FR3001176A1 - Dispositif de guidage et de rappel - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne le domaine des robots articulés, et plus particulièrement un dispositif (10) pour le guidage et rappel d'au moins un conduit flexible d'un robot articulé (1), comprenant un guide (11), un coulisseau (13) arrangé de manière à se déplacer par rapport audit guide (11), suivant une course définie par le guide (11), entre une première et une deuxième position, un premier collier (14), monté sur l'un desdits coulisseau (13) ou guide (11), et destiné à être fixé axialement autour dudit au moins un conduit flexible, et un mécanisme de rappel élastique (21) interposé entre lesdits coulisseau (13) et guide (11) pour rappeler le coulisseau (13) vers la deuxième position. Ledit mécanisme de rappel élastique (21) comprend au moins une poulie de retour (22) fixée au guide (11) et un organe élastique précontraint (23) reliant ledit guide (11) audit coulisseau (13) et traversant ladite au moins une poulie de retour (22).

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour le guidage et rappel d'au moins un conduit flexible d'un robot articulé, ainsi qu'un robot articulé équipé d'un tel dispositif. Dans le domaine de la robotique, et en particulier parmi les robots articulés, il est courant d'avoir des conduits flexibles d'alimentation en électricité ou fluides, ou pour transmettre des signaux dans l'un ou l'autre sens. Dans ce contexte, on interprète le mot « conduit » dans son sens le plus large, comprenant non seulement les conduits creux destinés à la transmission de fluides, mais aussi les câbles électriques, les fibres optiques ou tout autre organe destiné à la transmission d'énergie ou d'information, comme les guides d'ondes ou les caloducs. La flexibilité de ces conduits est destinée à leur permettre de suivre et s'adapter aux évolutions d'un tel robot articulé. Toutefois, un inconvénient de cette flexibilité est le risque d'accrochage de ces conduits, notamment par le propre robot articulé pendant ses évolutions. Afin d'éviter ce risque, des dispositifs de guidage et de rappel de l'au moins un conduit flexible ont été proposés, tel que, par exemple, celui divulgué dans le brevet européen EP 1 848 571 B1 et comprenant un guide, un coulisseau arrangé de manière à se déplacer par rapport audit guide, suivant une course définie par le guide, entre une première et une deuxième position, un premier collier monté sur l'un desdits coulisseau ou coulisse et destiné à recevoir ledit au moins un conduit flexible, et un mécanisme de rappel élastique interposé entre lesdits coulisseau et guide pour rappeler le coulisseau vers la deuxième position. Grâce à ce dispositif et notamment grâce à son dispositif de rappel, le risque d'accrochage peut être diminué. Toutefois, même si un mécanisme de rappel élastique présente l'avantage de la simplicité, l'effort de détente d'un élément élastique suivant la loi de Hooke décroît linéairement le long de sa course de détente. Si l'on utilise un mécanisme de rappel élastique à actionnement direct, il peut donc être difficile de combiner un effort de rappel qui ne soit pas excessif à proximité de la première position avec un effort de rappel qui reste suffisant à proximité de la deuxième position.35 Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à proposer un dispositif simple et robuste pour le guidage et rappel d'au moins un conduit flexible d'un robot articulé, mais dont la force de rappel reste appropriée sur toute la course de rappel. Ce but est atteint grâce au fait que, dans au moins un mode de réalisation, son mécanisme de rappel élastique comprend au moins une poulie de retour fixée au guide et un organe élastique précontraint, tel que par exemple une corde élastique, reliant ledit guide audit coulisseau et traversant ladite au moins une poulie de retour. Grâce à cette au moins une poulie de retour, il est possible d'augmenter le rapport entre une longueur de précontrainte de l'organe élastique dans la deuxième position du coulisseau et la distance entre cette deuxième position du coulisseau et la première position, sans augmenter l'encombrement du dispositif de guidage et rappel. Comme cette distance correspond à un allongement supplémentaire de l'organe élastique, et donc à une contrainte supplémentaire proportionnelle, l'augmentation du rapport entre la longueur de précontrainte et cette longueur de contrainte supplémentaire augmente également le rapport entre la force de rappel exercée sur le coulisseau dans sa deuxième position et la force de rappel supplémentaire dans sa première position. En d'autres termes, la variation de la force de rappel entre les première et deuxième positions du coulisseau devient proportionnellement moins prononcée. Afin d'encore