FR2867539A1 - Dispositif de transformation cinematique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de transformation cinématique réversible de mouvements d'au moins trois pièces mobiles (12A à 12F) en mouvements d'un outil mobile (20, 70), chaque pièce mobile étant reliée à l'outil mobile par une chaîne cinématique au moins en partie spécifique (22A à 22C, 72A à 72F), dans lequel les pièces mobiles se déplacent en translation selon des directions rectilignes parallèles.

Description

DISPOSITIF DE TRANSFORMATION CINÉMATIQUE

La présente invention concerne le domaine des transformateurs cinématiques. Plus particulièrement, elle concerne un transformateur cinématique transformant les mouvements d'une ou de plusieurs pièces mobiles en mouvements d'un outil mobile, et réciproquement.

Un transformateur cinématique permet de convertir les mouvements selon plusieurs degrés de liberté d'un outil mobile en mouvements élémentaires d'un nombre inférieur de degrés de liberté de pièces mobiles. De façon générale, on cherche à obtenir des mouvements élémentaires à un unique degré de liberté des pièces mobiles. Les mouvements élémentaires peuvent facilement être produits par des actionneurs, ou facilement être mesurés par des capteurs.

Les transformateurs cinématiques se divisent 15 essentiellement en deux familles: les transformateurs série et les transformateurs parallèle.

Dans le cas d'un transformateur cinématique série, l'outil mobile est relié à une unique chaîne cinématique qui comprend les pièces mobiles. Un exemple de transformateur cinématique série correspond aux bras robotisés utilisés dans l'usinage assisté par ordinateur. Un outil devant usiner une pièce à fabriquer est porté à l'extrémité d'un bras porteur qui se compose de plusieurs branches montées en série et articulées les unes par rapport aux autres. Le pivotement d'une branche par rapport à la branche voisine est obtenu au moyen de moteurs électriques. En commandant les différents moteurs électriques par des signaux adaptés, il est possible de déplacer l'outil dans l'espace éventuellement selon six degrés de liberté. Un tel transformateur cinématique est souvent volumineux et de structure complexe. En outre, les moteurs électriques étant répartis à différents emplacements sur le bras porteur, le transformateur cinématique présente d'importantes masses en mouvement qui sont préjudiciables aux performances du transformateur.

Un transformateur cinématique parallèle comprend plusieurs chaînes cinématiques, chaque chaîne cinématique reliant l'outil mobile à une pièce mobile ou plusieurs pièces mobiles.

Un exemple de transformateur cinématique parallèle concerne un simulateur de mouvements pour châssis de véhicule automobile dans lequel un châssis de véhicule automobile est monté sur une base fixe par quatre vérins hydrauliques, chaque vérin ayant une première extrémité reliée à la base et une seconde extrémité reliée au châssis. Les quatre vérins sont commandés indépendamment pour obtenir le déplacement du châssis. Un tel dispositif est généralement volumineux, en particulier dans le cas où l'on souhaite commander un outil mobile ayant un nombre élevé de degrés de liberté.

La présente invention vise à obtenir un transformateur cinématique parallèle occupant un faible volume. En particulier, la présente invention vise à obtenir un transformateur cinématique pour lequel le degré de liberté de chaque pièce mobile est un degré de translation selon un axe fixe.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un dispositif de transformation cinématique réversible de mouvements d'au moins trois pièces mobiles en mouvements d'un outil mobile, chaque pièce mobile étant reliée à l'outil mobile par une chaîne cinématique au moins en partie spécifique, dans lequel les pièces mobiles se déplacent en translation selon des directions rectilignes parallèles.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 le dispositif est isostatique.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque paire de chaînes cinématiques comprend des éléments de liaison équivalents au total à au moins sept liaisons pivotantes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les pièces mobiles sont alignées.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, les pièces mobiles sont régulièrement espacées.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend trois pièces mobiles, les trois chaînes cinématiques associées comportant des éléments de liaison équivalents au total à douze liaisons pivotantes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque chaîne cinématique comprend des éléments de liaison 20 équivalents au total à quatre liaisons pivotantes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, une première chaîne cinématique comprend des éléments de liaison équivalents au total à cinq liaisons pivotantes, une deuxième chaîne cinématique comprend des éléments de liaison équivalents au total à trois liaisons pivotantes et une troisième chaîne cinématique comprend des éléments de liaison équivalents à quatre liaisons pivotantes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend six pièces mobiles et six chaînes cinématiques distinctes, chaque chaîne cinématique comprenant des éléments de liaison équivalents au total à cinq liaisons pivotantes.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend six pièces mobiles et six portions initiales de chaîne cinématique distinctes, chacune étant reliée à une pièce mobile, réparties en trois premières portions initiales comprenant chacune au moins un élément de liaison équivalent à trois liaisons pivotantes et trois secondes portions initiales comprenant chacune des éléments de liaison équivalents au total à quatre liaisons pivotantes, chaque première portion initiale de chaîne cinématique étant reliée à une seconde portion initiale de chaîne cinématique et se prolongeant en une portion finale de chaîne cinématique reliée à l'outil mobile.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque première portion initiale de chaîne cinématique est adaptée à pivoter par rapport à la seconde portion initiale de chaîne cinématique associée autour d'un axe déterminé et dans lequel chaque portion finale de chaîne cinématique prolongeant ladite portion initiale comprend une rotule reliée à l'outil mobile, le centre de rotation de ladite rotule étant situé sur l'axe déterminé.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente un exemple d'actionneur linéaire pouvant être associé à un transformateur cinématique 25 selon l'invention; les figures 2A, 2B et 2C représentent des schémas cinématiques de transformateurs cinématiques pour un outil mobile à trois degrés de liberté ; la figure 3 représente un exemple de réalisation du 30 schéma cinématique de la figure 2A; la figure 4 représente un exemple de liaison par cardan; la figure 5 représente un exemple de réalisation du schéma cinématique de la figure 2B; la figure 6 représente un autre exemple de réalisation du schéma cinématique de la figure 2A; les figures 7A et 7B représentent des schémas cinématiques de transformateurs cinématiques pour un outil 5 mobile à six degrés de liberté ; la figure 8 représente un exemple de réalisation correspondant au schéma cinématique de la figure 7A; la figure 9 représente un détail de l'outil mobile de la figure 8; et la figure 10 représente un exemple de réalisation correspondant au schéma cinématique de la figure 7B.

