FR2574335A1 - Dispositif d'articulation - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN DISPOSITIF D'ARTICULATION DE DEUX ELEMENTS 45 AUTOUR D'UN AXE XX, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE UN FOURREAU CYLINDRIQUE 1 AUQUEL FOURREAU EST FIXE UN DESDITS ELEMENTS 4 DONT LEDIT SECOND ELEMENT 5 EST MONTE TOURNANT AUTOUR DUDIT FOURREAU 1 ET DANS LEQUEL FOURREAU EST DISPOSEE COAXIALEMENT ET CALEE EN ROTATION, UNE BROCHE ACTIVE 13 COMPORTANT DES MOYENS MOTEURS 13B, DES MOYENS DE FREINAGE 13C ET UN REDUCTEUR 13A SUR L'ARBRE DE SORTIE DUQUEL EST CALE UN PLATEAU 20 RELIE A DES MOYENS D'ENTRAINEMENT 102223 DUDIT SECOND ELEMENT 5 POUR L'ENTRAINER EN ROTATION AUTOUR DU FOURREAU 1 ET PROVOQUER L'ARTICULATION DESDITS ELEMENTS 45.

Description

Dispositif d'articulation
La présente invention a pour objet un dispositif d'articulation de deux éléments autour d'un axe,
Le secteur technique de l'invention est celui des appareillages électromécaniques trouvant plus particulièrement leur application dans le domaine de la robotique : manipulateurs, télémanipulateurs, robots industriels ...

Dans les dispositifs d'articulation actuellement utilisés sur les télémanipulateurs ou les robots industriels notamment, il n'est pas possible, dans le cas d'une panne par exemple, de procéder au démontage de l'axe moteur sans être amené à démonter ltensemble des pièces qui composent l'articulation. Une telle conception entraîne une immobilisation plus ou moins prolongée de l'appareil et complique l'intervention des opérateurs notamment lorsqu'il s'agit d'appareils installés en milieu contaminé.

L'objectif de la présente invention est de remédier à cet inconvénient par des moyens nouveaux permettant de procéder au remplacement de l'axe moteur sans etre tenu de démonter l'ensemble des pièces de l'articulation.

Cet objectif est atteint par le dispositif d'articulation selon l'invention, lequel se caractérise par le fait qu'il comporte un fourreau cylindrique et auquel fourreau est fixé un desdits éléments > dont ledit second élément est monté tournant autour dudit fourreau et dans lequel fourreau est disposéecoaxialement et caléeen rotation, une broche active comportant des moyens moteurs, des moyens de freinage et un réducteur sur l'arbre de sortie duquel est calé un plateau relié à des moyens d'entraînement dudit second élément pour l'entraîner en rotation autour du fourreau et provoquer l'articulation desdits éléments.

Dans un mode de réalisation, ladite broche active est montée dans un carter cylindrique étanche d'un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre interne du fourreau, lequel carter comporte, à sa partie postérieure, un épaulement annulaire et comporte en outre, à sa périphérie, des rainures longitudinales s'étendant sur la longueur du carter et débouchant dans ledit épaulement. Le maintien en position de la broche dans le fourreau est obtenu au moyen d'une bague montée tournante suivant une fraction de tour et immobilisée en translation autour du fourreau, laquelle bague comporte des créneaux destinés à venir en appui sur ledit épaulement du carter pour verrouiller la broche en position dans le fourreau ou, par une rotation de la bague d'une fraction de tour, se placer devant lesdites rainures et autoriser le retrait de la broche dudit fourreau.

La broche comporte,autour dudit plateau, une couronne solidaire du carter dont le diamètre externe est sensiblement égal à celui du carter, laquelle couronne comporte, à sa périphérie, des échancrures d'une section droite d'une forme générale rectangulaire situées au droit desdites rainures du carter. Le fourreau comporte des tenons qui coopèrent avec lesdites échancrures de la couronne pour réaliser le calage en rotation de la broche dans le fourreau. Les rainures, les échancrures et les tenons sont respectivement au nombre de trois et sont disposés à 1200.

La mise en rotation du flasque,qui est relié audit second élément, est réalisée par l'intermédiaire d'un organe d'entraînement, monté à rotation autour d'un axe passant par le centre dudit flasque, lequel organe est mis au contact d'une butée élastique reliée audit flasque.

