FR2812354A1 - Two part ball joint comprises female element constituted from half shells, one square shaped fixed on support upper surface and other constituted from plate fixed on support vertical surface, comprising spherical bearing surface - Google Patents

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Abstract

The ball joint comprises a female element constituted from half shells (20,30) fixed on a support (40). One half shell is square shaped and is fixed on the support upper surface (41). The second half shell is constituted from a plate (30) fixed on a vertical surface (43) of the support. The two half shells comprises a spherical bearing surface (23) maintaining rotation of a spherical part (11) of the male element (10).

Description

La présente invention concerne d'une manière générale une rotule en deuxThe present invention relates generally to a ball joint in two

parties à grand débattement, en particulier une rotule présentant deux  parts with large clearance, in particular a ball joint having two

degrés de liberté en rotation de grande amplitude.  degrees of freedom in rotation of great amplitude.

Les débattements angulaires des rotules classiquement commercialisées dépassent difficilement les 15 , ce qui les rend quasiment inutilisables dans les  The angular deflections of ball joints conventionally sold hardly exceed 15, which makes them almost unusable in

architectures de robot dit parallèles.  so-called parallel robot architectures.

Les robots d'architecture dite parallèle ont la réputation d'être plus rigides et donc plus précis que les robots d'architectures série. Néanmoins, on leur reproche un domaine atteignable restreint par rapport aux robots à o architecture série. Les débattements angulaires limités des nombreuses liaisons passives associées en série entre le bâti et la platine mobile de ces robots d'architecture parallèle en est la cause principale. Une des conséquences néfastes de ce domaine atteignable restreint est le surdimensionnement du robot par rapport à celui-ci. Ce surdimensionnement pénalise alors la rapidité  Robots of so-called parallel architecture have the reputation of being more rigid and therefore more precise than robots of series architectures. However, they are criticized for a limited achievable domain compared to robots with serial architecture. The limited angular deflections of the numerous passive links associated in series between the frame and the mobile stage of these robots of parallel architecture is the main cause. One of the harmful consequences of this restricted achievable domain is the oversizing of the robot relative to it. This oversizing then penalizes the speed

d'exécution du robot.execution of the robot.

Si on classe les besoins par amplitude décroissante des trois degrés de liberté en rotation d'une liaison sphérique, on constate que fréquemment, deux rotations à grande amplitude sont nécessaires tandis que la troisième, servant à rétablir la compatibilité du mécanisme remplit le rôle d'un microdegré de  If one classifies the needs by decreasing amplitude of the three degrees of freedom in rotation of a spherical connection, one notes that frequently, two rotations with great amplitude are necessary while the third, being used to restore the compatibility of the mechanism fulfills the role of a microdegree of

liberté.freedom.

A titre d'exemple, nous citerons le parallélogramme déformable articulé par des rotules, articulation utilisée dans les robots d'architecture parallèle. Si ce parallélogramme déformable se vrille, il perd les propriétés pour lequel on l'a retenu. Sa finalité est donc de rester plan mais comme il ne peut l'être  As an example, we will cite the deformable parallelogram articulated by ball joints, articulation used in robots of parallel architecture. If this deformable parallelogram twists, it loses the properties for which it was chosen. Its purpose is therefore to remain flat but as it cannot be

parfaitement, les contraintes de fermeture imposent la présence de micro-  perfectly, the closing constraints impose the presence of micro-

rotations. Le parallélogramme déformable est donc l'exemple type qui montre que le besoin de rotation de grande amplitude porte sur deux degrés de liberté  rotations. The deformable parallelogram is therefore the typical example which shows that the need for rotation of large amplitude relates to two degrees of freedom

par rotule.by ball joint.

La présente invention a donc pour objet une rotule présentant deux  The present invention therefore relates to a ball joint having two

degrés de liberté en rotation de grande amplitude.  degrees of freedom in rotation of great amplitude.

La présente invention a également pour objet une articulation du type  The present invention also relates to a joint of the type

parallélogramme déformable articulé par des rotules selon l'invention.  deformable parallelogram articulated by ball joints according to the invention.

L'invention a encore pour objet un robot à architecture parallèle, en particulier un robot du type delta comportant des articulations du type  The subject of the invention is also a robot with parallel architecture, in particular a delta type robot comprising articulations of the type

parallélogramme déformable, articulées au moyen de rotules selon l'invention.  deformable parallelogram, articulated by means of ball joints according to the invention.

