FR2618717A1 - DEVICE FOR CONNECTING TWO WORKPIECES TO TWO STATES OF RIGIDITY - Google Patents
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Abstract
Description
Dans de nombreux domaines et particulièrement dans Les équipements robotisés drunités de fabrication ou d'assembLage, il est nécessaire de prévoir à la liaison de deux pièces (outil et porte-outil, bras et poignet de robot, capteur et son support...) un dispositif limiteur d'effort afin de limiter les conséquences dommageables d'une surcharge appliquées à l'ensemble des pièces assemblées. In many fields and particularly in robotic equipment of manufacturing or assembly units, it is necessary to provide for the connection of two parts (tool and tool holder, arm and wrist of robot, sensor and its support ...) a force limiting device in order to limit the damaging consequences of an overload applied to all of the assembled parts.
A titre d'exemple, dans le cas du soudage par points robotisé, on contact trois cas de surcharge classique qui ont pour conséquence l'endommagement de la tete troisaxes du robot:
- lorsque les tôLes à souder par points ne sont pas perpendiculaires à l'axe des électrodes ;
- lorsque les électrodes collent à la tole au moment du desserrage de la pince ;
- lorsqu'enfin, au cours de la trajectoire de la pince, notamment Lors de la mise au point et la programmation de celle-ci, la pince rencontre un obstacle.For example, in the case of robotic spot welding, we contact three classic overload cases which result in damage to the robot's three-axis head:
- when the sheets to be spot welded are not perpendicular to the axis of the electrodes;
- when the electrodes stick to the sheet when loosening the clamp;
- when, finally, during the path of the clamp, in particular during the development and programming thereof, the clamp encounters an obstacle.
Les déformations qui résultent de ces surcharges se transmettent tout le long de la channe cinématique et ce, d'autant mieux que celle-ci est rigide, pour finalement en endommager l'élément le plus faible. The deformations which result from these overloads are transmitted all along the kinematic chain and this, all the better as the latter is rigid, to ultimately damage the weakest element.
Ces dommages se traduisent par une déformation structurelle du robot qui implique une nouvelle programmation, au moins partielle de la trajectoire et donc des arrêts du cycle de fabrication, dans les cas les plus favorables. This damage results in a structural deformation of the robot which implies a new programming, at least partial of the trajectory and therefore stops of the manufacturing cycle, in the most favorable cases.
On a donc cherché à mettre en place sur cette channe de transmission ou de liaison, des systèmes de sécurité qui jusqu'à aujourd'hui n'ont jamais donné pleinement satisfaction, parce que soit trop chers du fait de leur complexité, soit inefficaces car n'assurant pas une protection pour tous les degrés de mobilité nécessaires. We therefore sought to set up on this transmission or link chain, security systems which until today have never been fully satisfactory, because either too expensive because of their complexity, or ineffective because not providing protection for all necessary degrees of mobility.
L'invention entend proposer un dispositif de liaison de sécurité entre le nez d'un bras de robot et L'coutil qu'il porte, et plus généralement entre deux pièces dont L'une est le support de l'autre qui peut subir des efforts accidentels ou intempestifs, dans lequel La Liaison peut prendre deux états, l'un rigide tant que L'effort auquel est soumise l'une des pièces n'est pas supérieur à un seuil déterminé, L'autre souple permettant six degrés de Liberté d'une pièce par rapport à L'autre. The invention intends to propose a safety connection device between the nose of a robot arm and the tool which it carries, and more generally between two parts, one of which is the support of the other which can undergo accidental or untimely efforts, in which the connection can take two states, one rigid as long as the effort to which one of the parts is subjected does not exceed a determined threshold, the other flexible allowing six degrees of freedom of one room compared to the other.