réduire ce rapport, ledit mécanisme de rappel élastique peut en particulier comprendre une pluralité de poulies de retour, ledit organe élastique précontraint traversant successivement chacune desdites poulies de retour. En particulier, ledit premier collier peut être monté sur ledit coulisseau, ce qui permet de limiter l'encombrement du dispositif sur le robot articulé. En outre, la course du coulisseau peut être incurvée, afin de mieux adapter le mouvement du conduit flexible à celui du robot articulé. Afin d'éviter une torsion dudit conduit flexible, et aussi pour éviter de gêner des mouvements du robot articulé, ledit premier collier peut être configuré pour permettre une rotation dudit au moins un conduit flexible autour d'un axe longitudinal. En outre, pour limiter les efforts en flexion, ledit premier collier peut aussi comprendre une rotule permettant une inclinaison de l'au moins un conduit flexible par rapport au coulisseau. Pour faciliter le montage du conduit flexible, ledit premier collier peut comprendre au moins deux parties pouvant être écartées dans un plan transversal du premier collier pour l'ouvrir. La présente divulgation concerne aussi un robot articulé comprenant au moins un conduit flexible et un tel dispositif pour le guidage et de rappel de ce conduit flexible. En particulier, ce robot peut comprendre une pluralité de conduits flexibles formant un faisceau reçu dans une gaine flexible reçue dans ledit premier collier, ce qui permet le guidage et rappel d'une telle pluralité de conduits flexibles avec un seul dispositif, et évite aussi une dispersion pouvant augmenter le risque d'accrochages. En outre, ce robot articulé peut comprendre en outre un deuxième collier fixé axialement autour dudit au moins un conduit flexible et séparé dudit dispositif de guidage et de rappel par au moins une articulation dudit robot. Ainsi, le dispositif de guidage et de rappel permettra de maintenir ledit conduit flexible tendu entre les deux colliers, indépendamment des mouvements de l'articulation interposée, pour limiter le risque d'accrochages.
Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de deux modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1A illustre schématiquement un robot articulé, équipé d'un dispositif de guidage et rappel de conduits flexibles suivant un mode de réalisation de l'invention ; la figure 1B illustre schématiquement le robot articulé de la figure 1A, dans une deuxième position ; la figure 2 est une perspective schématique du dispositif de guidage et rappel du robot des figures lA et 1B ; la figure 3 est une perspective schématique d'un dispositif de roulement du dispositif de guidage et rappel de la figure 2 ; - la figure 4 est une perspective schématique d'un dispositif de guidage et rappel suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est un graphique comparatif illustrant l'évolution de la force de rappel de trois organes élastiques sur une même distance de détente avec des longueurs de précontrainte et/ou modules d'élasticité différents. Description détaillée de l'invention Les figures 1A et 1B illustrent un robot articulé 1 dans deux positions différentes. Ce robot articulé 1, qui peut être, par exemple, un robot industriel ou médical, comprend une base 8, un premier segment 4 relié à la base 8 par une première articulation R1, un deuxième segment 2 relié au premier segment 4 par une deuxième articulation R2, et un troisième segment 3 relié au deuxième segment 2 par une troisième articulation R3. Dans le mode de réalisation illustré, chaque articulation R1, R2 et R3 présente deux degrés de liberté en rotation, de manière à fournir un ensemble de six degrés de liberté au robot 1. Toutefois, la présente invention est également applicable à des robots articulés avec un nombre différent d'articulations et/ou de degrés de liberté. Ledit troisième segment 3 porte, sur son extrémité distale 5, des équipements 6 tels que, par exemple, une main robotique, un dispositif de soudure, des capteurs, etc. Afin d'alimenter ces équipements 6 en électricité et/ou fluides, et/ou transmettre des signaux de commande des équipements 6 ou provenant de ces équipements 6, le robot articulé 1 comprend aussi un faisceau 7 de conduits flexibles reliant les équipements 6 à la base 8 du robot articulé 1. Dans le robot articulé 1 illustré, ce faisceau 7 est reçu dans une gaine flexible 9, qui peut elle-même être considérée comme étant un conduit flexible. Comme on peut apprécier sur la figure 1B, quand l'articulation R3 est fléchie vers le bas, ce mouvement exerce une traction sur la gaine 9 et le faisceau 7. Toutefois, afin d'éviter que, par contre, la gaine 9 et le faisceau 7 ne pendent flasques du robot 1 dans la position étendue de l'articulation R3 illustrée sur la