La rotule à grand débattement selon l'invention comprend un élément mâle ayant une partie sphérique maintenu en rotation entre deux portées sphériques d'un élément femelle fixé sur un support, qui se caractérise par le fait que l'élément femelle comprend: - une première demi-chape en forme d'équerre ayant une base horizontale et une paroi verticale solidaire de la base et comportant une première partie sphérique à une première extrémité opposée à la base; - une deuxième demi-chape en forme de plaque comportant une seconde portée sphérique à une première de ses extrémités; - la première demi-chape étant fixée de manière démontable par sa base à une surface supérieure du support et la deuxième demi-chape étant fixée de manière démontable par une deuxième extrémité opposée à sa première extrémité comportant la deuxième portée sphérique, à une paroi verticale du support adjacente à la paroi supérieure, de manière à maintenir en rotation la partie sphérique de l'élément mâle entre les première et seconde portées sphériques, grâce à quoi la rotule présente deux degrés de liberté en rotation de  The long-travel ball joint according to the invention comprises a male element having a spherical part kept in rotation between two spherical bearings of a female element fixed on a support, which is characterized by the fact that the female element comprises: - a first square-shaped half-yoke having a horizontal base and a vertical wall integral with the base and comprising a first spherical part at a first end opposite the base; - A second plate-shaped half-yoke having a second spherical bearing at a first of its ends; - the first half-yoke being detachably attached by its base to an upper surface of the support and the second half yoke being detachably attached by a second end opposite its first end comprising the second spherical bearing, to a vertical wall of the support adjacent to the upper wall, so as to keep the spherical part of the male element in rotation between the first and second spherical bearings, thanks to which the ball joint has two degrees of freedom in rotation of

grande amplitude.large amplitude.

Dans une réalisation préférée de l'invention, les deux demi-chapes de l'élément femelle sont fixées au support au moyen de vis coopérants avec des  In a preferred embodiment of the invention, the two half-yokes of the female element are fixed to the support by means of screws cooperating with

trous taraudés dans le support et traversant des trous ménagés dans les demi-  threaded holes in the support and through holes made in the half

chapes, les trous ménagés dans les demi-chapes étant surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre deux réglages en translation  yokes, the holes in the half yokes being oversized with respect to the diameter of the body of the screws to allow two adjustments in translation

et un réglage en rotation des demi-chapes.  and a rotation adjustment of the half-yokes.

La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent  The following description refers to the appended figures which represent

respectivement: * Figure 1: une vue en perspective d'une réalisation de la rotule selon l'invention, l'élément mâle de la rotule étant représenté en traits interrompus; * Figure 2: une vue de gauche de l'élément femelle et du support de la rotule de la figure 1 * Figure 3: une vue en coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 2; * Figure 4: une vue de dessus de l'élément femelle et du support de la rotule de la figure 1; et * Figure 5: une vue schématique d'un robot de type DELTA à grande  respectively: * Figure 1: a perspective view of an embodiment of the ball joint according to the invention, the male element of the ball joint being shown in broken lines; * Figure 2: a left view of the female element and the ball joint support of Figure 1 * Figure 3: a sectional view taken along the line A-A of Figure 2; * Figure 4: a top view of the female element and the support of the ball joint of Figure 1; and * Figure 5: a schematic view of a large DELTA type robot

amplitude articulé au moyen de rotules selon l'invention.  amplitude articulated by means of ball joints according to the invention.

En se référant aux figures 1 à 4, on va maintenant décrire une réalisation d'une rotule à grand débattement suivant deux degrés de liberté selon l'invention. Conmme on le voit sur les figures, la rotule selon l'invention comprend un élément femelle 20, 30 qui est fixé sur un support 40, par exemple un bras de liaison, et un élément mâle 10 représenté en traits interrompus courts maintenu à  Referring to Figures 1 to 4, we will now describe an embodiment of a ball joint with large clearance according to two degrees of freedom according to the invention. As can be seen in the figures, the ball joint according to the invention comprises a female element 20, 30 which is fixed on a support 40, for example a link arm, and a male element 10 shown in short dashed lines kept at

rotation dans l'élément femelle.rotation in the female element.

L'élément femelle se compose d'une première demi-chape 20 en forme d'équerre ayant une base horizontale 21 pourvue de trous 24, 25 permettant de o fixer cette première demi-chape 20 sur la surface supérieure 41 du support 40 au moyen de vis (non représentées) passant par les trous 44, 45 du support 40 et se  The female element consists of a first half-yoke 20 in the form of a square having a horizontal base 21 provided with holes 24, 25 allowing o to fix this first half yoke 20 on the upper surface 41 of the support 40 by means screws (not shown) passing through the holes 44, 45 of the support 40 and

vissant dans des trous taraudés correspondants 24, 25 ménagés dans la base 21.  screwing into corresponding threaded holes 24, 25 formed in the base 21.

