FR3093296A1

FR3093296A1 - Chariot de prehension

Info

Publication number: FR3093296A1
Application number: FR1902056A
Authority: FR
Inventors: Georges Pagis; Jérémy CHEVALIER
Original assignee: Extia
Current assignee: Extia Ingenierie Fr
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: FR3093296B1

Abstract

L’invention concerne un chariot de préhension (11) comportant une base (12), un module de préhension (13) comprenant un organe de préhension (26) mobile entre une position de préhension et une position de libération, le module de préhension (13) étant relié à la base (12) par l’intermédiaire d’un organe de liaison souple autorisant un déplacement du module de préhension (13) par rapport à la base (12), des moyens de déploiement et de rétraction (15) de l’organe de liaison souple aptes à autoriser l’écartement entre le module de préhension (13) et la base (12) par déploiement de l’organe de liaison souple et aptes à rapprocher le module de préhension (13) et la base (12) par rétraction de l’organe de liaison souple.

Description

CHARIOT DE PREHENSION

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne un chariot de préhension destiné notamment à saisir une poignée de porte en vue de réaliser son ouverture.

Etat de la technique antérieure

L’invention concerne notamment le domaine de la robotique. Afin d’assurer la mobilité des robots au sein d’un bâtiment, par exemple un domicile ou un centre hospitalier, il est nécessaire de prendre en compte les différents éléments de l’environnement au sein duquel les robots sont amenés à évoluer. Les robots utilisés doivent être capables d’assurer des tâches dans des bâtiments n’ayant pas été conçus pour faciliter leur déplacement.

Un élément restreignant la mobilité des robots est la présence de portes non automatisées, dont l’ouverture et la fermeture sont réalisées par actionnement d’une poignée.

Afin de réaliser l’ouverture de portes, il est connu d’équiper un robot à l’aide d’un bras articulé, une première extrémité du bras étant fixé au robot, l’autre extrémité du bras comportant une pince permettant de saisir la poignée de la porte.

La masse et le coût associés à un tel bras articulé sont importants, sa mise en œuvre étant par ailleurs relativement complexe.

L’invention vise à remédier à ces inconvénients, de façon simple, fiable et peu coûteuse.

Présentation de l’invention

A cet effet, l’invention propose un chariot de préhension comprenant une base, un module de préhension comportant un organe de préhension mobile entre une position de préhension et une position de libération, le module de préhension étant relié à la base par l’intermédiaire d’un organe de liaison souple autorisant un déplacement du module de préhension par rapport à la base, des moyens de déploiement et de rétraction de l’organe de liaison souple aptes à autoriser l’écartement entre le module de préhension et la base par déploiement de l’organe de liaison souple et aptes à rapprocher le module de préhension et la base par rétraction de l’organe de liaison souple.

Le chariot de préhension peut équiper un support mobile, qui peut être un robot ou tout autre type de support mobile, tel par exemple qu’un appareil de levage ou de manutention, notamment un chariot élévateur. L’invention n’est pas limitée au franchissement de portes comportant des poignées, mais peut être appliquée à tout type d’élément à saisir.

Le module de préhension permet la saisie d’un élément, tel par exemple qu’une poignée de porte, ledit module de préhension étant relié à la base par un élément souple de façon à faciliter la mise en œuvre de l’invention, par opposition à l’utilisation d’un bras articulé rigide.

L’utilisation d’un élément souple permet notamment de tolérer des écarts de positionnement entre le support mobile tout en limitant la masse du chariot de préhension.

La longueur de l’élément souple entre la base et le module de préhension peut varier et est contrôlée par les moyens de déploiement et de rétraction. Ces derniers permettent de contrôler la tension et la longueur de l’organe de liaison souple, et permettent éventuellement de tirer l’élément saisi ou de verrouiller la longueur de l’élément souple afin que l’élément saisi puisse être tiré lors du déplacement du support mobile.

Les moyens de déploiement et de rétraction peuvent comporter des moyens d’enroulement et de déroulement aptes à autoriser l’écartement entre le module de préhension et la base par déroulement de l’organe de liaison souple et aptes à rapprocher le module de préhension et la base par enroulement de l’organe de liaison souple.

La partie enroulée de l’organe de liaison souple peut être logée dans un boîtier des moyens de déploiement et de rétraction.

L’organe de liaison souple peut comporter une courroie dentée coopérant avec une poulie ou une roue dentée des moyens d’enroulement et de déroulement, ladite poulie ou roue dentée engrenant avec la courroie et étant entraînée en rotation.