Plus précisément, le dispositif selon l'inven- tion est constitué par des contacts ponctuels répondant aux exigences d'une Liaison isostatique, réalisés pour chacun d'eux entre un élément lié rigidement à la première pièce et un point médian d'ur levier articu') à ta seconde pièce par L'une de ses extrémités et maintenu e appui a son autre extrémité sur un butée de @@@@@@@@@ pitié, au moyen d'un organe élastique attelé à La première pièce et développant un effort réglable déterminé, définissant Ledit seuil. More specifically, the device according to the invention consists of punctual contacts meeting the requirements of an isostatic connection, made for each of them between an element rigidly connected to the first part and a midpoint of a hinged lever. ') to your second part by one of its ends and supported at its other end on a stop of pity, by means of an elastic member coupled to the first part and developing a determined adjustable force, defining said threshold.
Dans un mode préféré de realisation pour sa simpLicité d'exécution, il comporte trois leviers conver gents par leur extrémité libre vers une zone centrale des pie ces reliées, chacun d'eux présentant à sa partie médiane une surface sphérique coopérant avec Les flancs d'un V porté par l'élément correspondant solidaire de la première pièce, l'organe élastique susdit étant unique et comportant un plateau central d'appui des extrémités des leviers sur leur butée respective. In a preferred embodiment for its simplicity of execution, it comprises three levers converging by their free end towards a central zone of the connected parts, each of them having at its median part a spherical surface cooperating with the flanks of a V carried by the corresponding element secured to the first part, the aforesaid elastic member being unique and comprising a central support plate for the ends of the levers on their respective abutments.
Dans une variante du dispositif selon l'inven tiqn, Les deux pièces sont en outre reliées par des organes souples de suspension qui permettent de mettre hors service le dispositif à leviers. Dans ce cas, il est avantageux qu'en l'absence de sollicitation la position des pièces soit identique, que le mécanisme à levier soit en ou hors service. In a variant of the device according to the invention, the two parts are also connected by flexible suspension members which make it possible to deactivate the lever device. In this case, it is advantageous that in the absence of stress the position of the parts is identical, that the lever mechanism is in or out of service.
L'invention sera mieux comprise au cours de ta description donnée ci-apres à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. The invention will be better understood during your description given below by way of purely indicative and nonlimiting example which will make it possible to identify the advantages and the secondary characteristics thereof.
IL sera fait référence aux dessins annexés dans Lesquels
- la figure 1 est un schéma illustrant Les éléments essentiels du dispositif selon l'invention,
- les figures 2 et 3 montrent respectivement par une vue en coupe, selon La ligne II-II de la figure 3, et une vue de dessus partielle, une réalisation du dispositif de L'invention,
- La figure 4 est une coupe partielle de la figure 2 selon la Ligne IV-IV,
- la figure 5 est un schéma semblable à La figure IL dans lequel Les éléments de suspension ont été supprimés.Reference will be made to the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a diagram illustrating the essential elements of the device according to the invention,
FIGS. 2 and 3 show respectively in a sectional view, along line II-II of FIG. 3, and a partial top view, an embodiment of the device of the invention,
- Figure 4 is a partial section of Figure 2 along Line IV-IV,
- Figure 5 is a diagram similar to Figure IL in which the suspension elements have been removed.
En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit deux pièces i et 2, ici deux plaques reliées entre elles par une pluralité de plots 3 en élastomère, par exemple trois, régulièrement répartis autour d'un axe général central perpendiculaire aux plaques. Cette liaison ou suspension permet un mouvement relatif des pLaques 1 et 2 selon les six degrés de Liberté (bien entendu sous des amplitudes limitées par construction). Referring first to Figure 1, we see two parts i and 2, here two plates connected together by a plurality of pads 3 of elastomer, for example three, regularly distributed around a general central axis perpendicular to the plates. This link or suspension allows relative movement of plates 1 and 2 according to the six degrees of freedom (of course under amplitudes limited by construction).