Ledit plateau comporte au moins deux doigts d'entraînement équidistants de l'axe de la broche et parallèles à celui-ci, lesquels doigts s'étendent à partir de la face externe du plateau et sont engagés dans des orifices réservés dans ledit organe d'entraînement pour provoquer sa rotation. Ladite butée élastique est une bague fendue et adopte la forme générale d'un croissant dont les extrémités sont mises en appui sur un tenon solidaire du flasque. Le bord externe de la butée élastique est parallèle à la paroi périphérique du flasque et le tenon sur lequel la butée prend appui est orthogonal à ladite paroi.

La partie de l'organe d'entraînement, qui est mise au contact de la butée élastique, adopte la forme d'une fourchette qui encadre le tenon sur lequel la butée est en appui. La fourchette dudit organe d'entraînement est au contact des extrémités de la butée élastique. Le câble d'alimentation de la broche active est contenu dans une cassette cylindrique montée à rotation libre à la partie postérieure de la broche et dans laquelle cassette le câble forme une boucle pour permettre le débattement angulaire de l'articulation.

Selon l'invention, le retrait et la mise en place de la broche sont réduits à des manoeuvres simples : pour le retrait, déconnexion des câbles d'alimentation, rotation d'une fraction de tour de la bague de verrouillage et déplacement en translation de la broche dans le fourreau pour la sortir de celui-ci.

Pour la remise en place : translation de la broche dans le fourreau, verrouillage par rotation d'une fraction de tour de bague et connexion des cibles d'alimentation. Toutes ces manoeuvres peuvent être réalisées par un opérateur ou être télécommandées.

D'autres avantages et les caractéristiques de l'invention sont donnés dans la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif d'un dispositif d'articulation en référence au dessin annexé sur lequel
- la figure 1 est une vue en coupe diamétrale d'une articulalation selon l'ivention;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III III de la figure 1;
- la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne IV IV de la figure 1;
- la figure 5 est une vue en coupe transversale suivant la ligne W de la figure 1.

On se reporte d'abord à la figure 1 du dessin.

Le dispositif selon 11 invention-se compose d'un fourreau cylindrique 1, par exemple obtenu par moulage et comportant, à sa péri- phérie, des brides la s'étendant orthogonalement à la paroi du fourreau et auxquelles brides est fixé, au moyen de vis 2/3, un bras 4, consti- tué par exemple de deux parties 4a/4b parallèles entre elles. Ces deux parties sont alésées au diamètre externe d'une partie renforcée lb du fourreau et sont appliquées contre lesdites brides la. A l'extérieur et à proximité desdites parties 4a/4b du bras 4, sont montées sur le fourreau 1, deux parties 5a/5b d'un bras 5, lequel est monté à rotation sur deux roulements à billes 6/7, emmanchés sur une partie cylindrique lc du fourreau et mis en butée sur un épaulement id. Le roulement 6 est maintenu en position par un flasque 8 fixé à la partie 5a par des vis à tête fraisée 9. Le roulement 7 est maintenu en position par un autre flasque 10 qui sera décrit plus loin et fixé à la partie 5b du bras 5 par des vis 11/12. Ainsi le bras 5 est monté tournant autour du fourreau 1, l'ensemble des bras 4 et 5 et du fourreau 1 formant une articulation.

Dans le fourreau 1 est disposé l'axe moteur de l'articulation, encore appelé broche active 13, laquelle broche se compose d'un réducteur 13a, d'un moteur électrique 13b et d'un frein électromagnétique à action par manque de courant 13c.

Ladite broche 13 est disposée dans un carter cylindrique 14 dont le diamètre externe est sensiblement inférieur au diamètre interne du fourreau i, de telle sorte que le carter s'ajuste dans le fourreau. La broche 13 comporte une couronne d'extrémité 13d, située du côté de l'arbre de sortie du réducteur 13a et sur laquelle couronne 13d, le corps 14a du carter est en appui.Le carter 14 comporte également un chapeau 14b qui ferme la partie postérieure du carter et qui enveloppe entièrement la broche 13, lequel chapeau est emboîté autour du corps 14a et est tenu en position au moyen de trois vis 15 dont la tete est noyée dans des logements réservés dans le chapeau et qui sont vissées dans des trous taraudés 13al réservés dans la cage du réducteur 13a Les vis 15 ont également pour fonction de solidariser l'ensemble broche 13/carter 14.

