FR2734749A1 - Manipulateur plan programmable a tres haute cadence et son support universel - Google Patents

Abstract

Le manipulateur plan selon l'invention comporte deux bras (B1, B2) articulés sur une nacelle (51) munie d'une ventouse et de son moyen (53) de mise en dépression, sur chacun desquels on a taillé une crémaillère engrènant sur un pignon (P1, P2) mû par un actionneur (A1, A2) constitué par un moteur électrique programmable. Un actionneur A3 fait pivoter lesdits bras autour des axes (65, 66) pendant leur mouvement en X, Y en coopération avec les actionneurs A1, A2. Ce mouvement comporte une levée de l'objet saisi, qui peut être verticale avant le mouvement de translation vers le site de dépose. La nacelle peut se déplacer parallèlement au portique (50) ou être inclinée par rapport à celui-ci selon les besoins. Son plan de déplacement en X, Y est orientable également en Z par pivotement autour de l'axe P, P' engendré par un autre actionneur, dans ce cas, les actionneurs (A1, A2, A3) sont montés sur un support pivotant autour de l'axe PP'. Ce manipulateur est utilisable dans tous les cas ou l'on a à déplacer des objets léger à effectuer des opérations diverses d'usinage, d'assemblage, à cadence très élevée selon un plan en XY ou en X, Y, Z, ou des opérations de soudure ou de peinture de façon peu onéreuse.

Description

Manipulateur plan programmable à très haute cadence et son support modulaire universel.

L'invention concerne un manipulateur modulaire plan à cinématique fermée ou mixte, à structure parallèle ou non, programmable à très hautes cadences et son support modulaire universel.

On connaît déjà de nombreux mécanismes de transfert permettant de déplacer des objets. Il sont mal adaptés pour le transfert à cadences trés élevées d'objets suivant un plan.

La plupart des mécanismes de transfert de type manipulateur ou robot industriel, impliquent des temps d'action non négligeables pour effectuer les séquences successives de mouvements de déplacement d'objets. Ces temps d'action ne sont pas toujours compatibles avec ceux des phases correspondantes et imposées, des chaînes de fabrication ou d'assemblage. Dans les chaînes de fabrication, on cherche à obtenir des cadences maximales. Le pas entre les différents postes et les temps de transfert sont figés. Les temps d'usinage de pièces à transférer dans des postes d'usinage de pièces mécaniques, peuvent être très courts. Il est donc impératif de pouvoir effectuer les opérations de manipulation (évacuation et alimentation) dans des temps les plus courts possibles.La cadence, par exemple, des opérations de transfert de pièces, est dépendante de l'inertie dynamique de ces pièces et de celle des éléments mobiles des mécanismes de transfert. Ces inerties dynamiques limitent les cadences de fonctionnement. Les grandes variations de vitesses nécessaires et les très fortes accélérations provoquent des effets indésirables et destructeurs. Il est donc impératif de tenir compte de ces effets dans la conception des mécanismes de transfert et robots. C'est la raison pour laquelle on a cherché à réduire les masses en mouvement pour pouvoir accroître les accélérations et vitesses de déplacement.

La particularité des manipulateurs ou des robots réside dans leur morphologie.

Certaines architectures sont pénalisées par l'inertie de leurs masses en mouvement. Les robots dits "cartésiens" ainsi que les manipulateurs linéaires à mouvements croisés perpendiculaires sont les plus répandus. Ils sont lents à cause d'importantes masses en mouvement, en particulier les moteurs embarqués. Leur vitesse maximale ne peut excéder 2 mètre/seconde et à cette vitesse leur précision est faible, En outre, les câbles d'alimentation de ces moteurs subissent des flexions continuelles causant fréquemment de multiples avaries. De plus, les systèmes à glissières sont lourds, extrêmement précis, nécessitent un usinage et sont très onéreux. Les manipulateurs à came, linéaires ou rotatifs, ne sont pas flexibles, on ne peut les utiliser que pour une application prédéfinie. Toute modification, même minime, oblige à faire de nouvelles cames.Ils sont lourds et nécessitent un graissage, comme pour les robots cartésiens
En revanche, leurs mouvements sont rapides. progressifs et répétitifs. La puissance installée est réduite.

De nombreuses recherches ont eu pour but de pallier ces inconvénients comme dans le brevet EP 0310 481 ou le dispositif, a cinematique ouverte, est destiné à déplacer un préhenseur de manutention dans un plan vertical Il evite de déplacer les moteurs dans un mouvement plan. Il comporte un système de poutre et de courroies crantées permettant de déplacer le préhenseur par rotation de deux pignons de commande. Il présente un important porte-à-faux, ce qui implique une flexion et donc une précision moindre en bout de bras. Ses masses en mouvement restent trop importantes pour permettre des accélérations et vitesses élevées. On connaît d'autres systèmes a cinematique ouverte, à multiples bras oscillants articulés tels que décrits dans les brevets FR 2 557 003 et FR 2 459 112 et EP 0 181 490.Ils comportent beaucoup d'articulations mécaniques, ce qui multiplie les possibilités de jeux et influe sur la précision des déplacements. Ils ne sont généralement pas prévus pour atteindre des accélérations et vitesses élevées et sont encombrants sauf cas particuliers.

Les robots polyarticulés sont généralement d'architecture dite "série", oblige à déplacer de grande masse, même pour de faibles charges à transporter. Ils sont plutôt destinés à déplacer de lourdes charges ou pour la soudure. Ils sont bruyants à grande vitesse et limités dans leurs accélérations.

Des robots dits à architecture parallèle, à trois degrés de liberté de base, tels que présentés dans les brevets PCT/WO 87/03528 et EP 0 4940565 ont permis d'accroître notablement les accélérations et vitesses de déplacement. Leur architecture comporte un élément de base (1) et une nacelle mobile (8) trois bras de commande (4) articulés chacun sur deux barres de liaison (Sa, 5b) elles mêmes articulées sur la nacelle (8), et fixés rigidement chacun sur un arbre (2) entraîné par un actionneur (3) sur l'élément de base fixe (1). Cette structure à parallélogrammes déformables restreint beaucoup l'espace de travail, même avec des bras (4 et 5) longs et est encombrant.L'élément mobile (8) se déplace toujours parallèlement à l'élément fixe (1), il est donc nécessaire d'articuler l'attache du préhenseur et de lui adjoindre un actionneur lorsqu'il est indispensable d'incliner l'objet à déplacer, ce qui diminue d'autant la charge utile. Ce robot est susceptible d'atteindre des accélérations d'environ 9 g. Il comporte au total 3 bras avec en tout 9 biellettes et une nacelle encombrante puisqu'elle comporte six articulations. Pour travailler seulement en X Y, tous ses bras et articulations sont en mouvement à chaque déplacement. I1 comporte neuf articulations susceptibles d'introduire des jeux nuisant à la précision des déplacements.

Le choix des manipulateurs ou robots doit être adapté aux problèmes à résoudre.

On constate que beaucoup d'applications, telles que par exemple la préhension de pièces sur un convoyeur pour les déposer sur un poste de travail, puis leur reprise pour déposer la pièce usinée sur un second convoyeur, ne nécessitent qu'un déplacement plan en X, Y avec éventuellement une orientation ou une inclinaison du préhenseur. Or la plupart des robots sont agencés pour travailler selon trois dimensions X, Y, Z. En outre, un nombre non négligeable d'applications en robotique, n'exige pas de mécanismes aussi complexes, lourds et onéreux.

Un robot ou un manipulateur, quel que soit son type de structure, doit permettre d'assurer des fonctions de préhension, de déplacement et de dépose précise d'objets ou de déplacement d'outil spécifique (soudure, peinture etc.) dans un temps global très court, compatible avec celui de la chaîne de fabrication dans laquelle on l'insère. Pour assurer convenablement cette fonction sans ralentir la chaîne, cela implique qu'il puisse atteindre de très fortes accélérations et des vitesses de transfert élevées de façon répétitive sur de longues durées en maintenant dans le temps sa précision de saisie et de dépose.

Ces résultats sont atteints avec le manipulateur plan, parallèle ou non à cinématique fermée, selon l'invention, programmable ou non palliant les inconvénients précités. Son plan de travail peut être orienté de façon quelconque sur 360 , il peut être agencé pour travailler également selon l'axe Z avec les mêmes accélérations et vitesses. Son encombrement latéral très faible. L'inertie dynamique de ses masses en mouvement est très faible ce qui lui permet d'obtenir des accélérations et des vitesses très élevées hors de portée des dispositifs connus, même les plus performants. Il est prévu pour réaliser tous types d'opérations effectuables à partir d'une nacelle mobile dans l'espace selon deux ou trois degrés de liberté de base. Son support modulaire universel lui permet d'opérer sur un très grand volume de travail.

Selon une première configuration de l'invention, le manipulateur comporte au moins deux bras, coulissant chacun dans une glissière pivotante solidaire d'un socle et dont la longueur est adaptée suivant chaque type de trajectoire par au moins un actionneur; lesdits bras sont articulés sur une nacelle et effectuent ensemble un mouvement plan déplaçant la nacelle dans ce plan X, Y, au moyen d'un actionneur adapté.