Le principe de la présente invention consiste à transformer des mouvements selon différents degrés de liberté de l'outil mobile en autant de mouvements rectilignes parallèles de pièces mobiles. Dans les modes de réalisation décrits par la suite, les pièces mobiles correspondent aux parties mobiles d'actionneurs linéaires. Inversement, la présente invention permet de transformer des mouvements rectilignes parallèles de pièces mobiles en mouvements selon différents degrés de liberté de l'outil mobile.

La figure 1 représente un exemple d'actionneur linéaire 10 comportant une base fixe 11 et six parties ou tranches mobiles 12A à 12F. Chaque tranche mobile 12A à 12F est susceptible de se déplacer de façon autonome, par rapport à la base fixe 11, selon un axe parallèle à un axe OZ, sur une plage, par exemple de 2 cm. Les tranches mobiles 12A à 12F sont disposées de sorte que leurs axes de déplacements soient coplanaires et régulièrement espacés, par exemple d'une dizaine de centimètres. Chaque tranche mobile 12A à 12F comporte un alésage 13A à 13F pouvant recevoir des moyens de fixation d'un élément extérieur sur la tranche mobile 12A à 12F. Lorsque les tranches mobiles 12A à 12F ne sont pas sollicitées, les différents alésages 13A à 13F sont coaxiaux selon un axe OX, perpendiculaire à l'axe OZ. Le plan (XOZ) forme un plan médian des tranches mobiles 12A à 12F. Les axes OZ et OX forment avec un axe OY perpendiculaire au plan (XOZ) un repère orthonormé.

Six tranches mobiles 12A à 12F ont été représentées sur la figure 1. Il est clair que l'actionneur linéaire 10 peut comprendre un nombre variable de tranches mobiles selon l'utilisation souhaitée coruune il apparaîtra par la suite. En outre, un nombre limité de tranches mobiles 12A à 12F peut être utilisé parmi les six tranches mobiles disponibles de l'actionneur linéaire 10 de la figure 1.

Un exemple d'actionneur linéaire de ce type est décrit dans le brevet européen EP 0365441 de la demanderesse.

Une condition pour obtenir un transformateur cinématique qui présente un minimum de jeux structurels et de pertes d'énergie par frottement est que le transformateur cinématique est isostatique.

Sur les figures 2A, 2B et 2C, on a représenté trois possibilités de schémas cinématiques d'un transformateur cinématique isostatique parallèle transformant les mouvements d'un objet mobile 20 ayant trois degrés de liberté en mouvements de translations de trois tranches mobiles 12A, 12B, 12C et réciproquement.

Sur les figures 2A à 2C, l'outil mobile 20 est relié aux trois tranches mobiles 12A, 12B, 12C par des chaînes cinématiques correspondantes 22A, 22B, 22C. Chaque chaîne cinématique 22A, 22B, 22C comprend plusieurs branches rigides 23, chaque branche 23 étant reliée à une autre branche par une liaison pivotante 24, c'est-à-dire une liaison à un degré de liberté de rotation. A titre d'exemple, une liaison pivotante peut correspondre à deux arbres coaxiaux montés libres en rotation l'un par rapport à l'autre, deux liaisons pivotantes successives peuvent correspondre à un cardan, et trois liaisons pivotantes successives à une rotule.

