit et vendu sous la désignation IR D 1260 par la Société ELAC Ingenieurtechnik Gmb H et dont le bras articulé a jusqu'à six degrés de liberté au total.

Les unités de commande associées aux différentes arti-

culations ou aux différents axes de basculement sont conçues comme des unités de basculement qui comportent un cylindre hydraulique à piston rotatif, avec une servo-soupape, et

un système de mesure à angle de rotation.

Dans un mode de réalisation comportant une pince à l'extrémité libre du bras, ce robot peut être utilisé comme dispositif de positionnement permettant, à l'intérieur d'un espace limité par une sorte de calotte sphérique délimitée par l'angle de rotation maximal des articulations, de placer

une pièce à usiner dans n'importe quelle position.

L'inconvénient essentiel de ce robot industriel connu

consiste en ce que les dispositifs de commande des mouve-

ments de rotation associés aux différents axes doivent, pour que la durée des opérations de mise en place de la pièce soit assez courte, avoir une assez grande puissance car, lorsque le déplacement d'une pièce à usiner pour sa mise en position doit se faire par rotation autour de l'axe correspondant à son plus grand moment d'inertie, il peut provoquer, même pour une pièce d'un poids assez faible, le développement de forces d'inertie considérables, qui doivent être absorbées par les articulations ou les dispositifs de commande du robot, ce qui oblige, notamment au moment du freinage dans les mouvements de positionnement, à fournir

de gros efforts pour éviter avec certitude tout "déplace-

ment' de la position que la pièce à usiner doit venir occu-

per Il faut donc, pour donner à ce robot connu d'une part une rigidité suffisante empêchant toute torsion de son bras et d'autre part la possibilité de subir des accélérations

positives et négatives considérables permettant un position-

nement rapide et précis, employer beaucoup de matériel pour sa construction Le poids propre du bras articulé d'un robot de ce type connu calculé pour porter une charge utile déterminée représente donc plusieurs fois le poids de la

pièce à usiner.

Le but de l'invention est donc de permettre la réali-

sation d'un robot du type initialement défini qui, conçu pour manipuler une charge utile comparable à celle du robot connu, puisse remplir son office avec des dispositifs de commande beaucoup moins puissants et, dans l'ensemble, soit

de construction beaucoup plus légère.

Ce but est atteint, d'une manière simple, suivant l'in-

vention.

Selon l'invention, le robot est un robot à deux bras dans lequel, dans l'un des modes de réalisation o il est conçu comme un dispositif de positionnement, les deux bras sont munis d'une pince accouplée à l'élément de l'avant-bras par une articulation à trois axes dont les degrés de liberté

de pivotement et de rotation correspondent à ceux du poi-

gnet humain; de plus, l'un des deux bras au moins est accou-

plé, par une 'articulation d'épaule" également à trois axes, au corps du robot qui peut pivoter autour d'un axe vertical tandis que l'autre bras articulé s'articule sur cette colonne pivotante dans des conditions telles qu'il peut tourner

autour d'un axe horizontal.

Une pièce à usiner qui a, par exemple en raison de sa

forme allongée, un fort moment d'inertie autour d'axes per-

pendiculaires à son axe longitudinal, peut être saisie et -3 maintenue par le robot suivant l'invention en deux points

assez éloignés l'un de l'autre et être amenée, à l'inté-

rieur d'un large secteur d'un espace délimité à peu près

par une calotte sphérique et en suivant des trajets quel-

conques, d'une position de départ verticale, par exemple,

à une position finale ou prescrite horizontale sur la ma-

chine qui doit l'usiner Les mouvements que le robot sui-

vant l'invention peut faire exécuter à la pièce à usiner correspondent alors à ceux de la pièce directrice, libre de ses mouvements, d'un quadrilatère articulé qui est relié, par l'intermédiaire de joints à billes, à deux pièces directrices de longueur variable qui s'articulant, l'une par l'intermédiaire d'un axe de pivotement et l'autre par l'intermédiaire d'un joint à billes, sur un support qui, à son tour, est monté de manière à pouvoir tourner autour

d'un axe vertical.

L'avantage essentiel du robot qui fait l'objet de l'invention consiste en ce qu'en choisissant convenablement la distance des points o les pinces saisissent la pièce à usiner, on peut faire en sorte que le moment d'inertie intervenant dans un mouvement de rotation de la pièce à usiner reste nettement moindre que dans le cas du robot connu Comme comparaison, à titre d'exemple, on suppose -qu'un robot du type connu saisisse une pièce à usiner de masse m ayant la forme d'un long barreau cylindrique de section circulaire de longueur 1, au niveau de son centre de gravité et que le robot suivant l'invention la saisisse et la tienne dans des conditions telles que les pinces

soient chacune au 1 de la distance du centre de gravité.

Lorsque le robot de type connu fait tourner la pièce à

usiner autour d'un axe perpendiculaire à son axe longitu-

dinal, le moment d'inertie est de ml Par contre, lorsque

le même mouvement est effectué par le robot suivant l'in-

vention, le moment d'inertie égal à la somme des moments de moitiés de barres maintenues par les pinces rapporté

aux axes parallèles des pinces, n'est que de m 12/2.

Il en résulte, dans la plupart des cas que l'on ren-

contre en pratique, que dans le cas du robot suivant l'in-

vention la puissance nécessaire à la commande de ses deux bras articulés ne représente au total que la moitié de

celle qui est nécessaire au robot du type connu Les exi-

gences de construction imposées pour la stabilité et la

solidité du dispositif de bras articulé se trouvent rédui-

tes dans les mêmes proportions Le rapport entre la charge utile et le poids propre est donc beaucoup plus élevé pour

le robot suivant l'invention que pour le robot du type connu.