Selon une seconde réalisation, il comporte trois ou quatre bras parallèles dont la longueur est rendue variable par deux actionneurs, lesdits bras pivotent chacun sur un socle fixe et son articulés sur une nacelle selon deux axes lui permettant d'être inclinée selon un angle quelconque dans n'importe quel plan.

Elle est agencée pour recevoir tout type d'outil compatible.

Lesdits bras définissent ensemble une forme quelconque ou un parallélogramme déformable ou un parallélogramme et un rectangle perpendiculaire également déformable en parallélogramme ou en forme quelconque.

Ces bras effectuent ensemble un mouvement plan déplaçant la nacelle en X, Y. Ce mouvement en X, Y, est obtenu au moyen d'un actionneur faisant tourner les bras sur leur pivot.Les actionneurs de définition de la longueur des bras sont programmés électroniquement pour maintenir dans un premier cas le parallélisme du déplacement de la nacelle quel que soit l'angle d'oscillation des bras définissant l'amplitude du mouvement en
X, Y et dans un second cas pour orienter l'outil selon n'importe quel angle. Son espace de travail maximal et minimal est obtenu par la combinaison de la variation minimale ou maximale de l'angle des deux bras et par la variation de la longueur de chacun d'eux, ainsi que par les mouvements de son support universel.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, le mouvement d'oscillation des bras en X, Y est obtenu au moyen d'un troisième bras de longueur variable, monté pivotant et articulé en chape soit à l'extrémité libre de l'un des deux bras parallèles ou près de la nacelle et mû par un autre actionneur agissant en coopération avec les actionneurs modifiant la longueur des bras.

Selon un troisième mode de réalisation du manipulateur suivant l'invention, le socle, supportant les glissières et pivots des bras et leurs actionneurs, est monté lui-même sur des pivots et agencé pour coopérer avec un autre actionneur communiquant des oscillations en Z aux deux bras assurant le mouvement plan en X, Y.

La modification de longueur des deux bras du manipulateur est obtenue soit par deux actionneurs découplés lorsque l'on veut orienter la nacelle dans le plan X, Y, soit au moyen d'un seul actionneur de type pignon motorisé programmable, agissant sur une crémaillère taillée sur un côté de chacun des bras, la rotation dudit pignon motorisé étant renvoyée à un second pignon engrenant sur le deuxième bras, au moyen de poulies et courroie crantée ou d'une chaîne et de pignons à chaîne.

Selon un quatrième mode de réalisation du manipulateur suivant l'invention, il est constitué de deux bras parallèles de longueur restant égale, coulissant librement chacun dans une glissière à billes pivotant sur le support fixe et articulés en chape sur la nacelle d'un côté et sur un autre bras de l'autre. Les mouvements de levée et de pivotement en X, Y de ses bras sont obtenus au moyen d'un système bielle-manivelle coopérant avec une rampe articulée sur des leviers parallèles, mûe par un bras et par une came montée sur l'arbre moteur de la bielle-manivelle et coopérant avec un embrayage-frein.

Selon une cinquieme version pllls simple le mouvement en X, Y des bras coulissants librement et la levée de la nacelle sont obtenus au moyen d'un ensemble de poulies et courroie crantées des deux cotes. cooperant avec une rampe articulée sur des leviers parallèles et portant a ses extremites deux poulies crantées; le milieu du troisième bras est fixé à la courroie par une articulation comlmune avec un chariot de maintien de son parallélisme en cours de déplacement. la courroie étant entraînée au moyen de deux moteurs programmables.

Selon une sixième version de l'invention, le manipulateur est constitué de deux bras parallèles porteurs de la nacelle. articules a leur autre extrémité sur un ou deux écrous à billes et coopérant avec un troisieme bras articulé en chape sur la nacelle et sur un autre écrou à billes, les deux ou trois ecrous sont montés chacun sur leur vis motorisée séparément, qui les déplacent en engendrant la trajectoire de la nacelle.

Les avantages du manipulateur plan à cinématique fermée selon l'invention sont les suivants: - très hautes cadences, très grandes accelerations pouvant dépasser 10g et très grande vitesse de déplacement du fait de sa très grande légèreté et de la très faible inertie dynamique de l'ensemble en mouvement, nacelle legère avec deux articulations de bras seulement, très peu de frottements, ce qui améliore nettement le comportement dynamique à très hautes cadences et augmente la précision par rapport aux manipulateurs connus; - très grande simplicité et faible coût par rapport à la plupart des solutions concurrentes, ses glissières sont plus simples à commander, - rapport masse utile/masse morte très avantageux, tous les organes moteurs sont fixés sur la base immobile; - précision des mouvements; peu de risques de jeu sur quatre articulations seulement, donc fiabilité bien plus longue; la plupart des mouvements que l'on peut obtenir avec ce manipulateur sont inaccessibles aux robots conventionnels; - très faible encombrement latéral du fait du travail sur un seul plan; très grande compacité; - possibilité de se déplacer également en Z avec un actionneur supplémentaire non embarqué, soit pour orienter le plan de déplacement X, Y, soit pour travailler en X, Y, Z, comme la plupart des robots;I'orientation du plan X, Y, pouvant s'effectuer manuellement lorsqu'il n'est pas nécessaire de travailler en permanence en Z; - grande modularité selon les types d'application: passage du mouvement du préhenseur de deux axes à 6 axes sur son support modulaire universel;
pour augmenter la surface de tram ail il suffit d'au-menter la longueur des deux bras sans modifier la commande, jusqu'a une limite par modele d'une anime, - la nacelle est inclinable, et donc le prehenseur. des deux côtes dans le plan de déplacement en X, Y et inclinable lateralement selon un angle quelconque et peut également être orienté par rotation sur lui-même par un actionneur restant sur le socle fixe, coopérant avec un arbre à cardans - les câbles d'alimentation électrique et de contrôle de position ne sont pas soumis à la flexion ni à la torsion, ou subissent de tres faibles mouvements dans certaines applications à cinématique mixte (parallèle ou serie); - adaptation très facile, notamment au transfert de pièces légères à cadence très élevée.

Le manipulateur selon l'invention peut être utilise dans des domaines d'application très variés comme par exemple: le conditionnement, I'empilage et le dépilage de produits, le chargement et le déchargement de machines, le chargement et le déchargement de chaînes transfert de fabrication, des usinages divers: ébavurage, perçage, frai sage, meulage, électroérosion, découpe par jet d'eau, etc , I'assemblage de pièces diverses, I'alimentation de postes de travail, la peinture, la soudure, la manipulation d'objets divers en deux ou trois dimensions, les tests de tous genres, la détermination d'une position, le contrôle dimensionnel, le transfert linéaire pas-à- pas, d'objets posés sur rails comportant des Vé de centrage, le rangement de pièces dans des emballages, palettisation, prise et/ou rangement d'objets sur des claies type damier pouvant être à entraxe variable pendant le transfert, etc.

Les différentes configurations du manipulateur selon l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels on a montré: - figure 1, un cas général schématique de configuration trapézoïdale déformable, d'un manipulateur plan programmable à nacelle à déplacement parallèle ou non à très hautes cadences selon l'invention; - figure 2, un cas général schématique de configuration en parallélogramme déformable, d'un manipulateur plan programmable à nacelle à déplacement parallèle ou non à très hautes cadences selon l'invention; -figure 3, un exemple de configuration en parallélogramme déformable dont la commande de modification de la longueur des bras est obtenue au moyen d'un seul actionneur; ; - figure 4, une vue en bout montrant le très faible encombrement latéral du manipulateur, et le déplacement suivant l'axe Z réalisé par un transporteur pas à pas présentant les pièces à manipuler; - figure 5, I'exemple de la figure 4 dans lequel le mouvement selon l'axe Z est obtenu en faisant osciller le plan des bras autour dun pinot au moyen d'un actionneur A4; - figure 6,1'exemple de la figure 5 dans lequel le plan N, Y, oscille autour de l'horizontal;; - figure 7, un exemple d'application combinant un déplacement selon le plan X, Y et selon l'axe Z, le socle S étant inversé vers le bas, - figure 8, un exemple de moun ement d extremement courte amplitude d'inclinaison du préhenseur P pour effectuer des assemblages.

- figure 9, un exemple de commande en rotation d'un préhenseur monté sur la nacelle M; - figure 10, un exemple de commande du mouvement en X, Y au moyen d'un troisième bras à longueur variable BS; - figure 11, une autre variante de configuration avec un troisième bras B6 travaillant uniquement en traction pendant le mouvement XY en charge; - figures 12, 13 et 14, une variante de configuration du manipulateur des figures 2 et 5 dans lesquelles la nacelle reste parallele au socle pendant le déplacement en Z par inclinaison du plan X, Y - figures 15 et 16, une variante des figures 12, 13 et 14 dans lesquelles la nacelle M reste parallèle au socle S pendant le déplacement en Z au moyen de poulies et courroies; - figures 17 et 18, un exemple de commande du mouvement en X, Y du manipulateur au moyen d'un 3ème bras B9 et de système à 3 vis-écrou;; - figure 19, un exemple de variante simplifiée des figures 17 et 18 de commande de mouvement en X, Y avec deux systèmes vis-écrou seulement; - figures 20, 21 et 22, un manipulateur à 3 axes X, Y, Z permettant de maintenir le parallélisme de la nacelle en Z ou de l'orienter selon un angle quelconque; - figures 23 et 24, deux exemples de commande de translation des bras pendant un mouvement en Z; - figures 25, 26, 27 et 28, des exemples schématiques en vue de dessus, de commande de manipulateurs à trois et 4 bras.