En outre, les plaques sont reliées L'une à
L'autre au moyen d'une pluralité d'organes de liaison, dont un est schématiquement représenté à la figure, et qui comportent chacun
- un levier 4 articulé par L'une de ses extrémités à La plaque 2 et reposant sur une butée 5 solidaire de cette plaque;
- une patte 6 solidaire de la plaque 1 et en contact ponctuel avec une zone médiane du levier 4 (conformée en surface sphérique 4a);
- un organe élastique 7 attelé à la plaque 1 et forçant le levier 4 en appui sur La butée 5.In addition, the plates are connected to one
The other by means of a plurality of connecting members, one of which is schematically represented in the figure, and which each comprise
- A lever 4 articulated by one of its ends to the plate 2 and resting on a stop 5 integral with this plate;
- A lug 6 integral with the plate 1 and in point contact with a central region of the lever 4 (shaped as a spherical surface 4a);
- an elastic member 7 coupled to the plate 1 and forcing the lever 4 bearing on the stop 5.
Pour créer entre Les deux pièces 1 et 2 une liaison isostatique, il faut créer un point de contact entre six leviers tels que 4 et six pattes telles que 6, dans la mesure où les normales à ces points de contact sont de rang égal à six. To create an isostatic connection between the two parts 1 and 2, a contact point must be created between six levers such as 4 and six legs such as 6, since the normals at these contact points are of rank equal to six .
On peut, dans certaines liaisons, ne pas devoir immobiliser les six degrés de liberté. Dans ce cas, on ne mettra en oeuvre qu'un nombre de leviers limité correspondant aux degrés de liberté à supprimer avec ladite sécurité. One can, in certain connections, not have to immobilize the six degrees of freedom. In this case, only a limited number of levers will be used corresponding to the degrees of freedom to be suppressed with said security.
On voit donc que cette liaison par contacts pon:- tuels sur levier permet de regime rigide rigide l+ancowDlemert des deux pièces. Ceci sera réalisé à condition que l'effort développé par l'ensemble des organes 7 soit supérieur à l'effet d'une charge extérieure (pesanteur plus inertie) sur une plaque avec son équipement, L'autre étant maintenue, et ce dans toutes les orientations spatiates de l'ensemble. So we see that this connection by pon contacts: - tuels on lever allows rigid rigid scheme l + ancowDlemert of the two parts. This will be achieved provided that the force developed by all of the members 7 is greater than the effect of an external load (gravity plus inertia) on a plate with its equipment, the other being maintained, and this in all the spatial orientations of the whole.
On comprend bien que le tarage des organe 7 définit la limite de l'effort tendant à déplacer une plaque par rapport à L'autre. En effet, si sur la figure 1 on tend à écarter la plaque 2 de la plaque 1, paraLlèlement à elle-même, ce mouvement ne sera possible qu'en ayant vaincu l'action des organes 7 sur Le levier 4. A l'inverse, si on rapproche les deux plaques parallèlement à elle-même, il faut également vaincre l'action des organes 7 sur le levier 4. Tout autre mouvement plus complexe dans une liaison isostatique peut se décomposer au droit des organes 7 en un rapprochement ou un éloignement des plaques et aura donc à vaincre leur effet sur les leviers. It will be understood that the calibration of the members 7 defines the limit of the force tending to move one plate relative to the other. Indeed, if in Figure 1 we tend to move the plate 2 from the plate 1, parallel to itself, this movement will only be possible after having overcome the action of the organs 7 on the lever 4. At the Conversely, if the two plates are brought together parallel to itself, it is also necessary to overcome the action of the organs 7 on the lever 4. Any other more complex movement in an isostatic connection can decompose at the level of the organs 7 into a reconciliation or a distance from the plates and will therefore have to overcome their effect on the levers.
Ainsi, devant un effort appliqué à l'une des plaques, l'autre étant maintenue fixe, n'ayant pas pu vaincre l'effet des organes 7, la liai son se comporte comme une liaison rigide. En revanche, si cet effort est suffisant, la liaison rigide est rompue et les deux plaques recouvrent tous leurs degrés de liberté relative, et ce dans les deux sens. Thus, in the face of a force applied to one of the plates, the other being kept stationary, having been unable to overcome the effect of the members 7, the connection is behaving like a rigid connection. On the other hand, if this effort is sufficient, the rigid connection is broken and the two plates recover all their relative degrees of freedom, and this in both directions.
