FR2611161A1 - Mecanisme de poignet pour robot - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN MECANISME DE POIGNET 10 APPROPRIE POUR DES MANIPULATEURS ROBOTISES. IL COMPREND UN PREMIER DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT 12 POUR FAIRE TOURNER UN PREMIER ETRIER 19 AUTOUR D'UN PREMIER AXE W1, UN PREMIER ARBRE A CROISILLONS 20, UN SECOND DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT POUR FAIRE PIVOTER LE PREMIER ARBRE A CROISILLONS AUTOUR D'UN SECOND AXE W2, UN SECOND ARBRE A CROISILLONS 28 QUI EST RELIE A UN SECOND ETRIER ADAPTE POUR PORTER UN OPERATEUR FINAL, PAR EXEMPLE UN DISPOSITIF DE TONTE AUTOMATIQUE DE MOUTONS; EN OUTRE, IL EST PREVU UN TROISIEME DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT ASSURANT LA ROTATION DU MECANISME DE POIGNET AUTOUR D'UN TROISIEME AXE W3; LES ARBRES A CROISILLONS 20, 28 SONT MONTES DANS DES PLAQUES LATERALES ESPACEES ET PARALLELES 32, 34 JOUANT LE ROLE DE BIELLES ET RELIEES PAR DES TRAVERSES; IL EST PREVU DES PIGNONS 40, 42, 48, 50-58 POUR ASSURER LA TRANSMISSION DES MOUVEMENTS ET PERMETTRE DES PIVOTEMENTS DE L'OPERATEUR FINAL SUPERIEURS A 180 AUTOUR DU SECOND AXE W2, D'AU MOINS 180 AUTOUR DU TROISIEME AXE W3 ET SUPERIEURS A 200 AUTOUR DU PREMIER AXE W1.

Description

La présente invention concerne un méca-

nisme de poignet qui est approprié en particulier pour être utilisé dans des manipulateurs robotisés, par

exemple dans la tonte automatique de moutons.

Des mécanismes de poignet pour robots

sont supportés à l'extrémité de bras mécaniques manipu-

lateurs robotisés qui sont utilisés pour positionner et

déplacer des pièces et des outils et qui sont générale-

ment appelés des opérateurs finaux.

Dans la plupart des manipulateurs robotisés proposés par le passé, l'opérateur final est monté sur le mécanisme de poignet qui se compose d'une série de bielles pouvant chacune pivoter autour d'un axe monte sur la bielle suivante de telle sorte que l'opérateur final puisse être tourné autour de l'un quelconque ou

de tous les trois axes directionnels différents, usuel-

lement orthogonaux.

Dans une première forme connue de poignet,

chaque bielle successive porte un axe orienté perpendi-

culairement à son propre axe. Dans une seconde forme de poignet, chaque bielle successive porte un axe orienté à 60 (ou environ) par rapport à son propre axe. A un degré plus ou moins accentué, les deux types de mécanisme

comportent des positions de qualité dévaluée dans les-

quelles les trois axes de rotation deviennent coplanaires.

Dans ces positions, l'opérateur final peut seulement être tourné librement autour de deux axes directionnels

à la place des trois intervenant classiquement. Une ca-

ractéristique particulière de ces mécanismes consiste en ce que, quand les bielles du poignet se rapprochent d'une position de qualité dévaluée, c'est-à-dire quand les axes sont presque coplanaires, la vitesse à laquelle l'opérateur final peut être tourné est limitée parce que la vitesse de rotation des axes de poignet nécessaire pour obtenir la rotation imposée à l'opérateur final est bien plus grande dans une telle position que dans d'autres positions. En conséquence, il existe une zone autour de chaque position de qualité dévaluée, usuel- lement appelée une "zone de singularité", dans laquelle

un ou plusieurs des mouvements de rotation de l'opéra-

teur final sont limités en vitesse à un degré bien plus

fort que dans d'autres positions du mécanisme de poignet.

Si on représentait la plage de mouvement d'orientation du poignet sur une sphère, on trouverait

des zones de dévaluation ou de singularité dans les-

quelles une partie du mouvement de l'opérateur final serait limitée. La plupart des mécanismes de poignet proposés jusqu'à maintenant ccmportent une ou plusieurs zones de singularité, comme décrit ci-dessus, dans la

gamme de mouvement d'orientation permise par des limi-

tations mécaniques. En conséquence, des zones de singu-

larité limitent encore les possibilités d'utilisation

d'un mécanisme de poignet.

En pratique, un mécanisme de poignet est également limité en ce qui concerne l'angle dans lequel

chaque rotation peut se produire du fait de l'impossi-

bilité de faire passer des pièces mécaniques l'une au travers de l'autre, et de l'obligation de prévoir un

certain degré de résistance et de rigidité dans le mé-

canisme, en augmentant ainsi les dimensions des éléments porteurs. Un autre impératif imposé en pratique à

un mécanisme de poignet consiste en ce que les canali-

sations hydrauliques et les conducteurs électriques de service et de signalisation (ou cordons ombilicaux) de l'opérateur final doivent être positionnés de façon à ne pas gêner l'actionnement du poignet et à ne pas être emmêlés lorsque le poignet est manipulé dans sa gamme

complète de mouvements angulaires. Bien qu'il soit par-

fois possible de faire passer les cordons ombilicaux par les axes du poignet, lorsque l'opérateur final est soumis à des impératifs importants en ce qui concerne la puissance et les signaux de correction, comme c'est le cas d'un mécanisme automatique de tonte de moutons,

ce problème ne peut pas être résolu sans une compromis-

sion des dimensions, de la masse et de la dextérité du.

poignet. En conséquence, dans de nombreuses applications de mécanismes de poignet, les opérations de service pour l'opérateur final doivent être effectuées par un système

ombilical extérieur, qui doit lui-même rester sous con-

trôle lorsqu'il est soumis à de grandes forces dynami-

ques et il doit aussi être exclu de l'espace de travail.