Dans un mode de réalisation du robot suivant l'inven-

tion, l'eàpace libre à l'intérieur duquel on peut manipu-

ler une pièce à usiner ou même une unité de travail, par exemple une machine à percer ou à fraiser, est beaucoup

plus grand L'accroissement de matériel nécessaire corres-

pondant deux dispositifs de pivotement supplémentaires au

maximum est faible.

Un mode de réalisation prévoit que les bras du robot ont des articulations du poignet et de l'épaule comportant trois axes, par exemple en coordonnées sphériques, ce qui permet une cinématique simple et facile à saisir qui rend possible une programmation simple, pour un dispositif à

commande numérique que l'on peut prévoir.

Selon une caractéristique on associe des dispositifs de commande de pivotement hydrauliques à une aile rotative ou à une enveloppe rotative, et les articulations à trois axes du poignet et de l'épaule des bras du robot peuvent être réalisées de telle manière que les axes d'articulation

se coupent au même point L'avantage de ce dispositif con-

siste en ce que, pour un encombrement réduit, les articula-

tions, qui présentent dans l'ensemble les propriétés d'un

joint à bille, permettent également des mouvements de ro-

tation importants autour des différents axes.

Selon une autre caractéristique, la réalisation est

simple et répond aux objectifs déjà indiqués de dispo-

sitifs de rotation à commande hydraulique qui sont réali-

sables en petites dimensions et permettent un réglage pré-

cis des déplacements angulaires de pivotement.

Il est également avantageux que les articulations des coudes des bras des robots soient également des moteurs hydrauliques pivotants comportant une enveloppe rotative montée entre les branches parallèles d'une fourche de la

pièce formant la partie supérieure du bras.

L'invention prévoit aussi des dispositifs de commande des mouvements de rotation qui, tout en permettant une construction simple, permettent de faire suivre à la pièce

à usiner ou à l'unité de travail des trajets très divers.

Lorsque l'appareil doit être employé dans le dernier cas envisagé, il est avantageux de construire un robot dans lequel les bras sont accouplés l'un à l'autre par un pont

qui supporte l'unité de travail.

Comme le robot suivant l'invention peut se contenter d'une puissance installée mindre, il est possible d'incorporer au corps

du robot lui-même le système d'alimentation électro-hydrau-

lique, notamment la pompe hydraulique et un moteur élec-

trique permettant de l'entraîner de même que, pour la com-

mande des mouvements du robot, une unité de commande CNC comportant un programme fixe ou associée à un ordinateur et pouvant être programmée On obtient ainsi un robot de

très faible encombrement et on augmente d'une manière consi-

dérable la variété de ses possibilités d'emploi.

D'autres particularités et caractéristiques de l'in-

vention sont mises en évidence ci-dessous dans la descrip-

tion d'un exemple de réalisation en se référant au dessin.

La figure 1 est une vue de face, schématique, d'un

robot industriel suivant l'invention.

La figure 2 est une vue latérale du robot qui est re-

présenté sur la figure 1 et dont le bras est plié.

Les figures 3 et 4 sont des coupes longitudinales partielles de dispositifs de commande hydraulique des mouvements de pivotement dans le robot représenté par les

figures 1 et 2.

Les figures 5 a à Sc représentent schématiquement dif-

férents stades du fonctionnement du dispositif de commande des mouvements de pivotement représenté par la figure 3, de manière à en expliquer le fonctionnement dans le robot

suivant l'invention.

Dans l'exemple de réalisation, représenté par les fi-

gures 1 et 2, les bras articulés 11 et 12 du robot 10 comportent respectivement des pinces 13 et 14 qui peuvent saisir une pièce à usiner quelconque 16 constituée, par

exemple, par un arbre qu'elles tiennent en des points si-

tués à une assez grande distance l'un de l'autre.

Sous la forme représentée par les figures 1 et 2, le robot 10 est utilisable sans limitation, notamment polur le

positionnement de la pièce à usiner 16 devant un disposi-

tif d'usinage, par exemple devant une machine à fraiser ou à meuler, cette pièce à usiner 16 étant présentée, au moyen d'un dispositif placé en avant du robot 10, dans une position de sortie et le robot ayant à amener la pièce à usiner dans une position définie qu'il doit occuper par rapport au dispositif effectuant l'usinage Pour simplifier,

on n'a pas représenté ces dispositifs complémentaires.

En ce qui concerne la forme, la disposition et le nom-

bre des degrés de liberté de mouvement des deux bras arti-

culés 11 et 12, c'est-à-dire des pinces 13 et 14, le robot

fonctionne d'une manière très analogue à celle des or-

ganes du mouvement chez l'homme, de sorte que, pour faci-

liter les explications, on utilisera, dans la description

ci-dessous du robot 10, des expressions analogues aux dési-

gnations anatomiques habituelles.

Le corps du rotor 10 est constitué par une armoire ver-

ticale 17 ayant la forme d'un cadre stable allongé dans le sens vertical et comportant un pied 19 monté sur un socle

18 de manière à pouvoir tourner, sous l'action d'un mé-

canisme de commande, autour de son axe vertical central 20.

Un dispositif de commande hydraulique ou électrique assu-

rant cette rotation est désigné par la référence 21 Ce dis-

positif de commande 21 comprend par exemple un moteur d'en- trainement qui est monté à la partie inférieure du corps de

robot 17 et dont l'arbre de travail porte un pignon engre-

nant avec une roue dentée du socle 18.

La partie supérieure du corps de robot 17 est consti-

tuée par un support d'articulation d'épaule 22 en forme de caisson, sur lequel s'articulent, au moyen d'articulations d'épaule à trois axes désignées par les références 23 et 24, les deux bras articulés 11 et 12 de manière à pouvoir tourner autour d'un axe horizontal commun 26 coupant l'axe

supérieur 20 du robot.

Dans sa position'de repos, représentée par la figure 1, dans laquelle ses deux bras tendus 11 et 12 pendent vers le bas, le robot 10 est symétrique par rapport à son plan médian longitudinal qui est perpendiculaire à l'axe de

pivotement horizontal 26 et contient l'axe élevé central 20.