figure 1A, provoquant ainsi un risque d'accrochage, le robot 1 comporte aussi un dispositif 10 de guidage et de rappel du faisceau 7 de conduits flexibles. Ce dispositif 10, qui est illustré de manière plus détaillée sur la figure 2, comprend un guide 11, avec un rail 12 de chaque côté, et un coulisseau 13 engagé sur les rails 12, de manière à se déplacer sur une course définie par le guide 11. Un collier 14 est monté sur le coulisseau 13. Ce collier 14 est en deux parties 14a,14b pouvant être ouvertes dans un plan transversal pour recevoir la gaine 9 avec le faisceau 7, et refermées pour le fixer axialement à la gaine 9. Le collier 14 présente à l'intérieur une rainure annulaire 20 apte à coopérer avec une protubérance radiale de la gaine 9 pour assurer cette fixation axiale, tout en permettant la rotation de la gaine 9 par rapport au collier 14 autour de son axe longitudinal Z. Il peut également présenter une rotule (non illustrée) pour permettre une inclinaison de la gaine par rapport à au moins un des axes transversaux X, Y. Pour contacter chaque rail 12, le coulisseau 13 comporte, de chaque côté, au moins un dispositif de roulement 15 à galets tel que celui illustré sur la figure 3. Ce dispositif de roulement 15 présente deux galets rotatifs 16 pour contacter une première face interne 17 du rail 12, et un troisième galet rotatif 18 pour contacter une deuxième face interne 19 du rail 12, opposée à la première face interne 17. Ce dispositif 15 peut donc assurer un guidage précis et fiable du coulisseau 13 sur la course définie par le guide 11 entre une première position, illustrée sur la figure 1A, et une deuxième position, illustrée sur la figure 1B. Toutefois, des moyens alternatifs, avec par exemple des galets et/ou des patins, peuvent néanmoins être considérés dans ce même but. Revenant vers la figure 2, le dispositif de guidage et rappel 10 comprend aussi un mécanisme de rappel élastique 21 comprenant plusieurs poulies de retour 22, montées sur les extrémités du guide 11, et un organe élastique précontraint 23, plus spécifiquement sous forme d'une corde élastique dans le mode de réalisation illustré, même si d'autres types d'organes élastiques, et en particulier d'organes élastiques allongés, peuvent être alternativement pris en considération. Cet organe élastique 23 relie le coulisseau 13 au guide 11, en traversant successivement chacune des poulies de retour 22. En outre, cet organe élastique 23 est précontraint, de manière à exercer une force élastique de rappel du coulisseau 13 de sa première position vers sa deuxième position par rapport au guide 11, sur toute sa course entre lesdites première et deuxième positions. Grâce aux allers et retours de l'organe élastique 23 entre poulies de retour 22, la longueur et force de précontrainte de l'organe élastique ne sont pas limitées par les dimensions du dispositif 10. Il est ainsi possible d'augmenter le rapport entre cette force de précontrainte F2 de l'organe élastique 23 dans la deuxième position du coulisseau 13, et la force supplémentaire AF exercée par l'organe élastique 23 quand le coulisseau 13 est dans sa première position.
Sur la figure 5 l'évolution de la force de rappel F de cet organe élastique 23 sur la distance d entre les première et deuxième positions est comparée avec celles de deux autres organes élastiques avec une moindre longueur de précontrainte. Dans les trois cas, on considère que cette force de rappel suit la loi de Hooke, c'est-à-dire qu'elle est sensiblement proportionnelle à l'allongement de l'organe élastique. Ainsi, l'organe élastique 23, suivant la ligne 24, exerce sur le coulisseau une force F2 proportionnelle à la longueur de précontrainte lp quand le coulisseau 13 et dans sa deuxième position et, quand le coulisseau 13 est dans sa première position, une force F1 proportionnelle à la somme de cette longueur de précontrainte lp et la distance d entre la première et la deuxième position du coulisseau 13. Tant le rapport entre la longueur de précontrainte lp et cette distance d sera grand, tant celui entre l'une ou l'autre des forces F1, F2 et la différence OF entre ces deux forces sera petit, et la force de rappel exercée sur le coulisseau 13 variera proportionnellement peu entre sa première et sa deuxième position. Ainsi, la ligne 25 illustre l'évolution de la force de rappel d'un organe élastique présentant une longueur de précontrainte lp' sensiblement moindre, mais un plus grand module d'élasticité pour obtenir la même force de précontrainte F2, qui exercera en conséquence une force F1' très supérieure avec l'allongement supplémentaire d. Avec cet organe élastique, le rappel serait donc extrêmement brusque à partir de cette deuxième position. D'autre part, la ligne 26 illustre l'évolution de la force de rappel