Une forme de mécanisme de poignet qui élimine pratiquement le problème de singularité précité est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 353 677 de Susajara et al. Bien que ce brevet décrive un mécanisme de poignet qui est pratiquement exempt de singularité dans sa zone de travail, il est par ailleurs d'une utilisation insatisfaisante dans des applications nécessitant une exactitude puisqu'il a un degré limité de mouvement autour de certains de ces axes, du fait principalement de l'utilisation de bras d'actionnement qui sont placés à l'extérieur du joint et du fait de la configuration physique du joint. Il est à noter que

le joint décrit dans ce brevet a été conçu principale-

ment pour être utilisé dans un robot de pulvérisation

(et qui est disponible dans le commerce sous la désigna-

tion "Thermwood Series Six Spray Robot'i, qui nécessite seulement une liberté limitéede mouvement autour de certains axes et qui peut tolérer un degré important d'absence de rigidité dans le joint. Des inconvénients

de ce genre ne peuvent pas être tolérés dans des appli-

cations d'un mécanisme de poignet nécessitant une exac-

titude, comme pour la tonte automatique de moutons, et les présents inventeurs ont conçu un poignet qui

comporte la même zone de travail exempte de singula-

rité mais qui a un plus fort degré de mouvement autour de certains de ses axes et qui est sensiblement plus rigide que le poignet Thermwood de manière à permettre

une plus grande précision de positionnement de l'opéra-

teur final.

L'invention concerne par conséquent un mécanisme de poignet approprié pour des manipulateurs robotisés, comprenant un premier moyen d'actionnement pour faire tourner un premier étrier autour d'un premier

axe (Wl), un premier arbre croisillonné, dont un touril-

lon est monté de manière à tourner dans des paliers portés par des bras dudit premier étrier, dont l'autre

tourillon comporte ses extrémités montées dans des pa-

liers portés par une paire de plaques latérales, paral-

lèles et espacées, un second moyen d'actionnement pour

faire pivoter ledit premier arbre croisillonnédans les-

dits paliers autour d'un second axe (W2), un second arbre croisillonné comportant un tourillon monté dans des paliers portés par lesdites plaques latérales, et dont l'autre tourillon porte de façon pivotante un second étrier adapté pour supporter un opérateur final, un

troisième moyen d'actionnement pour produire une rota-

tion dudit mécanisme de poignet autour d'un troisième axe (W3) coincidant avec l'axe dudit autre tourillon

dudit premier arbre croisillonné, des éléments trans-

versaux assurant l'accouplement rigide desdites plaques latérales et des ensembles de pignons pour transmettre un mouvement entre ledit premier arbre croisillonné et ledit second arbre croisillonné et pour transmettre un entraînement entre ledit premier étrier et ledit second étrier, lesdites plaques latérales, lesdits éléments transversaux, lesdits paliers et lesdits pignons étant construits et ajustés de façon à conférer une grande rigidité audit mécanisme de poignet, lesdites plaques latérales et lesdits éléments transversaux ayant une configuration permettant des mouvements de pivotement de l'opérateur final supérieurs à 180 autour dudit second axe et au moins de 180 autour dudit troisième axe, ledit premier moyen d'actionnement étant agencé de façon à permettre une rotation supérieure à 200

autour dudit premier axe.

Il est à noter que, dans un mécanisme de poignet ayant la structure définie ci-dessus, l'espace de travail dans lequel l'opérateur final doit opérer

est grand et pratiquement exempt de zones de singularité.

En fait, le mécanisme de poignet comporte une seule zone de singularité de profil conique qui est dirigée vers le haut et qui ne pénètre pas du tout dans l'espace de

travail de l'opérateur final.

Dans une forme préférée de l'invention, des lignes de service et de signalisation s'étendent à partir d'une face dudit premier étrier et pénètrent cans une face dudit opérateur final en étant décalées de 90 par rapport à ladite face dudit étrier. De cette manière, les lignes de service et de signalisation ne sont pas emmêlées et ne pénètrent pas dans l'espace de

travail de l'opérateur final.

Les plaques latérales parallèles et espa-

cées comprennent de préférence une plaque latérale de support de palier qui est très rigide et une plaque latérale de support de palier qui est plus légère, lesdites plaques étant reliées entre elles par deux éléments transversaux intermédiaires et par un élément transversal inférieur profilés de façon à permettre un

libre passage des pignons dans toute la gamme de dépla-

cemnent du mécanisme de poignet et, également, pour rece-

voir le troisième moyen d'actionnement (W3) entre les

plaques latérales à l'intérieur du mécanisme.

Pour augmenter encore la rigidité du mécanisme de poignet,

les pignons principaux de support de charge sont mon-

tés sur les ensembles de paliers résistants portés par des supports de paliers qui font partie intégrante de

la plaque latérale très rigide. L'engrènement des pi-

gnons coniques est réglé au moyen de rondelles usinées afin de réduire le degré de jeu à un minimum tout en

améliorant encore la rigidité du mécanisme.

