FR2737432A1 - Parallel motion apparatus, e.g. for robot equipment - has base and moving component linked by three actuators, each comprising an arm and two articulated joints - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de translation à structure parallèle.Translation device with parallel structure.
La présente invention concerne un dispositif de translation à structure parallèle permettant de déplacer, dans l'espace, un objet en maintenant celui-ci dans une attitude prédéterminée, ledit dispositif comportant
- une embase fixe,
- un élément mobile constituant le susdit objet ou auquel est raccordé le susdit objet,
- et trois moyens actionneurs interposés entre l'embase et l'élément mobile, chacun des moyens actionneurs comportant
. un bras et
. deux articulations raccordant respectivement
les deux extrémités du bras à l'embase fixe et
à l'élément mobile.The present invention relates to a translation device with parallel structure making it possible to move, in space, an object while maintaining it in a predetermined attitude, said device comprising
- a fixed base,
- a mobile element constituting the above object or to which the above object is connected,
- And three actuator means interposed between the base and the movable element, each of the actuator means comprising
. an arm and
. two joints connecting respectively
both ends of the arm at the fixed base and
to the movable element.
On connaît aujourd'hui des robots de type série dont la chaîne cinématique détermine trois mobilités essentielles (trois translations). Alliant efficacité et faible coût, ces robots connaissent un grand succès. Today we know series robots whose kinematic chain determines three essential mobilities (three translations). Combining efficiency and low cost, these robots are very successful.
Ils présentent toutefois quelques défauts dus au fait que chaque étage doit être dimensionné pour supporter la partie aval de la chaîne cinématique. Le défaut manifeste réside donc dans leur structure massive, inévitable pour obtenir la rigidité nécessaire. However, they have some faults due to the fact that each stage must be sized to support the downstream part of the kinematic chain. The obvious defect therefore lies in their massive structure, which is inevitable in order to obtain the necessary rigidity.
On connaît également des robots organisés avec une chaîne cinématique de type parallèle qui, en revanche, possèdent une bonne rigidité tout en étant très légers. Also known are robots organized with a kinematic chain of parallel type which, on the other hand, have good rigidity while being very light.
On peut citer notamment celui du document FR-A-2 670 424 au nom de la Demanderesse, dans lequel le mouvement de translation est obtenu en mettant en oeuvre trois bras reliés à l'embase par des articulations à un degré de liberté qui permettent de déplacer l'élément mobile, son orientation étant assurée par des dispositifs annexes de transmission d'orientation.Mention may in particular be made of that of document FR-A-2 670 424 in the name of the Applicant, in which the translational movement is obtained by using three arms connected to the base by articulations with a degree of freedom which make it possible to move the mobile element, its orientation being ensured by auxiliary orientation transmission devices.
Toutefois, dans ces dispositifs connus, les moyens actionneurs ont une structure d'ensemble complexe et l'espace accessible par l'élément mobile est limité. However, in these known devices, the actuator means have a complex overall structure and the space accessible by the mobile element is limited.
L'invention a pour but, essentiellement, de proposer un dispositif translateur de type parallèle qui réponde mieux aux diverses exigences de la pratique et qui soit agencé pour pouvoir être employé dans un domaine plus large d'applications. The main object of the invention is to propose a translator of the parallel type which better meets the various requirements of the practice and which is arranged to be able to be used in a wider field of applications.
A ces fins, l'invention propose un dispositif de translation de type parallèle tel que mentionné au préambule dans lequel toutes les articulations sont à deux degrés de liberté en rotation et les deux axes de rotation définissent un plan d'articulation, un axe supporté par l'embase fixe ou respectivement l'élément mobile étant appelé axe du premier degré de liberté et un axe supporté par une extrémité de bras étant appelé axe du second degré de liberté.Ce dispositif se caractérise essentiellement par la combinaison des dispositions suivantes
- les trois plans d'articulation, côté embase, des trois moyens actionneurs s'interceptent selon trois droites concourantes,
- les deux axes d'un même degré de liberté d'un moyen actionneur sont parallèles entre eux,
- chaque bras est agencé pour faire varier la distance entre ses deux articulations sans induire de rotation relative entre les deux plans d'articulation,
- trois moyens moteurs, placés sous la dépendance de moyens de commande, sont associés, dans chaque moyen actionneur, au bras pour en commander la variation de longueur, ce grâce à quoi le plateau mobile, ne présentant aucune possibilité de rotation, se déplace en translation pure.For these purposes, the invention provides a parallel type translation device as mentioned in the preamble in which all the articulations are at two degrees of freedom in rotation and the two axes of rotation define a plane of articulation, an axis supported by the fixed base or respectively the mobile element being called axis of the first degree of freedom and an axis supported by one end of the arm being called axis of the second degree of freedom. This device is essentially characterized by the combination of the following arrangements
- the three articulation planes, on the base side, of the three actuator means are intercepted along three concurrent lines,
the two axes of the same degree of freedom of an actuator means are mutually parallel,
each arm is arranged to vary the distance between its two articulations without inducing relative rotation between the two articulation planes,
- three motor means, placed under the control means control, are associated, in each actuator means, the arm to control the variation in length, whereby the movable plate, having no possibility of rotation, moves in pure translation.
