FR3017166A1 - Actionneur lineaire a structure souple et bras articule comportant un tel actionneur - Google Patents

Abstract

Actionneur linéaire comprenant une enveloppe gonflable inextensible ayant deux extrémités et délimitant une chambre comportant, successivement entre les extrémités de l'enveloppe, un premier tronçon et un deuxième tronçon de section transversale inférieure à une section transversale du premier tronçon ; l'enveloppe étant, à ses extrémités, roulée sur elle-même vers l'intérieur et les extrémités étant reliées l'une à l'autre pour que, lorsque la chambre est mise sous pression, l'extrémité voisine du premier tronçon se déroule et l'extrémité voisine du deuxième tronçon s'enroule de telle manière que le premier tronçon s'allonge au détriment du deuxième tronçon. Bras articulé comportant un tel actionneur.

Description

La présente invention concerne le domaine de l'actionnement des structures articulées et, plus particulièrement, le domaine de la robotique. Dans ce domaine, les actionneurs sont généralement constitués de moteurs électriques pour ce qui concerne les actionneurs rotatifs et de vérins, notamment pneumatiques, pour ce qui concerne les actionneurs linéaires. Un vérin comprend un corps recevant un piston à coulissement étanche. Le corps du vérin est fixé à un segment de la structure articulée et l'extrémité libre d'une tige solidaire du piston est fixée à un segment adjacent mobile par rapport au segment sur lequel est fixé le corps. Le piston définit dans le vérin deux chambres dont l'une au moins est reliée à des moyens pour mettre la chambre alternativement sous pression ou à l'échappement. Ce type d'actionneur présente plusieurs inconvénients. Il est composé de plusieurs pièces dont certaines sont fragiles ou risquent de s'user comme les joints d'étanchéité et plus particulièrement ceux montés sur le piston et en frottement permanent avec le corps du vérin. Les vérins embarqués sur la structure articulée sont exposés aux chocs et constituent des parties saillantes risquant de blesser un opérateur ou détériorer un équipement qui serait heurté par la structure articulée. Un vérin est relativement lourd de sorte que le poids des vérins embarqués diminue d'autant la charge utile que la structure articulée est susceptible d'emporter. Un but de l'invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients précités. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un actionneur linéaire comportant une enveloppe gonflable, relativement inextensible, ayant deux extrémités opposées l'une à l'autre et délimitant une chambre qui est pourvue de moyens d'admission d'un fluide sous pression. La chambre comporte, successivement entre les extrémités de l'enveloppe, un premier tronçon et un deuxième tronçon de section transversale inférieure à une section transversale du premier tronçon. Un moyen de fixation est agencé sur l'enveloppe au voisinage d'une zone de jonction des deux tronçons. L'enveloppe est, à ses extrémités, roulée sur elle-même vers l'intérieur et les extrémités sont reliées l'une à l'autre pour que, lorsque la chambre est mise sous pression, l'extrémité voisine du premier tronçon se déroule et l'extrémité voisine du deuxième tronçon s'enroule de telle manière que le premier tronçon s'allonge au détriment du deuxième tronçon. On comprend que c'est la différence des sections transversales qui favorise l'allongement du premier tronçon et le rétrécissement du deuxième : il en résulte ainsi un déplacement des extrémités de l'enveloppe qui sont susceptible de tracter ou pousser un élément auquel elles seraient associées. Ainsi, l'actionneur de l'invention peut être assimilé à un vérin déformable dont le corps et la tige seraient réalisés d'une seule pièce sous la forme de l'enveloppe. Ceci limite par conséquent le nombre de pièces et donc les problèmes d'étanchéité. De même le poids est contenu et l'encombrement de l'actionneur est relativement faible lorsque l'enveloppe est dégonflée. En outre, l'actionneur est peu sensible aux chocs et peu dangereux pour son environnement en cas de choc. Selon un mode de réalisation particulier, l'enveloppe est agencée de telle manière que la chambre ait une forme tubulaire. La structure de l'enveloppe est alors optimisée.