Les deux bras articulés 11 et 12 comportent chacun un

élément de bras supérieur 27 ou 28 et un élément d'avant-

bras 29 ou 30 qui sont reliés les uns aux autres respecti-

vement par des articulations de coude à un axe 31 ou 32, dont les axes d'articulation 33 et 34 se trouvent, dans la position de repos du robot 10, dans l'alignement l'un de l'autre. Les pinces 14 et 13 sont reliées par des poignets à trois axes désignés par les références 36 et 57, dont la

structure est essentiellement analogue à celle des articu-

lations d'épaule 24 et 23, aux éléments d'avant-bras 30 et

29 des deux bras articulés 12 ou 11.

Il y a lieu de décrire d'abord, en prenant comme exem-

ple le bras articulé 12 représenté sur la figure 1, le mode de construction des articulations d'épaule, de coude et de

poignet 23 et 26, 32 et 33, 36 et 37.

L'articulation d'épaule 26 comprend trois dispositifs

de commande hydraulique 38, 39 et 41 qui font tourner res-

pectivement l'élément de bras supérieur 28 et, avec lui,

s l'ensemble du bras articulé 12 autour de l'axe de pivote-

ment horizontal 26 du premier moteur hydraulique 38, l'axe de pivotement 42 (Figure 2) du deuxième moteur hydraulique 39, perpendiculaire au premier axe, et l'axe de pivotement

43 du troisième moteur 41, perpendiculaire à l'axe précé-

dent, qui coïncide avec l'axe longitudinal central de l'é-

lément de bras supérieur 28 La disposition et le mode de montage de ces dispositifs de commande 38, 39 et 41 sont

choisis de telle manière que les axes de pivotement cor-

respondants 26, 42 et 43 se coupent en un méme point 44 De ce fait, l'articulation d'épaule présente, au moins dans une zone limitée d'angles solides, les propriétés d'un joint à bille, ce qui simplifie d'une manière avantageuse

la cinématique du bras articulé 12.

Le premier dispositif de commande de pivotement 38 est constitué par un moteur hydraulique à aube rotative dont

le mode de construction spécial, avec les détails corres-

pondants, est indiqué par la figure 3 L'enveloppe 46 de ce premier moteur hydraulique à aube rotative 38 est solidement ancrée dans le support d'articulation d'épaule 22, l'axe de son arbre d'entraînement 48 relié à l'aube rotative 47 marquant l'axe horizontal de pivotement 26 L'arbre de

transmission 48 de ce premier dispositif de commande de pi-

votement 38 qui sort latéralement du support d'articulation d'épaule 22 est relié solidement à la traverse 49 d'une fourche 51 en forme de U dont les deux joues ou mâchoires

parallèles 52 et 53 portent, monté dans un palier, le mo-

teur hydraulique constituant le deuxième dispositif 39 de commande de pivotement dont le mode de construction est

indiqué par la figure 4 A la différence du moteur hydrau-

lique 38 représenté sur la figure 3, le moteur hydraulique 39 a une aile fixe par rapport aux joues 52 et 53 et, de ce fait, une enveloppe tournante 56 dont l'axe de rotation

marque l'axe 42 perpendiculaire à l'axe de pivotement hori-

zontal 26.

Le troisième dispositif de commande de pivotement 41

de l'articulation d'épaule 26 ' est encore un moteur hydrau-

lique à aube rotative, du type représenté sur la figure 3,

dont l'enveloppe est reliée, sans pouvoir tourner, à l'en-

veloppe 56 du deuxième moteur hydraulique 39 de telle manière que l'axe de rotation 43 de son aube rotative 47 coupe à

angle droit l'axe de rotation 42 de l'enveloppe 56 du deu-

xième moteur de pivotement hydraulique 39 et passe égale-

ment par son point d'intersection 44 avec l'axe de pivote-

ment horizontal 26.

Pour obtenir, dans le premier moteur hydraulique 38 à aube rotative, une diminution de la charge des paliers 57

et 58 de son aube rotative 47, la fourche 51 reliée, de ma-

nière à ne pas pouvoir tourner, à l'arbre de transmission 48 est en plus montée, de manière à pouvoir tourner, au

moyen d'un élément tubulaire 59 cylindrique enserrant l'en-

veloppe 46 du moteur hydraulique de pivotement 38 sur une partie de sa longueur, sur deux paliers fixes 61 et 62 du support d'articulation d'épaule 22 qui sont des coussinets

à galets.

L'élément de bras supérieur 28 du bras articulé 12 est formé, dans la zone de l'articulation du coude 31, par un

profil en U élargi qui est relié de manière à ne pas pou-

voir tourner, au moyen de la plaque frontale terminale 63,

à l'arbre de transmission du troisième dispositif de comman-

de de pivotement 41 L'articulation de coude 32 est encore un moteur hydraulique de pivotement comportant une enveloppe pivotante dont le mode de construction correspond à celui du deuxième dispositif de commande de pivotement 39 de

l'articulation d'épaule 26 et dont l'enveloppe 64 est mon-

tée, suivant une disposition indiquée par la figure 1, de manière à pouvoir tourner autour de l'axe 34, sur les deux

branches parallèles 65 et 70 de la partie élargie du pro-

fil en U de l'élément d'avant-bras 28.

L'avant-bras 30 du bras pivotant 12 est formé par un tube fixe qui s'étend radialement par rapport au bottier 64 du moteur hydraulique 32, tube dont le diamètre extérieur

est un peu plus petit que la dimension du profilé consti-

tutif du bras 28 de sorte que le tube 30 peut entrer dans

le profilé 28 lors d'un pivotement de l'avant-bras.