En variante, l’organe de liaison souple peut être un câble, un fil, une corde ou une chaîne.

L’entraînement en rotation de la poulie ou de la roue dentée peut être effectué par l’intermédiaire d’un moteur électrique, par exemple un moteur pas à pas, ou un moteur couplé à un réducteur de vitesses. Le réducteur de vitesses est de préférence irréversible de sorte qu’il n’est pas possible de dérouler l’organe de liaison souple 14 par traction de ce dernier.

L’organe de préhension peut être rappelé vers sa position de préhension par un organe élastique, l’organe de préhension étant déplacé vers sa position de libération par appui sur la base en position rétractée de l’organe de liaison souple.

De cette manière, il est possible de limiter le nombre d’actionneurs au sein du chariot, ce qui permet de réduire le coût et la masse.

L’organe élastique est par exemple un ressort hélicoïdal de traction.

L’organe de préhension peut être une mâchoire mobile en rotation autour d’un axe, ladite mâchoire comportant une première extrémité destinée à la préhension et une seconde extrémité d’appui, les première et seconde extrémités étant situées de part et d’autre de l’axe de rotation de la mâchoire, la seconde extrémité étant apte à venir en appui sur une zone d’appui de la base de façon à déplacer la mâchoire dans la position de libération, en position rétractée de l’organe de liaison souple.

L’invention concerne également un dispositif de préhension comportant un châssis, un chariot de préhension du type précité, mobile en translation par rapport au châssis, et des moyens de guidage et de déplacement en translation dudit chariot par rapport au châssis.

Les moyens de guidage et de déplacement peuvent comporter au moins une vis entraînée en rotation et solidaire en translation du châssis, ou respectivement du chariot, et au moins un écrou coopérant avec la vis, ledit écrou étant solidaire du chariot, respectivement du châssis.

La vis est par exemple une vis à billes. L’entraînement en rotation de la vis est par exemple réalisé par un moteur pas à pas.

Les moyens de guidage et de déplacement peuvent comporter au moins une crémaillère solidaire du châssis, ou respectivement du chariot, et au moins une roue dentée coopérant avec la crémaillère, et entraînée en rotation, la roue dentée étant solidaire en translation du chariot, ou respectivement du châssis.

Les moyens de guidage et de déplacement peuvent comporter au moins un rail solidaire du châssis, coopérant avec un organe de guidage de forme complémentaire solidaire du chariot.

L’invention concerne également un ensemble comportant un support mobile et un dispositif de préhension du type précité, dont le châssis est fixé au support mobile.

Le support mobile est par exemple un robot aspirateur, un robot d’assistance aux personnes, ou un fauteuil roulant motorisé ou non.

Brève description des figures

est une vue en perspective d’un dispositif de préhension selon une première forme de réalisation de l’invention, en position haute du chariot de préhension et en position de libération de l’organe de préhension,

est une vue correspondant à la figure 1, en position de préhension de l’organe de préhension,

est une vue correspondant à la figure 2, dans laquelle le module de préhension est écarté de la base du chariot de préhension et est relié à ladite base par l’organe de liaison souple,

est une vue de côté du dispositif, dans la position représentée à la figure 1,

est une vue de côté du dispositif, dans la position représentée à la figure 2,

est une vue de côté du dispositif, dans laquelle le chariot de préhension est en position basse,

est une vue en perspective du chariot de préhension,

est une vue en coupe du chariot de préhension,

est une vue en perspective du module de préhension,

est une vue éclatée, en perspective, du module de préhension,

est une vue éclatée, en perspective, de la base du chariot de préhension,

est une vue éclatée, en perspective, des moyens de déploiement et de rétraction de l’organe de liaison souple,

est une vue en coupe du module de préhension, l’organe de préhension étant en position de préhension,

est une vue en coupe du module de préhension, l’organe de préhension étant en position de libération,

est une vue en perspective d’un chariot de préhension selon une deuxième forme de réalisation,

est une vue de face dudit chariot de préhension.

Description détaillée de l’invention

Les figures 1 à 14 représentent un dispositif de préhension 1 selon une première forme de réalisation de l’invention. Le dispositif 1 comporte un châssis 2 comportant un socle inférieur 3 et un socle supérieur 4, reliés par des poutres 5 s’étendant verticalement sur les figures.