Avantageusement alors, le moyen de fixation comprend un support extérieur tubulaire ayant un premier tronçon et un deuxième tronçon axialement successifs qui sont agencés pour accueillir l'enveloppe et s'étendre respectivement en regard du premier tronçon et du deuxième tronçon de la chambre et qui ont des sections transversales correspondant sensiblement aux sections transversales des premier tronçon et deuxième tronçon de la chambre, le deuxième tronçon du support maintenant axialement l'enveloppe.

Le support facilite la fixation de l'actionneur et guide le déroulement et l'enroulement des extrémités de l'enveloppe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description 15 qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - les figures 1 à 3 sont des vues schématiques 20 d'un actionneur selon un premier mode de réalisation, la figure 3 étant en coupe partielle, les figures décomposant le mouvement de rétraction, - la figure 4 est une vue schématique de 25 l'enveloppe lors de sa construction, - la figure 5 est une vue schématique d'un bras robotisé équipé de deux actionneurs selon l'invention, - les figures 6 à 8 sont des vues schématiques en 30 coupe d'un actionneur selon un deuxième mode de réalisation, les figures décomposant le mouvement de rétraction. En référence aux figures, l'actionneur linéaire généralement désigné en 1 comprend une enveloppe 35 gonflable 2, relativement inextensible, ayant deux extrémités 2.1, 2.2 opposées l'une à l'autre et délimitant une chambre 3. La chambre 3 comporte, successivement entre les extrémités 2.1, 2.2 de l'enveloppe 2, un premier tronçon 3.1 et un deuxième tronçon 3.2. Le tronçon 3.2 a une section transversale inférieure à une section transversale du tronçon 3.1. L'enveloppe 2 est pourvue de moyens 4 (représentés uniquement sur la figure 1) d'admission d'un fluide sous pression dans la chambre 3 et un moyen de fixation externe 5 (représenté uniquement sur la figure 2) est agencé sur l'enveloppe 2 au voisinage d'une zone de jonction des deux tronçons 3.1, 3.2. L'enveloppe 2 est ici réalisée en un matériau textile enduit et assemblé de manière à assurer l'étanchéité de l'enveloppe 2 aux pressions de fluide utilisées lors du fonctionnement de l'actionneur 1. Le matériau est choisi de telle manière que l'enveloppe 2 soit sensiblement inextensible dans les conditions de fonctionnement de l'actionneur et plus particulièrement aux pressions de fluide utilisées lors du fonctionnement de l'actionneur. L'enveloppe 2 est, à ses extrémités 2.1, 2.2, roulée sur elle-même vers l'intérieur et les extrémités 2.1, 2.2 sont reliées l'une à l'autre.

Selon le premier mode de réalisation et en référence plus particulièrement aux figures 1 à 4, l'enveloppe 2 est agencée de telle manière que la chambre 3 ait une forme tubulaire. L'enveloppe 2 comprend ainsi une paroi interne 2.3, de forme cylindrique, aux extrémités de laquelle sont fixées deux parois externes 2.4, de forme cylindrique, reliées chacune à la paroi interne 2.3 par une portion 2.5 en forme de goulot (voir en particulier la figure 4 où l'enveloppe 2 est montrée en cours de fabrication). Les parois internes 2.3 ont un diamètre supérieur à un diamètre de la paroi interne 2.3 et sont retroussées sur la paroi interne 2.3 avant d'être fixées l'une à l'autre. La fixation des différentes parois les unes aux autres est effectuée par couture et soudage ou collage d'une bande thermoscellable pour l'étanchéité. On comprend qu'ainsi l'enveloppe 2 est, à ses extrémités 2.1, 2.2, roulée sur elle-même vers l'intérieur et les extrémités 2.1, 2.2 sont reliées l'une à l'autre par la paroi interne 2.3. Le moyen de fixation externe 5 comprend un support extérieur (visible en coupe longitudinale sur la figure 2), tubulaire, ayant un premier tronçon 5.1 et un deuxième tronçon 5.2 axialement successifs qui sont agencés pour accueillir l'enveloppe 2 et s'étendre respectivement en regard du premier tronçon 3.1 et du deuxième tronçon 3.2 de la chambre 3. Les tronçons 5.1, 5.2 ont des sections transversales correspondant sensiblement aux sections transversales des tronçons 3.1, 3.2 de la chambre 3. Le tronçon 5.2 du support 5 maintient l'enveloppe 2 pour définir la section transversale du tronçon 3.2 de la chambre 3 en empêchant un déplacement axial de l'enveloppe 2. Le support extérieur a une surface externe pourvue d'une bande de moyens auto-agrippant 5.3 collée sur ladite surface. Dans une application particulière (voir la figure 5), l'actionneur est monté sur un bras articulé généralement désigné en 100 comportant une enveloppe gonflable comportant ici un segment fixe 101 et un segment mobile 102 articulé sur le segment fixe et déplaçable au moyen d'au moins un câble 103 dont une extrémité est fixée au segment mobile 102 et une extrémité opposée est reliée à l'enveloppe 2 de l'actionneur au niveau d'une des portions 2.5. Le câble 103 passe dans le canal central résultant de la forme tubulaire de l'actionneur et est par exemple accroché à un anneau soudé ou collé sur l'enveloppe 2 à l'endroit précité. L'actionneur est fixé par les moyens auto- agrippant sur le segment fixe 101 de manière que l'extrémité 2.1 soit orientée à l'opposé du segment mobile 102.