Une condition pour qu'un schéma cinématique de ce type corresponde à un transformateur cinématique réalisable est que chaque paire de chaînes cinématiques 22A, 22B, 22C comprenne au total au moins sept liaisons pivotantes 24.

La figure 2A représente un transformateur cinématique dont les trois chaînes cinématiques 22A, 22B, 22C comprennent 5 chacune quatre liaisons pivotantes 24.

La figure 2B représente un transformateur cinématique dont la première chaîne cinématique 22A comprend cinq liaisons pivotantes 24, la deuxième chaîne cinématique 22B trois liaisons pivotantes 24, et la troisième chaîne cinématique 22C quatre liaisons pivotantes 24.

La figure 2C représente un transformateur cinématique dont la première chaîne cinématique 22A comprend cinq liaisons pivotantes 24, la deuxième chaîne cinématique 22B deux liaisons pivotantes 24, et la troisième chaîne cinématique 22C cinq liaisons pivotantes 24.

La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un transformateur cinématique selon le schéma cinématique représenté sur la figure 2A.

L'invention utilise l'actionneur 10 représenté sur la figure 1 dont seules trois tranches mobiles 12A, 12B, 12C participant à l'invention sont représentées. L'outil mobile 20 est constitué par un tripode dont les trois pieds 26A, 26B, 26C sont équidistants les uns des autres. Une tige 27 est fixée solidairement à une extrémité sur le tripode 20. L'extrémité opposée de la tige 27 est fixée solidairement à une manette sphérique 28 destinée à être manipulée par un utilisateur. La tige 27 et la manette sphérique 28 peuvent être remplacées par tout type d'embout, par exemple un embout sphérique, cruciforme, etc., selon l'utilisation prévue du transformateur cinématique.

Chaque pied 26A, 26B, 26C est relié à une tranche mobile 12A, 12B, 12C de l'actionneur 10 par une chaîne cinématique 22A, 22B, 22C. Par la suite, les suffixes A, B, C désignent l'appartenance à l'une des chaînes cinématiques 22A, 22B, 22C.

Chaque chaîne cinématique 22A, 22B, 22C comporte un système de renvoi 30A, 30B, 30C, en forme de "L", fixé solidairement à une extrémité à la tranche mobile 12A, 12B, 12C, au niveau de l'alésage 13A, 13B, 13C, et relié à l'extrémité opposée à un premier cardan 31A, 31B, 31C. Le premier cardan 31A, 31B, 31C est relié à une extrémité d'un bras 32A, 32B, 32C pouvant, par exemple, avoir une longueur de 50 Han. L'extrémité opposée du bras est reliée à un second cardan 33A, 33B, 33C également relié à un pied 26A, 26B, 26C du tripode 20.

Dans le présent exemple de réalisation, les systèmes de renvoi 30A, 30B, 30C, et les bras 32A, 32B, 32C ont des formes et dimensions identiques pour les trois chaînes cinématiques 22A, 22B, 22C.

La figure 4 représente un exemple de réalisation des premier et second cardans 31A à 31C et 33A à 33C. A titre explicatif, la figure 4 représente le premier cardan 31A. Le cardan 31A comprend un premier arbre 35A, d'axe 36A, dont une extrémité est fixée solidairement au système de renvoi 30A, et un second arbre 37A, d'axe 38A, dont une extrémité est fixée solidairement au bras 32A. L'extrémité opposée du premier arbre 35A se prolonge par une première fourche 39A dans laquelle est montée libre en rotation une première branche cylindrique 40A, d'axe 41A, d'un croisillon 42A. L'extrémité opposée du second arbre 37A se prolonge par une seconde fourche 43A dans laquelle est montée libre en rotation une seconde branche cylindrique 44A, d'axe 45A, du croisillon 42A. Les axes 41A et 45A se coupent au point 46A appelé centre du premier cardan 31A. Les axes 41A et 45A, 36A et 41A, et 38A et 45A sont perpendiculaires deux à deux.

Les deuxièmes cardans 33A à 33C ont une structure similaire à celle des premiers cardans 31A à 31C. Les premiers arbres 35A à 35C des deuxièmes cardans 33A à 33C sont reliés solidairement respectivement aux bras 32A à 32C, et les seconds arbres 36A à 36C sont reliés respectivement solidairement aux pieds 26A à 26C du tripode 20.

Selon le présent exemple de réalisation, les systèmes de renvoi 30A et 30C permettent de placer respectivement les centres 46A et 46C des premiers cardans 31A et 31C à une distance d'environ 2 centimètres par rapport au plan (XOZ) du côté des Y négatifs. Le système de renvoi 30B permet de placer respectivement le centre 46B du premier cardan 46B à une distance de 2 centimètres par rapport au plan (XOZ) du côté des Y positifs.