- figure 29, un exemple schématique d'un manipulateur plan parallèle dont les bras sont montés sur glissière et dont le mouvement en X, Y est obtenu au moyen d'un système à bielle-manivelle coopérant avec une rampe de levée; - figures 30 et 3 1 un exemple schématique d'un manipulateur plan parallèle dont les bras sont montés sur glissière et dont le mouvement en X, Y est obtenu au moyen d'une courroie crantée des deux côtés coopérant avec une rampe de levée; - figures 32. 33 et 34. des exemples schematiques de manipulateur plan dont le socle est monte sur une potence. sur un poteau et sur un chariot de translation de la potence ou du poteau; - figure 38 un exemple schematique de support universel modulaire du manipulateur à deux ou trois axes principaux:: - figures 36, 37 et 38, un exemple schématique d'articulation des deux bras du manipulateur sur une nacelle en N, Y; - figures 39, 40, 41, un exemple schematique du montage d'une nacelle de sécurité déboîtable pour manipulateur à deux bras en X, Y, - figures 42, 43 et 44, un exemple schématique de nacelle de sécurité à 3 ou 4 bras pour manipulateur fonctionnant en X, Y, Z; - figures 45 et 46, un exemple de sécurité anti-collision de bras du manipulateur; - figures 47 et 48, un exemple d'actionneur Al ou A2 de translation d'un bras du manipulateur à pignon-crémaillère;; - figures 49 et 50, un exemple d'actionneur Al ou A2 de translation d'un bras du manipulateur à vis-écrou; - figures Si et 52, un exemple de manipulateur plan à trois actionneurs Al, A2, A3; - figure 53, un exemple de manipulateur plan à deux bras de longueur identique modifiable maintenant la nacelle parallèle, entraîné par un troisième bras; - figure 54, un exemple de variante d'entraînement à poulies et courroie crantée en X, Y de la figure 53; - figure 55, un exemple schématique d'un manipulateur dont le socle est en position basse, pour le déplacement d'objets pas à pas au moyen d'un rail muni de Vé de centrage d'objets;; - figures 56, 57 et 58, un exemple de préhenseur pour la prise multiple d'objet et leur dépose à un pas différent,
La figure 1 montre un cas général schématique de configuration trapézoïdale déformable du manipulateur plan selon l'invention, programmable type parallèle ou non à très hautes cadences. Il comporte deux bras coulissants porte-nacelle B1, B2 dont le coulissment est obtenu par des actionneurs Al et A2, pivotant chacun sur un socle ou base fixe S et articulés sur un élément mobile M dénommé nacelle, agencée pour recevoir tout type d'outil P compatible. Leur longueur est adaptée suivant chaque type de trajectoire.

Lesdits bras B 1, B2 forment ensemble un trapèze déformable et effectuent ensemble un mouvement plan déplaçant l'élément mobile M en X, Y. Ledit mouvement en X, Y, est obtenu au moyen d'un actionneur A3 faisant pivoter les bras B1, B2 dans ce plan.

L'élément mobile ou nacelle M peut être incliné d'une valeur variable ou prédéterminee pouvant être différente à chaque fin de course, ou rester parallèle quelle que soit l'inclinaison des bras. Le plan de fonctionnement du manipulateur en X, Y peut etre orienté dans n'importe quelle position. Les coordonnées de la nacelle M sont repérées dans le plan ou dans l'espace par rapport au socle S. Les actionneurs sont agencés de telle sorte qu'ils puissent déplacer la nacelle dans tout l'espace de travail en X, Y, défini par la longueur des bras et par l'amplitude de leur inclinaison. Avec une même puissance d'actionneur on peut utiliser des bras de longueur totale différente en fonction de l'amplitude du mouvement désiré et pour réduire l'inertie dynamique de la masse à mouvoir.Ce manipulateur est d'un encombrement latéral extrêmement faible qui est celui de la nacelle, ce qui lui permet de s'insérer facilement entre n'importe quels postes de travail existants ou non.

Le moyen pour faire varier la longueur utile active des bras B 1, B2 peut être constitué d'un ensemble pignon-crémaillère, vis-écrou à billes, bras télescopique, vérin électrique ou à fluide etc. Les actionneurs peuvent être mûs par tout moyen programmable connu, moteurs pas-à-pas, brush-less, à courant continu, vérins électriques, à fluide ou à câble, indexeurs etc..

La nacelle est agencée pour recevoir tout type d'outil, par exemple préhenseur à pinces, à ventouses à dépression, électroaimant, buse de peinture, pince de soudure etc., ou tout outil spécial pour effectuer toute opération spécifique. L'outil fixé sur la nacelle peut recevoir n'importe quelle orientation fixe ou non, par exemple perpendiculaire au plan d'évolution du manipulateur, ou variable, et/ou tourner sur lui-même comme il sera vu dans d'autres figures.

La figure 2 montre un second cas général schématique de configuration des deux bras en parallélogramme déformable et transformable en quadrilatère, du manipulateur. Dans cette configuration, les bras B3 et B4 peuvent être maintenus parallèles, pouvant rester de même longueur utile en conservant le parallélisme de la nacelle M et donc celle de l'outil P quelle que soit l'inclinaison des bras. Le pivotement en X, Y est obtenu par l'actionneur A3 comme sur la figure 1. On fait aussi varier la longueur des bras, par exemple pour soulever verticalement un objet, ou pour incliner la nacelle et donc l'outil dans le sens approprié à une opération particulière. La programmation des actionneurs est effectuée en parallèle, ce qui permet d'accroître les cadences de déplacement. Le pivotement et l'articulation des bras seront montrés plus loin.

Sur la figure 3. on a montre schematiquement un exemple de configuration en parallélogramme déformable dont la commande de modification de la longueur utile des bras est obtenue au moyen d'un seul actionneur comportant un pignon motorisé Pl engrenant sur une crémaillère taillée sur les bras lB3 et B4 Une poulie crantée, clavetée sur le même axe que le pignon Pi, renvoie le mouvement à une seconde poulie crantée fixée sur le même axe qu'un second pignon P2 engrenant sur la cremaillère du bras B4. Cette disposition permet d'économiser un actionneur
Sur la figure 4, on a montre schematiquement le profil latéral du manipulateur plan selon l'invention. Comme on peut le constater, son encombrement est extrêmement faible.

Pour illustrer le fait que dans la plupart des opérations de manipulation de pièces légères un manipulateur plan en X, Y est sufi'visant dans beaucoup de cas, on a figuré un convoyeur à palettes sur l'une desquelles sont disposees à un pas p des pièces ou des rangées de pièces à manipuler, l'une d'elle a été saisie par un préhenseur P et le convoyeur avance du pas p, suivant l'axe Z, pendant que le manipulateur effectue le transfert de la pièce. Pour faire de telles manipulations, les robots à trois axes principaux à grande cadence sont pénalisés par rapport au manipulateur plan selon l'invention.

Sur la figure S, on a montré schématiquement les cas ou l'axe Z est indispensable pour certains types de trajectoires, un quatrième actionneur A4 est agencé pour faire pivoter les bras B3, B4 selon l'axe Z. Les actionneurs Al, A2 et A3 sont articulés sur le socle (S) de telle sorte que le plan X, Y est orientable sur 360 Le pivotement selon l'axe Z au moyen de l'actionneur A4, programmé en parallèle avec les trois autres actionneurs, peut être effectué dans n'importe quelle partie des 360" Lorsque l'on travaille, notamment avec l'axe Z, il est intéressant de pouvoir orienter l'outil par rapport à la nacelle et par rapport au plan des bras.

Cette fonction d'orientation est assurée au moyen d'un actionneur AS embarqué dans cette configuration. Nous verrons plus loin, sur les figures 21 à 28, qu'avec un manipulateur à 3 ou 4 bras ou avec un boîtier de renvoi d'angle, l'on obtient cette inclinaison sans embarquer d'actionneur AS.

La figure 6 présente schématiquement une disposition dans laquelle le pivotement du plan X, Y s'effectue autour d'un axe horizontal. Ce manipulateur léger est prévu pour être monté par exemple en porte à faux à l'extrémité d'une potence éventuellement pivotante (comme il sera vu plus loin), lui permettant, du fait de son très faible encombrement, d'effectuer des soudures ou de la peinture dans toutes les positions possibles préprogrammées.