Le bras articulé est ici pourvu de deux actionneurs l' et 1" antagonistes. Le fonctionnement de ces deux actionneurs est identique. Une unité de commande est reliée aux moyens 4 pour mettre la chambre 3 sélectivement sous pression ou à l'échappement. Dans la suite, on décrit le fonctionnement de l'actionneur 1'. En fonctionnement, l'état de départ est celui représenté à la figure 1 : le tronçon 3.2 est déployé et le tronçon 3.1 est rétracté. On comprend que dans cet état, le tronçon 3.2 de la chambre 3 est délimité radialement par la paroi interne 2.3 retroussée sur elle-même tandis que le tronçon 3.1 est délimité radialement par les parois 2.4 qui s'étendent en regard l'une de l'autre. Lorsque la chambre 3 est mise sous pression, l'extrémité 2.1 voisine du premier tronçon 3.1 se déroule et l'extrémité 2.2 voisine du deuxième tronçon 3.2 s'enroule du fait de la différence de section des tronçons 3.1 et 3.2 : il en résulte que le premier tronçon 3.1 s'allonge au détriment du deuxième tronçon 3.2. Se faisant, l'extrémité 2.1 se déplace par rapport au support et tire sur le câble 103 provoquant le déplacement du segment mobile 102 (on voit sur la figure 2 que la paroi interne 2.3 s'est partiellement déroulée et s'étend en face d'une des parois externes 2.4 pour délimiter un tronçon 3.1 de volume plus important) jusqu'à ce que le tronçon 3.2 soit complètement rétracté et le tronçon 3.1 complètement déployé (on voit sur la figure 3 que la paroi interne 2.3 s'étend le plus à l'intérieur radialement et en regard des parois externes 2.4 qui s'étendent le plus à l'extérieur radialement). On comprend qu'ainsi le point d'accrochage du câble 103 sur l'enveloppe 2 s'est déplacé en exerçant une traction sur le câble 103. Le retour de l'actionneur dans son état initial est ici assuré par l'action, sur le segment mobile 102, de l'actionneur antagoniste 1" de même structure que l'actionneur l' décrit. On comprend en effet qu'en mettant à l'échappement la chambre 3 de l'actionneur 1' et en commandant la rétraction du tronçon 3.2 de l'actionneur antagoniste 1", on va produire l'extension du tronçon 3.1 de l'actionneur 1'. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation en référence aux figures 6 à 8. Dans ce mode de réalisation, l'enveloppe 2 est agencée de telle manière que la chambre 3 soit non 20 tubulaire, et ici de révolution voire sensiblement cylindrique. Un lien souple inextensible 10 s'étend axialement dans la chambre pour relier les deux extrémités 2.1, 2.2 de l'enveloppe 2. Le lien souple inextensible 10 permet 25 d'assurer la rétraction du tronçon 3.2 lors du déploiement du tronçon 3.1. Un élément élastique de rappel 11 relie deux portions solidaires de l'enveloppe 2 qui s'écartent l'une l'autre lorsque la chambre 3 est mise sous pression pour 30 rappeler l'enveloppe 2 vers sa configuration initiale lorsque la chambre 3 n'est plus sous pression. L'élément élastique de rappel 11 s'étend ici dans la chambre 3 et à la forme de bandes élastiques. Chaque bande élastique a ici une extrémité fixée au lien souple inextensible 10 et 35 une extrémité opposée fixée directement à l'enveloppe 2 dans le tronçon 3.1. Le moyen de fixation 5 est monté directement sur la surface extérieure de l'enveloppe 2 en regard du tronçon 3.1 dans la zone de jonction des tronçons 3.1, 3.2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.