A partir de cette structure de base, différents modes de réalisation particuliers peuvent être envisagés et notamment
- les moyens moteurs sont associés aux bras seuls, les susdites articulations ayant des degrés de liberté en rotation non motorisés
- chaque bras comporte au moins deux sous-bras aptes à coulisser sans rotation l'un par rapport à l'autre ; dans ce cas, en combinant cette disposition avec la précédente, le bras peut être constitué sous forme d'un vérin
- chaque bras est constitué par deux demi-bras réunis l'un à l'autre par une articulation intermédiaire en rotation d'axe parallèle aux axes du second degré de liberté de rotation des susdites articulations d'extrémité ; dans ce cas en combinant cette disposition avec la première précitée, les moyens moteurs peuvent être associés respectivement aux articulations intermédiaires reliant les deux demi-bras des bras.From this basic structure, different particular embodiments can be envisaged and in particular
- The motor means are associated with the arms alone, the above articulations having degrees of freedom in non-motorized rotation
- Each arm comprises at least two sub-arms capable of sliding without rotation relative to one another; in this case, by combining this arrangement with the previous one, the arm can be constituted in the form of a jack
- Each arm consists of two half-arms joined to each other by an intermediate articulation in rotation with an axis parallel to the axes of the second degree of freedom of rotation of the abovementioned end joints; in this case, by combining this arrangement with the aforementioned first, the motor means can be associated respectively with the intermediate articulations connecting the two half-arms of the arms.
I1 peut également être envisagé que les moyens moteurs soient associés respectivement aux axes des seconds degrés de liberté des susdites articulations d'extrémité des bras sur l'embase fixe ou l'élément mobile. It can also be envisaged that the motor means are associated respectively with the axes of the second degrees of freedom of the above-mentioned end joints of the arms on the fixed base or the mobile element.
Les dispositions conformes à l'invention permettent de constituer un dispositif translateur à structure parallèle dans lequel les bras sont de conception plus simple et peuvent être réalisés sous une forme plus fine que ceux des dispositifs antérieurs. I1 en résulte une forme beaucoup plus élancée des parties mobiles des trois bras qui confère une accessibilité beaucoup plus grande et ouvre donc des applications nouvelles à ce type de dispositif. The arrangements according to the invention make it possible to constitute a translating device with a parallel structure in which the arms are of simpler design and can be produced in a finer form than those of the prior devices. I1 results in a much more slender shape of the mobile parts of the three arms which gives much greater accessibility and therefore opens new applications to this type of device.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue très schématique illustrant le principe de base de réalisation d'un dispositif de translation à structure parallèle conforme à 1 'inven- tion
- la figure 2 illustre schématiquement de façon plus claire la constitution de l'un des actionneurs du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation des actionneurs ; et
- la figure 4 illustre schématiquement encore une autre variante du dispositif de la figure 1.The invention will be better understood on reading the detailed description which follows of certain preferred embodiments given solely by way of nonlimiting examples. In this description, reference is made to the appended drawings in which
- Figure 1 is a very schematic view illustrating the basic principle of making a translation device with a parallel structure according to the invention
FIG. 2 schematically illustrates more clearly the constitution of one of the actuators of the device of FIG. 1,
- Figure 3 schematically illustrates an alternative embodiment of the actuators; and
FIG. 4 schematically illustrates yet another variant of the device of FIG. 1.
En se reportant tout d'abord à la figure 1, un plateau ou embase fixe F est réuni à un plateau ou élément mobile T par trois actionneurs 1 disposés en parallèle. Referring first to Figure 1, a plate or fixed base F is joined to a plate or movable element T by three actuators 1 arranged in parallel.
L'élément mobile T peut constituer un objet à déplacer en translation en le maintenant dans une attitude prédéterminée (déplacement parallèlement à lui-même), ou bien il constitue un support pour un tel objet. The movable element T can constitute an object to be displaced in translation while maintaining it in a predetermined attitude (displacement parallel to itself), or else it constitutes a support for such an object.
Chaque actionneur 1 comporte essentiellement un bras 2 et deux articulations 3 et 4 à deux degrés de liberté en rotation qui raccordent respectivement les deux extrémités du bras 2 à l'embase fixe F et à l'élément mobile T. Each actuator 1 essentially comprises an arm 2 and two articulations 3 and 4 with two degrees of freedom in rotation which respectively connect the two ends of the arm 2 to the fixed base F and to the mobile element T.