Les moyens d'actionnement sont de préférence des moyens d'actionnement hydrauliques,

et, pour réduire le volume occupé par du fluide hydrau-

lique libre canalisé par des conduits jusqu'aux dispo-

sitifs d'actionnement, des servo-valves sont de préfé-

rence montées directement sur les dispositifs d'action-

nement de façon à réduire au minimum le volume de fluide hydraulique transporté par le système. Le moyen d'actionnement produisant le mouvement W3 est de préférence monté à l'intérieur du mécanisme de poignet en réduisant ainsi les dimensions hors-tout du mécanisme

de poignet.

Le premier étrier comprend de préférence un bras principal de pivotement sur lequel est fixé rigidement un premier pignon et par l'intermédiaire duquel un arbre croisillonné est monté dans des paliers, ledit arbre transversal étant monté rigidement dans une ouverture ménagée dans un arbre supérieur de pivotement monté dans lesdits paliers portés par ledit support de paliers de ladite plaque latérale principale et dans des paliers de ladite plaque latérale auxiliaire; il est prévu un second pignon conique en prise avec ledit premier pignon conique et porté par des paliers en contact avec la surface extérieure dudit support de paliers, ce second pignon conique portant également un premier segment denté s'étendant dans une zone adjacente et parallèlement à la plaque latérale principale, un second segment denté étant en prise avec ledit premier segment denté et étant supporté par un troisième pignon conique monté dans des paliers en contact avec la surface extérieure de l'autre support de paliers formé

d'un seul tenant avec ladite plaque latérale princi-

pale; il est en outre prévu un arbre inférieur de pi-

votement porté par les paliers prévus dans ledit sup-

port de paliers et dans ladite plaque latérale auxi-

liaire, une broche de tourillonnement supportée rigi-

dement dans une ouverture ménagée dans ledit arbre

inférieur de pivotement et s'étendant perpendiculai-

rement à celui-ci, ladite broche de tourillonnement supportant ur. pignon conique qui est en prise avec

le pignon conique inférieur, les troisième et qua-

trième segments dentés portés par lesdits arbres de

pivotement supérieur et inférieur et s'étendant pa-

rallèlement à ladite plaque latérale auxiliaire, ledit second moyen d'actionnement étant monté sur le premier étrier et étant en prise avec un pivot fixé sur ledit arbre supérieur de pivotement pour permettre le pivotement dudit mécanisme de poignet autour d'un axe coïncidant avec ledit arbre transversal, ledit troisième rmoyen d'actionnement s'étendant entre ledit élément transversal inférieur et ledit pivot prévu sur ledit arbre supérieur de pivotement pour permettre le pivotement dudit mécanisme de poignet autour d'un axe comncidanz avec ledit arbre supérieur de pivotement, ledit second étrier étant fixé rigidement sur ledit

quatrième pignon conique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de

la description, donnée à titre d'exemple non limitatif,

en référence aux dessins annexes dans lesquels: la Figure 1 est une vue en perspective simplifiée et en partie arrachée montrant les principes du mécanisme de poignet conforme à l'invention;

la Figure 2 est une vue en élévation la-

térale en partie fragmentaire et en partie en coupe

d'un mécanisme de poignet correspondant à une réalisa-

tion présentement préférée de l'invention; la Figure 3 est une vue en plan du méca- nisme de poignet montrant la disposition des "cordons ombilicaux"; la Figure 4 est une vue en élévation et

en coupe du mécanisme hydraulique d'actionnement ser-

vant à faire tourner le mécanisme de poignet autour de son axe W1; les Figures 5 à 7 sont respectivement des vues en élévation latérale et en coupe de l'ensemble d'étrier principal du mécanisme de poignet, les vues en coupe étant faites selon les lignes 5-5, 6-6 et 7-7 de la Figure 2; les Figures 8, 9, 10 et 11 sont des vues

en coupe du mécanisme de poignet qui peut tourner au-

tour de ses axes W2 et W3; les coupes étant faites selon les lignes 8-8 de la Figure 2, 9-9 de la Figure 8 et -10 de la Figure 9; les Figures 12 et 13 sont des vues en perspective de la plaque latérale principale et de la plaque latérale auxiliaire du mécanisme de poignet; la Figure 14 est une vue en élévation latérale montrant l'ensemble de suivi et de coupe du mécanisme de poignet, et les Figures 15 à 18 sont des vues en coupe de l'ensemble de suivi et de coupe, faites selon les lignes 15-15 et 16-16 de la Figure 14 et selon la ligne

18-18 de la Figure 17.

Le mécanisme de poignet mettant en oeuvre

l'invention va être décrit en relation avec un appareil-

lage de positionnement et de déplacement d'un dispositif

de tonte employé pour la tonte automatique de moutons.

Cependant, il est clair que le mécanisme de poignet qui

va être décrit pourrait aussi être utilisé dans de nom-

breuses applications, comme pour le positionnement angu-

laire d'analyseurs radar ou dans de nombreuses autres ap-

plications robotisées o une dextérité cinématique et

l'absence de zones de singularité dans l'espace de tra-

vail sont imposées.