Le mode de construction de l'articulation de poignet

36 constituée par trois dispositifs de commande de pivote-

ment 66, 67 et 68 est très analogue à celui de l'articula-

tion d'épaule 26 Son premier dispositif de commande de pivotement, 66, est encore un moteur hydraulique à aube

rotative du type représenté par la figure 3, l'axe de rota-

tion de son aube rotative 47 étant dans le prolongement de

l'axe horizontal central 69 de l'élément d'avant-bras 30.

Le deuxième dispositif de commande de pivotement 67 est encore du type représenté par la figure 4 et comporte une

aile fixe 54 et une enveloppe 56 pouvant pivoter et tour-

ner qui se trouve ici montée sur paliers entre les machoi-

res parallèles 71 et 72 d'une fourche à paliers 73 en forme de U dont la traverse 74 est reliée, de manière à ne pas pouvoir tourner, à l'arbre de transmission 48 du premier moteur hydraulique à l'aube rotative 66 L'axe de rotation 76 du deuxième moteur hydraulique 67 est perpendiculaire à l'axe de pivotement 69 du premier moteur hydraulique 66 et

le coupe au point 77.

Le troisième dispositif de commande de pivotement 68, pour le poignet 36, est encore un moteur hydraulique du type représenté sur la figure 3, dont l'enveloppe 78 est fixée à l'enveloppe 56, susceptible de tourner, du deuxième dispositif de commande de pivotement 67 et dont l'axe de rotation 78 est perpendiculaire à l'axe de rotation 76 du deuxième dispositif de commande de pivotement et passe également par le point d'intersection 77, avec l'axe de pivotement 69 du premier dispositif de commande 66 de

l'articulation de poignet 36.

La pince 14 est accouplée à l'arbre de transmission du troisième dispositif de commande de pivotement 68 du poignet de manière à ne pas pouvoir tourner par rapport

à lui.

Les moteurs hydrauliques à aube rotative 38 et 41, 66 et 68, montés dans les articulations d'épaule 23 et 26 et dans les articulations de poignet 36 et 37, présentent davantage la structure mise en évidence par la figure 3, que l'on peut décrire par l'exemple du moteur 38 Dans ce moteur l'enveloppe 46 de l'aube rotative 47 qui présente en coupe la forme d'un secteur, et la paroi de séparation radiale 81, qui présente également en coupe la forme d'un

secteur, délimitent l'une par rapport à l'autre deux en-

ceintes à pression dont la mise en liaison alternative avec

la sortie sous pression (P) ou le réservoir (T) d'un dispo-

sitif, non représenté, fournit la pression pour l'aube ro-

tative qui peut être poussée alternativement dans l'une ou l'autre de deux positions L'arbre de l'aube rotative 47 sortant d'un c 8 té, comme l'arbre de transmission, 48, de l'enveloppe 46 du moteur hydraulique 38 est monté, par des paliers, sur une plaque frontale d'extrémité massive, de manière à pouvoir tourner autour de-son axe longitudinal

central qui marque les axes de pivotement 26 et 43 des ar-

ticulations d'épaule 23 ou 24 correspondantes ou les axes de pivotement 69 et 79 des articulations de poignet 36 ou 37 correspondantes Pour pouvoir placer l'aube rotative, 47, sous l'action de la charge agissant chaque fois sur son arbre de travail 48, dans la position de rotation prévue

et la maintenir dans cette position, on utilise un dispo-

sitif de réglage, désigné dans son ensemble par la référence 84, qui permet aussi bien de fixer la valeur théorique voulue correspondant à la position de pivotement que doit occuper l'aube rotative 47 ou l'élément de bras ou la

pince 13 ou 14 auxquels elle est associée que la stabili-

sation de cette position de pivotement par un réglage con-

venable des pressions dans les enceintes à pression du mo-

teur hydraulique 38. L'une des parties essentielles pour le fonctionnement

de ce dispositif de réglage 84 est constituée par un dis-

tributeur de réglage, spécialement un distributeur à 4/3, désigné par la référence 86, qui est représenté sur les

figures 5 a à 5 c dans ses différentes positions de fonction-

nement possibles.

Dans le cas d'une première position de passage, dési-

gnée par la référence I, du distributeur de réglage 86, l'une des enceintes à pression 88 du moteur hydraulique 38 est reliée, par le trajet d'écoulement, indiqué par la flèche 87, au côté haute pression de la pompe et l'autre enceinte à pression 91 du moteur hydraulique 38 est reliée,

par le trajet d'écoulement du distributeur de réglage in-

diqué par la flèche 89, au réservoir du système fournissant

la pression hydraulique L'aube rotative 47 du moteur hy-

draulique 38 est, dans ce cas, sollicitée dans le sens de

rotation indiqué par la flèche 92.

Dans le cas de la position de fonctionnement du dis-

tributeur de réglage 86 représenté à la fig 5 b par 0,les deux enceintes à pression 88 et 91 du moteur hydraulique 38 sont isolées du réservoir sous pression hydraulique et de la pompe de sorte que l'aube rotative 47 reste au moins

dans la mesure o des pertes par fuite sont exclues ou né-

gligeables dans la position de pivotement dans laquelle

elle s'est placée.

Dans le cas de la deuxième position de passage de la soupape du distributeur 86, désignée sur la figure 5 c par

la référence II, l'enceinte à pression 91 du moteur hydrau-

lique 38 est reliée, par le trajet d'écoulement de ce dis-

buteur 86 indiqué par la flèche 92, à la sortie sous pression de la pompe et l'autre enceinte à pression 88 du moteur hydraulique 38 est reliée, par le trajet d'écoulement du distributeur de réglage 86 indiqué par la flèche 93, au

récipient du système fournissant la pression.

L'aube rotative 47 est sollicitée, dans ce cas, dans

le sens de rotation indiqué par la flèche 94.

Pour que le distributeur de réglage 86 puisse fonc-

* tionner de cette manière, l'installation comporte, dans son cadre, au total quatre soupapes à siège 96 et 97, 98 et 99, qui sont montées dans une enveloppe commune 101 dans

les conditions indiquées par la figure 3.