Si l'on désigne par plan d'articulation P31 le plan défini par les deux axes de rotation 7 et 12 d'une articulation 3 (c'est-à-dire les axes de l'articulation à la Cardan dans le cas de la figure 1) et par plan d'articulation P41 le plan défini par les deux axes de rotation 8 et 14 de l'articulation 4 associée à la précédente (c'est-à-dire également les axes de l'articulation à la Cardan dans le cas de la figure 1), les conditions à respecter pour obtenir un mouvement de translation pure sont les suivantes
a/ les deux plans P3i et P4i doivent être parallèles l'un à l'autre
b/ le bras 2 permettant de régler la distance entre les articulations 3 et 4 ne doit pas induire de degré de liberté en rotation autour d'une direction (vecteur ni) normale aux susdits plans
c/ l'ensemble des vecteurs ni doit engendrer un espace à trois dimensions.If the plane of articulation P31 is designated the plane defined by the two axes of rotation 7 and 12 of a joint 3 (that is to say the axes of the Cardan joint in the case of the Figure 1) and by articulation plane P41 the plane defined by the two axes of rotation 8 and 14 of the articulation 4 associated with the previous one (that is to say also the axes of the Cardan joint in the case of FIG. 1), the conditions to be respected in order to obtain a pure translational movement are as follows
a / the two planes P3i and P4i must be parallel to each other
b / the arm 2 used to adjust the distance between the joints 3 and 4 must not induce a degree of freedom in rotation around a direction (vector nor) normal to the above planes
c / the set of vectors ni must generate a three-dimensional space.
En effet, si la direction i caractérise un axe de rotation interdit de l'élément mobile à cause du i' bras et si l'ensemble des vecteurs ni forme, dans l'espace, une base de dimension 3, alors l'élément mobile T n'a plus aucune mobilité de rotation dans l'espace. Indeed, if the direction i characterizes an axis of rotation prohibited from the mobile element because of the arm and if the set of vectors neither forms, in space, a base of dimension 3, then the mobile element T no longer has any rotational mobility in space.
A ces fins, le bras 2 est articulé en rotation autour des axes 12 et 14, parallèles l'un à l'autre, tandis que les axes 7 et 8, parallèles l'un à l'autre, sont des axes de libre rotation des articulations 3 et 4 par rapport à l'embase fixe F et à l'élément mobile T, respectivement. L'élément mobile T possède alors, en chaque articulation 4, deux degrés de liberté en rotation par rapport au bras 2. Ces deux degrés de liberté sont contenus dans un plan passant par les axes 8 et 14. For these purposes, the arm 2 is articulated in rotation about the axes 12 and 14, parallel to each other, while the axes 7 and 8, parallel to each other, are axes of free rotation joints 3 and 4 relative to the fixed base F and the movable element T, respectively. The mobile element T then has, in each articulation 4, two degrees of freedom in rotation relative to the arm 2. These two degrees of freedom are contained in a plane passing through the axes 8 and 14.
De même les mobilités en rotation du bras par rapport à l'embase fixe F sont contenues dans un plan passant par les axes 7 et 12, qui est parallèle au précédent. Similarly, the rotational mobility of the arm relative to the fixed base F is contained in a plane passing through the axes 7 and 12, which is parallel to the previous one.
L'élément mobile T ne possède donc pas, par rapport à l'embase fixe F, la mobilité de rotation autour de l'axe ni perpendiculaire aux deux plans définis cidessus. The mobile element T therefore does not have, with respect to the fixed base F, the rotational mobility about the axis nor perpendicular to the two planes defined above.
Il en résulte que les conditions a et b précitées sont satisfaites. As a result, the aforementioned conditions a and b are satisfied.
Si de plus, les trois plans P3i sont tels que leurs intersections sont des droites qui concourent en un même point, l'ensemble des vecteurs ni génère un espace à trois dimensions. La condition c précitée est alors également satisfaite. If in addition, the three planes P3i are such that their intersections are straight lines which compete at the same point, the set of vectors ni generates a three-dimensional space. The aforementioned condition c is then also satisfied.
En conclusion, dans le dispositif de la figure 1, la rotation autour de trois axes, formant une base 3 de l'espace, n'est pas possible et il s'agit alors d'un dispositif de type parallèle contraint de n'effectuer que des déplacements de translation pure. In conclusion, in the device of FIG. 1, rotation around three axes, forming a base 3 of space, is not possible and it is then a device of the parallel type constrained to perform than pure translational displacements.