En référence d'abord à la Figure 1 des dessins, qui montre schématiquement les principes du

mécanisme de poignet conforme à l'invention, ce méca-

nisme de poignet 10 est relié à un dispositif hydrau-

lique rotatif d'actionnement 12 de manière à tourner

autour de l'axe W1 en un joint 14. Cette rotation cor-

respond à l'une des trois rotations du mécanisme de poignet 10, qui permet de donner trois orientations différentes à l'opérateur final ou de suivi, tel qu'un mécanisme de coupe servant à la tonte de moutons, en

un point de fixation 16.

Un arbre de sortie 18 partant du joint 14 porte un ensemble d'étriers 19 dans lequel est monté de façon pivotante un ensemble à arbre croisillonné 20

formant le premier de deux joints de Hooke.

Le mécanisme de poignet 10 se compose fon-

damentalement de deux joints de Hooke universels 22 et

24 reliés entre eux par une courte bielle rigide 26.

Les mouvements des deux joints sont synchronisés l'un avec l'autre au moyen d'engrenages, comme cela va être

décrit dans la suite.

A la base de la bielle 26 est monté de façon pivotante un autre ensemble à arbre croisillonné 28 du joint de Hooke inférieur 24. L'opérateur final est fixé sur l'étrier inférieur 30 du second joint de Hooke 24 au point de fixation 16. L'étrier inférieur 30 est monté de façon pivotante sur l'arbre croisillonné 28 du second joint 24. La bielle 26, comme le montre la Fig.l,

2611'161

se compose de plaques latérales 32 et 34 qui sont re-

liées par les arbres 20 et 28 et par des éléments trans-

versaux rigides 36 et 38 (représentés seulement sché-

matiquement sur la Figure 1). Le bras 44 de l'arbre 20 constitue l'axe W2 et le bras 46 constitue l'axe W3. Dans l'agencement décrit ci-dessus, deux

mouvements qui sont appliqués au mécanisme 10 sont dis-

tribués également pour faire déplacer les joints de

Hooke supérieur et inférieur 22 et 24 au moyen de pi-

gnons. Un segment denté 40 est fixé rigidement sur l'arbre croisillonné 20 du joint supérieur 22 et est

en prise avec un segment denté 42 semblable, fixé rigi-

dement sur l'arbre croisillonné 28 du joint inférieur.

24. En conséquence, une rotation de la bielle 26 autour

de l'arbre croisillonné 20 produit une rotation sem-

blable de l'étrier 30 par rapport à la bielle 26.

La modification de rotation de l'étrier 30 par rapport au bras 12 est par conséquent exactement le double de

celle de la bielle 26.

Un pignon conique 48 est fixé rigidement sur l'étrier supérieur 19 et est en prise avec un pignon conique 50 auquel est relié rigidement un segment denté 52 et qui peut tourner librement autour du tourillon 46 (axe W3) de l'arbre croisillonné 20, auquel la bielle 26 est reliée de façon pivotante. Le segment denté 52 est en prise avec un segment denté 54 semblable qui tourne autour du tourillon 56 de l'arbre croisillonné

28, qui est relié de façon pivotante à la bielle 26.

Ce second segment denté 54 est relié rigidement à un pignon conique 58 qui est en prise avec un pignon conique 60, lui-même fixé rigidement sur l'étrier inférieur 30. En conséquence, une rotation de l'arbre

dans l'étrier supérieur 19 (autour de l'axe W2) pro-

duit une rotation équivalente de l'étrier inférieur 30 autour de l'arbre 28. Il en résulte que la rotation de

l'étrier inférieur 30 par rapport au bras 12 est exac-

tement le double de la rotation de l'arbre 20 dans l'étrier supérieur 19. Par ces moyens, le joint peut être entraîné autour de l'uneou l'autre ou bien les deux directions de rotation, avec distribution de la moitié de la rotation dans chaque direction à chaque joint de Hooke 22, 24. En choisissant différemment les dimensions des pignons intervenant dans le mécanisme,

il est possible de modifier la distribution des mouve-

ments aux deux joints de Hooke 22 et 24 si l'applica-

tion envisagée exige une telle variation.

On va maintenant décrire de façon plus

détaillée une réalisation présentement préférée du mé-

canisme de poignet conforme à l'invention, en référence

aux Figures 2 à 18 des dessins ci-joints.

En référence d'abord à la Figure 2 des dessins, le dispositif d'actionnement selon W1, désigné par 12, 14, comprend un entraîneur hydraulique 120 pour rotation de 270 , comportant un arbre de sortie 121 qui est relié par cannelures avec une cace annulaire 122 portant des pignons 123 et qui fait partie d'un train

épicycloidal réducteur 124 tournant de 270 à 440 .

Un potentiomètre P capte la position de rotation de l'entraîneur 120. L'élément de sortie 125 du train réducteur épicycloidal 123 est fixé par cannelures sur l'arbre de sortie 18 de l'entraTneur Wl. L'arbre de sortie 18 est pourvu de passages de service hydraulique (non représentés) et d'un passage de service électrique

126 et il est entouré par un coupleur hydraulique rota-

tif 127. Un ensemble électronique à bague collectrice 128 transmet du courant électrique aux lignes de service électrique E se trouvant dans le passage 126 quand l'entraîneur 120 fait tourner l'arbre de sortie 18 sur

sa course de 440 .

L'ensemble d'étrier 19 du mécanisme de poignet 10 est boulonné sur la collerette inférieurel29

de l'arbre de sortie 18, avec interposition d'une en-

tretoise isolante 120 entre eux.