Le châssis 2 comporte un rail de guidage 6 fixé à l’une des poutres 5 et est équipé d’une vis 7, par exemple une vis à billes, orientée verticalement et apte à pivoter autour d’un axe vertical.

La vis 7 est couplée en rotation à un moteur pas à pas 8, par l’intermédiaire de moyens d’accouplement flexibles 9. Le moteur pas à pas 8 est fixé au socle inférieur 3.

Les extrémités inférieures et supérieures de la vis 7 sont guidées en rotation dans des paliers 10 solidaires du châssis 2.

Le dispositif de préhension 1 comporte en outre un chariot de préhension 11, mieux visible aux figures 7 et 8. Le chariot de préhension 11 comporte une base 12, illustrée notamment à la figure 11, un module de préhension 13, illustré notamment aux figures 9 et 10, un organe de liaison souple 14 reliant la base 12 au module de préhension 13, et des moyens de déploiement et de rétraction 15 de l’organe de liaison souple 14, illustrés notamment à la figure 12. L’organe de liaison souple 14 est une courroie dentée.

Comme cela est mieux visible à la figure 11, la base 12 comporte notamment un support 16, un écrou 17 coopérant avec la vis 7 et solidaire du support 16, et un organe d’appui 18 monté et fixé au support 16. La rotation de la vis 7 entraîne ainsi le déplacement en translation de la base 12, selon l’axe vertical. Le support 16 comporte par ailleurs une partie creuse 19 accueillant un chariot à billes coopérant avec le rail 6 de manière à former une glissière et empêchant la rotation de la base 12 afin de guider le déplacement vertical du chariot 11 lors de l’actionnement en rotation de la vis 7.

L’organe d’appui 18 comporte une face 20 orientée verticalement, appelée après face avant, et un rebord 21 s’étendant horizontalement comportant une face 22 orientée horizontalement, tournée vers le bas. La face avant 20 comporte une ouverture permettant le passage de la courroie 14 au travers de l’organe d’appui 18. La face 22 est bordée latéralement par deux bordures 22a s’étendant vers le bas.

Comme cela est mieux visible aux figures 9 et 10, le module de préhension 13 comporte notamment un support 23 comprenant une mâchoire supérieure 24 et des moyens de fixation 25 à une extrémité 14a de l’organe de liaison souple 14.

Le module de préhension 13 comporte en outre deux mâchoires inférieures 26, situés de part et d’autre de la mâchoire supérieure 24 par rapport à un plan vertical médian passant par la mâchoire supérieure 24. Chaque mâchoire inférieure 26 est montée pivotante autour d’un axe horizontal 27 (figures 13 et 14), sur le support 23. Chaque mâchoire inférieure 26 comporte une extrémité de préhension 28, située en regard de la mâchoire supérieure 24, et une extrémité d’appui 29, lesdites extrémités 28, 29 étant situées de part et d’autre de l’axe de pivot 27 de la mâchoire inférieure 26 correspondante.

Un ressort de rappel 30, ici un ressort de traction hélicoïdal, est monté entre le support 23 et chaque mâchoire inférieure 26, plus précisément entre un doigt 31 du support 23 et un doigt 32 de la mâchoire inférieure 26 correspondante, entre l’axe 27 et l’extrémité de préhension 28. De cette manière, le ressort de rappel 30 tend à rappeler la mâchoire inférieure 26 vers sa position de préhension, illustrée aux figures 9 et 13, notamment.

Comme cela est visible à la figure 12, les moyens de déploiement et de rétraction 15 de l’organe de liaison souple 14 comportent un boîtier 33 comportant une première zone creuse 34 dans laquelle est logée une poulie dentée 35 engrenant avec la courroie dentée 14 et une deuxième zone creuse 36 dans laquelle la courroie dentée 14 est destinée à venir s’enrouler en position rétractée du module de préhension 13. La poulie 35 est entraînée en rotation par un moteur 37 de type brushless, associé à un réducteur de vitesses 38, par l’intermédiaire de moyens de couplage en rotation 39. Le boîtier 33 est refermé par un couvercle 40 fixé au boîtier 33 par l’intermédiaire de vis 41.

Le dispositif de préhension 1 est de préférence monté sur un support mobile non représenté, par exemple un robot aspirateur, afin de permettre l’ouverture d’une porte équipée d’une poignée 42 et son franchissement par le support mobile.