Les axes 36A, 36B, 36C des premiers cardans 31A, 31B et 31C sont orientés selon l'axe OZ. Les axes 41A, 41B, 41C des premiers cardans 31A, 31B, 31C sont donc parallèles au plan (XOY). Le premier cardan 41A de la chaîne cinématique 22A est agencé de sorte que l'axe 41A fasse un angle de +135 degrés selon le sens trigonométrique avec l'axe OX. Le premier cardan 31C est agencé de sorte que l'axe 41C fasse un angle de +45 degrés par rapport à l'axe OX. Le premier cardan 31B est agencé de sorte que l'axe 41B soit orienté selon l'axe OY.

Les deuxièmes cardans 33A, 33B, 33C sont orientés de sorte que les trois centres 46A, 46B, 46C des deuxièmes cardans 33A, 33B, 33C soient disposés selon un triangle équilatéral, inscrit par exemple sur un cercle de 40 nul de diamètre. Les axes 45A, 45B, 45C des deuxièmes cardans 33A, 33B, 33C sont tangents à ce cercle.

La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un 25 transformateur cinématique selon le schéma cinématique de la figure 2B.

Comme pour l'exemple de réalisation précédent, chaque chaîne cinématique 22A, 22B, 22C comprend un système de renvoi 30A, 30B, 30C monté solidairement sur une tranche mobile 12A, 12B, 12C. Dans ce mode de réalisation, les cardans sont représentés avec une structure différente de celle de la figure 4. Toutefois, leur principe de fonctionnement étant identique, les références des arbres et des axes de la figure 4 sont utilisées par analogie.

Le système de renvoi 30A est connecté à un premier cardan 50A. Le deuxième arbre 37A du cardan 50A forme l'extrémité d'une branche 51A dont l'extrémité opposée constitue le premier arbre 35A d'un second cardan 52A, dont le deuxième arbre 37A est relié à un pied 26A du tripode.

Le système de renvoi 30B est relié solidairement à une extrémité d'un arbre 53B. L'extrémité opposée de l'arbre 53B est reliée au premier arbre 35B d'un cardan 54B. Le premier arbre 35B du cardan 54B est monté coaxial avec l'arbre 53B et est libre en rotation selon son axe 36B par l'intermédiaire d'un roulement 55B. Le deuxième arbre 37B du cardan 54B est fixé au pied 26B du tripode 20.

Le système de renvoi 30C est relié solidairement à une extrémité d'un arbre 58C. A l'extrémité opposée de l'arbre 58C, le premier arbre 35C d'un premier cardan 59C est monté coaxial avec l'arbre 58C et libre en rotation selon son axe 36C par l'intermédiaire d'un roulement 60C. Le deuxième arbre 37C du premier cardan 59C constitue l'extrémité d'une branche 61C dont l'extrémité opposée forme le premier arbre 35C d'un second cardan 62C dont le deuxième arbre 37C est relié à un pied 26C du tripode.

Les axes 45A, 45B, 45C des cardans 52A, 54B et 62C sont orientés de la même façon que pour les cardans 33A, 33B et 33C de l'exemple de réalisation précédent.

Le système de renvoi 30A permet de placer le centre 46A du cardan 50A à une distance d'environ 2 centimètres par rapport au plan (XOZ) du côté des Y négatifs. La projection de l'axe 36A dans le plan (XOY) forme un angle de +135 degrés avec l'axe OX. L'axe 36A forme un angle de +15 degrés avec l'axe OZ.

Le centre 46B du cardan 54B appartient au plan (XOZ). L'axe de l'arbre 53B est orienté selon l'axe OZ.

La projection de l'axe 36C du cardan 59C dans le plan (XOY) forme un angle de +45 degrés avec l'axe OX. L'axe 36C forme un angle de +15 degrés avec l'axe OZ. 30

En l'absence de sollicitation, les premier 36A et deuxième 37A arbres des cardans 50A, 52A sont alignés, ainsi que les premier 36C et deuxième 37C arbres des cardans 59C, 62C et les premier 36B et deuxième 37B arbres du cardan 54B.

Pour les exemples de réalisation des figures 3 et 5, il est possible de placer deux transformateurs côte à côte et d'utiliser les six tranches 12A à 12F de l'actionneur 10.

La figure 6 représente un autre exemple de réalisation d'un transformateur cinématique selon le schéma cinématique de la figure 2A. Deux transformateurs sont représentés côte à côte de façon à coopérer avec les six tranches (non représentées) de l'actionneur 10.

Comme pour l'exemple de réalisation représenté en figure 3, chaque chaîne cinématique 22A, 22B, 22C d'un transformateur comprend un système de renvoi 30A, 30B, 30C fixé solidairement à une extrémité à une tranche mobile 12A, 12B, 12C (non représentée) de l'actionneur 10 et relié à l'extrémité opposée à une rotule 63A, 63B, 63C. Un bras 64A, 64C est relié à la rotule 63A, 63B, 63C de chaque chaîne cinématique 22A, 22B, 22C et est libre selon les trois degrés de liberté de rotation au centre de la rotule 63A, 63B, 63C. Chaque bras 64A, 64B, 64C se prolonge par une fourche 65A, 65B, 65C dont les deux branches sont traversées par un arbre 66A, 66B, 66C par rapport auquel pivote le pied 26A, 26B, 26C d'un tripode. Dans cet exemple de réalisation, l'outil mobile 20 est constitué par le tripode dont les trois pieds 26A, 26B, 26C sont équidistants les uns des autres. Un orifice 67 est prévu dans le tripode, éventuellement pour la fixation d'une tige cousue dans l'exemple de réalisation représenté en figure 1.