Les soupapes 96 à 99 comportent chacune un corps de soupape 102 ayant essentiellement la forme d'un tronc de

cône et un siège de soupape annulaire 103 fixé à l'enve-

loppe Des ressorts de pression à enroulement 104 poussent ces corps de soupape 102 dans la position de fermeture des

soupapes 96 à 99 Les soupapes 96 à 99 sont disposées sy-

métriquement par rapport au plan médian transversal 106

de l'ensemble 101 de la soupape de réglage 86 orienté per-

pendiculairement à l'axe central 26 ou 43 ou 69 ou 78 du moteur hydraulique correspondant, les corps de soupape 102

des soupapes 96 et 99 ou 98 situées l'une en face de l'au-

tre par rapport à ce plan médian transversal 106 pouvant se

déplacer en étant guidées le long d'un axe 107 ou 108 pa-

rallèle à l'axe longitudinal du dispositif de commande de

pivotement 38.

Dans le cas de la position de fermeture du distribu-

teur de réglage 86, qui correspond à la position neutre de la figure 5 b, toutes les soupapes à siège 96 à 99 sont fermées et les corps de soupapes 102 prennent appui chacun,

par l'intermédiaire de goupilles 109, sur un organe de ma-

noeuvre 111 en forme de bride radiale qui est monté dans l'enveloppe 101 de manière à pouvoir se déplacer suivant

un mouvement de va-et-vient dans le sens de son axe lon-

gitudinal L'organe de manoeuvre 111 est solidement monté sur une enveloppe tubulaire 112 qui est guidée de manière à se déplacer dans un mouvement de va-et-vient dans une chambre centrale 113 du bloc d'enveloppe 101 de la soupape

de réglage 86 dans le sens de son axe central Cette enve-

loppe 112 contient un support de broche 114 de forme tubu-

laire allongée qui est monté sur paliers de manière à pou-

voir tourner et dont le filetage 116 est en prise, par l'in-

termédiaire de billes tournantes 117, avec le filetage 118

d'une broche 119 qui, dans l'exemple de réalisation repré-

senté, constitue un prolongement axial de l'arbre 48 de l'aile rotative 47 du moteur hydraulique 38 et est reliée solidement à cet arbre L'enveloppe 112 qui porte l'organe

de commande 111 se prolonge entre les anneaux de palier in-

térieurs 121 et 122 de paliers de roulement à billes axiaux 123 et 124 dont les anneaux de palier extérieurs 126 et 127 sont montés, dans le mode de réalisation représenté par

la figure 3, de manière à ne pouvoir ni se déplacer ni tour-

ner, sur le support de broche 114 De ce fait, l'enveloppe 112 et, parconséquent, l'organe de commande Y 11, peuvent suivre des déplacements du support de broche 114 dans le

sens axial qui sont provoqués par une rotation de ce sup-

port ou de la broche 119 sans tourner eux-même en même temps que le support de broche 114 Le support de broche 114 est

accouplé directement ou, comme le montre la figure, indirec-

tement, par l'intermédiaire d'un engrenage de forme conve-

nable, à l'arbre d'entraînement 128 d'un moteur graduel 129 dont la commande électrique orientée fait tourner le support

de broche 114 d'angles déterminés et fixés à l'avance.

Lorsque le support de broche 114 tourne d'un angle dé-

terminé R dans le sens des aiguilles d'une montre, dans la direction de la flèche 131, il en résulte d'abord que l'organe de commande 111 se déplace dans le sens axial dans

la direction de la flèche 132, de sorte que les deux soupa-

pes 96 et 97 qui, comme le montre la figure 3, se trouvent dans la partie gauche de l'enveloppe de soupape 101, s 'ouvrent tandis que les soupapes 98 et 99, situées dans la partie droite de l'enveloppe de soupape 101, restent fermées Le distributeur de réglage 86 se trouve alors dans la première position de passage 1, indiquée sur la figure 5 a, dans laquelle l'une des enceintes à pression 88 du moteur hydraulique à aube rotative 38 est reliée, par le trajet d'écoulement 87 ouvert, à la sortie à haute pression de la pompe et dans laquelle l'autre enceinte à pression 91 du moteur hydraulique à l'aube rotative 38 est reliée au

réservoir du système fournissant la pression L'aube pivo-

tante 47 du moteur hydraulique 38 tourne alors dans le sens des aiguilles d'une montre dans la direction de la flèche

92 (Figure 5 a), ce qui a pour effet qu'en raison de l'ac-

tion mécanique ou de l'accouplement assurés par le disposi-

tif à broche 116, 119, l'organe de commande 111 reprend sa position neutre indiquée par la figure 3 précisément lorsque l'angle de pivotement de l'aube rotative 47 correspond à l'angle de rotation it R dont le support de broche 114 a

tourné sous l'impulsion du moteur graduel 129.

La fixation, par le moteur graduel, de l'angle de pivo-

tement de broche 114, entraîne la fixation de la valeur que

doit avoir l'angle de pivotement que le dispositif de com-

mande du pivotement 38 doit faire effectuer Si maintenant, par exemple sous l'action d'une charge agissant sur l'arbre d'entraînement 48, l'aube rotative 47, après avoir atteint la position de rotation qu'elle doit occuper en liaison avec la position neutre (Figure 5) du distributeur de réglage 86, continue à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre,

l'organe de commande 111 se déplace, à cause de l'accouple-

ment mécanique réalisé par le système à broche 114, 119, avec l'aube rotative 47, dans la direction de la flèche 133, de sorte que les soupapes à siège 98 et 99 se déplacent dans leur position d'ouverture et que le distributeur de réglage 86 prend sa position de fonctionnement, indiquée par la figure 5 a, dans laquelle l'aube rotative 47 est sollicitée dans le sens de rotation inverse indiqué par la flèche 94 La rotation en arrière de l'aube 47 qui en