En particulier, l'élément élastique de rappel peut être agencé à l'extérieur de l'enveloppe 2. L'actionneur du premier mode de réalisation peut être pourvu d'un élément élastique de rappel. Par mode de fixation textile, on entend tout mode de fixation utilisable dans le domaine textile comme la couture, des moyens de type auto-agrippant, des boutons, le collage... En variante, dans le premier mode de réalisation, le câble peut être fixé sur l'extérieur de l'enveloppe 2 et l'actionneur peut être enfilé et fixé sur un support central de manière à s'étendre autour de celui-ci. L'actionneur selon l'invention peut être utilisé pour d'autres applications que le déplacement de segments de structures articulées.

L'actionneur peut être fixé à l'extérieur ou à l'intérieur de la structure articulée lorsque la structure articulée est creuse.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Actionneur linéaire comportant une enveloppe gonflable (2), relativement inextensible, ayant deux extrémités (2.1,
2. 2.2) opposées l'une à l'autre et délimitant une chambre (3) qui est pourvue de moyens d'admission (4) d'un fluide sous pression et qui comporte, successivement entre les extrémités de l'enveloppe, un premier tronçon (3.1) et un deuxième tronçon (3.2) de section transversale inférieure à une section transversale du premier tronçon ; un moyen de fixation (5) étant agencé sur l'enveloppe au voisinage d'une zone de jonction des deux tronçons ; l'enveloppe étant, à ses extrémités, roulée sur elle-même vers l'intérieur et les extrémités étant reliées l'une à l'autre pour que, lorsque la chambre est mise sous pression, l'extrémité voisine du premier tronçon se déroule et l'extrémité voisine du deuxième tronçon s'enroule de telle manière que le premier tronçon s'allonge au détriment du deuxième tronçon. 2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe (2) est agencée de telle manière que la chambre (3) ait une forme tubulaire.
3. 3. Actionneur selon la revendication 2, dans lequel le moyen de fixation (5) comprend un support extérieur tubulaire ayant un premier tronçon (5.1) et un deuxième tronçon (5.2) axialement successifs qui sont agencés pour accueillir l'enveloppe (2) et s'étendre respectivement en regard du premier tronçon (3.1) et du deuxième tronçon (3.2) de la chambre (3) et qui ont des sections transversales correspondant sensiblement aux sections transversales des premier tronçon (3.1) et deuxième tronçon (3.2) de la chambre(3), le support maintenant axialement l'enveloppe (2).
4. 4. Actionneur selon la revendication 1, danslequel l'enveloppe (2) est agencée de telle manière que la chambre (3) soit non tubulaire et un lien souple (10) inextensible s'étend axialement dans la chambre (3) pour relier les deux extrémités (2.1, 2.2) de l'enveloppe.
5. 5. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel un élément élastique de rappel (11) relie deux portions solidaires de l'enveloppe (2) qui s'écartent l'une de l'autre lorsque la chambre (3) est mise sous pression pour rappeler l'enveloppe vers une configuration initiale lorsque la chambre n'est pas sous pression.
6. 6. Actionneur selon la revendication 5, dans lequel l'élément élastique de rappel (11) s'étend dans la chambre (3).
7. 7. Bras articulé comportant une enveloppe gonflable comportant au moins un segment mobile (102) déplaçable au moyen d'au moins un câble (103) dont une extrémité est fixée au segment et une extrémité opposée est reliée à un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. 8. Bras selon la revendication 7, dans lequel l'actionneur (1) est fixé à l'enveloppe du bras par un mode de fixation textile.