Le maintien en position de l'ensemble broche 13/carter 14 dans le fourreau 1, est réalisé au soyendnebague 16 comportant des créneaux 16a s'étendant à l'intérieur de la bague (figure 2). Ces créneaux sont au nombre de trois et sont disposés à 1200. La bague 16 est montée à rotation autour de l'extrémité du fourreau située du côté du flasque 8 et lesdits créneaux 16a viennent en recouvrement d'un épaulement annulaire 14c , réservés à la partie postérieure du carter 14, lequel épaulement est réalisé à la périphérie du chapeau 14b et du côté de la partie du chapeau qui s'emboîte autour du corps 14a du carter.

Le corps du carter 14a comporte, à sa périphérie, des rainures longitudinales 14d, lesquelles sont-d'une section droite rectangulaire de forme allongée et s'étendent sur toute la longueur du corps 14a à partir de la couronne 13d et sur la partie du chapeau 14b qui comporte l'épaulement 14c ligures 1 et 2) dans lequel elles débouchent.

Ces rainures s'étendent parallèlement aux génératrices du carter 14, sont au nombre de trois et sont disposées à 1200 l'une de l'autre.

Les créneaux 16a sont placés pour pouvoir être présentés devant les rainures 14d, et sont d'une section droite sensiblement inférieure à celle des rainures 14d, de telle sorte que lorsqu'on manoeuvre la bague 16 et que l'on positionne les créneaux' 16a au droit des rainures 14d, on puisse retirer du fourreau l'ensemble carter 14 / broche 13. La bague 16 est montée tournante autour du fourreau 1 pour être entraînée en rotation suivant une fraction de tour, par exemple une course de 30". La bague est donc à deux positions : une position (figure 2) où les créneaux 16a s'opposent à la sortie du carter 14 du fourreau 1, une position où les créneaux se placent devant les rainures 14b pour permettre le retrait du carter 14 du fourreau 1.

Le débattement angulaire de 300 de la bague 16 est délimité par une vis butée à téton 17, vissée dans la bague 16 et dont le téton 17a se déplace dans une lumière transversale rectangulaire à bords arrondis le réservée dans le fourreau 1. Le positionnement exact des créneaux 16a devant les rainures 14d est réalisé au moyen d'organes de positionnement 18 comportant une bille 18a poussée par un ressort.

Ces organes 18 sont vissés dans la bague 16 et les billes sont destinées à se loger dans des trous coniques lf/îg réservés dans la paroi du fourreau 1. Les trous Ig et les créneaux 16a sont exactement disposés à 300 de part et d'autre des trous If. Ainsi, lorsque par une rotation de la bague 16, les billes des organes 18 pénètrent dans les trous If, les creneaux 16a se positionnent devant l'épaulement 14c du carter et maintiennent en position l'ensemble carter 14 / broche 13 dans le fourreau 1 et lorsque, par une rotation de 30 , les billes des organes 18 pénètrent dans les trous Ig, les créneaux 16a -se positionnent exactement au droit des rainures 14d et il est alors possible de retirer du fourreau 1 ledit ensemble carter 14 / broche 13.

Le blocage en rotation de l'ensemble carter 14 / broche 13 dans le foureau 1 est réalisé au moyen de tenons lh, réservés dans le fourreau et qui cooperent avec des échancrures 13d1 réservées dans la couronne 13d de la broche' 13 (figure 1 et 3). Les tenons 1h sont situés du côté du flasque d'entraînement 10, sont d'une forme générale rectangulaire et sont disposés l'un de l'autre à 1200.Les échancrures sont également d'une forme générale rectangulaire, sont d'une section droite sensiblement supérieure à celles des tenons Ih et sont également disposées l'une de l'autre à 1200. Pour permettre le retrait de l'ensemble carter 14 / broche 13 du fourreau 1, elles sont disposées au droit des rainures 14d du carter etsont de plus grande section que celles-ci.

L'entraînement en rotation du bras 5 autour du fourreau 1 est obtenu par l'action de la broche 13 dont la reprise de couple est réalisée sur la couronne 13d par l'intermédiaire des tenons lu et des échancrures 13dol. Sur l'arbre de sortie du réducteur 13a, est calé un plateau 20, notamment guidé en rotation par un roulement à billes 21, disposé à sa périphérie et dans un logement 13d2 réservé dans la couronne 13d. Ledit plateau 20 comporte trois doigts 22,.disposes à 1200 et qui s'étendent perpendiculairement à la face extérieure 20a du plateau 20. Ces trois doigts 22 sont parallèles entre eux et à l'axe
XXI du fourreau et de l'ensemble carter 14 / broche 13.Les doigts 22 sont cylindriques et sont engagés dans des orifices circulaires 23a réservés dans un autre plateau ou organe d'entraînement 23 monté à rotation autour d'un axe 24 constitué par une vis épaulée vissée au centre du flasque 10 et coaxial au fourreau 1.