résulte s'arrête dès que l'organe de commande 111 du dis-

tributeur de réglage 86 a atteint la position neutre indi-

quée Dar la figure 3 ou par la figure 5 b. Le distributeur de réglage 86 agit comme un organe de réglage par analogie à fonctionnement mécanohydraulique qui, quelle que soit la nature des grandeurs perturbatrices qui peuvent provoquer un écart de la position atteinte par l'aube rotative 47 par rapport à la position qu'elle doit venir occuper, permet une régularisation efficace de ces grandeurs perturbatrices; la fréquence de réglage f r de l'organe de réglage par analogie est élevée, ce qui est un avantage, du fait que le système à broche 114, 119 assure une liaison directe de rappel entre la position de l'aube et celle de l'organe de commande 111; elle atteint 500 s-1 dans les cas normaux et peut être encore plus élevée dans

des cas favorables.

C'est également vrai, évidemment, pour le dispositif hydraulique de commande de pivotement représenté par la

figure 4, comportant une enveloppe qui tourne et est incor-

porée à l'articulation d'épaule 26, à l'articulation de poi-

gnet 36 et-à l'articulation de coude 32 du bras articulé 12.

Dans le cas du dispositif de commuande hydraulique re-

présenté par la figure 4, la fixation de la valeur théorique correspondant à l'angle de pivotement voulu et le réglage

de grandeurs perturbatrices influant sur la position de ro-

tation de l'enveloppe 56 s'effectuent, exactement comme dans le dispositif de commande de pivotement 38 décrit par la figure 3, au moyen d'un dispositif de réglage 84 qui, par

sa structure et son fonctionnement, est identique au dispo-

sitif représenté par la figure 3, de sorte que pour éviter des répétitions il y a lieu de se reporter aux explications

déjà données Les éléments de construction et le fonctionne-

ment des dispositifs de réglage 84 et de leurs distributeurs de réglage sont indiquées, sur les figures 3 et 4, par les

mêmes références.

Pour que le distributeur de réglage 86 soit utilisé dans les meilleures conditions, son enveloppe tournante 56 est, dans le dispositif de commande de pivotement 39 repré- senté par la figure 4, reliée sans pouvoir tourner à la broche 119 du distributeur de réglage 86 Cette enveloppe est, dans le dispositif représenté sur la figure 4, montée

dans des paliers, sur une fourche 51 ayant en coupe longi-

tudinale la forme d'un U, de manière à pouvoir tourner autour de l'axe 42 Cette fourche à paliers 51 est reliée solidement, par l'une de ses joues 53 sur la figure 4, à l'enveloppe 101 de la soupape de réglage 86 L'aube 54 du dispositif de commande de pivotement 39 est montée sur un arbre fixe 134 qui est relié solidement d'un côté avec la joue extérieure droite 52 de la fourche 51, à la figure 4, et dont le secteur d'extrémité intérieur 136 porte, montée sur des paliers, l'enveloppe tournante 56 avec l'une de ses parois frontales d'extrémité 137 et une enveloppe de palier 138 en forme de pot reliant cette paroi à la broche 114, et dont l'autre secteur extérieur 139, voisin des joues 52, porte, montée sur des paliers, l'enveloppe tournante 56 avec sa paroi frontale extérieure 141 qui prend appui en plus, par l'intermédiaire d'un roulement à billes axial 142, sur la surface intérieure de la joue 52 Par l'intermédiaire d'un deuxième roulement à billes axial 143, l'enveloppe 56 prend appui également dans le sens radial par l'intermédiaire

de l'enveloppe de palier 138 sur l'enveloppe 101 du distri-

buteur de réglage 86 Les conduites sous pression 144 et 146

permettant de relier alternativement les enceintes à pres-

sion du moteur hydraulique 39 à la pompe ou au réservoir du système fournissant la pression hydraulique ont, comme l'indique la figure 4, un trajet qui les fait passer dans la traverse 49 et dans la joue extérieure 52 de la fourche 51 et dans l'arbre 134 qui leur est solidement relié et elles aboutissent au niveau des surfaces radiales opposées de

l'aube 54 du moteur hydraulique 39.

On comprend qu'au lieu de moteurs hydrauliques 38 ou 39 comportant chacun une aube rotative ou fixe 47 ou 54 on puisse utiliser également, pour la réalisation des arti-

culations des bras de robot 11 et 12, des moteurs hydrau-

liques comportant deux aubes rotatives ou fixes situées

l'une en face de l'autre La diminution de l'axe de pivo-

tement maximal qui en résulte, jusqu'à une valeur de 1200, au maximum 140 , peut être envisagée au moins dans la zone

des articulations d'épaule 23 et 24 pour les moteurs hydrau-

liques 59 correspondants et pour les moteurs hydrauliques 39 qui leur sont accouplés et qui doivent fournir les plus gros efforts Il en est de même pour les dispositifs de comnmande de pivotement 31 et 32 utilisés comme articulations

de coude Par contre, il est préférable que les moteurs hy-

drauliques 66, 67 et 68, des articulations de poignets 36

et 37,aient des angles de pivotement aussi grands que pos-

sible et, par conséquent, soient des moteurs hydrauliques à une seule aube La grande souplesse de mouvements qui en

résulte pour les articulations de poignets 36 et 37 consti-

tue alors un avantage lorsque la pièce à usiner qui doit âtre déplacée par le robot a une forme qui permet aux pinces 13 et 14 des bras articulés 11 et 12 de la saisir d'une

manière symétrique.

