FR2988320A1 - Dispositif d'assistance a commande manuelle pour robot - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à dispositif d'assistance destiné à équiper un bras (B) de robot piloté par un opérateur (H) et portant à son extrémité un outil (m), caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une poignée de commande (1) montée dans le prolongement du bras (B) via une rotule (R3) en étant déportée par rapport à l'outil (m) et, d'autre part, un capteur de forces (4) couplé au robot et assurant la détection en continu, à partir de la poignée (1), des efforts intentionnels de l'opérateur pour la manoeuvre de l'outil (m) à la fois en direction et en intensité. L'invention couvre également le robot collaboratif équipé du dispositif de l'invention et son utilisation.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'assistance à commande manuelle pour robot ainsi qu'un robot collaboratif équipé d'un tel dispositif et son application industrielle.

Un tel dispositif trouve son application, notamment, dans de la robotique industrielle pour l'assistance du pilote d'un robot lors de tâches de finition, d'assemblage de pièces ou d'usinage nécessitant à la fois une grande précision et des efforts importants s'exerçant dans de multiples directions. Ces tâches posent généralement des problèmes aigus de fatigue du personnel tant du fait du niveau élevé de vibration que de la nécessité pour les opérateurs d'assurer en permanence l'équilibrage du bras de robot selon toutes les orientations. Ces contraintes sont d'autant plus lourdes et délicates que le bras est soumis, du fait de sa grande inertie et de la charge de l'outil, à des vitesses de déplacement élevées et à des accélérations très fortes qui peuvent être ainsi à l'origine d'accidents graves. En outre, l'opérateur doit veiller conjointement au bon mouvement de l'outil monté à l'extrémité du bras ainsi qu'à son positionnement correct par rapport à l'environnement mécanique de la zone de travail ce qui nécessite une très grande et longue attention et accroît, par conséquent, le caractère pénible de la tâche.

La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes d'ergonomie, de sécurité et d'efficacité de manière satisfaisante en proposant une solution permettant d'offrir à l'opérateur une assistance mécanique très précise doublée d'une sécurité renforcée. Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'un 5 dispositif d'assistance qui comprend, d'une part, une poignée de commande montée via une rotule sur le bras du robot en étant déportée par rapport à l'outil et, d'autre part, un capteur de forces couplé au robot et assurant la détection en continu, à partir de la poignée, des efforts 10 intentionnels de l'opérateur pour la manoeuvre de l'outil à la fois en direction et en intensité. Selon une caractéristique avantageuse, l'outil est associé à un moteur monté sur un mandrin raccordé en amont à la 15 rotule et portant ladite poignée de commande. Selon une autre caractéristique avantageuse, le capteur d'efforts est disposé entre la poignée et l'extrémité du bras. 20 De préférence, le dispositif comprend un élément d'isolation vibratoire monté de façon intercalaire entre la poignée et l'outil. 25 Selon une première variante de l'invention, la poignée de commande comporte un capteur d'états assurant la détection en continu des ordres et/ou des troubles éventuels de l'opérateur dans la conduite de l'outil. 30 Selon une autre variante, la poignée comporte un détecteur de présence de la main de l'opérateur.

Selon une caractéristique spécifique, le capteur d'états détecte les ordres d'arrêt et les ordres de marche ainsi que les crispations de la main de l'opérateur.

De préférence, le capteur d'états est associé à un limiteur de la vitesse de déplacement du bras de robot. Selon une caractéristique avantageuse, la poignée comporte au moins un bouton à enfoncement sensible à la pression des 10 doigts et relié au capteur d'états. De préférence, la poignée agit directement sur un automate de sécurité. 15 Un autre objet de l'invention est un robot collaboratif comprenant un bras dont l'extrémité porte un outil et qui est équipé du dispositif selon l'invention ; ledit bras présentant une forme générale en C. 20 Encore un autre objet de l'invention est une utilisation du robot collaboratif dans laquelle l'opérateur se place à l'extrémité du bras du robot en étant enlacé par ce dernier et conduit le robot manuellement et uniquement grâce à la poignée de commande. 25 Le dispositif de l'invention est monté directement sur le bras du robot ce qui permet de sécuriser le fonctionnement de la machine puisque c'est la détection directe des intentions de l'opérateur dans la conduite de sa tâche qui 30 commande le déplacement du bras. En outre, du fait que le dispositif se trouve en prise directe avec la main de l'opérateur, la détection de ses troubles accidentels se traduisant par un relâchement ou une simple crispation, suffit à provoquer l'immobilisation du bras de robot ce qui permet de s'affranchir de la présence d'un organe spécifique d'arrêt d'urgence.