La figure 7 illustre schematiquement un cas ou le socle est inversé en position basse
Le plan de travail X, Y peut être Incline ou X ertical ou bien le manipulateur peut travailler en X. N., Z avec un outil P inclinable au moyen d'un actionneur AS embarqué ou non, ou avec 3 ou 4 bras
La figure 8 montre schématiquement un mode de réalisation d'un mouvement ultrarapide de déphasage, proche d'une vibration, pour assurer un assemblage. par exemple enfoncer une pièce dans un alésage, realiser un emboîtement etc.Ce mouvement est obtenu en plaçant un double tendeur T sur la courroie ou sur la chaîne C de transmision du mouvement de modification de la longueur des bras B3, B4, il est mû par un actionneur A6 produisant un très rapide mouvement alternatif du bras tendeur T qui a pour effet de faire tourner très légèrement les pignons Pi et P2 et donc de communiquer un très faible mouvement alternatif à l'outil P. Cet actionneur peut être par exemple un électroaimant, un excentrique motorisé ou un boîtier différentiel introduit entre les pignons Pi et P2 et le renvoi à poulies et courroie crantée, avec un actionneur A6, etc.

La figure 9 présente schématiquement un mode de rotation de l'outil P par un actionneur A7 lié audit outil par un arbre à cardans Cl, C2. En embarquant un boîtier de renvoi d'angle à pignons coniques ou à bis sans fin sur la nacelle, entraîné en rotation par ce même arbre, on peut incliner l'outil P suivant un angle quelconque prédéfini.

La figure 10 montre schématiquement une variante de la figure 2 dans laquelle le pivotement en X, Y est communiqué aux bras B3, B4 par un troisième bras B5 à longueur utile variable mû par un actionneur A3, articulé en chape à l'extrémité libre du bras B3 et travaillant en charge en tirant sur le bras B4, ou pour réduire l'encombrement, on l'articule sur l'extrémité du bras B4.

La figure 11 présente schématiquement une autre variante de configuration de la figure 10 avec un troisième bras B6. En général les manipulateurs effectuent un déplacement en charge et un retour à vide, ce retour pouvant être beaucoup plus rapide. L'effort en charge est toujours du même côté. Par exemple un objet est à transporter ou est repris, après une ou plusieurs opérations, par un autre manipulateur qui le transporte à un autre poste, les objets avançant pas à pas au droit de la position de prise. Si les charges à transporter sont relativement lourdes, la force d'inertie f= M est importante. Que l'actionneur engendrant le mouvement des bras soit placé en A ou en B, les bras B I ou B2 travaillent en flexion, ce qui n'est pas bon mécaniquement.Dans ce cas la commande du mouvement XY est assurée par le bras B6 travaillant toujours en traction dans le sens du transfert en charge, articulé soit sur le bras B4 au voisinage de la nacelle M, soit sur la nacelle elle-même.

Cette articulation peut être effectuée sur le bras B; pour réduire l'encombrement selon X, Y du manipulateur
Les figures 12, 13 et 14 montrent une variante de configuration du manipulateur des figures 2 et 5 dans lesquelles la nacelle M reste parallèle au socle S pendant les déplacements suivant l'axe Z. Cette configuration permet d'éviter d'embarquer un actionneur sur la nacelle pour modifier l'orientation de l'outil P par rapport au plan de celle-ci et donne lieu à de nombreuses possibilités de variantes sans sortir de l'invention.

La figure 12 montre schématiquement une première réalisation d'un manipulateur plan avec ses bras B3, B4 et sa nacelle P, ainsi qu'un double parallélogramme Pa vu de côté, assurant le maintient du parallélisme de la nacelle grâce à une liaison des bras à rotule R ou à pivot selon que l'on veut ou non une sécurité de nacelle.

Sur les figures 13 et 14, on voit une première disposition de double parallélogramme Pa associé au manipulateur de la figure 12 pour les inclinaisons en Z. Il est constitués de deux bras courts bl et b2 et deux bras plus longs b3 et b4 articulés entre eux sur une barre de liaison I1, sur le socle pour les bras courts b , b2, et sur la nacelle M pour les bras b3, b4.La figure 14 montre le plan de B3, B4 incliné en Z et les deux parallélogrammes Pa présentant entre eux un angle voisin de 1800 et conservant le parallélisme latéral de la nacelle, celle-ci pouvant par exemple être inclinée dans le plan XY. Dans cette configuration on peut également faire tourner P sur lui-même au moyen d'une transmission à double cardan par un actionneur A6, ou ajouter un boîtier de renvoi d'angle.

Les figures 15 et 16 montrent schématiquement une première variante des figures 13, 14, de maintien du parallélisme de la nacelle M au cours de l'inclinaison du plan X, Y selon l'axe Z. Ce maintien est obtenu au moyen d'un ensemble de poulies crantées P10, Pi 1,
P12, P13 et de leviers supports Li et L2 articulés en Ol sur le socle, en 02 entre eux, en 03 sur la nacelle M et de courroies crantées C10, C11 montées sur les poulies correspondantes.

La poulie P10 de centre Ol est fixe sur le socle et donne la référence de l'axe des X qui est conservée sur les poulies P1 1 et P12 solidaires entre elles, grâce aux courroies crantées. Sur les figures 13, 14 et 17, on peut incliner la nacelle à l'aide d'un actionneur AS qui remplace une liaison par cardan supérieur, ce qui fait tourner la poulie Pi 0. Dans ces configurations, avec un actionneur A6 et une liaison à cardan faisant pivoter P sur lui-même, on obtient six degrés de liberté.

Une seconde variante, non représentée, consiste à supprimer les bras B3, B4 de la fig. 12 et à fixer directement la nacelle sur l'axe 03 (fig. 15), à manoeuvrer l'ensemble par deux bras du type B6 (fig. 11) I'un articulé sur L2 et l'autre sur Li de la fig. 15.

Ils sont mûs respectivement par un actionneur Al et A2 et la poulie P10 étant mue par un actionneur A3.

Une troisième variante consiste, a partie du double parallélogramme Pa seul, de remplacer le bras b2 par un bras articulé sur le socle avec une poulie crantée P10 (fig. 15) entraînant une courroie C10 engrenant sur une seconde poulie P11, mue par un actionneur A2, communiquant un mouvement de levée aux bras b3 et B4 de Pa articulés sur la nacelle. Le mouvement en Y, Y est engendré par un actionneur AI faisant pivoter le bras b I. La trajectoire de la nacelle étant obtenue par la coopération de Al et A2.

Une quatrième variante consiste à effectuer le pivotement des bras b 1, b2 de la troisième variante au moyen d'un bras genre B6 de la figure il articulé sur le bras bl et mû par un actionneur Al.

Une cinquième variante consiste à partir du double parallélogramme Pa articulé sur une nacelle et sur le socle, de réaliser un manipulateur comportant un bras B6 mû par un actionneur Ai , articulé sur le bras bl et un second bras B6 articulé sur le bras b4 et mû par un actionneur A2, les deux actionneurs coopérant pour engendrer toute forme de trajectoire de la nacelle.

La figure 17 montre schématiquement une variante de la figure 11, de génération du mouvement en XY. Dans cette configuration, le manipulateur comporte des bras B7 et B8 de longueur fixe. Ils sont articulés en A sur un écrou à billes E10, en B sur un écrou à billes E11 montés chacun à la fois sur une vis VI mûe par un moteur Mi et sur une vis V2 mûe par un moteur M2. L'autre extrémité des bras B7, B8 est articulée en C, D sur la nacelle. Un bras
B9, articulé en chape en E ou sur la nacelle, et en F sur un écrou E12 mû par une vis à billes
V3 et un moteur M3. Les trois moteurs générent ensemble le pivotement en XY de la nacelle en coopération avec les vis Vi, V2 et V3.

L'anti-rotation des bras est assurée par une partie de guidage cylindrique sur chacun des deux écrous en G1 et G2. Vi est identique à V2 et servent ensemble de colonne de guidage pour G1 et G2. Si un seul moteur Mi fonctionne, on a AB = CD et CD parallèle à AB. P décrit le plan X,Y avec Ml et M3. Si on remplace la liaison poulies-courroie crantée LM entre V1 et
V2 par un moteur M2, on peut électroniquement programmer la conservation CD parallèle à
AB ou bien incliner CD par rapport à X. Si Vi, V2 et V3 ne sont pas dans le même plan, on augmente les courses.

La figure 18 montre schématiquement un autre exemple de génération du mouvement X, Y avec la même configuration du manipulateur que sur la figure 17.

L'articulation supérieure A et B des bras B7 et B8 est montée sur des écrous à billes E4 et ES se déplaçant sur des vis verticales V1 mûe par un moteur Ml et V2 mûe par une liaison LM à poulies et courroie crantée.

Le bras B9 est articulé en chape en E sur le bras B8 et en F sur un écrou E6 se déplaçant sur une vis V3 mûe par un moteur M2. Quand V1 et V2 sont actionnés ensemble, le parallélisme du déplacement de la nacelle est conservé. Si l'on remplace la liaison LM par un moteur M3, on a la possibilité d'incliner la nacelle, le déplacement de l'écrou E6 assurant le mouvement en X, Y.

La figure 19 montre schématiquement, avec la même configuration du manipulateur plan, un moyen de commande extrêmement simple pour le déplacement très rapide d'objets légers avec deux actionneurs seulement et des bras (B7, B8 et B9 de longueur fixe.