Du fait que le robot suivant l'invention 10 a deux bras dont les pinces 13 et 14 peuvent saisir une pièce à usiner 16 et la tenir en des points très éloignés l'un de l'autre, les rapports de bras de levier, pour le démarrage et le freinage des mouvements de rotation de la pièce à usiner 16 qui s'effectuent autour de son axe correspondant

à son plus grand moment d'inertie>sdnt beaucoup plus favo-

rables que dans le cas d'un robot à un seul bras dans lequel des mouvements de ce genre doivent être effectués et arrêtés par une seule articulation de pivotement d'extrémité 66, 67 et 68 des articulations de poignets 36 et 37 des bras de robot 11 et 12, conçus de manière à fournir des efforts assez faibles et donc de construction plus légère Pour une course donnée, le rotor à deux bras 10 a besoin d'une puissance installée moindre qu'un robot à un bras compara- ble et est également plus léger La valeur de la puissance qu'il faut installer et qui est essentiellement déterminée

par le taux de consommation de courant d'un moteur électri-

que utilisé pour faire fonctionner la pompe à haute pres-

sion du système fournissant la pression hydraulique peut

être évaluée de la manière suivante.

On suppose que les deux bras articulés 11 et 12,tout

en restant tendus, tournent de 900 sous l'action des dis-

positifs de commande de pivotement 59 des articulations

d'épaule, que le poids maximal de la pièce à usiner 16 por-

tée par les bras articulés 11 et 12 soit de 2000 N et que le poids des bras articulés 11 et 12, uniformément réparti sur toute leur longueur, supposée mesurée égale à 2 m entre l'axe de pivotement 26 et l'axe longitudinal de la

pièce à usiner, soit pour chacun de 1000 N On suppose éga-

lement que les deux dispositifs de commande de pivotement 59 soient des moteurs hydrauliques à deux aubes}que la surface de chaque aube soit de 50 cm et que la distance de chacun des centres de gravité des surfaces des aubes à l'axe de pivotement 26 soit de 4 cm Le volume balayé par les deux dispositifs de pivotement 59 dans une rotation de 900 est de 1256 cm 3 On suppose de plus que le mouvement de pivotement s'effectue avec une vitesse périphérique de -1 2 m S La consommation d'huile rapportée à une minute, Q. est de 48 1/min Pour une pression d'alimentation de 100 bar, on adans ces conditions, la relation QP P = _ 62 v 612 rt 2 u expression dans laquelle tf désigne le taux de rendement hydraulique global, dont on admet qu'il est de 0,8, et la

puissance installée est de 9,8 kw.

Dans les conditions indiquées ci-dessus, chacun des dispositifs de commande de pivotement 59 fournit un moment de travail de 4000 Nm et le moment d'inertie rapporté à

l'axe de pivotement horizontal 26, qui résulte de la répar-

tition des masses des bras articulés 11 et 12 et des par-

ties de la charge qu'ils supportent, est dans chaque cas de 600 Nms L'accélération angulaire qui en résulte dans le cas d'une pression d'alimentation p de 100 barsest alors de 6,67 S 2, ce qui correspond, pour une longueur -2 de bras de 2 m, à une accélération périphérique de 13,3 ms

Du fait que la puissance à installer présente l'avan-

tage d'être réduite, les installations électriques et hy-

drauliques nécessaires peuvent sans difficulté être logées dans la partie supérieure du corps du robot 17 voisine du support d'articulation d'épaule 22, de sorte qu'il reste dans la partie inférieure du corps du robot assez de place

pour une installation de commande électronique des mouve-

ments des bras articulés 11 et 12.

Le robot 10 décrit ci-dessus en insistant spécialement sur son emploi comme organe de positionnement peut être transformé par des moyens simples en organe de travail Il

suffit pour cela que les arbres d'entraînement des disposi-

tifs de pivotement d'extrémité 68 des articulations de poi-

gnets 13 et 14 soient reliés rigidement l'un à l'autre

par une traverse qui porte une ou plusieurs unités de tra-

vail, par exemple une machine à souder par points ou une machine à percer ou à fileter, avec lesquelles on puisse

effectuer, successivement ou simultanément différentes opé-

rations sur une même pièce à usiner.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Robot industriel comprenant au moins un bras ar-

ticulé dont la structure, en raison du nombre et de la disposition des articulations de pivotement et de rotation et des éléments de bras ou des dispositifs de prise qu'elles relient, est très analogue à celle du bras humain, uhe première pièce d'orientation, constituant l'élément de bras supérieur, étant accouplée à une articulation d'épaule et à un support pouvant tourner autour d'un axe vertical et,

par l'intermédiaire d'une articulation de coude, à un élé-

ment constituant l'avant-bras, son extrémité libre portant, par l'intermédiaire d'une articulation faisant fonction

d'articulation de poignet, une unité de fonctionnement-

unité de prise à pinces ou unité de travail pouvant pi-

voter autour de trois axes orthogonaux qui, sous l'action combinée de dispositifs hydrauliques qui commandent les

mouvements de pivotement des éléments de bras et d'arti-

culations accouplés ensemble et constituent chacun des

articulations de pivotement ou de rotation, peut être pla-

cée dans n'importe quelle position à l'intérieur d'un vo-

lume limité, caractérisé en ce que le robot ( 10) comprend deux bras articulés ( 11) et ( 12) qui sont montés de manière à pouvoir tourner autour d'un axe horizontal commun ( 26) sur un support d'articulation d'épaule ( 22) d'un corps de robot ( 17) pouvant tourner autour d'un axe vertical ( 20), en ce que l'articulation d'épaule ( 24) de l'un des bras

articulés ( 12) comporte trois axes, avec des axes de pivo-

tement ou de rotation perpendiculaires deux à deux les uns aux autres, en ce que l'autre bras articulé ( 11) comporte également deux éléments ( 27) et ( 29) constituant un bras supérieur et un 7 avant-bras et accouplés l'un à l'autre par une articulation de coude ( 31) et est muni de dispositifs d'articulation ( 37) dont le fonctionnement correspond à celui d'un dispositif d'articulation de poignet ( 36) du premier bras articulé ( 12) et par l'intermédiaire desquels un deuxième organe de prise ( 13) ou une deuxième unité de travail est reliée par une articulation à l'élément ( 29) constituant l'avant-bras, ce deuxième bras articulé ( 11) comportant également des dispositifs hydrauliques de commande des mouvements de pivotement utilisant le degré de liberté d'articulation ou de mouvement des éléments et

permettant de fixer leur position prescrite après rotation.