Afin de procéder à l’ouverture de la porte, le support mobile place le dispositif 1 en regard de la poignée 42 et le chariot 11 est déplacé en position haute (figures 1 et 4) par actionnement de la vis 7. Par ailleurs, le module de préhension 13 est plaqué contre la base 12, c’est-à-dire est amené en position rétractée, par l’intermédiaire de la poulie dentée 35. Dans cette position, le support 23 vient en appui contre la face avant 20 et contre la face inférieure 22 du rebord 21 de l’organe d’appui 18, de manière à former une référence de positionnement. Les bordures 22a permettant de maintenir en position le support 23 et d’éviter en particulier tout mouvement latéral dudit support 23. Dans cette position également, et comme illustré à la figure 14, les extrémités d’appui 29 des mâchoires inférieures 26 sont en appui sur une face avant 20 de l’organe d’appui 18 de la base 12, entraînant une rotation des mâchoires inférieures 26 à l’encontre des efforts de rappel exercés par les ressorts 30. Les mâchoires inférieures 26 sont alors en position de libération ou position ouverte.

Le support mobile peut alors être avancé de façon à placer la poignée 42 entre les mâchoires 24, 26, comme illustré à la figure 14.

La poulie 35 peut ensuite être actionnée de façon à dérouler la courroie dentée 14. Les ressorts de rappel 30 tendent alors à faire pivoter les mâchoires inférieures 26 vers leur position de préhension ou position fermée, illustrée aux figures 2, 5 et 13. La poignée 42 est ainsi maintenue entre les mâchoires inférieures 26 et supérieure 24. Le pivotement des mâchoires inférieures 26 dans le sens de la fermeture provoque un léger déplacement vers l’avant du module de préhension 13 par rapport à la base 12, du fait de l’appui de l’extrémité d’appui 29 sur la face d’appui 20.

Le chariot 11 peut alors être abaissé de façon à actionner la poignée 42 vers le bas et désengager le pêne de la gâche de la porte, comme illustré à la figure 6. Le support mobile recule alors légèrement afin d’entrouvrir la porte. Le chariot 11 est ensuite ramené en position haute, comme illustré à la figure 5.

Le support mobile peut alors être reculé ou déplacé de façon à ouvrir la porte. Lors de cette étape, il est possible d’ajuster la distance entre la base 12 et le module de préhension 13 en faisant pivoter la poulie dentée 35 de manière à faire varier la longueur de la partie de la courroie 14 assurant la liaison entre la base 12 et le module de préhension 13, comme illustré à la figure 3. On notera qu’il est possible d’ouvrir la porte, même en cas d’arrêt de l’alimentation du moteur électrique 37 visant à enrouler ou dérouler la courroie 14. En effet, la longueur déployée de la courroie 14 est maintenue constante du fait de l’irréversibilité du réducteur de vitesses 38 associé au moteur électrique 37.

Une fois la porte ouverte, le support mobile peut alors la franchir avant de la refermer. Afin de relâcher la poignée 42, la poulie 35 est actionnée de manière à rapprocher le module de préhension 13 de la base 12, jusqu’à ce que les extrémités d’appui 29 des mâchoires inférieures 26 viennent appuyer sur la face avant 20 afin de faire pivoter les mâchoires inférieures 26 et les déplacer vers leur position de libération. Le support mobile peut alors être écarté librement de la poignée 42.

Afin de se déplacer, le support mobile peut être équipé de tout moyens appropriés lui permettant de se déplacer en autonomie. Ces moyens peuvent notamment comporter des moteurs électriques couplés à une batterie, des moyens de détection de l’environnement comportant notamment une caméra couplée à des moyens d’analyse de l’image, des capteurs de proximité, tels que des capteurs à ultrasons ou des capteurs infrarouges, et des moyens de détection de la poignée pouvant notamment utiliser l’image délivrée par la caméra. La caméra peut être incluse ou supportée par le dispositif de préhension 1. Mais cette fonctionnalité peut tout à fait être relayée à un autre système, tel que le support mobile par exemple.

Le support mobile peut également utiliser des moyens de suivi d’une ou plusieurs lignes au sol. Bien entendu, tout autre moyen connu peut également être utilisé.

Le support mobile et le dispositif de préhension 1 peuvent également être téléguidés et commandés en tout ou partie par un opérateur situé à distance.