L'articulation supérieure A, B des bras B7 et B8 est effectuée sur un support S2 rendu mobile par une vis V I mûe par un moteur Mi solidaire du socle S. Le déplacement en X, Y est obtenu par l'intermédiaire du bras B9, au moyen d'une vis V2, mûe par un moteur M2 déplaçant l'écrou E6 sur lequel est articulé le bras B9. Le support mobile S2 pouvant éventuellement se déplacer dans un guidage complémentaire. Cette solution performante est trés peu onéreuse et très légère.

Les figures 20, 21 et 22 montrent schématiquement un autre exemple de manipulateur plan comportant un troisième bras doublant le bras B4 utilisé pour les charges plus lourdes et/ou pour incliner la nacelle en Z, dans ce cas, (fig.22) le troisième bras et le quatrième (fig.27 et 28) est plus court B4,2a et prolongé par un second bras B4,2b articulé en chape en Ch pour permettre l'inclinaison de la nacelle sans déformer les bras. Cette configuration permet inversement de maintenir son parallélisme quand on effectue des mouvements du plan X, Y suivant l'axe Z. Les bras B4, t et B4,2 sont disposés perpendiculairement et symétriquement au plan X, Y. Ils forment avec le bras B3 un parallélogramme dans le plan X, Y et un rectangle de longueur variable et déformable ou non dans l'axe Z.Les modifications de longueur utile des bras B4, 1 et B4,2 peuvent être obtenues par un seul actionneur Al, voir figure 25.Les deux pignons à crémaillère P2, 1 et
P2,2 sont reliés par un arbre Ar sur lequel est clavetée une poulie crantée coopérant avec une courroie C ou une chaîne, engrenant sur une seconde poulie crantée solidaire du pignon Pi recevant son mouvement de rotation de l'actionneur Al. Dans cette configuration, les trois bras subissent les mêmes modifications de longueur, la nacelle reste parallèle dans le plan XY et s'incline dans l'axe Z.

Dans une seconde configuration. les pignons PI et P2, I -P2,2 commandant respectivement les modifications de longueur des bras B3 et B4 l-B4.2 sont découplés. On peut incliner la nacelle dans le sens du moue ment N. N en modifiant differemment la longueur des bras B3 ou B4,1-B4 9.

Dans une troisième configuration particulierement avantageuse, P2, l et P2,2 sont découplés, ce qui permet d'incliner aisément la nacelle en Z dans un sens quelconque, comme sur la figure 22, et de l'incliner également dans le plan X, Y L'articulation correspondante des bras sur la nacelle sera nu plus loin sur les figures 47 à 50.

Dans une quatrième configuration figure 23, le manipulateur est agencé pour effectuer des mouvements en Z. Lorsque ces mouvements sont de faible amplitude, on peut encore coupler les pignons P2,i et P2,2 par un arbre équipé de joints homocinétiques H, ou encore faire pivoter l'ensemble du socle S comme sur la figure 24 et conserver une liaison par arbre
Ar figure 25 lorsqu'il n'est pas nécessaire de conserver le parallélisme de la nacelle en Z, soit découpler les pignons P3, 1 et P2,2 pour modifier les longueurs des bras B4, 1 et B4,2. Cette configuration est montrée en sue de dessus sur la figure 26.

Dans le cas où l'on a à transférer des charges plus lourdes, et notamment en Z, on utilise un quatrième bras, soit les paires de bras B3, l et B3,2 et B4,1 et B4,2 comme illustré en vue de dessus sur les figures 27 et 28. Comme sur les figures 25 et 26, on peut maintenir une meme longueur pour les quatre bras, en couplant leurs pignons P1, 1 et P1,2 par un arbre AR1 et les pignons P2, 1 et P2,2 par un arbre AR2, ou découpler les arbres Ar, 1 et Ar,2 ce qui conserve une meme longueur de bras par paire de bras.Ou bien l'on découple tous les pignons-crémaillères Pl,l-P1,2 et P2,1-P2,2, comme sur la figure 28, ce qui permet soit de conserver le parallélisme de la nacelle en Z ou de l'incliner selon les besoins. Lorsque les bras B3, 1 et B4,1 et B3,2 et B4,2 peuvent conserver la même longueur, mais que l'on veut incliner la nacelle en Z ou conserver son parallélisme, on couple séparément les pignons P1,1-P2,1 et P1,2-P2,2. On peut également effectuer un tel double couplage séparé dans la configuration de la figure 26 pour économiser un actionneur et sa commande programmée.

Sur la figure 29 on a montré schématiquement un exemple d'un autre mode de réalisation du manipulateur selon l'invention dans lequel les bras se déplaçent librement dans des glissières à billes. On a remplacé les translations de bras à pignon-crémaillère par de simples glissières par exemple sur douilles à billes GL, 1 GL,2 pivotant chacune sur le socle
S; I'extrémité des bras porte-nacelle B10, B11 côté opposé à la nacelle M est reliée par un bras B12 articulé en chape sur B10 et B11. Ce bras B12 doit toujours rester parallèle au socle.

Il est fixé en son milieu, sur un chariot GA se deplacement sur une rampe Ra elle-meme articulée sur deux leviers paralleles L I et L2 rappeles par ressort. Un bras B 13 lie, par un galet GA2, la rampe Ra à une came CA comportant des rampes Ral et Ra2 destinées à lever et baisser la rampe Ra parallèlement à elle-meme à chaque fin de course.

Elle soulève la nacelle verticalement du fait qu'elle est maintenue dans sa position par une bielle Bi solidaire de l'axe du galet GA. Elle est articulée en ArS à l'extrémité d'un manivelle
Ma articulé en .Nr6 sur l'arbre de la came CA et se trouvant alignés. Le mouvement X, Y est communiqué par un actionneur programmé entraînant en rotation l'arbre Ar6 et par exemple la bielle-manivelle Bi-Ma sur 1/2 tour au moyen d'un embrayage-frein après la course de levée engendrée par la came CA. Cette came est entraînée par le même actionneur et est solidaire de l'arbre Ar6.Pour modifier la longueur de la course de ia nacelle M, il suffit de changer de bielle ou de la rendre télescopique, ou de monter l'articulation ARS réglable dans une glissière, la levée de la rampe pouvant rester identique ou modifiable en changeant la longueur des deux leviers L I, L2. Cette commande est extrêmement simple puisqu'un seul actionneur suffit. On peut l'utiliser avec 2, 3 ou 4 bras selon la charge à déplacer.

Les figures 30 et 31 montrent schématiquement une autre version simplifiée de commande du mouvement plan en X, Y dérivé de la figure 29. Il comporte les mêmes bras coulissant et pivotant B 10, B 11 se déplaçant dans des glissières à billes Glui, GL2 et réunis en chape à leur extrémité supérieure sur un bras B12 devant également rester parallèle.Le milieu de ce bras B 19 est rendu solidaire d'une courroie crantée ou sur un ruban métallique perforé RM, par l'intermédiaire d'un chariot Ch, par exemple à galets, se déplaçant sur une barre mobile Ba montée en chape sur des leviers parallèles Li et L2 équipés chacun d'un ressort de traction Rol, Ro2 et disposés parallèlement articulés sur le socle S, lesdites chapes recevant chacune une poulie crantée Crl, Cr2 aux extrémités de la barre Ba. Cette disposition permet de conserver le bras B12 parallèle à la rampe Ba.De la poulie Crl, la courroie engrène sur une poulie folle Cr3, puis sur une poulie Cr4 montée sur un moteur M1 pui engrenant sur une poulie Cr5 montée sur une glissière et tirée par un ressort de traction
Ro3 compensant les mouvements de lever de la barre Ba, enfin elle engrène sur une poulie
Cr6 rendue motrice par un moteur M2 et revient sur la poulie Cr2 et à la fixation ArlO. La levée verticale selon la fléche F est obtenue par la coopération des moteurs M1, M2 augmentant légèrement l'inclinaison Inc des bras jusqu'à ce que l'objet à déplacer soit suffisamment soulevé.Ensuite les moteurs M1 et M2 déplacent le chariot à galets Ch jusqu'à la position d'arrivée de l'objet, et en coopération avec M2, en tournant en sens inverse avec l'aide des ressorts Rol et Ro2.

La barre Ba redescend à la position d'arrivée ou le préhenseur dépose l'objet.

La figure 31 montre schématiquement un exemple de pivotement du plan X, Y dans
I'axe Z autour de l'axe P, P' dans l'axe des pivots Pivl et piv2 d'articulation des bras B10, B11, au moyen d'un moteur M3.

Dans cette configuration, les accélérations et mouvements en X, Y peuvent être extrêmement rapides puisque les masses en mouvement sont limitées aux bras B 10, B 11, B 12 à la nacelle, à la barre Ba et à la courroie ou au ruban métallique. Les bras glissent librement dans des glissières, il n'y a donc très peu de frottements ni d'inertie de pignons.

La figure 32 montre schématiquement un exemple de manipulateur à trois axes XYZ monté sur l'extrémité d'une potence P10 en porte à faux et opérant sur 360" Le socle S est disposé horizontalement sur l'extrémité de la potence et est fixe dans une première version.

Dans une seconde version, l'actionneur A4, figure 5 engendre le pivotement du plan
X, Y dans l'axe Z. Cet actionneur peut être découplé lorsque l'axe Z est inutilisé.