En référence maintenantaux Figures 3 à 6 des dessins, l'ensemble d'étrier 19 est représenté comme comprenant une structure portante 190 sur laquelle

sont fixés rigidement respectivement des bras de pivote-

ment principal 191 et auxiliaire 192. La structure por-.

tante 190 porte un distributeur hydraulique d'alimenta-

tion et de retour 193 auquel sont reliés des conduits hydrauliques d'alimentation et de retour S et R. Deux des conduits hydrauliques d'alimentation et de retour s'étendent, en même temps que les lignes de service électrique E, jusqu'à l'ensemble de suivi qui est fixé

sur le mécanisme de poignée 10. Comme mentionné ci-des-

sus, les lignes d'alimentation et de service, ou cordons

ombilicaux V, s'étendent à partir d'une face de l'en-

semble d'étrier 19 (en dehors du plan de la Figure 2) et passent autour du mécanisme de poignet 10 selon un

angle de 90 de façon à pénétrer dans la face de l'opé-

rateur final ou ensemble de suivi, qui est disposé

perpendiculairement au plan de la Figure 3 et qui sup-

porte l'étrier inférieur 30. L'agencement est en outre représenté dans la vue en plan de la Figure 3 et il est à noter que le câblage électrique W établi avec

l'entraîneur W3 pénètre de façon centrée dans le méca-

nisme de poignet. Avec cet agencement simple des cor-

dons ombilicaux, on a trouvé que le mécanisme de poi-

gnet pouvait être déplacé sur toute la gamme de ses mouvements sans qu'il se produise un emmêlement des cordons ombilicaux ou sans que ces derniers pénètrent

sensiblement dans l'espace de travail.

La structure portante 190 supporte égale-

ment un entraîneur hydraulique 194 servant à faire pivo-

ter le mécanisme de poignet 10 autour de son axe W2.

Une bande de support 195 en Velcro (marque déposée) est

prévue pour assurer la fixation d'un capot (non repré-

senté) sur le mécanisme de poignet 10.

Il est à noter en référence aux Figures 4, 5 et 6 que le bras principal de pivotement 191 comporte une ouverture 196 qui reçoit rigidement un pignon 48 qui est pourvu à son tour d'un support de paliers.Le bras de pivotement 191 est usiné en 197 pour permettre au

mécanisme de poignet 10 de pivoter à l'une de ses ex-

trémités cinématiques. De façon analogue, le bras auxi-

liaire 192 comporte une ouverture 198 de réception de palier et il est usiné en 199 pour recevoir le segment denté supérieur 52 quand le mécanisme de poignet 10 se

trouve dans l'une de ses extrémités cinématiques.

L'ouverture pour palier 196 ménagée dans le bras principal de pivotement 191 est en prise avec

le pignon conique supérieur 48 et est maintenue en po-

sition de façon à être liée rigidement au bras 191.

Le bras auxiliaire de pivotement 192 est en prise avec des roulements à aiguilles 202 prévus sur un tourillon formé sur un arbre croisillonné 201 fixé sur un

arbre supérieur de pivotement 203 par un écrou de rete-

nue 204 de façon à former l'ensemble à arbre croisillonné 20. L'arbre croisillonné 201 est supporté à l'intérieur du pignon conique 48 au moyen de roulements à billes de

butée axiale 205 et de roulements à aiguilles 206.

Des rondelles-entretoises 209 et 210 sont utilisées pour contrôler ou réduire au minimum le jeu entre les

pignons coniques 48 et 50. L'ensemble à arbre croisil-

lonné 20 comporte également des broches de tourillon-

nement 207 et 208 sur lesquelles sont montés l'entrai-

neur hydraulique 194 (W2) et l'entraîneur hydraulique produisant le mouvement selon 7W3, comme le montrent les

Figures 9 et 10.

L'arbre supérieur de pivotement 203 est supporté de façon tournante entre la plaque latérale

principale 32 et la plaque latérale auxiliaire 34.

La Figure 12 montre que la plaque latérale principale

32 est considérablement plus rigide que la plaque la-

térale auxiliaire 34 (Figure 13) et comprend des sup-

ports cylindriques de paliers 301 et 302, qui contien-

nent chacun des ensembles 303 et 304 de quatre roule-

ments à billes à butée axiale servant à supporter de

façon tournante le tourillon supérieur 203 et le tou-

rillon inférieur 280 de l'ensemble inférieur à arbre croisillonné 28. Les supports de paliers 301, 302 supportent également de façon tournante les pignons

coniques supérieur 50 et inférieur 58 par l'intermé-

diaire de roulements à aiguilles. A nouveau, des ron-

delles-entretoises 285, 286 sont utilisées pour con-

trôler le jeu. Les segments dentés 52 et 54 en prise sont à leur tour fixés rigidement sur les pignons coniques 50 et 58 et sont placés dans des positions

adjacentes à la plaque latérale principale 32.

La plaque latérale auxiliaire 34 est d'une construction plus légère que la plaque latérale principale 32 puisque seulement des charges radiales doivent être absorbées par cette plaque latérale. La plaque latérale auxiliaire 34 comporte des ouvertures formant paliers 341 et 342, qui supportent de façon

tournante les extrémités opposées des tourillons supé-

rieur et inférieur 203 et 280 par l'intermédiaire de roulements à aiguilles 343 et 344. Des segments dentés et 42 en prise sont fixés rigidement sur les arbres respectifs 203 et 280 dans des zones adjacentes à la face inférieure de la plaque latérale 34. Une broche de tourillonnement 281 (Figure 10) est fixée sur l'arbre

* inférieur de pivotement 280 par un écrou de retenue 282.