2 Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation d'épaule ( 23) du deuxième bras articulé ( 11) comporte également plusieurs axes, de préférence

trois axes.

3 Robot selon l'une des revendications 1 ou 2, ca-

ractérisé en ce que les axes d'articulation des articula-

tions triaxiales d'épaules ou de poignets 23 et 24 ou 36 et 37 des deux bras articulés ( 11) et ( 12) passent par un

point d'intersection commun.

4 Robot selon la revendication 3 dans lequel les dispositifs de commande des articulations sont des moteurs hydrauliques à pivotement, caractérisé en ce que les articulations d'épaule ou de poignet ( 23 et 24 ou 36 et 37) à trois axes comprennent chacune un moteur hydraulique à pivotement ( 39 ou 67) comportant une aube fixe ( 54) et une enveloppe tournante ( 56) qui porte un moteur hydraulique à pivotement ( 41 ou 68) à aube rotative ( 47), en ce que le bati d'aile du moteur hydraulique ( 39 ou 67) à aube fixe

( 54) est relié à l'arbre de commande ( 48) d'un moteur hy-

draulique à pivotement ( 38 ou 66) à aube pivotante 47 dont l'enveloppe ( 46) est reliée sans pouvoir tourner au support d'articulation d'épaule tournant ( 22) du corps de robot ( 21, 22) ou à l'élément constituant l'avant-bras ( 29 ou 30) du bras articulé correspondant ( 11 ou 12) et en ce que les axes ( 26 et 43 ou 69 et 78) des arbres d'entraînement ( 48) de moteurs hydrauliques à aubes rotatives ( 38 et 41 ou 66 et 68) sont dans un même plan et coupent l'axe de rotation ( 42 ou 76) du moteur hydraulique ( 39) ou ( 67) à aube fixe

( 54).

Robot selon l'une des revendications-l à 4, ca-

ractérisé en ce que les moteurs hydrauliques de pivotement commandant les articulations sont munis d'un distributeur

de réglage ( 86) associé à un dispositif de mesure à bro-

che, d'enregistrement et de fixation, par un moteur nraduel, de la valeur correspondant à un angle de rotation prescrit, les trajets d'écoulement des distributeurs de réglage ( 86) pouvant être ouverts ou fermés par des soupapes à siège ( 96

à 99) qui sont fermées dans une position de repos et peu-

vent être commandées deux à deux par un organe de commande ( 111) monté sur le support de broche ( 114) pour se placer

alternativement dans leur position d'ouverture de telle ma-

nière qu'une enceinte à pression du moteur hydraulique de pivotement soit reliée au c 6 té haute pression de la pompe et que l'autre enceinte à pression soit reliée au réservoir du système fournissant la pression hydraulique, en ce que

les moteurs hydrauliques de pivotement ( 39) ou ( 67) à enve-

loppe tournante ( 56) sont montés sur des fourches ( 51) com-

portant des joues ou machoires parallèles ( 52 et 53) entre

lesquelles l'enveloppe ( 56) du moteur de pivotement corres-

pondant est montée de manière à pouvoir tourner sur les paliers et en ce que les conduites d'huile de pression ( 144 et 146) débouchant dans les enceintes à pression de ces moteurs, vers leurs aubes ( 47), en suivant un trajet passant

par la fourche à paliers ( 51) et par les joues ( 52) oppo-

sées au distributeur de réglage ( 86) pour aboutir aux aubes

( 47) des moteurs hydrauliques.

6 Robot selon l'une des revendications 1 à 5, carac-

térisé en ce que les articulations de coude ( 32 et 33) sont

des moteurs hydrauliques pivotant à enveloppe tournante ( 56).

7 Robot selon l'une des revendications 1 à 6, carac-

térisé en ce que l'angle de pivotement des articulations de coude ( 31 et 32) des bras articulés ( 11 et 12) est d'au

moins 1200.

8 Robot selon l'une des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce que l'angle de pivotement des éléments

( 27 et 28) constituant la partie supérieure des bras arti-

culés ( 11 et 12) autour de leur axe de pivotement commun

( 26) est d'au moins 90 .

9 Robot selon l'une des revendications 1 à 8, carac-

térisé en ce que les angles de pivotement des moteurs hy-

drauliques de pivotement constituant le dispositif d'arti-

culation ( 36 ou 37) des bras articulés ( 11 ou 12) est d'au

moins 1800.

10 Robot selon l'une des revendications 1 à 9, carac-

térisé en ce que les arbres de commande ( 48) des disposi-

tifs d'entraînement d'extrémité ( 68) des articulations de poignets ( 36 et 37) des deux bras articulés ( 11 et 12) sont reliés rigidement l'un à l'autre par une traverse et que

l'on peut monter sur cette traverse des outils ou des orga-

nes de travail conçus pour différentes opérations, par exemple une machine à percer, une machine à fileter et/ou une machine à fraiser, disposés à une certaine distance

les uns à côté des autres.

11 Robot selon l'une des revendications 1 à 10, carac-

térisé en-ce que le système d'alimentation électro-hydrauli-

que de la pompe hydraulique du robot et son moteur d'en-

traînement électrique sont logés-dans le corps du robot ( 17) de préférence dans sa partie supérieure, au voisinage du

support d'articulation d'épaule ( 22).

12 Robot selon la revendication 11, caractérisé en ce

qu'une unité de commande électronique conçue pour la com-

mande des mouvements des bras articulés ( 11 et 12) du robot

( 10) est logée dans la partie inférieure du corps de ro-

tor ( 17).