d'un autre organe élastique présentant la même longueur de précontrainte réduite lp', mais un module d'élasticité approprié pour ne pas dépasser la force de rappel F1 avec l'allongement supplémentaire d. Dans ce cas, la force de précontrainte F2' est très réduite, ce qui poserait le risque que le rappel du coulisseau 13 à proximité de sa deuxième position soit très lent, ou même bloqué par le frottement et la résistance de la gaine 9 avec le faisceau 7. On voit donc clairement l'avantage d'avoir un rapport Ip/d élevé entre la longueur de précontrainte lp et la distance d entre la première et la deuxième position du coulisseau. Revenant vers les figures lA et 1B, le guide 11 du dispositif de guidage et rappel 10 est fixé sur le deuxième segment 2 du robot articulé 1, tandis qu'un deuxième collier 30 est fixé sur son troisième segment 3. Ce deuxième collier 30 présente une structure analogue à celle du premier collier 14, pour fixer axialement la gaine 9, tout en permettant sa rotation autour d'un axe longitudinal Z ainsi que, éventuellement, son inclinaison par rapport à un ou deux axes transversaux X,Y. Grâce au rappel du coulisseau 13 dans le dispositif de guidage et rappel 10, la gaine 9 est maintenue tendue entre les colliers 14 et 30 même quand l'articulation R3 est étendue, réduisant ainsi les risques d'accrochage. Même si, dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1A,1B et 2 le guide 11 est un guide droit, des modes de réalisation alternatifs peuvent être envisagés dans lesquels ce guide 11 adopte une courbure spécialement adaptée aux mouvements du robot articulé 1. Ainsi, la figure 4 illustre un dispositif de guidage et de rappel suivant un mode de réalisation alternatif, présentant un guide 11 incurvé. Le reste des éléments de ce dispositif 10 sont équivalents à ceux du premier mode de réalisation et reçoivent en conséquence les mêmes chiffres de référence. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) pour le guidage et rappel d'au moins un conduit flexible d'un robot articulé (1), comprenant : un guide (11) ; un coulisseau (13) arrangé de manière à se déplacer par rapport audit guide (11), suivant une course définie par le guide (11), entre une première et une deuxième position ; un premier collier (14), monté sur l'un desdits coulisseau (13) ou guide (11), et destiné à être fixé axialement autour dudit au moins un conduit flexible ; et un mécanisme de rappel élastique (21) interposé entre lesdits coulisseau (13) et guide (11) pour rappeler le coulisseau (13) vers la deuxième position ; caractérisé en ce que ledit mécanisme de rappel élastique (21) comprend au moins une poulie de retour (22) fixée au guide (11) et un organe élastique précontraint (23) reliant ledit guide (11) audit coulisseau (13) et traversant ladite au moins une poulie de retour (22).
  2. 2. Dispositif (10) de guidage et rappel suivant la revendication 1, dans lequel ledit organe élastique précontraint (23) est une corde élastique.
  3. 3. Dispositif (10) de guidage et de rappel suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit premier collier (14) est monté sur ledit coulisseau (13).
  4. 4. Dispositif (10) de guidage et rappel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la course du coulisseau (13) est incurvée.
  5. 5. Dispositif (10) de guidage et rappel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit mécanisme de rappel élastique (21) comprend une pluralité de poulies de retour (22), ledit organe élastique précontraint (23) traversant successivement chacune desdites poulies de retour (22).
  6. 6. Dispositif (10) de guidage et rappel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier collier (14) est configuré pour permettre une rotation dudit au moins un conduit flexible autour d'un axe longitudinal (Z).
  7. 7. Dispositif (10) de guidage et rappel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier collier (14) comprend au moins deux parties (14a,14b) pouvant être écartées dans un plan transversal du premier collier (14) pour l'ouvrir.
  8. 8. Robot articulé (1) comprenant au moins un conduit flexible et un dispositif (10) pour le guidage et de rappel dudit au moins un conduit flexible suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Robot articulé (1) suivant la revendication 8, comprenant une pluralité de conduits flexibles formant un faisceau (7) reçu dans une gaine flexible (9) reçue dans ledit premier collier (14).
  10. 10. Robot articulé (1) suivant l'une quelconque des revendications 8 ou 9, comprenant en outre un deuxième collier (30) fixé axialement autour dudit au moins un conduit flexible et séparé dudit dispositif (10) de guidage et de rappel par au moins une articulation (R3) dudit robot (1).15
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