Les figures 15 et 16 illustrent un chariot de préhension 11 selon une deuxième forme de réalisation, dans laquelle les moyens de déplacement en translation du chariot 11 comportent une roue dentée 43 (ou un train d’engrenage), actionnée par un moteur électrique et engrenant avec une crémaillère 44 orientée verticalement. Un ou plusieurs rails 45 coopèrent avec la base 12, par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs chariots à billes, de façon à assurer le guidage en translation du chariot 11. Ici deux rails 45 sont disposés de part et d’autre de la crémaillère 44. La roue dentée 43 est mobile en rotation autour d’un axe horizontal, supporté par la base 12. La rotation de la roue dentée 43 ou du train d’engrenage peut être irréversible de sorte que le chariot ne peut pas être déplacé accidentellement en cas de panne ou de coupure d’alimentation du moteur électrique, par exemple.

La crémaillère et les rails peuvent être supportés par un support mobile, qui peut être un robot ou un engin de manutention, tel par exemple qu’un engin de levage.

La rotation de la roue dentée 43 permet d’actionner la montée ou la descente du chariot 11 par rapport au support mobile.

Les autres éléments du chariot 11 sont similaires à ceux décrits précédemment et fonctionnent de la même manière que celle décrite en référence aux figures 1 à 14.

Claims

Chariot de préhension (11) comportant une base (12), un module de préhension (13) comprenant un organe de préhension (26) mobile entre une position de préhension et une position de libération, le module de préhension (13) étant relié à la base (12) par l’intermédiaire d’un organe de liaison (14) souple autorisant un déplacement du module de préhension (13) par rapport à la base (12), des moyens de déploiement et de rétraction (15) de l’organe de liaison souple (14) aptes à autoriser l’écartement entre le module de préhension (13) et la base (12) par déploiement de l’organe de liaison souple (14) et aptes à rapprocher le module de préhension (13) et la base (12) par rétraction de l’organe de liaison souple (14).
Chariot de préhension (11) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déploiement et de rétraction (15) comportent des moyens d’enroulement et de déroulement (35) aptes à autoriser l’écartement entre le module de préhension (13) et la base (12) par déroulement de l’organe de liaison souple (14) et aptes à rapprocher le module de préhension (13) et la base (12) par enroulement de l’organe de liaison souple (14).
Chariot de préhension (11) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’organe de liaison souple comporte une courroie dentée (14) coopérant avec une poulie (35) ou une roue dentée des moyens d’enroulement et de déroulement, ladite poulie (35) ou roue dentée engrenant avec la courroie (14) et étant entraînée en rotation.
Chariot de préhension (11) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’organe de préhension (26) est rappelé vers sa position de préhension par un organe élastique (30), l’organe de préhension (26) étant déplacé vers sa position de libération par appui sur la base (12) en position rétractée de l’organe de liaison souple (14).
Chariot de préhension (11) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’organe de préhension (26) est une mâchoire mobile en rotation autour d’un axe (27), ladite mâchoire (26) comportant une première extrémité (28) destinée à la préhension et une seconde extrémité (29) d’appui, les première et seconde extrémités (28, 29) étant situées de part et d’autre de l’axe de rotation (27) de la mâchoire (26), la seconde extrémité (29) étant apte à venir en appui sur une zone d’appui (20) de la base (12) de façon à déplacer la mâchoire (26) dans la position de libération, en position rétractée de l’organe de liaison souple (14).
Dispositif de préhension (1) comportant un châssis (2), un chariot de préhension (11) selon l’une des revendications 1 à 5, mobile en translation par rapport au châssis (2), et des moyens de guidage et de déplacement en translation (6, 7, 17) dudit chariot (11) par rapport au châssis (2).
Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage et de déplacement comportent au moins une vis (7) entraînée en rotation et solidaire en translation du châssis (2), ou respectivement du chariot (11), et au moins un écrou (17) coopérant avec la vis (7), ledit écrou (17) étant solidaire du chariot (11), respectivement du châssis (2).
Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage et de déplacement comportent au moins une crémaillère (44) solidaire du châssis (2), ou respectivement du chariot (11), et au moins une roue dentée (43) coopérant avec la crémaillère (44), et entraînée en rotation, la roue dentée (43) étant solidaire en translation du chariot (11), ou respectivement du châssis (2).
Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage et de déplacement comportent au moins un rail (6, 45) solidaire du châssis (2), coopérant avec un organe de guidage de forme complémentaire solidaire du chariot (11).
Ensemble comportant un support mobile et un dispositif de préhension (11) selon l’une des revendications 6 à 9 dont le châssis (2) est fixé au support mobile.