Le flasque 10 adopte la forme générale d'une cuvette et comporte une paroi plane IOa au centre de laquelle est vissée la vis épaulée 24 et une paroi périphérique lOb perpendiculaire à la paroi -iOa et comportant une bride lOc qui est appliquée contre la partie 5b du bras 5 et qui permet la fixation du flasque 10 au bras 5 au moyen des vis 11/12.

Le flasque 10 comporte, à la périphérie interne de sa paroi lOb, un tenon IOd s'étendant orthogonalement à ladite paroi. Ledit tenon est disposé de telle sorte qu'un espace 25 est réservé entre lui et la paroi lOa du flasque.

Dans le flasque 10 est placée une butée élastique 26 constituée par une bague fendue en forme de croissant et dont les extrémités 26a/26b sont mises au contact du tenon IOd, L'épaisseur de la butée 26 est telle qu'elle déborde de part et d'autre du tenon IOd. Les extrémités 26a/26b de la butée 26 sont arrondies et se placent dans des logements 10d1/10d2 réservés aux extrémités dudit tenon lord.

La butée 26 est précontrainte et est en appui par ses ex trémités 26a/26b sur le tenon IOd. Au repos, son bord externe 26c est parallèle à la paroi périphérique lOb du flasque 10. Une patte 27, vissée dans la paroi îOa du flasque, assure le maintien en position de la butée dans le flasque 10.

L'organe d'entraînement 23 comporte un prolongement 23b formant une sorte de bras et qui comporte > à son extrémité, une fourchette 23c qui encadre le tenon Tord. Cette fourchette est de même longueur que le tenon IOd et comme celui-ci, elle comporte à ses extrémités, des logements 23e identiques à ceux 10d1 /10d2 du tenon et dans lesquels logements la butée 26 est en appui.

Le carter 14 comporte > à sa-partie postérieure, une cassette cylindrique 28, dont le diamètre extérieur est sensiblement égal à celui dudit carter. Celui-ci comporte > au centre du chapeau 14 qui ferme sa partie postérieure, un bossage cylindrique 29, fixé audit chapeau par soudure. La cassette 28 est montée à rotation libre autour du bossage 29 et comporte > en son centre, une partie cylindrique 28a, garnie à l'intérieur par une bague en bronze ou en matériau similaire 30 qui entoure étroitement le bossage 29. Le maintien en translation de la cassette sur ledit bossage est obtenu au moyen d'un jonc élastique 31, engagé dans des gorges réservées à la périphérie intérieure de la partie cylindrique 28a et à la périphérie extérieure du bossage 29.Celuici comporte, en son centre, un trou taraudé 29a pour y visser un organe de préhension afin de faciliter la manoeuvre lors du retrait de l'en- semble carter 14 / broche 13 du fourreau 1.

Cette cassette comporte (figure 5) une entrée tubulaire 28b, implantée de façon oblique dans la paroi périphérique de la cassette, laquelle entrée est sensiblement tangente à celle-ci et dans laquelle est passé le câble 31 d'alimentation de la broche, lequel câble forme une boucle 31a dans la cassette etest fixé à celle-ci dans un presse étoupe 32, vissé dans l'entrée 28b. La boucle 31a du câble autorise des déplacements angulaires du bras 5 de l'ordre de 1000 de part et d'autre d'une position médiane de référence. Les zones hachurées de la figure 5 illustrent les positions extremes du câble lorsque le bras est en fin de course.

Lorsqu'on commande la mise en marche du moteur 13b dans un sens ou dans l'autre, le plateau 20 du réducteur entraîne par ses doigts 22, l'organe 23, lequel par l'intermédiaire de la butée précontrainte 26, qui fait corps avec le flasque 10, provoque l'entraînement dudit flasque et donc la rotation du bras 5. Lorsque le bras est en fin de course, le moteur étant toujours sous tension, l'organe 23 continue sa rotation d'une fraction de tour et par sa fourchette 23c, continue à appliquer le couple moteur sur une des extrémités 26a ou 26b de la butée élastique 26, provoquant de ce fait sa déformation. Lorsque le couple appliqué par ledit organe 23 dépasse un seuil, un signal est donné à un boîtier électronique qui coupe l'alimentation du moteur 13b et correla- tivement actionne le frein 13c.