Les systèmes de renvoi 30A et 30C permettent de placer respectivement les centres des rotules 63A et 63C à une distance d'environ 2 centimètres par rapport au plan (X0Z) du côté des Y négatifs. Le système de renvoi 30B permet de placer le centre de la rotule 63A à une distance de 2 centimètres par rapport au plan (X0Z) du côté des Y positifs.

Les centres des trois rotules 63A, 63B, 63C sont répartis de façon qu'en position de repos les bras 64A, 64C sont sensiblement orientés selon la direction Z et le tripode 20 s'étend sensiblement selon un plan parallèle au plan (XOY).

Deux transformateurs cinématiques peuvent être placés sur un même actionneur 10, un transformateur cinématique étant le symétrique de l'autre par rapport au plan (XOZ).

La figure 7A représente un schéma cinématique d'un transformateur cinématique selon l'invention pour lequel l'outil 10 mobile 55 comporte 6 degrés de liberté.

Le transformateur cinématique relie l'outil 70 aux six tranches 12A à 12F de l'actionneur 10 par six chaînes cinématiques 71A à 71F distinctes. Chaque chaîne cinématique 71A à 71F comprend cinq liaisons pivotantes 24.

La figure 7B représente un schéma cinématique d'un transformateur cinématique à 6 degrés de liberté dans lequel les chaînes cinématiques ne sont pas complètement distinctes. En effet, six portions initiales de chaîne cinématique 72A à 72F issues des tranches 12A à 12F se rejoignent deux à deux pour former trois portions finales de chaîne cinématique 73AC, 73BE, 73DF reliées à l'outil 70. L'une des portions initiales de chaîne cinématique 72A, 72D, 72E d'une paire de portions initiales de chaîne cinématique (72A, 72C), (72B, 72E) et (72D, 72F) comprend quatre liaisons pivotantes 24 tandis que l'autre portion initiale de chaîne cinématique 72B, 72C, 72F de la même paire comprend trois liaisons pivotantes 24. Chaque portion finale de chaîne cinématique 73AC, 73BE, 73DF comprend trois liaisons pivotantes 24.

La figure 8 représente un exemple de réalisation d'un transformateur cinématique correspondant au schéma cinématique de la figure 7A. Chaque chaîne cinématique 71A à 71F comprend un système de renvoi 75A à 75F en forme de "L" dont une extrémité est montée solidairement sur une tranche mobile 12A à 12F. Sur la figure 8, la tranche mobile 12D est représentée surélevée par rapport aux autres tranches mobiles.

Une extrémité d'un premier bras cylindrique 76A à 76F est montée libre en rotation selon son axe, par l'intermédiaire d'un roulement 77A à 77F, sur l'extrémité opposée du système de renvoi 75A à 75F. L'extrémité opposée du premier bras 76A à 76F est reliée au premier arbre 35A à 35F d'un premier cardan 78A à 78F, dont le deuxième arbre 37A à 37F est relié à une extrémité d'un deuxième bras cylindrique 79A à 79F. L'extrémité opposée du deuxième bras 79A à 79F est connectée au premier arbre 35A à 35F d'un deuxième cardan dont le deuxième arbre 37A à 37F est relié à l'outil mobile 70. Seuls trois deuxièmes cardans 80B, 80D, 80F sont visibles en figure 8. Les deuxièmes bras 79A à 79F ont la même longueur pour toutes les chaînes cinématiques 71A à 71F, par exemple de 50 l'un. Les premiers bras 76A, 76D, 76E ont chacun une longueur d'environ la moitié de la longueur d'un deuxième bras 79A, 79D, 79E. Les premiers bras 76B, 76C, 76F ont une longueur plus faible d'environ un quart de la longueur des deuxièmes bras 79B, 79C, 79F.

Les systèmes de renvoi 75A, 75C, 75E sont agencés de sorte que les axes des premiers arbres 76A, 76C, 76E soient parallèles à l'axe OZ et disposés à +2 cm du plan (XOZ) du côté des Y positifs. Les systèmes de renvoi 75B, 75D, 75F sont agencés de sorte que les axes des premiers arbres 76B, 76D, 76F soient parallèles à l'axe OZ et disposés à +2 um du plan (XOZ) du côté des Y négatifs.