La première demi-chape 20 en forme d'équerre comporte également une paroi verticale 22 solidaire de la base horizontale 21 et dans laquelle est  The first half-yoke 20 in the form of a square also includes a vertical wall 22 integral with the horizontal base 21 and in which is

1 5 ménagée une portée sphérique 23.  1 5 provided a spherical bearing 23.

L'élément femelle comprend également une deuxième demi-chape 30 ayant la forme d'une plaque pourvue à son extrémité inférieure de trous taraudés 31, 32 et à son extrémité supérieure d'une portée sphérique 33. Les trous 31, 32 ménagés à la partie inférieure de la seconde demi-chape 30 permettent de fixer celle-ci sur une surface verticale 43, adjacente à la surface supérieure 41, d'un évidement 42 du support, au moyen de vis passant par des trous 46, 47 ménagés dans le support 40 et se vissant dans les trous taraudés 31, 32. Ainsi, lorsque la première et la seconde demi-chapes 20, 30 de l'élément femelle sont fixées au support 40, les portées sphériques 23, 33 de chacune des deux demi-chapes 20, 30 font face l'une à l'autre et maintiennent à rotation, un  The female element also comprises a second half-yoke 30 having the form of a plate provided at its lower end with tapped holes 31, 32 and at its upper end with a spherical bearing 33. The holes 31, 32 formed at the lower part of the second half-yoke 30 make it possible to fix the latter on a vertical surface 43, adjacent to the upper surface 41, of a recess 42 of the support, by means of screws passing through holes 46, 47 formed in the support 40 and screwing into the threaded holes 31, 32. Thus, when the first and second half-yokes 20, 30 of the female element are fixed to the support 40, the spherical bearings 23, 33 of each of the two half yokes 20, 30 face each other and keep rotating, a

élément male 10 de la rotule.male element 10 of the patella.

Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 1, cet élément mâle comprend généralement une partie sphérique 11 emprisonnée entre les deux portées sphériques 23, 33 et un organe de liaison 12 fixé à la partie sphérique  As can be seen more particularly in FIG. 1, this male element generally comprises a spherical part 11 trapped between the two spherical bearings 23, 33 and a connecting member 12 fixed to the spherical part

11, de préférence emmanché ou soudé à cette partie sphérique.  11, preferably fitted or welded to this spherical part.

Les portées sphériques 23, 33 peuvent être constituées par des trous borgnes présentant des surfaces de glissement sphériques sur lesquelles glisse la partie sphérique 11 de l'élément mâle 10. Ces portées sphériques peuvent également être des trous débouchants qui peuvent être rebouchés par un insert en tout matériau approprié pour le contact avec la partie sphérique 11 tel qu'un  The spherical bearing surfaces 23, 33 can be constituted by blind holes having spherical sliding surfaces on which the spherical part 11 of the male element 10 slides. These spherical bearing surfaces can also be through holes which can be plugged in with an insert in any material suitable for contact with the spherical part 11 such as

insert en bronze, téflon, ou carbone.  bronze, teflon, or carbon insert.

De préférence, les trous 44, 45, 46 et 47 ménagés dans le support 40 sont surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre un réglage suivant deux directions en translation, par exemple les directions x, y  Preferably, the holes 44, 45, 46 and 47 formed in the support 40 are oversized with respect to the diameter of the body of the screws to allow adjustment in two directions in translation, for example the directions x, y

pour la première demi-chape 20 et les directions x et z pour la seconde demi-  for the first half-yoke 20 and the directions x and z for the second half

chape 30. Ainsi, il est possible lorsque les vis de fixation ne sont pas totalement bloquées de translater les deux demi-chapes 20, 30 suivant la direction x de manière à régler la longueur du support, par exemple un bras d'une liaison articulée coudée. Bien évidemment, une fois les réglages effectués, les vis sont bloquées pour maintenir fermement en position les deux demi-chapes 20, 30 de  yoke 30. Thus, it is possible when the fixing screws are not completely blocked to translate the two half-yokes 20, 30 in the direction x so as to adjust the length of the support, for example an arm of an articulated connection bent. Obviously, once the adjustments have been made, the screws are locked to firmly hold the two half-yokes 20, 30 of

l'élément femelle de la rotule.the female element of the patella.