Un pignon conique 60, qui est en prise avec le pignon conique 58, est supporté de façon tournante par la broche de tourillonnement 281 par l'intermédiaire de roulements

à billes de butée axiale 283 et de roulements à ai-

guilles 284.

La plaque latérale principale 32 et la plaque auxiliaire 34 sont également reliées entre elles par des éléments transversaux intermédiaires 360 et 361 et par un élément transversal inférieur 362. Comme le montrent plus clairement les Figures 2, 7, 12 et 13, les éléments transversaux intermédiaires 360 et 361 sont boulonnés sur les plaques latérales 32 et 34,

en étant supportés entre des parties respectives for-

mant collets 305, 306 et 345, 346. L'élément transver-

sal inférieur 362 s'étend entre le collet 347 formé sur laplaque latérale auxiliaire 34 et l'extrémité complètement inférieure de la plaque latérale 32 et il est maintenu par boulonnage dans chacune desdites positions. Les éléments transversaux 360 et 361 sont profilés comme le montre la Figure1-0 de manière à augmenter leur résistance tout en créant du jeu pour

les segments dentés 40, 42, 52 et 54.

L'élément transversal inférieur 362 sup-

porte de façon pivotante une extrémité de l'entraîneur W3 (décrit cidessous-) selon la ligne centrale "A" et elle assure un entretoisement additionnel des plaques latérales 32 et 34 tout en permettant le logement des pignons et le mouvement de pivotement du mécanisme de poignet jusqu'à ses extrémités cinématiques. On voitque,

pour satisfaire aux conditions précitées, il est né-

cessaire de donner une forme complexe à l'élément trans-

versal 362 qui est monté latéralement sur la plaque latérale 34 et monté en bout sur la plaque latérale 32, la partie centrale étant évidée en 364 pour recevoir

le pignon conique 60, avec un profil d'adaptation mé-

nagé dans le support extrême 362 comme illustré par la vue en coupe faite selon la ligne B-B. Un autre profil indiqué en 365 est prévu pour dégager le pignon conique 58 tandis que le profil conique extérieur opposé à 365 permet de dégager la bordure du segment denté 54. Des parties encoches sont ménagées dans l'âme du segment denté 54 en correspondance avec le profil indiqué en

363 afin de permettreune oscillation de + 83,3 du seg-

ment denté 54, qui doit se déplacer transversalement au support 362, de part et d'autre de la ligne centrale du support 362 et à l'intérieur de la zone définie en 363 de façon à obtenir une gamme de déplacement de 180

sur l'axe W3.

Les Figures 10 et 11 montrent que les

segments dentés 52, 54 correspondant à W2 et 40, 42 cor-

respondant à W3 sont profilés de façon à obtenir la li-

berté de mouvement nécessaire et la résistance voulues avec aussi peu d'augmentation gue possible de la masse du mécanisme de poignet. Pour cette raison, les segments dentés 52 et 54 comportent des parties évidées afin de

permettre d'obtenir la gamme totale de mouvement du mé-

canisme et, si possible, de réduire additionnellement,

le poids de l'ensemble. Il est à noter que d'autres ré-

ductions de poids pourraient être obtenues pour dif-

férentes parties de l'ensemble, en particulier les

plaques latérales principale et auxiliaire.

Comme le montrent les Figures 9 et 11, les pignons coniques 50, 52 et 48, 60 sont usinés de façon

analogue pour permettre un libre mouvement et pour ré-

duire le poids, les pignons 50, 52 comportant seulement

onze dents. D'autres détails mécaniques des pignons co-

niques sont mis en évidence sur les Figures 20 et 21.

En référence maintenant aux Figures 2 et 4 des dessins, l'entraîneur hydraulique 194 servant à faire tourner le mécanisme de poignet autour de son axe

W2 est représenté comme comprenant un cylindre 71 con-

tenant un piston 72 portant des joints d'étanchéité 73.

Le piston 72 comporte une tige de piston 74 passant au travers d'un chapeau d'extrémité 75 portant des joints 76. Pour éviter la prévision de raccords par flexibles et pour réduire ainsi le volume de fluide hydraulique entre la valve de commande et le piston, et par consé- quent pour augmenter la rigidité de l'entraîneur, le cylindre 71 porte un ensemble à servo-valve 77 qui commande l'alimentation en fluide hydraulique du cylindre 71 par l'intermédiaire de passage 78. La tige de piston 74 est reliée de façon pivotante à l'axe 207 prévu sur l'arbre supérieur de pivotement 203 et en conséquence, elle opère de façon à faire pivoter le mécanisme de poignet 10 dans la direction des flèches définissant le

mouvement autour de l'axe W2 du pivot transversal 201.

En référence aux Figures 7 à 10, le méca-

nisme de poignet est représenté comme comprenant un autre entraîneur hydraulique 80, monté à l'intérieur du mécanisme de poignet 10 entre les plaques latérales 32 et 34. Le cylindre de l'entraîneur hydraulique 80 est monté de façon pivotante par son extrémité inférieure sur l'élément transversal inférieur 362 (Figure 12) afinzr de pouvoir tourner autour de l'axe "1" de la Fig.17 et sa tige de piston est reliée de façon pivotante au

pivot 208 prévu sur l'arbre supérieur de pivotement 203.