La figure 9 représente l'outil mobile 70 qui a, par exemple, la forme d'une sphère de 60 mm de diamètre de centre S. Un embout (non représenté) peut éventuellement être fixé sur la sphère 70 au niveau d'une région d'accroche 81. La référence A désigne un axe passant par S et le centre de la région d'accroche 81. Les zones de fixation des deuxièmes arbres 37A à 37F des deuxièmes cardans sont symbolisées par des cercles 82A à 82F en trait plein sur la face visible de l'outil 70, et en traits pointillés sur la face cachée de l'outil 70.

Les zones de fixation 82A à 82F sont réparties sur la 35 sphère 70 sensiblement du côté opposé à la région d'accroche 81 de la façon suivante. Les trois zones de fixation 82B, 82C, 82F des deuxièmes cardans 80B, 80C, 80F associés aux chaînes cinématiques 71B, 71C, 71F contenant les premiers arbres courts 76B, 76C, 76F sont centrées en trois points 83B, 83C, 83F de la sphère et forment une base, perpendiculaire à l'axe A, d'un premier trièdre trirectangle 84 dont le sommet 85 est disposé sur l'axe A à 8 Dun du centre S du côté de la région d'accroche 81. Les trois zones de fixation 82A, 82D, 82E des deuxièmes cardans associés aux chaînes cinématiques 71A, 71D, 71E, contenant les premiers arbres longs 76A, 76D, 76E sont centrées en trois points 83A, 83D, 83E de la sphère et forment une base, perpendiculaire à l'axe A, d'un deuxième trièdre trirectangle 86 dont le sommet 87 est disposé sur l'axe A à 8 mm du centre S du côté opposé au sommet 85. Le deuxième trièdre 86 est obtenu à partir du premier trièdre 84 par une rotation de 60 degrés autour de l'axe A. Les arbres 45A, 45D, 45E des deuxièmes cardans sont tangents au cercle passant par les points 83A, 83D, 83E, et les arbres 45B, 45C, 45F des deuxièmes cardans 80B, 80C, 80F sont tangents au cercle passant par les points 83B, 83C, 83F.

La figure 10 représente un exemple de réalisation d'un transformateur cinématique correspondant au schéma cinématique de la figure 7B. Chaque portion initiale de chaîne cinématique 72A à 72F couprend un système de renvoi 90A à 90F dont une extrémité est montée solidairement sur une tranche mobile 12A à 12F (non représentée) de l'actionneur 10.

L'extrémité opposée de chaque système de renvoi 90A à 90F est fixée à une rotule inférieure 91A à 91F. Des premiers bras 92B, 92C, 92F sont reliés aux rotules inférieures 91B, 91C, 91F de trois premières portions initiales de chaîne cinématique 72B, 72C, 72F. Chaque premier bras 92B, 92C, 92F est donc libre selon trois degrés de liberté de rotation par rapport au centre de la rotule inférieure 92B, 92C, 92F correspondante. Chaque premier bras 92B, 92C, 92F a une forme légèrement coudée. Des seconds bras 92A, 92D, 92E sont reliés aux rotules inférieures 91A, 91D, 91E de trois secondes portions initiales de chaîne cinématique 72A, 72D, 72E. Chaque second bras 92A, 92D, 92E est libre selon trois degrés de liberté de rotation par rapport au centre de la rotule inférieure 92A, 92D, 92E correspondante.

Chaque second bras 92A, 92D, 92E d'une paire de première et seconde portions initiales de chaîne cinématique (72A, 72C), (72B, 72E), (72D, 72F) se prolonge par une fourche 93A, 93D, 93E dont les deux branches sont traversées par un arbre 94A, 94D, 94E. Le premier bras 92B, 92C, 92F de la paire de première et seconde portions initiales de chaîne cinématique (72A, 72C), (72B, 72E), (72D, 72F) est adapté à pivoter, sensiblement dans sa partie centrale, autour de l'arbre 94A, 94D, 94E du second bras 92A, 92D, 92E de la même paire.

L'extrémité de chaque premier bras 92B, 92C, 92F opposée à la rotuleinférieure 91B, 91C, 91F se prolonge par une pièce de liaison 95B, 95C, 95F qui est reliée à une rotule supérieure 96B, 96C, 96F et est libre selon trois degrés de liberté de rotation par rapport à ladite rotule supérieure 96B, 96C, 96F. Les rotules supérieures 96B, 96C, 96F sont fixées à l'outil 70.

Les centres des six rotules inférieures 91A à 91C sont disposés aux sommets d'un hexagone régulier inscrit dans un cercle sensiblement parallèle au plan (XOY) et dont le centre appartient au plan (XOZ) et se situe à équidistance des tranches mobiles extrêmes 12A et 12F. A titre d'exemple, le cercle comprenant les centres des six rotules inférieures 91A à 91F a un diamètre d'environ 70 millimètres. Le système de renvoi 90A est agencé de sorte que le centre de la rotule inférieure 91A est contenu dans le plan parallèle au plan (YOZ) contenant l'axe de déplacement de la tranche mobile 12A et est disposé à environ 4 millimètres du plan (XOZ) du côté des Y positifs. Les positions des centres des autres rotules inférieures 91B à 91F s'obtiennent par rotation de 60 degrés du centre de la rotule inférieure 91A par rapport au centre du cercle comprenant les centres des six rotules inférieures 91A à 91F.