Dans une troisième version, l'axe Z est fournit par la rotation du socle S suivant l'axe XX', engendrée par un actionneur API solidaire de la potence P10.

Dans une quatrième version, figure 33, la potence P10 est montée sur un chariot C20 se déplaçant perpendiculairement au plan vertical XY du manipulateur et fournissant un axe supplémentaire pour accroître encore la surface de travail.

Dans une cinquième version, les poteaux P10 et P11 sont télescopiques.

Dans une sixième version, figure 34, le socle S du manipulateur est monté sur un poteau fixe P11 et est agencé ou non pour pivoter sur 360 , soit au moyen de son actionneur
AP 11, soit par pivotement du socle S. Le poteau P11 peut également être monté sur un chariot C20 de la figure 33.

Sur la figure 35 on a montré schématiquement un exemple polyvalent de support mobile modulaire universel du manipulateur lui permettant de travailler dans toutes les positions et regroupant toutes les fonctions des versions présentées sur les figures 32 à 34.

Le support modulaire mobile du manipulateur est agencé suivant les types d'utilisations.

Lorsqu'il s'agit d'un simple tranfert en XY, une potence fixe suffit. La longueur variable des bras du manipulateur peut suffire dans beaucoup de cas de dimensions différentes d'objets à manipuler. La hauteur fixe du poteau peut être adaptée à chaque cas. Lorsque cette hauteur ne suffit pas, on utilise la version à poteau télescopique non orientable. Il en est de même pour tous les cas en fonction du volume de l'espace de travail nécessaire et pour les orientations dans l'espace du plan XY.

Dans certains cas, un actionneur pourra ne pas être necessaire, l'orientation pourra être obtenue par réglage et fixation sur une semelle permettant l'orientation sur 360G L'objet de la modularité des éléments constitutifs du support mobile ou non est de fournir la structure juste nécessaire au moindre coût, parfaitement adaptee au cas et ne nécessitant pas d'étude d'adaptation et de fabrications speciales onereuses pour répondre à une demande particulière.

Le choix de ces éléments peut être effectue sur un catalogue montrant les diverses possibilités du manipulateur.le support polyvalent modulaire et mobile des différentes versions du manipulateur MA selon l'invention. comporte un chariot C20 à déplacement linéaire, un poteau P12 solidaire de la partie mobile du chariot C20, un second poteau P13, à la fois télescopique et pivotant sur 360 , une articulation ARlO par exemple du type chape, recevant un bras BR agencé pour pivoter sur au moins 2700 Sur l'extrémité de ce bras est fixé: dans une première version simple, le support S du manipulateur également agencé pour pivoter sur 360 , et dans une seconde version, une articulationAR11 de type chape, sur laquelle est fixé le support S, cette articulation et le support étant agencés pour tourner sur 360" dans n'importe quelle direction et pivoter en chape sur au moins 270 Chacun des mouvements T1, Pivl, Piv2, Ro2 a son propre actionneur, ou dans les cas ou l'actionneur n'est pas nécessaire, l'orientation et l'immobilisation selon un angle prédéfini et fixe, sont effectués manuellement. Ce support universel offre les possibilités maximales de travail sous tous les angles pour les travaux les plus complexes qui soient, peinture, soudure, assemblage etc.Pour éviter des calculs complexes de trajectoire, l'ordinateur ou le calculateur électronique de commande est équipé de moyens de recopie de tout mouvement de l'outil effectué manuellement pour définir la trajectoire entre les points de départ et d'arrivée et la reproduire ensuite de façon répétitive et automatique.

Les figures 36, 37 et 38 montrent un exemple d'articulation des bras B1, B2, B3 et
B4 sur la nacelle la plus simple M1 pour les seuls mouvements en X, Y. Les bras B1, B2 et autres sont préférablement des tubes pouvant être en fibre de carbone ou similaire, ou en alliage léger pour accroître la légèreté de l'ensemble mobile.

Les articulations Té en chape sur un axe A peuvent également être en alliage léger avec des bagues palier pour les parties pivotantes. Les tubes sont collés et goupillés sur l'extrémité de leur pivot monté en chape de chaque côté de la nacelle
Les figures 39, 40 et 41 montrent un exemple de nacelle de sécurité dont les deux articulations 1, 2 peuvent se déboîter élastiquement. Elles sont constituées chacune par un axe 3 en acier traité, fixé sur la nacelle, soit en bout en chape par deux vis 4 comme sur le côté droit de la figure 39, soit sur une nacelle plus réduite (côté gauche de la figure 41), comme les arbres des glissières de chariot, côte gauche de la figure 39, au moyen de deux vis 5 et d'entretoise 6. La position latérale de l'articulation 7 des bras B est maintenue au moyen de circlips 8.Cela permet d'alléger la nacelle en réduisant ses dimensions.

Les articulations 7 sont constituées chacune d'une pièce de la largeur de la nacelle, comportant un logement 9 destiné à pivoter sur l'axe 3 et ouvert de façon à permettre les oscillations maximales des mouvements de la nacelle en Z.

Les pièces d'articulation 7 sont maintenues en pression sur les axes 3 au moyen d'un ou de deux ressorts 10. Ces pièces comportent en leur milieu, un prolongement il sur lequel sont fixés les attaches ressorts 12 et un épaulement cylindrique 13 sur lequel est collée et goupillée l'extrémité du bras B correspondant.

Les figures 42, 43 et 44 montrent une nacelle 15 équipée de rotules 16 vissées, coopérant avec l'embout à rotule 17 fixé à l'extrémité de chacun des bras B correspondants.

Ces rotules et embouts de rotules sont du type utilisé couramment en timonerie lorsque l'on ne cherche pas la sécurité par déboîtement élastique de la nacelle, et ouvertes coopérant avec des ressorts de maintien 10 lorsque l'on recherche cette sécurité. Ces ressorts sont fixés sur un attache-ressort correspondant fixé sur l'embout de rotule. Cet équipement de nacelle permet son inclinaison à la fois en X, Y et en Z pour les manipulateurs présentés notamment sur les figures 27 et 28 à quatre bras correspondant à la figure 43 et sur les figures 25 et 26 à trois bras correspondant à la figure 44. En réalité, les rotules sont nettement plus écartées que sur les figures 41 et 42.

Les figures 45 et 46 montrent un autre type de sécurité anti-collision équipant les bras de nacelle en dessous de leur crémaillère ou de leur fourreau de protection. Elle est constituée d'une articulation en chape coopérant avec un index coulissant épaulé 21, poussé par un ressort 22 taré par une vis 23. Les bras B sont collés et goupillés sur les épaulements 24 et 25 de l'articulation 20.

Les figure 47 et 48 montre en coupe un exemple de bras coulissant B sur lequel on a taillé une crémaillère CR engrenant avec ses pignons P1, P2 ou P1,1- P1,2, P2,1-P2,2 à rattrapage de jeu dont l'un est rendu solidaire de l'axe d'un moteur électrique programmable
Mo coopérant avec deux roulements à billes 30, 31 et constituant ensemble l'actionneur Al ou A2. Le bras B est monté sur une douille à billes ouverte 32 permettant des mouvements très rapides de translation pour modifier la longueur active du bras B, donc la course en X, Y du manipulateur, comme montré sur les figures représentant ses différentes configurations.

L'actionneur A3 engendrant le pivotement en X, Y des bras B du manipulateur autour de l'axe P, P' est matérialisé dans l'exemple par un pignon 33 rendu solidaire du support d'articulation 34 et entraîné en rotation partielle par un pignon 35 et un pignon intermédiaire non représenté, ou encore par des poulies et une courroie crantée remplaçant les pignons , 35.

Le pignon ou la poulie crantée 35 est entraîné en rotation par l'arbre 36 d'un moteur électrique programmable. Les moteurs sont fixés par leurs pattes 37 sur le socle S non représenté.

Bien entendu, sans sortir de l'invention et pour toutes les configurations du manipulateur, les actionneurs peuvent être mûs par tout moyen électromécanique connu, programmable ou non selon les besoins: indexeurs, moto-réducteur à fonctionnement pas-à-pas, cames, biellemanivelle, vérins à fluide travaillant en butées réglables, vérins électriques, etc, particulièrement dans les cas de mouvements répétitifs ne nécessitant pas de programmation ou seulement une programmation limitée.

Les figures 49 et 50 présentent une version d'actionneur Al, A2 pour modifier la longueur des bras, réalisée au moyen d'un système vis-écrou pouvant être à billes. Il comporte le bras Bf fileté, vissé dans un écrou 40 tournant sur des roulements coniques 41, 42 montés dans un fourreau 43, entraîné en rotation par un couple conique 44, 45 et pivotant sur un axe P, P'. Le pignon 45 étant entraîné en rotation par un moteur électrique programmable ou similaire Mi figure 49. Le mouvement en X, Y est obtenu soit par un moteur M2 entraînant directement l'arbre 46 pivotant autour de l'axe P, P', ou par l'intermédiaire de poulies et courroie crantées.