L'entraineur 80 est d'une construction semblable à l'entraîneur 194 et il comporte de façon analogue un ensemble à servo-valve 81 servant à réduire le volume de fluide hydraulique entre la valve de commande et le

piston et à augmenter la rigidité de l'entraîneur.

L'actionnement de l'entraîneur 80 fait en sorte que le mécanisme de poignet 10 pivote autour de l'axe de l'arbre supérieur de pivotement 203, comme indiqué par

les flèches de la Figure 8 définissant le mouvement W3.

En référence maintenant aux Figures 2 et 14 à 16, l'ensemble d'étrier inférieur 30 comprend un bras 300 de montage d'opérateur final, fixé rigidement sur le pignon conique 60 (Figures 10 et 16). Le bras de montage 300 porte un ensemble de suivi 301 qui comporte un entraîneur hydraulique 302 au moyen duquel un ensemble de coupe 303 (Figures 16 à 17) est monté de façon à

pouvoir pivoter autour de l'ensemble de suivi. L'entrai-

neur 302.est monté de façon pivotante sur le carter 304 de l'ensemble de suivi par des broches de pivotement 3Q5 et la tige de piston 306 de l'entraîneur 302 est reliée à un étrier de suivi 307 qui est lui-méme monté de façon pivotante sur le carter 304 à l'aide de broches 308 et

309 montées dans des roulements à aiguilles. Un poten-

tiomètre 310 est prévu pour capter la position de l'étrier 307. Des conduits de service hydraulique H alimentent en fluide hydraulique l'entraîneur 302 et des lignes de service électrique E sont reliées au potentiomètre 310 et aux autres mécanismes de captage qui sont portés par le dispositif de coupe comme décrit

dans la suite.

Comme indiqué par des lignes en traits interrompus sur la Figure 14, un ensemble de coupe 311 est monté de façon pivotante sur l'étrier de suivi 307 par l'intermédiaire de pivots 312 et 313 (Figure 16) comportant des roulements à aiguilles ainsi que par une bielle arrière de pivotement 314 (Figure 17). L'ensemble de coupe 311 comporte un carter 315 qui entoure un moteur hydraulique 316, dont l'arbre de sortie 317 est accouplé par l'intermédiaire de paliers 318 avec une manivelle d'entraînement 319. La manivelle 319 est engagée dans une ouverture ovale 320 ménagée dans un

arbre culbuteur 321 monté de façon à exécuter un mouve-

ment oscillant sur un arbre vertical creux 322 qui contient une tige de tension réglable 323. L'arbre culbuteur 321 se termine par des broches 324 et 325 montées de façon pivotante et qui s'engagent dans des organes de coupe 327 en contact avec un peigne de tonte 328. L'ensemble de coupe 311 porte un capteur capacitif de position 329 (qui est décrit de façon plus complète dans les demandes de brevet australien qui ont été déposées respectivement le 30 novembre 1987 pour le No. AU-A 81956/87 et le 17 août 1984 pour le No. AU-B 32064/84), un capteur de vitesse de moteur (non représenté) et d'autres capteurs qui permettent de commander la position et l'orientation de l'ensemble de coupe 311 au moyen de l'entraîneur 302 du mécanisme de poignet 10. Le fonctionnement du mécanisme de poignet

et de l'ensemble de coupe est commandé par une com-

mande programmée en vue de permettre automatiquement la tonte d'un mouton au moyen de l'ensemble de coupe

311. Puisque le dispositif de commande et son fonction-

nement ne font pas partie de cette invention, ils ne

seront pas décrits de façon plus détaillée ici. Cepen-

dant, il est à noter qu'une telle commande de la posi-

tion de l'ensemble de coupe 311 nécessite que les posi-

tions de chaque partie du mécanisme soient connues avec précision à tout moment et, dans ce but, des potentiomètres et d'autres capteurs de positions-sont prévus en association avec chacun des entraîneurs 120, 194 et 70, et évidemment l'entraîneur 302, comme décrit ci-dessus. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Mécanisme de poignet (10) approprié pour des manipulateurs robotisés, caractérisé en ce au'il comprend un premier moyen d'actionnement (12) pour faire tourner un premier étrier (19) autour d'un premier axe (W1), un premier arbre croisillonné (20), dont un tourillon (203) est monté de manière à tourner dans des paliers portés par des bras(192, 197) dudit premier étrier (19), et dont l'autre tourillon (201) comporte ses extrémités montées dans des paliers (303, 341) portés par une paire de plaques latérales (32, 34), parallèles et espacées, un second moyen d'actionnement (71) pour

faire pivoter ledit premier arbre croisillonnédans les-

dits paliers autour d'un second axe (W2), un second arbre croisillonné (28) comportant un tourillon (280) monté dans des paliers (304, 342) portés par lesdites plaques latérales (32, 34), et dont l'autre tourillon (281) supporte de façon pivotante un second étrier (300) adapté pour supporter un opérateur final, un troisième moyen d'actionnement (80) pour produire une rotation dudit mécanisme de poignet autour d'un troisième axe (W3) coincidant avec l'axe dudit autre tourillon dudit premier arbre croisillonné, des éléments transversaux (360, 361, 362) assurant l'accouplement rigide desdites plaques latérales et des ensembles de pignons (40, 42, 48, 50-58) pour transmettre un mouvement entre ledit

premier arbre croisillonné et ledit second arbre croi-

sillonné et pour transmettre un entrainement entre ledit premier étrier et ledit second étrier, lesdites plaques latérales, lesdits éléments transversaux, lesdits paliers et lesdits pignons étant construits et ajustés de façon à conférer une grande rigidité audit mécanisme de poignet, lesdites plaques latérales et lesdits éléments transversaux ayant une configuration permettant des mouvements de pivotement de l'opérateur final supérieurs à 180 autour dudit second axe et au moins de 180 autour dudit troisième axe, ledit premier moyen d'actionnement étant agencé de façon à permettre

une rotation supérieure à 200 autour dudit premier axe.