En position de repos, les centres des rotules supérieures 96B, 96C, 96F sont disposés sur un cercle sensiblement compris dans un plan parallèle au plan (XOY). A titre d'exemple, le cercle comprenant les centres des rotules supérieures 96B, 96C, 96F a un diamètre d'environ 50 millimètres. La droite passant par le centre du cercle comprenant les centres des rotules supérieures 96B, 96C, 96F et le centre du cercle comprenant les centres des rotules inférieures 91A à 91F est parallèle à l'axe OZ.

On appelle axe moyen d'une rotule, l'axe de symétrie du cône de débattement du bras relié à la rotule. On définit les formes et dimensions des premiers et seconds bras 92A à 92F et des pièces de liaison 95B, 95C, 95F et les orientations des axes moyens des rotules inférieures 91A à 91F de façon qu'en position de repos, c'est-à-dire en l'absence de sollicitations des tranches, chaque premier ou second bras 92A à 92F est orienté selon l'axe moyen de la rotule inférieure associée 91A à 91F, que chaque pièce de liaison 95B, 95C, 95F s'étend sensiblement selon l'axe moyen de la rotule supérieure 96B, 96C, 96F associée, et que les axes moyens des rotules supérieures 96B, 96C, 96F sont sensiblement compris dans un plan parallèle au plan (XOY). Cette disposition permet de réduire l'encombrement du transformateur selon la direction Z. Le diamètre du cercle formé par les centres des rotules supérieures 96B, 96C, 96F est inférieur au diamètre du cercle formé par les centres des rotules inférieures 91A à 91F.

Le plan, formé par deux centres de rotules inférieures d'une paire de première et seconde portions initiales de chaîne présente pas de singularité.

cinématique (72A, 72C), (72B, perpendiculaire à l'axe de l'arbre ladite permet lequel 72E), (72D, 72F) et 94A, 94D, 94E associé à paire, n'est pas perpendiculaire au plan (XOY). Ceci de maximiser le volume de déplacement de l'outil pour le fonctionnement du transformateur cinématique ne La structure du transformateur selon le présent exemple de réalisation permet d'obtenir un mouvement régulier de l'outil 70.

Selon une variante de l'exemple de réalisation représenté en figure 10, le centre de chaque rotule supérieure 96B, 96C, 96F est situé sur l'axe de l'arbre 94A, 94D, 94E qui fait pivot entre le second bras 92A, 92D, 92E et le premier bras 92B, 92C, 92F associés à ladite rotule 96B, 96C, 96F, le premier bras 94A, 94D, 94E étant relié à ladite rotule supérieure 96B, 96C, 96F.

Dans ce cas, la modélisation cinématique et dynamique du dispositif, et de certains composants des algorithmes de contrôle qui découlent de cette modélisation, se trouve simplifiée. Le modèle peut en effet, dans ce cas, être construit seulement avec les composants de la mécanique du point alors que la mécanique du solide est nécessaire dans le cas général.

La présente invention présente de nombreux avantages.

Elle permet de transformer les mouvements d'un outil mobile, par exemple à trois degrés ou à six degrés de liberté, en autant de mouvements élémentaires de translation de pièces mobiles selon des axes parallèles, coplanaires et régulièrement espacés, et inversement. Cette disposition est particulièrement adaptée pour l'utilisation d'un actionneur du type représenté sur la figure 1 qui est particulièrement compact. L'invention peut être utilisée pour piloter les mouvements de l'outil mobile en conauandant de façon adaptée l'actionneur. L'invention peut être également utilisée pour produire des signaux électriques par la mesure des déplacements des pièces mobiles causés par des mouvements imposés à l'outil mobile pour piloter un élément extérieur à partir de ces signaux. Un effort de rétroaction peut également être transmis à l'outil mobile par l'actionneur en fonction des déplacements de l'outil mobile.

La présente invention présente une grande modularité.

En effet, de nombreuses pièces peuvent être communes aux différents exemples de réalisation. Par exemple, les systèmes de renvoi des architectures des figures 3 et 7 sont identiques. Plus particulièrement, l'exemple de réalisation représenté en figure 6 permet de prévoir de nombreuses pièces identiques pour les trois chaînes cinématiques 22A, 22B, 22C, notamment les rotules 63A, 63B, 63C, les bras 64A, 64B, 64C, les fourches 65A, 65B, 65C et les arbres 66A, 66B, 66C. En outre, les systèmes de renvoi des chaînes cinématiques 22A et 22C sont identiques et le système de renvoi 30B de la chaîne de renvoi 22B est le symétrique des systèmes de renvoi 30A, 30C des chaînes cinématiques 22A, 22B. De même, l'exemple de réalisation représenté en figure 10 permet de prévoir de nombreuses pièces identiques, notamment les rotules inférieures et supérieures 91A à 91F et 96B, 96C, 96F, les premiers bras 92B, 92C, 92F, les seconds bras 92A, 92D, 92E, les fourches 93A, 93D, 93E et les arbres 94A, 94D, 94E.