Les figures Si et 52 montrent un exemple de manipulateur selon l'invention de la configuration figure 1, monté sur un portique 50. La nacelle 51 est équipée d'une ventouse 52 de préhension d'objet, mise en dépression par l'intermédiaire d'un tuyau souple 53 relié à un réservoir tampon et à une pompe à vide. Elle est mûe en X, Y par des bras B 1, B2 dont la crémaillère est protégée par un capotage 56, L'articulation de sécurité des figures 45, 46 peut être placée en 57. Les bras sont articulés selon le dispositif des figures 45 et 46 et mis à longueur par pignon-crémaillère à rattrapage de jeu et leur actionneur Al, A2. L'actionneur
A3 engendre, en coopération avec A1 et A2, le mouvement en X, Y. Il est constitué par un moteur électrique programmable 58 agissant au moyen de poulies 59, 60 et d'une courroie crantée 61. On voit bien en vue de dessus figure 52, la nacelle 51 et l'articulation des bras 62.

La figure 53 illustre la configuration de la figure 3 et est dérivée de la figure 51. Le manipulateur à structure parallèle est constitué de bras coulissants B3, B4 de meme longueur, pivotants en 658 66 et regles simultanément en longueur à partir de l'actionneur Al et de l'ensemble poulies-courroie crantees 67 supprimant l'actionneur A2. Le pivotement des bras est obtenu par un actionneur A7 coopérant avec Ai et A2 et agissant sur un bras B5 pour engendrer le mouvement en N. Y de la nacelle 68 et de son porte outil 69.

La figure 54 est une autre variante de la figure 5 1 dans laquelle le pivotement en X,
Y des bras B3, B4 est commandé par un actionneur A3 agissant au moyen d'un ensemble poulies-courroie 70 sur le bras B4 articulé en 66 et mis à longueur par un actionneur A2 renvoyant son mouvement au pignon P I du bras B3 par l'ensemble poulies-courrois 67.

Les bras B3 et B4 restant toujours de longueur égale.

La figure 55 montre un cas d'application d'un manipulateur plan parallèle ayant son plan d'action vertical et dont le socle est au sol. Il est du type dit "pas de pelerin" à cycle figé ou non, déplaçant d'un pas à chaque cycle, des objets disposés sur une règle ou un rail Rf fixe et donnant la référence, comportant des encoches en Vé dans lesquelles sont centrés des objets 01, 02. .05 à déplacer pas à pas. La nacelle 75 est constituée d'une règle mobile Rm munie des mêmes encoches que la règle Rf, Par construction, Rm reste parallèle à Rf puisque les articulations des bras et de la règle Rm forment un parallélogramme déformable.

L'utilisation d'actionneurs à moteur programmable Al et A3 permet d'optimiser les accélérations ou de modifier la forme du cycle ou le pas en fonction des utilisations. Mais ils peuvent être remplacés par des systèmes à came, vérins travaillant en butée, bielle-manivelle etc. qui permettent néanmoins de modifier l'angle 76 à moindre coût s'il est nécessaire de changer le pas ou la forme du cycle sans avoir recours à une programmation plus onéreuse.

Le cycle de la règle-nacelle est montré en traits pointillés.

Les figures 56 et 57 montrent un autre exemple d'application du manipulateur plan pour ranger pas par pas des objets arrivant par exemple en file sur un convoyeur, les saisir un à un et les poser sur un plateau mobile comportant des rangées parallèles d'alvéoles destinées à les recevoir. Quand une rangée d'alvéole est pleine, le plateau avance d'un pas en Z présentant une nouvelle rangée d'alvéoles vides. Cette manipulation est très simple et courante ainsi que l'opération inverse. Lorsque les objets à manipuler se présentent par rangées, serrés les un contre les autres, on peut utiliser un manipulateur dont la nacelle est équipée d'autant de paires de pinces ou de ventouses que d'objets, ce qui multiplie la cadence.

Lorsque l'on doit les déplacer par rangée en les déposant à un pas différent de celui de saisie sur le convoyeur, celui des alvéoles séparées, la nacelle est alors équipée d'un préhenseur multiple à entraxes variables. Il est constitué d'autant de paires de pinces ou de ventouses Vi, V2, V3, V4 que d'objets à manipuler, montées chacune sur un chariot Ci, C2, C3, C4 coulissant sur un rail de guidage 80 fixé sur la nacelle, à partir d'un pas minimal, les chariots étant en butée les uns sur les autres, jusqu'à un pas maximal d'écartement, défini par exemple par des lames de ressort minces R1, R2, R3 interchangeables suivant le pas à obtenir, ou bien par un système à double butées définissant l'espace minimal et l'espace maximal.Lorsque le pas réduit est plus grand que celui des chariots en appui les uns sur les autres, on interpose une butée Bul, Bu2, Bu3 entre eux.

Les chariots sont également montés avec du jeu, sur une seconde glissière cylindrique 81 munie d'une butée 82 à position variable selon le pas désiré. L'écartement des chariots est assuré par trois ressorts de compression 83.

Le déplacement des chariots peut être obtenu par exemple par un petit vérin à fluide ou électrique, mis à l'air libre pour l'écartement des chariots avant la dépose sur le plateau récepteur et agissant pour ramener les chariots en butée pour une nouvelle saisie d'un groupe d'objets 85, en appui sur le chariot C4 rendu solidaire du rail 80.

Le déplacement des chariots peut également être obtenu par deux vérins 84 à double effet placés chacun à une extrémité du rail 80; les chariots se poussent et se tirent l'un l'autre pour se placer dans les deux positions extrêmes.

Claims (29)

REVENDICATIONS:

1 - Manipulateur plan programmable a tres hautes cadences, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bras, coulissant chacun dans une glissière pivotante solidaire d'un socle (S), et dont la longueur utile active est adaptee suivant chaque type de trajectoire par au moins un actionneur (Al, A2), en ce que lesdits bras sont articules sur une nacelle mobile (M), et pivotent ensemble en un mouvement plan déplaçant la nacelle (M) dans ce plan X, Y, au moyen d'un actionneur (A3).

2 - Manipulateur plan selon la revendication 1 caracterisé en ce qu'il comporte trois bras articulés sur une nacelle, coulissants chacun dans une glissière pivotante, dont l'un est disposé dans le plan X, Y et les deux autres perpendiculairement et symétriquement à ce plan, formant un parallélogramme déformable fictif dans le plan X, Y et un rectangle de longueur variable dans le plan perpendiculaire, en ce que pour permettre l'inclinaison en Z de la nacelle, l'un des deux bras perpendiculaire est constitué de deux parties (B4,2a et

B4,2b) articulées entre elles en (Ch), la partie (B4,2b) étant articulée sur la nacelle.

3 - Manipulateur plan selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux paires de bras coulissants chacun dans une glissière pivotante, disposées perpendiculairement et symétriquement au plan X, Y, formant un parallelogramme déformable fictif dans le plan X,

Y ou dans des plans parallèles, et deux rectangles de longueur variable dans le plan perpendiculaire à X, Y, en ce que les deux bras additionnels (B3,2 et B4,2) étant chacun constitués de deux parties (B3,2a-B3,2b, B4,2a et B4,2b) articulées entre elles en (Ch), la partie (B3,2b-B4,2b) étant articulée sur la nacelle 4 - Manipulateur plan selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que les modifications de longueur utile active de chacun des bras coulissants porte-nacelle, simples ou par paires sont assurées par la rotation d'un pignon engrenant sur une crémaillère taillée sur le côté de chacun d'eux.

5 - Manipulateur selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que lesdits pignons de translation des bras coulissants sont entraînés en rotation par un actionneurs programmable (Al, A2) 6 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ses bras ou paires de bras coulissants porte-nacelle sont parallèles entre eux et maintenus de longueur égale par leur actionneur (Al) renvoyant son mouvement de rotation au pignon du second bras ou de la paire de bras au cours de leurs modifications de longueur à chaque cycle et forment ensemble, entre leur pivot et leur articulation sur la nacelle, un parallélogramme déformable déplaçant ladite nacelle parallèlement au socle (S).

7 - Manipulateur plan selon l'une des rex endications 1 à 5, caractérisé en ce que les actionneurs (Al, A2) commandant la translation des bras ou paires de bras coulissants sont découples et leur programmation est prévue pour incliner la nacelle selon un angle prédéfini quelconque de prise et/ou de dépose d'objets dans le plan X, Y.

8 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans sa configuration à deux paires de bras les actionneurs (Al), A2) sont accouplés par paire dans des plans parallèles à XY et découplés dans le plan perpendiculaire à X, Y.

9 - Manipulateur plan selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que dans sa configuration à un bras et une paire de bras ou à deux paires de bras, les actionneurs (Al,1 et Ai,2) et les actionneurs (A2,1 et A2,2) sont découplés pour incliner la nacelle et son outil selon un angle quelconque en X,Y,Z, ou maintenir son parallélisme dans les déplacements du plan X,Y en Z.