2. Mécanisme de poignet selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdites plaques latérales espacées comprennent une plaque latérale (32) de support de palier qui est très rigide et une plaque latérale (34) de support de paliersqui est plus légère, lesdites plaques étant reliées entre elles par deux éléments transversaux intermédiaires (360,361) et par un élément transversal inférieur (362) profilés de façon à permettre un libre passage des pignons dans toute la gamme de déplacement du mécanisme de poignet et, également, pour recevoir le troisième moyen d'actionnement (80) entre les plaques

latérales à l'intérieur du mécanisme.

3. Mécanisme de poignet selon la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que lesdits ensembles de pi-

gnons servant à transmettre un mouvement entre lesdits premier et second arbres croisillonnés sont montés dans des ensembles de paliers résistants (303, 304) portés par des supports de paliers (301, 302) faisant partie intégrante de la plaque Latérale très rigide (32) et l'engrènement des pignons coniques (48, 50, 58, 60) desdits ensembles d'engrenages est réglé au moyen de rondelles usinées afin de réduire le degré de jeu à un minimum tout en améliorant encore la rigidité du mécanisme.

4. Mécanisme-de poignet selon la revendica-

tion 3, caractérisé en ce que lesdits pignons coniques (48, 50, 58, 60) sont portés par lesdits supports de paliers.

5. Mécanisme de poignet selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'action-

nement (12, 71, 80) sont des moyens d'actionnement hydrauliques comportant des servo-valves (Fig. 3, 78, 81) montées directement sur lesdits moyens d'actionnement

de façon à réduire au minimum le volume du fluide hy-

draulique porté par le système hydraulique en rédui-

sant ainsi l'encombrement du mécanisme de poignet.

6. Mécanisme de poignet selon la revendica-

tion 5, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement (80) pour le mouvement W3 est porté à l'intérieur du mécanisme de poignet en réduisant ainsi les dimensions

hors-tout du mécanisme de poignet.

7. Mécanisme de poignet selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des lignes de service et de signalisation (U) s'étendant dudit premier étrier (19) jusqu'à l'opérateur final (30), lesdites lignes partant d'une face dudit étrier et pénétrant dans une face dudit opérateur final qui est décalée d'environ 90 par rapport à ladite face dudit étrier de telle sorte que lesdites lignes de service

et de signalisation ne soient pas emmêlées et ne pénè-

trent pas dans l'espace de travail de l'opérateur final.

8. Mécanisme de poignet selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que ledit premier étrier

comprend un bras principal de pivotement (191) sur le-

quel est fixé rigidement un premier pignon (48) et par l'intermédiaire duquel un arbre croisillonné (201) est

monté dans des paliers (205, 206), ledit arbre trans-

versal (201) étant monté rigidement dans une ouverture ménagée dans un arbre supérieur de pivotement (203) monté dans lesdits paliers (303) portés par ledit support de paliers (301) de ladite plaque latérale principale (302) et dans des paliers (341, 343) de ladite plaque latérale auxiliaire (34), en ce qu'il est prévu un second pignon conique (50) en prise avec ledit premier pignon conique (48) et porté par des paliers en contact avec la surface extérieure dudit support de paliers (301), ce second pignon conique (50)

portant également un premier segment denté (52) s'éten-

dant dans une zone adjacente et parallèlement à la plaque latérale principale (32), un second segment denté (54) étant en prise avec ledit premier segment denté (52) et étant supporté par un troisième pignon conique (58) monté dans des paliers en contact avec la surface extérieure de l'autre support de paliers (302) formé d'un seul tenant avec ladite plaque latérale principale (32), en ce qu'il est en outre prévu un arbre inférieur de pivotement (280) porté par les paliers (304) prévus dans ledit support de paliers (302) et dans ladite plaque latérale auxiliaire (34), une broche de tourillonnement (281) supportée rigidement dans une ouverture ménagée dans ledit arbre inférieur de pivotement (280) et s'étendant perpendiculairement à celui-ci, ladite broche de tourillonnement (281) supportant un pignon conique (48) qui est en prise avec le pignon conique inférieur (50), les troisième et quatrième segments dentés (40, 42) portés par lesdits arbres de pivotement supérieur et inférieur (203, 280) et s'étendant parallèlement à ladite plaque

latérale auxiliaire (34), ledit second moyen d'ac-

tionnement (71) étant monté sur le premier étrier et étant en prise avec un pivot (207) fixé sur ledit arbre supérieur de pivotement (203) pour permettre le pivotement dudit mécanisme de poignet autour d'un axe coincidant avec ledit arbre transversal (201), ledit troisième moyen d'actionnement (80) s'étendant entre ledit élément transversal inférieur (362) et ledit pivot (208) prévu sur ledit arbre supérieur de pivotement (203) pour permettre le pivotement dudit mécanisme de poignet autour d'un axe coincidant avec ledit arbre supérieur de pivotement (203), ledit second étrier étant fixé rigidement sur ledit quatrième pignon

conique (48).