Bien entendu, sans sortir du cadre de I'invention, les parties qui viennent d'entre décrites à titre d'exemple pourront être remplacées par l'Homme de l'Art par des parties équivalentes remplissant la même fonction.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'articulation de deux éléments (4/5) autour d'un axe (xi), caractérisé en ce qu'il comporte un fourreau cylindrique (1) auquel fourreau est fixé un desdits éléments (4), dont ledit second élément (5) est monté tournantautour dudit fourreau (1) et dans lequel fourreau est disposé coaxialement et calé en rotation une broche active (13) comportant des moyens moteurs (13b), des moyens de freinage (13e) et un réducteur (13a) sur l'arbre de sortie duquel est calé un plateau (20), relié à des moyens d'entraînement (10/22/23) dudit second élément (5) pour l'entraîner en rotation autour du fourreau (1) et provoquer l'articulation desdits éléments (4/5-).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite broche active (13) est montée dans un carter cylindrique étanche (14) d'un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre interne du fourreau (1), lequel carter (14) comporte > à sa partie postérieure, un épaulement annulaire (14c) et comporte en outre, à sa périphérie, des rainures longitudinales (14d) s'étendant sur la longueur du carter (14) et débouchant dans ledit épaulement (14c) et en ce que le maintien en position de la broche (13) dans le fourreau (1) est obtenu au moyen d'une bague (16) montée tournante suivant une fraction de tour et immo bilisée en translation autour du fourreau (1), laquelle bague comporte des créneaux (16a) destinés à venir en appui sur ledit épaulement du carter (14c) pour verrouiller la broche (13) en position dans le fourreau (1) ou, par une rotation de la bague d'une fraction de tour, se placer devant lesdites rainures (14d) et autoriser le retrait de la broche (13) dudit fourreau (1).

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la broche comporte, autour dudit plateau (20), une couronne (13d) solidaire du carter (14) et dont le diamètre externe est sensiblement égal à celui du carter, laquelle eouronne (13d) comporte, à sa périphérie, des échancrures (13dl) d'une section droite d'une forme générale rectangulaire situées au droit desdites rainures (14d) du carter (14) et en ce que le fourreau (1) comporte des tenons (lh) qui coopèrent avec lesdites échancrures (13dl) de la couronne pour réaliser le calage en rotation de la broche (13) dans le fourreau (1).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les rainures (14d), les échancrures (13dl) et les tenons (lh) sont respectivement au nombre de trois et sont disposés à 1200.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la mise en rotation du flasque (10) qui est relié audit second élément (5), est réaliséepar l'intermédiaire d'un organe d'entraînement (23), monté à rotation autour d'un axe (24) passant par le centre dudit flasque, lequel organe (23) est mis au contact d'une butée élastique (26) reliée audit flasque (10).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit plateau (20) comporte au moins deux doigts d'entraînement (22) équidistants de l'axe (XX1) de la broche (13) et parallèles à eelui-ci, lesquels doigts (22) s'étendent à partir de la face externe du plateau (20) et sont engagés dans des orifices (23a) réservés dans ledit organe d'entraînement (23) pour provoquer sa rotation.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite butée élastique (26) est une bague fendue et adopte la forme générale d'un croissant dont les extrémités (26a/26b) sont mises en appui sur un tenon (yod) solidaire du flasque (10).

8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le bord externe (2 & ) de la butée élastique (26) est parallèle-à la paroi périphérique (lOb) du flasque-(l0) et que le tenon (lord), sur lequel la butee (26) prend appui, est orthogonal à ladite paroi (lOb).

9. Dispositif selon 11 une quelconque des revendications 1 à 8, caractérIsé en ce que la partie de l'organe d'entraînement (23), qui est mise au contact de la butée élastique (26), adopte la forme d'une fourchette (23c), qui encadre le tenon (lord) sur lequel la butée (26) est en appui.

10. Dispositif selon la-revendication 9, caractérisé en ce que la fourchette (23c) dudit organe d'entraînement (23) est au contact des extrémités (26a/26b) de la butée élastique (26).

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le câble- d'alimentation (31) de la broche active est contenu dans une cassette cylindrique (28) montee à rotation libre à la partie postérieure de la broche (13) et dans laquelle cassette (28) le cible (31) forme une boucle (31a) pour permettre le débattement angulaire de l'articulation.