Bien évidemment, les trous 44 à 47 du support pourraient être des trous  Obviously, the holes 44 to 47 of the support could be holes

taraudés et les trous 24, 25 de la première demi-chape 20 et 31, 32 de la demi-  threaded and the holes 24, 25 of the first half-yoke 20 and 31, 32 of the half

chape 30 pourraient être légèrement surdimensionnés pour permettre la fixation  clevis 30 could be slightly oversized to allow fixing

réglable décrite précédemment.adjustable previously described.

Le léger surdimensionnement des trous de passage des vis permet également un réglage en rotation des deux demi-chapes 20, 30 de l'élément  The slight oversizing of the screw passage holes also makes it possible to adjust the rotation of the two half-yokes 20, 30 of the element

femelle de la rotule.female patella.

La rotule obtenue permet une rotation de 360 selon l'axe z et une  The ball joint obtained allows a rotation of 360 along the z axis and a

rotation de 320 selon l'axe x.rotation of 320 along the x axis.

La rotule selon l'invention est particulièrement adaptée à la réalisation de  The ball joint according to the invention is particularly suitable for the production of

parallélogrammes déformables articulés par des rotules.  deformable parallelograms articulated by ball joints.

On a représenté schématiquement à la figure 5 un robot de type DELTA  There is shown diagrammatically in FIG. 5 a robot of the DELTA type

comportant trois parallélogrammes articulés par des rotules selon l'invention.  comprising three parallelograms articulated by ball joints according to the invention.

Commne le montre la figure 5, ce robot DELTA comporte trois  As shown in Figure 5, this DELTA robot has three

parallélogrammes identiques et la description sera faite d'un seul de ces  identical parallelograms and the description will be made of only one of these

parallélogrammes étant entendu que cette description s'applique également aux  parallelograms on the understanding that this description also applies to

autres parallélogrammes.other parallelograms.

3o Comme le montre la figure 5, le parallélogramme 50 est articulé à chacun de ses quatre coins par une rotule selon l'invention 60, 61, 62 et 63. Les éléments femelles 60b et 63b des rotules sont raccordés deux à deux, par exemple par un segment 70, 71 qui peut être constitué par le support des éléments femelles de façon à définir deux côtés opposés du parallélogramme et les éléments mâles 60a à 63b de ces rotules sont également associés deux à deux par un segment 72, 73 de manière également à constituer deux côtés opposés du parallélogramme. Le segment 72 reliant les éléments mâles 60a, 61a et définissant le côté supérieur du parallélogramme est relié fixement en son milieu à une extrémité d'un segment 74 dont l'autre extrémité est reliée de manière pivotante au milieu d'un côté 81 d'une structure triangulaire 80. Le segment 73 reliant les éléments mâles 62a, 63a définissant le côté inférieur du parallélogramme est relié fixement en son milieu à une extrémité d'un segment 75 dont l'autre extrémité  3o As shown in FIG. 5, the parallelogram 50 is articulated at each of its four corners by a ball joint according to the invention 60, 61, 62 and 63. The female elements 60b and 63b of the ball joints are connected in pairs, for example by a segment 70, 71 which can be constituted by the support of the female elements so as to define two opposite sides of the parallelogram and the male elements 60a to 63b of these ball joints are also associated in pairs by a segment 72, 73 also to constitute two opposite sides of the parallelogram. The segment 72 connecting the male elements 60a, 61a and defining the upper side of the parallelogram is fixedly connected in the middle to one end of a segment 74 whose other end is pivotally connected to the middle of one side 81 of a triangular structure 80. The segment 73 connecting the male elements 62a, 63a defining the lower side of the parallelogram is fixedly connected in its middle to one end of a segment 75 whose other end

est reliée fixement à une structure centrale fixe.  is fixedly connected to a fixed central structure.

Le robot DELTA ainsi constitué a des débattements angulaires utiles accrus, ce qui implique un agrandissement du domaine atteignable. En outre, les limites des efforts sont les mêmes en traction et en compression et il y a  The DELTA robot thus formed has increased useful angular deflections, which implies an enlargement of the achievable range. In addition, the limits of the forces are the same in tension and in compression and there are

possibilité de fonctionnement à jeu nul avec hysteresis minimal.  possibility of zero backlash operation with minimal hysteresis.

Enfin, la possibilité de réglage en position des deux demi-chapes des 1éléments femelles des rotules permnet d'obtenir des parallélogrammes dont les  Finally, the possibility of adjusting the position of the two half-yokes of the female elements of the ball joints allows to obtain parallelograms whose

côtés opposés sont presque parfaitement égaux.  opposite sides are almost perfectly equal.