10 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mouvement de ses bras coulissants porte-nacelle en X, Y est obtenu au moyen d'un troisième bras coulissant (BS) de longueur variable, monté pivotant et articulé en chape à l'extrémité libre de l'un des bras dudit manipulateur et mû en translation par un actionneur (A3) à pignon crémaillère 11 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le mouvement de ses bras coulissants porte-nacelle en X, Y est obtenu au moyen d'un troisième bras coulissant (B6) de longueur variable, monté pivotant et articulé en chape en H sur l'un des bras (B4) près de son articulation sur la nacelle et mû en translation par un actionneur (A3 ou A7) à pignon crémaillère.

12- Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le socle (S) supportant les pivots du manipulateur plan et ses actionneurs, est monté sur des pivots (Pi) suivant l'axe PP', en ce que ledit socle oscille en Z par l'intermédiaire d'un actionneur (A4) .

13 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des bras coulissants (B3, B4) de longueur variable articulés à la nacelle et son moyen de génération de mouvements en X, Y, et un actionneur de pivotement en Z, en ce que le parallélisme du déplacement de la nacelle est maintenu en Z au moyen d'un double parallélogramme Pa, constitué de deux bras courts bl et b2 et deux bras plus longs. b3 et b4 articulés entre eux sur une barre de liaison Li et sur le socle S pour les bras courts bi , b2, et sur la nacelle M pour les bras b3, b4.

14 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 val3, caractérisé en ce que le parallélisme de la nacelle est obtenu, pour les pivotements en Z, au moyen d'un ensemble de poulies crantées P10, P11, P12, de leviers supports Li et L2 articulés en Ol sur le socle, en 02 entre eux, en 03 sur la nacelle M, et de courroies crantées C 10, Ci montées sur les poulies correspondantes, en ce que la poulie P10 de centre Ol est fixe sur le socle et donne la référence de l'axe des X qui est conservée sur les poulies P11 et P12.

15 - Manipulateur plan selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux bras parallèles (B7, B8) coopérant avec un bras (B9) de commande du mouvement plan en

X, Y, en ce que lesdits bras sont de longueur fixe, articulés chacun sur un écrou à billes (E10, E11 et E12), montés respectivement sur trois vis parallèles (V1) mûe par un moteur (mol), (V2) mûe par un moteur (M2) ou par une liaison (LM) à poulies et courroie crantée, et (V3), pour le bras (B9), un moteur (M3), générant ledit mouvement en XY de la nacelle en coopération avec les vis (V1 et V2), chaque écrou étant muni d'un guidage cylindrique G1 et G2 sur les vis (V1,V2.).

16 - Manipulateur plan selon les revendications 1 et 15, caractérisé en ce que le mouvement en X, Y est obtenu au moyen de bras B7, B8 et B9 de longueur fixe articulés, sur des écrous à billes (E4, E5, E6) se déplaçant sur deux vis verticales (V1) mûe par un moteur (M1), (V2) mûe par une liaison (LM) à poulies et courroie crantée ou par un moteur ((M3), (V3) horizontale mûe par un moteur (M2).

17 - Manipulateur plan selon les revendications 1, 15 et 16, caractérisé en ce que le mouvement en XY est obtenu au moyen de bras (B7, B8, B9) de longueur fixe, articulés sur un support (S2) rendu mobile par une vis verticale (V1) mûe par un moteur (Ml) solidaire du socle (S), et sur un écrou E6 monté sur une vis (V2) horizontale, mûe par un moteur (M2), en ce que le support mobile (S2) se déplace verticalement le long de V1.

18 - Manipulateur plan selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux bras parallèles (B 10, B 11) et de longueur restant égale, coulissant chacun dans une glissière à billes (gel, l, Go,2), articulés sur le support (S), articulés en chape sur la nacelle (M) d'un côté et sur un bras (B 12) de l'autre.

19 - Manipulateur plan selon les rexendications I et 1S, caractérisé en ce que le mouvement de levée et de pivotement en X, Y de ses bras articulés (B 10, B 11) est obtenu au moyen d'un système bielle-manivelle (Bi. Nia), articulée en (Ga) sur le bras (B12) et coopérant avec une rampe (Ra) de levée, verticale ou non, de l'outil porté par la nacelle, articulée sur des leviers parallèles (Li, L2) rappeles par ressorts, et mûe par un bras (B13) entraîné par une came (Ca) fixée en (Ar6) sur l'arbre moteur de la bielle-manivelle et coopérant avec un embrayage-frein pour la définition du cycle 20 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1, 18 et 19, caractérisé en ce que le mouvement en X, Y des bras coulissants (B 10, B 11) et la levée verticale ou non de la nacelle (M) est obtenu au moyen d'un ensemble de poulies et courroie crantées des deux cotés, coopérant avec une rampe (Ba) articulée sur des leviers parallèles (Li, L2) rappelés par ressort et portant à ses extrémites deux poulies (Crl, Cr2), en ce que le milieu du bras (B12) est fixé à la courroie (Rm) par une articulation commune avec un moyen (Gl,G2,G3) de maintien de son parallélisme en cours de déplacement, en ce que la courroie (Rm) est entraînée dans un sens puis dans l'autre, au moyen de deux moteurs programmables (M1,

M2) coopérant pour générer les déplacements en X, Y.

21 - Manipulateur plan selon l'une des revendications I à 14, caractérisé en ce qu'un un très faible et très rapide mouvement alternatif de la nacelle (M). est obtenu par l'intermédiaire d'un moyen de déphasage entre les pignons (Pl,P2), poulies courroie crantée (C) ou de la chaîne renvoyant le mouvement de rotation de l'actionneur (Al) de modification de longueur utile des bras B1, B2 -B3, B4).

22 - Manipulateur plan selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ses bras (B1, B2 - B3, B4) sont articulés de façon déboîtable sur la nacelle (M) au moyen de deux axes cylindriques (3) comportant un moyen (8) d'immobilisation latérale des pièces d'articulation (7) s'emboîtant sur les axes (3) et maintenues en place par au moins un ressort taré (10).

23 - Manipulateur plan selon l'une des revendications I à 21, caractérisé en ce que ses bras (B 1, B2 - B3, B4) sont articulés de façon déboîtable sur la nacelle (M) au moyen de rotules et embouts de rotule disposés de façon à permettre l'inclinaison de la nacelle (M) selon son axe I, I' situé dans le plan du mouvement en X, Y.

24 - Manipulateur plan selon l'une des revendications I à 21, caractérisé en ce que ses bras (B1, B2 - B3, B4) sont articulés de façon déboîtable sur la nacelle (M) au moyen d' embouts de rotule ouverts maintenus en place par au moins un ressort de traction (10).

25 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la nacelle (M) est équipée d'un préhenseur à moyen de saisie et de dépose multiple constitué par des chariots (Cl. .C4) disposés coulissant sur des guides (80, 81) et écartés élastiquement à un pas variable réglable et rapprochés en appui sur des butées définissant un pas minimal réglable.

26 - Manipulateur selon l'une des revendications I à 25, caractérisé en ce que ses bras coulissants ou non sont équipés chacun d'une articulation de sécurité disposée près de l'extrémité inférieure de la crémaillère ou de la sortie du fourreau protecteur, et bloquée par un limiteur d'effort (21) à rigidité réglable, débrayable sous un choc ou un effort anormal.

27 - Manipulateur à trois axes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que son socle (S) supportant ledit manipulateur, est monté fixe horizontalement en porte à faux sur l'extrémité d'une potence (P10).

28 - Manipulateur selon l'une des revendications I à 27, caractérisé en ce que les mouvements en Z. sont obtenus par un actionneur API faisant pivoter le socle S autour d'un axe horizontal XX'.de la potence.

29 - Manipulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil P est rendu orientable dans une direction et un angle quelconque au moyen d'un boîtier de renvoi d'angle embarqué sur la nacelle et entraîné en rotation par un actionneur (A7) par l'intermédaîre d'un arbre à cardans.

29 - Manipulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la potence (P10) est munie d'un actionneur (API I) agencé pour la faire pivoter selon son axe vertical YY'.

30 - Manipulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la potence (P10) est montée sur un chariot à déplacement linéaire (C20).

31 - Manipulateur plan selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que son support mobile modulaire universel comporte un chariot C20 à déplacement linéaire, sur lequel est fixé un poteau (P12) solidaire de la partie mobile du chariot (C20), un second poteau (P13), à la fois télescopique dans le poteau (P12) et pivotant sur 360" selon (Roi), une articulation (AR10) du type chape, recevant un bras (BR) pivotant selon (Piv2) sur au moins 270 , dont l'extrémité reçoit le support (S) du manipulateur également agencé pour pivoter sur lui-même sur 360" selon (Pivl), en ce que chacun des mouvements télescopiques (T1), de pivotement de (BR) selon l'angle (Piv2) et (Rol) a son propre actionneur, ou dans les cas ou l'actionneur n'est pas nécessaire, l'orientation et l'immobilisation selon un angle prédéfini et fixe, sont effectués manuellement.

32 - Manipulateur selon l'une des revendications 1 à 26 et 31, caractérisé en ce que l'extrémité du bras pivotant (BR) du support mobile modulaire universel comporte une

articulation (AR11) de type chape, sur laquelle est fixé le support (S), cette articulation et le

support étant agencés pour tourner sur 3600 dans n'importe quelle direction et pivoter en

chape sur au moins 270