Afin que L'effet des organes élastiques 7 soit entiè rement consacré à la raideur de la liaison rigide, il faut que les contacts ponctuels soient réalisés pour une position relative des pièces 1 et 2 qui est celle dans laquelle elles se trouvent lorsqu'elles sont uniquement reliées par la suspension élastique 3. La satisfaction de cette condition permet d'éviter la mise en oeuvre d'organes élastiques puissants qui doivent en partie écraser la suspension et donc permet de réduire l'encombrement du dispositif. So that the effect of the elastic members 7 is entirely devoted to the stiffness of the rigid connection, the point contacts must be made for a relative position of the parts 1 and 2 which is that in which they are when they are only connected by the elastic suspension 3. The satisfaction of this condition makes it possible to avoid the use of powerful elastic members which must partially crush the suspension and therefore makes it possible to reduce the size of the device.
Par ailleurs, on peut sans rien changer aux pro piétés du mécanisme, disposer les organes 7 au droit des butées 5, comme cela apparait en regard des figures suivantes. Furthermore, it is possible, without changing anything to the properties of the mechanism, to arrange the members 7 in line with the stops 5, as appears with reference to the following figures.
Enfin, on notera que si l'on supprime les efforts développés par les organes élastiques 7, les deux pièces ne sont plus reliées que par la suspension élastique 3. Il suffit donc de les écarter des leviers pour les mettre comple- tement hors service afin qu'ils ne nuisent pas aux débattements des pièces. Les figures suivantes montrent également une disposition simple permettant cette mise en et hors service de ta liaison rigide "en parallèle" avec la suspension. Finally, it will be noted that if the forces developed by the elastic members 7 are eliminated, the two parts are no longer connected except by the elastic suspension 3. It therefore suffices to move them apart from the levers to put them completely out of service in order to do not interfere with the travel of the parts. The following figures also show a simple arrangement allowing this rigid connection to be put on and off "in parallel" with the suspension.
Les figures 2 et 3 représentent une réalisation possible de l'invention, dans laquelle on retrouve les plaques 1 et 2, la plaque 2 ayant été retirée à la figure 3. La suspension qui relie ces plaques est constituée par trois ensembles de trois plots élastiques 3a, 3b, 3c dont l'un 3b est coulissant par rapport à La plaque 2 pour constituer un seuil supérieur de réaction de la suspension, les deux autres 3a, 3c étant solidaires des plaques. Figures 2 and 3 show a possible embodiment of the invention, in which there are the plates 1 and 2, the plate 2 having been removed in Figure 3. The suspension which connects these plates consists of three sets of three elastic pads 3a, 3b, 3c, one of which 3b is sliding relative to the plate 2 to constitute an upper threshold for reaction of the suspension, the other two 3a, 3c being integral with the plates.
Le mécanisme de Liai son à leviers comprend ici trois leviers 4b, 4c, 4d convergents par leur extrémité libre vers l'axe central de. L'accouplement et articulés sur la plaque 2 au moyen de deux Lames flexibles 8 et 9 perpendiculaires attelées entre une extrémité en T 10 du levier et un socle 11 fixé sur la plaque 2. The Liai son lever mechanism here comprises three levers 4b, 4c, 4d converging at their free end towards the central axis of. The coupling and articulated on the plate 2 by means of two flexible blades 8 and 9 perpendicular coupled between a T-shaped end 10 of the lever and a base 11 fixed on the plate 2.