De même, l'outil peut facilement être modifié selon l'utilisation du transformateur cinématique. Par exemple, l'outil peut avoir la forme d'un levier de commande et être utilisé pour réaliser une boîte de vitesses électrique à retour d'efforts. Pour simuler les mouvements d'une marionnette, l'outil peut avoir la forme d'une croix. Avec la forme représentée sur les figures 3 et 5, l'outil mobile peut être utilisé pour simuler les mouvements d'un archer.

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les axes de déplacement des tranches mobiles peuvent ne pas être parallèles, la forme des pièces de renvoi étant à adapter en conséquence.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de transformation cinématique réversible de mouvements d'au moins trois pièces mobiles (12A à 12F) en mouvements d'un outil mobile (20, 70), chaque pièce mobile étant reliée à l'outil mobile par une chaîne cinématique au moins en partie spécifique (22A à 22C, 72A à 72F) caractérisé en ce que les pièces mobiles se déplacent en translation selon des directions rectilignes parallèles.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif est isostatique.

3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque paire de chaînes cinématiques (22A à 22C, 66A à 66F) comprend des éléments de liaison (31A à 31C, 33A à 33C, 50A, 52A, 54B, 55B, 59C, 62C, 63A à 63C, 66A à 66C, 77A à 77F, 78A à 78F, 80A à 80F, 91A à 91F, 94A, 94D, 94E, 96B, 96C, 96F) équivalents au total à au moins sept liaisons pivotantes (24).

4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les pièces mobiles (12A à 12F) sont alignées.

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les pièces mobiles (12A à 12F) sont régulièrement espacées.

6. Dispositif selon la revendication 3, comprenant trois pièces mobiles (12A à 12C), les trois chaînes cinématiques (22A à 22C) associées comportant des éléments de liaison (31A à 31C, 33A à 33C, 50A, 52A, 54B, 55B, 60C, 59C, 62C, 63A à 63C, 66A à 66C) équivalents au total à douze liaisons pivotantes (24).

7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel chaque chaîne cinématique (22A à 22C) comprend des éléments de liaison (31A à 31C, 33A à 33C, 63A à 63C, 66A à 66C) équivalents au total à quatre liaisons pivotantes (24).

8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel une première chaîne (22A) cinématique comprend des éléments de liaison (59C, 60C, 62C) équivalents au total à cinq liaisons pivotantes (24), une deuxième chaîne cinématique (22B) comprend des éléments de liaison (54B, 55B) équivalents au total à trois liaisons pivotantes et une troisième chaîne (22C) cinématique comprend des éléments de liaison (50A, 52A) équivalents à quatre liaisons pivotantes.

9. Dispositif selon la revendication 3, comprenant six pièces mobiles (12A à 12F) et six chaînes cinématiques distinctes (72A à 72F), chaque chaîne cinématique comprenant des éléments de liaison (77A à 77F, 78A à 78F, 80A à 80F) équivalents au total à cinq liaisons pivotantes (24).

10. Dispositif selon la revendication 3, comprenant six pièces mobiles (12A à 12F) et six portions initiales de chaîne cinématique distinctes (72A à 72F), chacune étant reliée à une pièce mobile (12A à 12F), réparties en trois premières portions initiales (72B, 72C, 72F) comprenant chacune au moins un élément de liaison (91B, 91C, 91F) équivalent à trois liaisons pivotantes {24) et trois secondes portions initiales (72A, 72D, 72E) comprenant chacune des éléments de liaison (91A, 91D, 91E, 94A, 94D, 94E) équivalents au total à quatre liaisons pivotantes (24), chaque première portion initiale de chaîne cinématique étant reliée à une seconde portion initiale de chaîne cinématique et se prolongeant en une portion finale de chaîne cinématique (73AC, 73BE, 73DF) reliée à l'outil mobile (70).

11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel chaque première portion initiale (72B, 72C, 72F) de chaîne cinématique est adaptée à pivoter par rapport à la seconde portion initiale (72A, 72D, 72E) de chaîne cinématique associée autour d'un axe déterminé et dans lequel chaque portion finale (73AC, 73BE, 73DF) de chaîne cinématique prolongeant ladite portion initiale (72B, 72C, 72F) comprend une rotule (96B, 96C, 96F) reliée à l'outil mobile (70), le centre de rotation de ladite rotule étant situé sur l'axe déterminé.