Le dispositif de l'invention garantit ainsi que le travail de l'outil va s'effectuer à des vitesses comparables à celles d'un bras humain tout en dotant l'opérateur d'une amplification contrôlée de ses efforts mécaniques.

Le gain de confort est remarquable du fait que le dispositif est déporté à l'extrémité du bras et que la main de l'opérateur se trouve ainsi isolée de l'outil et n'est plus directement soumise aux vibrations générées, en particulier, par sa rotation à grande vitesse. La vitesse d'exécution des tâches est ainsi comparable à celle d'un bras humain ce qui améliore le confort et la qualité du travail.

Enfin, le dispositif de l'invention autorise la présence de personnel à proximité immédiate du robot sans générer de risque d'accident ce qui simplifie, notamment, la conduite des opérations de maintenance.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, accompagnée des dessins sur lesquels ; Les figures 1A, 1B et 1C représentent des vues en 30 perspective respectivement d'ensemble et de détail (fig. 1c), d'un mode de réalisation du robot collaboratif de l'invention avec un opérateur (fig.1A).

La figure 2 représente une vue partielle en perspective d'un mode de réalisation du dispositif d'assistance de l'invention.

La figure 3 représente une vue schématique du mode de réalisation de la figure 1. La figure 4 représente une vue schématique de la structure du dispositif d'assistance de l'invention.

Le robot représenté sur les figures 1 et 3 comprend, de manière traditionnelle, un bras B fixé par une première extrémité sur une cloison ou sur une embase E et portant, à son autre extrémité, un outil motorisé M.

Ce bras B est constitué, à la manière d'un bras humain, de tronçons ou segments Sl, S2, S3 articulés entre eux au moyen de pivots Pl, P2 et/ou de rotules R1, R2, R3. Le bras B est équipé, selon l'invention, d'un dispositif 20 d'assistance à l'opérateur H chargé d'effectuer une tâche précise au moyen de l'outil m. Ce dispositif comprend une poignée de commande 1 montée sur le bras B via la rotule R3 agissant à la manière d'un 25 poignet humain tandis qu'en amont, le segment S3 forme l'équivalent d'un avant-bras. La poignée 1 qui se présente sous forme d'un manche, est déportée par rapport à l'outil M en étant montée sur un 30 mandrin 2 qui est raccordé en amont, via la rotule R3, dans le prolongement du segment S3 du bras B.

La poignée et donc l'avant-bras de l'opérateur se trouve ainsi parallèle au porte-outil ce qui facilite sa tâche et rend les opérations plus précises.

Le mandrin 2 porte soit directement le moteur M de l'outil m (figure 4) soit des moyens de transmission T du mouvement (figures 1A, 1B et 1C) entre le moteur M qui est alors intégré au bras et l'outil m.

Le cas échéant, un élément 3 assurant l'isolation vibratoire de la poignée sera monté de façon intercalaire entre la poignée 1 et l'outil m. Toujours selon l'invention, le dispositif d'assistance comprend, en outre, un capteur de forces 4 couplé au robot et assurant la détection en continu, à partir de la poignée 1, des efforts intentionnels de l'opérateur pour la manoeuvre de l'outil m, à la fois en direction et en intensité.

Le capteur d'efforts 4 est disposé entre la poignée 1 et l'extrémité du bras B. La poignée 1 intègre aussi un capteur d'états (non représenté) assurant la détection en continu des ordres de 25 l'opérateur H. Plus précisément, le capteur d'états réagit aux ordres d'arrêt et aux ordres de marche et/ou aux troubles éventuels de l'opérateur H dans la conduite de l'outil m 30 tels que des crispations de la main liées au stress, à une erreur de manipulation ou à un accident.

Le capteur d'état est sensible au contact direct de la main de l'opérateur du fait que son interface est constituée d'actionneurs sous forme de boutons K à enfoncement portés par la poignée 1.