A leur extrémité libre, Les leviers 4b, 4c, 4d reposent sur une butée 5 par l'intermédiaire d'une pièce 12 de contact, bombée ou cylindrique en regard de la butée 5, fixée à cette extrémité de Levier. At their free end, the levers 4b, 4c, 4d rest on a stop 5 by means of a contact piece 12, convex or cylindrical opposite the stop 5, fixed to this end of the lever.
En partie médiane chaque levier est équipé également d'un corps d'appui rapporté 13 qui est au contact des deux ailes convergentes d'un V6a porté par la plaque 1. La figure 4 exemplifie cette disposition difficile à représenter aux figures 2 et 3. On notera ici que seuls trois leviers sont mis en oeuvre.Mais grâce au fait que chaque levier pressente deus points de contact avec l'élément 6asolìdaire de a plaque 1, on a bien crée les six points de @@@@@@ nécessaires au positionnement isostatique, constatant par ailleurs que les normales aux points de contact satisfont l'exigence requise par l'isostatisme. Cette disposition est donc une première simplification constructive du dispositif général décrit en regard de la figure 1. In the middle part, each lever is also equipped with an attached support body 13 which is in contact with the two converging wings of a V6a carried by the plate 1. FIG. 4 exemplifies this arrangement which is difficult to represent in FIGS. 2 and 3. It will be noted here that only three levers are used. But thanks to the fact that each pressing lever has two points of contact with the non-linear element of plate 1, we have created the six points of @@@@@@ necessary for the isostatic positioning, noting further that the normals at the contact points meet the requirement required by isostatism. This arrangement is therefore a first constructive simplification of the general device described with reference to FIG. 1.
Une seconde simplification résulte du fait que l'ensemble des organes élastiques est réuni en un seul organe central 7a constitué par une enceinte 14 à parois déformables, susceptible d'être connectée à une source de pression par un raccord 15. Cette enceinte comporte du côté des leviers un plateau 16 uniquement fixé au centre de la paroi adjacente qui coopère avec les extrémités libres de trois leviers juste en face des butées 5. Ce plateau 16 est rendu indéformable par un nervurage 17. A second simplification results from the fact that all of the elastic members are united in a single central member 7a constituted by an enclosure 14 with deformable walls, capable of being connected to a pressure source by a connector 15. This enclosure has on the side of the levers a plate 16 only fixed at the center of the adjacent wall which cooperates with the free ends of three levers just opposite the stops 5. This plate 16 is made non-deformable by a rib 17.
Les dimensions des différents éléments de ce dispositif sont telles que, en l'absence de sollicitation et de gonflage de l'enceinte 14, la pièce 13 est au contact du
V6a, et la pièce 12 est en appui sur la butée 5 (si la plaque 2 est placée sous La plaque1). De ce fait le gonflage de l'enceinte 14 ne provoque aucune déformation de la suspension 3a, 3b et 3c et l'effort développé est entièrement consacre à la raideur de la liaison rigide.The dimensions of the various elements of this device are such that, in the absence of stress and inflation of the enclosure 14, the part 13 is in contact with the
V6a, and the part 12 is supported on the stop 5 (if the plate 2 is placed under the plate 1). Therefore the inflation of the enclosure 14 does not cause any deformation of the suspension 3a, 3b and 3c and the effort developed is entirely devoted to the stiffness of the rigid connection.
On remarquera que Les deux états de liaison des plaques 1 et 2 sont obtenus l'un en l'absence de gonflage de l'enceinte 14 (liaison souple), L'autre par gonflage de cette dernière (liaison rigide) le seuil de la liaison rigide étant simplement obtenu et réglé en agissant sur la pression à
L'intérieur de L'enceinte.Note that the two connection states of the plates 1 and 2 are obtained one in the absence of inflation of the enclosure 14 (flexible connection), the other by inflation of the latter (rigid connection) the threshold of the rigid connection being simply obtained and adjusted by acting on the pressure at
The interior of the enclosure.
Le dispositif selon l'invention, notamment dans cette version de construction, est d'encombrement très réduit. The device according to the invention, in particular in this construction version, is very compact.