Pour une bonne répartition des efforts sur chaque actionneur, ceux-ci peuvent être disposés sensiblement à égales distances les uns des autres, selon une configuration symétrique. For a good distribution of the forces on each actuator, these can be arranged substantially at equal distances from each other, in a symmetrical configuration.
Conformément à l'invention, chaque bras est agencé pour présenter une longueur variable : sur la figure 2, cette disposition est schématisée sous forme d'un bras 2 constitué de deux demi-bras 5 et 6 pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre (par exemple chaque demi-bras se termine par une équerre percée traversée par l'autre demibras dont elle assure ainsi le guidage). Bien entendu d'autres solutions techniques peuvent être envisagées et certains exemples en seront donnés plus loin. According to the invention, each arm is arranged to have a variable length: in FIG. 2, this arrangement is shown diagrammatically in the form of an arm 2 consisting of two half-arms 5 and 6 which can slide one relative to the 'other (for example each half-arm ends in a pierced square crossed by the other half-arm of which it thus provides guidance). Of course other technical solutions can be envisaged and certain examples will be given below.
Enfin, des moyens moteurs, placés sous la dépendance de moyens de commande, sont associés, dans chaque actionneur 1, au bras 2 pour en commander la variation de longueur (flèche 11). Finally, motor means, placed under the dependence of control means, are associated, in each actuator 1, with the arm 2 to control the variation in length (arrow 11).
La figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un actionneur constitué conformément aux dispositions indiquées précédemment. Le bras 2 est constitué sous forme d'un vérin (par exemple pneumatique ou hydraulique) dont la tige 2a et le cylindre 2b constituent ensemble un bras de longueur variable.La section de la tige cylindrique 2a n'est pas circulaire. Figure 2 shows a first embodiment of an actuator formed in accordance with the provisions indicated above. The arm 2 is formed in the form of a jack (for example pneumatic or hydraulic), the rod 2a and the cylinder 2b together constituting an arm of variable length. The section of the cylindrical rod 2a is not circular.
La figure 3 montre un second exemple de réalisation d'un actionneur ; le bras 2 est ici constitué de deux sous-bras 2c lié à l'embase fixe F et 2d lié à l'élément mobile T et qui sont articulés l'un à l'autre à rotation libre par un axe 15 parallèle aux axes 7 et 12. La motorisation s'effectue en créant un couple entre le sousbras 2c et l'embase fixe F, autrement dit en motorisant l'axe 12 (moteur 16). La motorisation peut être faite sur l'axe 14 de façon identique. Figure 3 shows a second embodiment of an actuator; the arm 2 here consists of two sub-arms 2c linked to the fixed base F and 2d linked to the mobile element T and which are articulated to each other with free rotation by an axis 15 parallel to the axes 7 and 12. The motorization is carried out by creating a torque between the sub-arm 2c and the fixed base F, in other words by motorizing the axis 12 (motor 16). The motorization can be made on the axis 14 in an identical manner.
La figure 4 montre un troisième exemple de réalisation d'un actionneur conforme à l'invention, qui constitue un mode de réalisation préféré en raison de la simplicité et de la finesse (forme élancée) de la structure à laquelle il conduit : il en résulte une accessibilité beaucoup plus grande et le dispositif ainsi agencé est susceptible d'applications nouvelles auxquelles les dispositifs antérieurs n'avaient pas accès. Pour éviter certaines singularités de fonctionnement du mécanisme de la figure 3 dans des configurations particulières, on a recours, dans le mode de réalisation de la figure 4, à une motorisation 17 située au niveau de l'axe 15 articulant les deux sous-bras 2c et 2~. Figure 4 shows a third embodiment of an actuator according to the invention, which is a preferred embodiment due to the simplicity and finesse (slender form) of the structure to which it leads: it results much greater accessibility and the device thus arranged is susceptible of new applications to which the prior devices did not have access. To avoid certain operating singularities of the mechanism of FIG. 3 in particular configurations, use is made, in the embodiment of FIG. 4, of a motorization 17 situated at the level of the axis 15 articulating the two sub-arms 2c and 2 ~.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying, and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.
Claims (7)
Priority Applications (1)
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| FR9509529A FR2737432B1 (en) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | TRANSLATION DEVICE WITH PARALLEL STRUCTURE |
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| FR2737432A1 true FR2737432A1 (en) | 1997-02-07 |
| FR2737432B1 FR2737432B1 (en) | 1997-10-10 |
Family
ID=9481729
Family Applications (1)
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| FR9509529A Expired - Fee Related FR2737432B1 (en) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | TRANSLATION DEVICE WITH PARALLEL STRUCTURE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2737432B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102626919A (en) * | 2012-03-22 | 2012-08-08 | 燕山大学 | Symmetrical two-rotation one-moving parallel connection mechanism without concurrent axes |
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| FR2737432B1 (en) | 1997-10-10 |
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