La poignée 1 est destinée à être saisie par la main de l'opérateur à la manière d'un « joystick », comme représenté par la figure 2 ; les doigts exerçant une pression variable sur les boutons K, en fonction des 10 circonstances et de la nature de la tâche. Sur les figures, l'outil m est adapté au brossage et/ou au polissage de pièces métalliques (non représentées). 15 Le capteur est capable de détecter trois états principaux, respectivement, de relâchement de la pression des doigts sur les boutons K dans un état d'arrêt, d'enfoncement sur une profondeur moyenne (sensiblement à mi-course) correspondant à un état normal de travail et de forte 20 pression (crispation) amenant le bouton en bout de course ou tout au moins au-delà de sa position moyenne dans un état dit critique. La poignée de commande agit, via le capteur d'états 25 intégré, sur un automate de sécurité. Selon une variante, la poignée est, en outre, dotée d'un détecteur de présence de la main qui est couplé à l'automate de sécurité. 30 Ce détecteur est soit constitué d'un élément mince disposé à la surface de la poignée et qui est sensible au contact de la main, soit d'une touche supplémentaire située dans la zone de préhension de la poignée.

Le fonctionnement du dispositif est donc très intuitif car il suffit à l'opérateur de placer sa main sur la poignée pour activer le capteur d'états et de déplacer toujours manuellement cette poignée pour activer conjointement le capteur d'efforts. Le signal délivré par ces capteurs est envoyé à un calculateur qui commande et contrôle les mouvements du bras B du robot de telle sorte qu'il suive de façon très précise et suffisamment souple et fidèle, malgré son inertie, les intentions de la main de l'opérateur. La position des deux capteurs, au contact ou à proximité de 15 la main, place l'opérateur dans l'environnement immédiat du bras ce qui permet de réduire les risques de heurts ou de chocs. Si l'opérateur relâche la poignée 1, le robot s'arrête 20 automatiquement et immédiatement et il en est de même si la main de l'opérateur se crispe sur la poignée. Si la pression des doigts se situe dans la plage acceptable, le robot est disponible mais la vitesse de ses mouvements est contrôlée et régulée.

25 Dans de telles conditions, l'opérateur est assisté de façon sécurisée et bénéficie d'une amplification ajustée de ses efforts tout en travaillant avec un niveau de vibration très faible.

30 Ces qualités ergonomiques peuvent encore être améliorées grâce à un profil approprié de la poignée et à une forme en C du bras B permettant d'enrouler ou d'enlacer l'opérateur en positionnant les segments dans son dos. Le capteur d'états est associé, de préférence, à un 5 limiteur de la vitesse de déplacement du bras de robot pour éviter les mouvements brusques. 10

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance destiné à équiper un bras (B) de robot piloté par un opérateur (H) et portant à son extrémité un outil (m), caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une poignée de commande (1) montée dans le prolongement du bras (B) via une rotule (R3) en étant déportée par rapport à l'outil (m) et, d'autre part, un capteur de forces (4) couplé au robot et assurant la détection en continu, à partir de la poignée (1), des efforts intentionnels de l'opérateur pour la manoeuvre de l'outil à la fois en direction et en intensité.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil (m) est associé à un moteur (M) monté sur un mandrin (2) raccordé en amont à la rotule et portant ladite poignée de commande (1).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur d'efforts (4) est disposé entre la poignée (1) et l'extrémité du bras (B).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend 25 un élément d'isolation vibratoire (3) monté de façon intercalaire entre la poignée (1) et l'outil (m).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite poignée (1) comporte un capteur d'états assurant la détection en 30 continu des ordres et des troubles éventuels de l'opérateur (H) dans la conduite de l'outil (m).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur d'états détecte lesordres d'arrêt et les ordres de marche ainsi que les crispations de la main de l'opérateur.
7. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur d'états est associé à un limiteur de la vitesse de déplacement du bras (B) de robot.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la poignée (1) comporte au moins un bouton à enfoncement sensible à la pression des doigts et relié au capteur d'états.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la poignée (1) comporte un détecteur de présence de la main de l'opérateur.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poignée de commande (1) agit directement sur un automate de sécurité.
11. 11. Robot collaboratif comprenant un bras (B) dont l'extrémité porte un outil (m) et qui est équipé d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bras (B) présente une forme générale en C.
12. 12. Utilisation d'un robot selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'opérateur (H) se place à l'extrémité du bras (B) du robot en étant enlacé par ce dernier et conduit le robot manuellement et uniquement grâce à la poignée de commande (1).30