Tous ces paramètres contribuent à l'obtention d'un robot de grande précision.  All these parameters contribute to obtaining a robot of high precision.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Rotule à grand débattement comprenant un élément mâle (10) ayant une partie sphérique (11) maintenue à rotation entre deux portées sphériques (23, 33) d'un élément femelle fixé sur un support (40), caractérisé en ce que l'élément femelle comprend: une première demi-chape en forme d'équerre (20) ayant une base horizontale (21) et une paroi verticale (22) solidaire de la base et comportant une première portée sphérique (23) à une première extrémité opposée à la base; une deuxième demi-chape en forme de plaque (30) comportant une seconde portée sphérique (33) à une première de ses i0 extrémités; la première demi-chape (20) étant fixée de manière démontable par sa base (21) à une surface supérieure (41) du support 40 et la deuxième demi-chape (30) étant fixée de manière démontable par une deuxième extrémité opposée à la première extrémité comportant la seconde portée sphérique (33) à une paroi verticale (43) du support adjacente à la surface supérieure (41) du support (40) de manière à maintenir à rotation la partie sphérique (11) de l'élément mâle (10) entre les première et seconde portées sphériques (23, 33), grâce à quoi la rotule deux degrés de liberté en rotation de  1. Long-travel ball joint comprising a male element (10) having a spherical part (11) held in rotation between two spherical bearings (23, 33) of a female element fixed on a support (40), characterized in that l female element comprises: a first square-shaped half-yoke (20) having a horizontal base (21) and a vertical wall (22) integral with the base and comprising a first spherical bearing (23) at a first opposite end at the base; a second plate-shaped half-yoke (30) having a second spherical bearing (33) at a first of its i0 ends; the first half-yoke (20) being detachably fixed by its base (21) to an upper surface (41) of the support 40 and the second half-yoke (30) being detachably fixed by a second end opposite the first end comprising the second spherical bearing (33) to a vertical wall (43) of the support adjacent to the upper surface (41) of the support (40) so as to keep the spherical part (11) of the male element in rotation ( 10) between the first and second spherical bearings (23, 33), whereby the ball joint two degrees of freedom in rotation of grande amplitude.large amplitude. 2. Rotule selon la revendication 1 caractérisée en ce que les demi-chapes (20, 30) sont fixées au support (40) au moyen de vis se vissant dans des trous taraudés (24, 25, 31, 32) ménagés dans les deux demi-chapes et traversant des trous correspondants (44 à 47) légèrement surdimensionnés par rapport au diamètre du corps des vis pour permettre le réglage en translation et un réglage en rotation des deux demi-chapes (20, 30) ménagés dans le support  2. Ball joint according to claim 1 characterized in that the half-yokes (20, 30) are fixed to the support (40) by means of screws screwed into tapped holes (24, 25, 31, 32) formed in the two half-yokes and crossing corresponding holes (44 to 47) slightly oversized with respect to the diameter of the body of the screws to allow adjustment in translation and an adjustment in rotation of the two half-yokes (20, 30) formed in the support (40).(40). 3. Rotule selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la seconde demi-chape (30) est fixée au support dans un évidement (42) ménagé dans ce  3. Ball joint according to claim 1 or 2 characterized in that the second half-yoke (30) is fixed to the support in a recess (42) formed in this support (40).support (40). 4. Rotule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en  4. Ball joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in ce que les amplitudes des deux degrés de liberté en rotation sont supérieures à .  what the amplitudes of the two degrees of freedom in rotation are greater than. 5. Rotule selon la revendication 4 caractérisée en ce que les amplitudes des deux degrés de liberté en rotation sont de 360 et 320 respectivement.5. A ball joint according to claim 4 characterized in that the amplitudes of the two degrees of freedom in rotation are 360 and 320 respectively. 6. Parallélogramnme déformable articulé par des rotules telles que définies6. Deformable parallelogram articulated by ball joints as defined dans l'une quelconque des revendications précédentes.  in any one of the preceding claims. 7. Robot à architecture parallèle caractérisé en ce qu'il comprend un ou  7. Robot with parallel architecture characterized in that it comprises one or plusieurs parallélogrammes déformables selon la revendication 6.  several deformable parallelograms according to claim 6. 8. Robot DELTA selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il  8. DELTA robot according to claim 7 characterized in that it comprend trois parallélogrammes déformables.  includes three deformable parallelograms.
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