Sa construction n'exige pas de précisions de montage ou d'usinage très importantes. Le positionnement des plaques l'une par rapport à l'autre dans la liaison rigide est toujours identique, si bien que ce dispositif trouve une application intéressante en robotique ou les coordonnés d'une pièce dans L'espace doivent toujours être connues avec préci sion, que ce soit pour l'usinage, le montage dans des chaSnes de fabrication, ou le contrôle dimensionnel sur des channes de vérification.Its construction does not require very important assembly or machining details. The positioning of the plates in relation to each other in the rigid connection is always identical, so that this device finds an interesting application in robotics or the coordinates of a part in space must always be known with precision. , whether for machining, mounting in production lines, or dimensional control on verification lines.
L'invention n'est pas limitée à la description donnée ci-dessus mais couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées. L'une d'elles consiste par exemple à prévoir à la place du vérin 14 un dispositif à ressorts qui en position normale force par le plateau 16 les leviers en appui sur leur butée respective. La mise hors service de la liaison rigide consiste alors en un actionneur (vérin pneumatique) qui, commandé, vient comprimer les ressorts pour qu'ils n'aient plus d'effet sur le plateau 16. The invention is not limited to the description given above but on the contrary covers all the variants which could be made to it. One of them consists for example in providing instead of the cylinder 14 a spring device which in normal position forces the plate 16 by the levers bearing on their respective stop. The decommissioning of the rigid link then consists of an actuator (pneumatic cylinder) which, when controlled, compresses the springs so that they no longer have an effect on the plate 16.
Cette disposition présente un avantage du point de vue de la sécurité car, en l'absence d'énergie, la liaison est maintenue dans son état rigide. L'autre reside dans la provision entre les leviers et leur butée, et entre les leviers et la pièce en V,de capteurs de contact qui, à l'ouverture, indiqueront que le seuil est dépassé donc constitueront des capteurs de surcharge plus simples à mettre en oeuvre que des capteurs d'effort.This arrangement has an advantage from the point of view of security since, in the absence of energy, the connection is maintained in its rigid state. The other resides in the provision between the levers and their stop, and between the levers and the V-shaped part, contact sensors which, at the opening, will indicate that the threshold is exceeded therefore will constitute overload sensors simpler to use only force sensors.
La figure 5 illustre en outre une seconde variante
du dispositif selon L'invention dans laquelle t'une des
liaisons souples (suspension) est supprimée. On voit en effet que les organes de liaison à leviers, identiques à ceux décrits en figure 1 avec Les mêmes références (ici, trois leviers 4 coopérant avec trois pièces en V 6a), sont les seuls à relier les plaques 1 et 2. Dans ce cas, ils sont toujours maintenus en service par le ressort unique central 7' dont on peut tarer la force d'appui sur le plateau 16'.FIG. 5 also illustrates a second variant
of the device according to the invention in which one of the
flexible links (suspension) is removed. It can be seen that the lever connection members, identical to those described in FIG. 1 with the same references (here, three levers 4 cooperating with three V-shaped parts 6a), are the only ones to connect the plates 1 and 2. In in this case, they are always kept in service by the central single spring 7 ′, the bearing force of which can be tared on the plate 16 ′.
Dans ce cas, la liaison est normalement rigide et peut s'effacer sous l'effet d'une sollicitation supérieure au seuil imposé par le ressort 7'. Contrairement aux dispositions décrites en regard des figures précédentes, La liaison n'est plus soit soupie soit rigide avec seut dç sécurité, selon le choix de l'utilisateur. Cela est rigide et dévié.In this case, the connection is normally rigid and can disappear under the effect of a stress greater than the threshold imposed by the spring 7 '. Contrary to the arrangements described with regard to the preceding figures, the connection is no longer either loose or rigid with security only, depending on the choice of the user. It is rigid and deviated.
souple lorsque La sécurité joue. flexible when security plays a role.
Claims (7)
Priority Applications (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |