FR3103724A1 - Outil de prehension electromagnetique polyvalent et deformable - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un outil (10) de préhension polyvalent comprenant une tête (12) présentant au moins une membrane (14) déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire, ledit matériau granulaire (16) comprenant ou étant un matériau granulaire ferromagnétique (16), l’outil (10) de préhension comprenant en outre une base (20) reliée à ladite tête (12) par les bords de sa membrane (14) ou d’au moins une de ses membranes (14), la base comprenant un électroaimant (24) apte à produire un champ magnétique lorsqu’il est alimenté en courant électrique ; l’outil (10) de préhension est remarquable en ce que la base comprend en outre un aimant permanent (22) et en ce que le champ magnétique produit par l’électroaimant (24) est de sens opposé à celui de l’aimant permanent. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2
Description
L’invention se situe dans le domaine des outils de préhension universels ou polyvalents en ce qu’ils peuvent s’adapter à différentes formes d’objet. L’invention concerne en particulier les outils de préhension magnétiques.
Les outils de préhension polyvalents, ou pinces universelles, pour robot permettent d’attraper et de manipuler une grande variété d’objets de tailles et de formes différentes. Les pinces peuvent être de genre actif ou passif. Une pince universelle de genre actif va en général montrer une forme anthropomorphique avec une pluralité de doigts et est destinée à imiter le fonctionnement d’une main humaine. Ce genre de pince est très coûteux notamment dans sa conception et requiert une programmation complexe, ce qui limite ses possibilités d’utilisation.
Les outils de genre passif sont plus simples dans leur utilisation. Ils peuvent être de plusieurs types et comprennent, par exemple, les outils à aspiration. Néanmoins, ces derniers ne sont pas adaptés à la saisie et à la manipulation de produits perforés, montrant des ajours.
D’autres types d’outils passifs comprennent des composants qui vont passivement se conformer à la forme de chaque objet qu’ils ont à manipuler. Ils sont plus simples d’utilisation et demandent moins de programmation préalable. Ils sont aussi plus facilement adaptables à leur environnement. Certains outils passifs présentent une variété de petits composants télescopiques qui vont coulisser pour se conformer à la forme de l’objet à saisir. Ceux-ci ont l’inconvénient d’être difficiles à remplacer lorsqu’ils sont endommagés. C’est pourquoi, des outils de préhension polyvalents avec des matériaux déformables ont été imaginés. De tels outils permettent d’abaisser le seuil de préhension et donc d’augmenter l’efficacité des préhenseurs.
Dans un exemple de l’état de la technique, des poches remplies de matériau granulaire ont été placées sur les surfaces de préhension. Le matériau granulaire se durcit sous vide. Lorsqu’il est ramené à la pression atmosphérique, l’objet est libéré. L’inconvénient de ces systèmes est qu’il y a souvent besoin de réinitialiser l’outil en le malaxant pour le ramener à un état neutre sinon sa capacité de préhension se trouve dégradée.
Dans l’art antérieur, le document WO2015/123128 propose une pince, ou outil de préhension, placée sur le bras d’un robot et formée d’une tête comprenant une membrane imperméable flexible. La tête comprend un matériau pouvant être granulaire qui peut s’écouler à pression atmosphérique de manière à épouser la forme de la pièce à saisir. La pince fonctionne comme suit : la tête est couplée à sa base et positionnée au-dessus d’un objet à saisir. La tête est descendue sur l’objet de manière à adopter la forme de l’objet. Un vide est créé dans la tête, durcissant ainsi le matériau granulaire dans la membrane et permettant la saisie de l’objet. Une fois l’objet déplacé, il est relâché en créant une pression positive dans la membrane, ce qui refluidifie le matériau granulaire.
Le document WO2015/006613 propose une autre solution avec un outil de préhension, comprenant une membrane imperméable, flexible, contenant un matériau granulaire et des moyens de mise sous vide pour durcir le matériau granulaire. La pince présentée comprend en outre des moyens vibratoires pour fluidiser à nouveau le matériau granulaire après utilisation.
Une autre solution est décrite dans le document WO2011/130475. Dans ce document, un outil de préhension utilise un matériau granulaire comprenant entre autres des particules solides. Le matériau peut être durci, et des vibrations sont générées, par exemple, par un actionneur électromagnétique pour fluidifier le matériau granulaire.
Dans le document WO2012/053416, un outil de préhension est formé d’une pluralité de griffes chacune présentant une partie de préhension sous forme d’un sac rempli d’un matériau granulaire qui va prendre la forme de la pièce à transporter. Ce document propose donc de multiplier les contacts avec une pièce à saisir.
Finalement, le document WO2014/155279 propose une pince mécanique pouvant être déplacée entre plusieurs positions de préhension d’un objet, et un actionneur électromagnétique comprenant un matériau élastomère magnétorhéologique. Ces matériaux élastomères magnétorhéologiques sont faits en une matrice polymère qui comprend des particules ferromagnétiques de type fer de carbonyle. Le matériau élastomère magnétorhéologique peut prendre différentes formes en fonction de la force du champ magnétique qui lui est appliqué. Chaque forme correspondant à une position de préhension de la pince.
Les solutions présentées plus haut de l’art antérieur présentes des avantages mais sont encore insuffisantes dans le cadre d’une manipulation et d’un transport d’objets plats ou galbés tels que des panneaux de carrosserie ou de structure automobile. En particulier, il serait intéressant de pouvoir améliorer la préhension d’objets en tôle montrant une forme galbée ou plane et/ou d’objets perforés montrant au moins un ajour au niveau de la zone utilisée pour la préhension. De plus, il est important d’avoir des outils qui soient sûrs et économes en consommation d’énergie électrique. L’invention a pour objectif de proposer une solution à au moins un problème ou inconvénient rencontré dans l’art antérieur.
A cet effet et selon un premier aspect, l’invention a pour objet un outil de préhension polyvalent comprenant une tête présentant au moins une membrane déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire, ledit matériau granulaire comprenant ou étant un matériau granulaire ferromagnétique, l’outil de préhension comprenant en outre une base reliée à ladite tête par les bords de sa membrane ou d’au moins une de ses membranes, la base comprenant un électroaimant apte à produire un champ magnétique lorsqu’il est alimenté en courant électrique ; l’outil de préhension est remarquable en ce que la base comprend en outre un aimant permanent et en ce que le champ magnétique produit par l’électroaimant est de sens opposé à celui de l’aimant permanent.
Comme on l’aura compris à la lecture de la définition qui vient d’en être donnée, l’invention propose de saisir un objet non pas par un effet ventouse ou d’aspiration ou encore par une mâchoire, mais par l’action de forces magnétiques. L’invention propose un outil montrant une tête déformable apte à épouser la forme d’un objet sur lequel il est placé. Sans action de l’électroaimant, la tête est durcie par l’attraction magnétique de l’aimant permanent porté par la base. L’activation de l’électroaimant également porté par la base a pour but d’annuler les forces d’attractions magnétiques de l’aimant permanent. La tête devient alors déformable et apte à se conformer à un objet à saisir. A la désactivation de l’électroaimant, le champ magnétique de l’aimant permanent génère des forces d’attraction dans le matériau ferromagnétique contenu dans la tête qui se durcit de nouveau en gardant une forme complémentaire à celle de l’objet. L’outil de préhension est donc configuré pour présenter une tête qui a une forme complémentaire à la surface d’un objet métallique à saisir. La tête transmet les forces d’attraction de l’aimant permanent à l’objet qui est retenu contre celle-ci. Ainsi, la saisie et le relâchement de l’objet à saisir se font par l’activation et la désactivation d’un électroaimant porté par la base.
L’outil de préhension selon l’invention est adapté, entre autres à la saisie d’éléments de tôle plats ou galbés. En particulier, l’outil de préhension selon l’invention est adapté à la saisie d’éléments perforés montrant au moins un ajour au niveau de la zone utilisée pour la préhension. La tête permet de transmettre la puissance de l'aimant permanent sur toute la surface de contact entre la membrane et l’objet. En particulier, la tête permet de transmettre la puissance de l'aimant permanent sur une surface non plane, ce qui n'est pas le cas avec les aimants ou électroaimants qui sont plats et ont donc un appui ponctuel sur des formes galbées. On notera que dans sa définition la plus simple, l’outil de préhension selon l’invention ne nécessite pas la mise en œuvre de moyens pneumatiques.
L’utilisation de la combinaison d’un aimant permanent et d’un électroaimant dont l’action annule le champ magnétique de l’aimant permanent permet d’utiliser un apport en énergie électrique pour les phases de saisie et de relâchement d’un objet. Une fois l’objet saisit, l’aimant permanent permet à lui seul le maintien l’objet. La consommation d’énergie électrique est donc considérablement réduite en comparaison avec une saisie directe par un électroaimant. De plus en cas de rupture inopinée de l’alimentation en énergie électrique de l’outil, un objet saisit par ledit outil de préhension reste maintenu par l’aimant permanent, éliminant un risque de chute accidentelle d’un objet saisit par le préhenseur.
Selon des modes de réalisation préférés de l’invention, l’aimant permanent et l’électroaimant se présentent sous la forme de deux cylindres coaxiaux, et l’aimant permanent est disposé à l’intérieur de l’électroaimant.
Selon des modes de réalisation, l’électroaimant est une bobine de cuivre cylindrique disposée autour de l’aimant permanent. Cette configuration est avantageuse en ce qu’elle constitue un agencement simple et permet de superposer dans l’espace les champs magnétiques de l’aimant et de l’électroaimant.
Avantageusement, l’électroaimant comprend des moyens de connexion à un variateur de courant ou comprend un variateur de courant permettant de faire varier l’intensité du champ magnétique au moins jusqu’à une intensité apte à annuler le champ magnétique de l’aimant permanent. L’utilisation d’un variateur permet de figer et/ou libérer progressivement le matériau granulaire ferromagnétique lors de la saisie et/ou le relâchement d’un objet.
De préférence, la ou les membranes sont des membranes en plastique souple dont le matériau plastique est choisi parmi un silicone, un polyuréthane, un caoutchouc butyle, un caoutchouc à base de polychloroprène, un terpolymère d’éthylène de propylène et d’un diène, un élastomère thermoplastique, ou un latex. De préférence encore, le matériau plastique présente des propriétés élastiques.
De manière complémentaire ou alternative, la ou les membranes sont réalisées en un matériau plastique souple dans lequel a été incorporé un matériau ferromagnétique. Cette configuration est avantageuse en ce qu’elle permet une bonne transmission des forces magnétiques à travers la membrane.
Selon un mode de réalisation préféré, le matériau granulaire ferromagnétique se présente au moins en partie sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse. La masse totale montrée par l’outil de préhension peut ainsi être réduite.
Avantageusement, la tête présente une forme générale sphérique, permettant de saisir un objet selon différentes directions.
De manière avantageuse, la tête contient en outre un fluide d’amortissement. Le fluide d’amortissement est préférentiellement de l’air. Idéalement, la tête contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire par rapport au volume initial de la tête, le reste étant le fluide d’amortissement, de préférence de 50 à 80 % en volume. La présence d’un fluide d’amortissement facilite la déformation de la tête et permet d’amortir le choc résultant de la mise en contact de la tête de l’outil de préhension avec l’objet (par exemple une tôle) et donc d’éviter d’endommager la surface dudit objet.
De préférence, la base comprend des moyens de connexion à une pompe fluidique ou comprend une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer le fluide d’amortissement. Cette configuration est avantageuse en ce qu’elle permet, d’une part, d’ajouter du fluide lors de la mise en contact de l’outil avec l’objet de manière à gonfler la tête et augmenter sa capacité d’amortissement ; et d’autre part d’aspirer le fluide avant la désactivation de l’électroaimant afin d’augmenter encore la dureté présentée par la tête lors de la prise et donc sa capacité à soulever de lourdes charges.
Selon d’autres modes de réalisation préférée de l’invention, la membrane forme une enveloppe comprenant un compartiment principal contenant un matériau déformable non-ferromagnétique, et au moins un compartiment secondaire contenant le matériau granulaire ferromagnétique. L’aimant permanent est alors en contact direct ou indirect avec le matériau granulaire ferromagnétique contenu dans l’au moins un compartiment secondaire de la tête.
La forme particulière de la tête à double membrane permet d’avoir une partie centrale non aimantée qui a, entre autres, une fonction d’amortisseur. Cette partie permet d’améliorer la souplesse de l’outil. Ainsi le choc résultant de la mise en contact de la tête de l’outil avec la tôle ou l’objet à saisir est amorti évitant d’endommager la surface de l’objet.
Avantageusement, le ou les compartiments secondaires montrent une forme tubulaire, ou hémisphérique ou de sphère tronquée ouverte sur l’avant de la tête ; de préférence, la forme hémisphérique ou de sphère tronquée est creuse.
Selon un deuxième aspect, l’invention a pour objet un robot remarquable en ce qu’il comprend au moins un outil de préhension selon le premier aspect. De préférence, le robot est équipé d’une caméra ou d’un capteur de pression permettant de détecter la mise en contact de l’outil avec un objet à saisir, et de moyens de commande configurés pour désactiver l’électroaimant en réponse à la détection d’une telle mise en contact.
Selon un troisième aspect, l’invention a pour objet un procédé de mise en œuvre d’un outil de préhension selon le premier aspect et/ou d’un robot selon le deuxième aspect, remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
activation de l’électroaimant de manière à libérer le matériau granulaire ferromagnétique de la tête dudit outil de préhension et rendre cette dernière déformable ;
mise en contact de la tête dudit outil de préhension avec la surface d’un objet à saisir, de manière à ce que lors de la mise en contact ladite tête se déforme pour épouser la forme de l’objet à saisir ;
désactivation de l’électroaimant de manière à rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique et à saisir l’objet par force magnétique ;
déplacement de l’objet jusqu’à l’emplacement souhaité ; et
relâchement de l’objet par activation de l’électroaimant.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, l’étape de désactivation de l’électroaimant de manière à libérer et/ou à rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique par force magnétique se font de manière progressive à l’aide d’un variateur de courant relié à l’électroaimant ou faisant partie de l’électroaimant.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, la tête contient en outre un fluide d’amortissement et la base comprend, ou est reliée à, une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d’amortissement dans ladite tête, et le procédé comprend une étape de refoulage dudit fluide d’amortissement dans la tête, de manière à la gonfler, avant l’étape de mise en contact de la tête avec l’objet à saisir.
Selon une autre mise en œuvre préférée pouvant être complémentaire ou alternative de la précédente, la tête comprend en outre un fluide d’amortissement et la base comprend, ou est reliée à une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d’amortissement dans ladite tête, et le procédé comprend une étape d’aspiration de tout ou partie du fluide d’amortissement après l’étape de mise en contact de la tête avec l’objet à saisir et avant l’étape de désactivation de l’électroaimant.
Selon encore une autre mise en œuvre préférée, l’outil est porté par un robot équipé d’une caméra ou d’un capteur de pression permettant de détecter la mise en contact de l’outil avec l’objet à saisir, et le procédé comprend une étape de détection de la mise en contact de la tête dudit outil de préhension avec la surface de l’objet à saisir et la commande de la désactivation de l’électroaimant en réponse à cette détection.
L’invention sera bien comprise et d’autres aspects et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit donnée à titre d’exemple et en référence à la planche de dessins annexées selon laquelle :
Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n’est pas limitatif en ce qu’il autorise la présence d’autres éléments dans l’outil ou le robot auquel il fait référence, ou d’autres étapes dans le procédé. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ». L’outil de préhension et son procédé de mise en œuvre seront décrits conjointement.
Comme montré aux figures 1 et 2, un outil 10 de préhension polyvalent selon un premier mode de réalisation préféré comprend une tête 12 dotée d’une membrane 14 déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire 16. La tête 12 assure le contact entre l’outil 10 et un objet 18 à saisir montré à la figure 3.
Le matériau granulaire 16 comprend, ou est un matériau ferromagnétique, par exemple un matériau granulaire ferreux. L’outil 10 comprend en outre une base 20 reliée à la tête 12 par la membrane 14. Comme décrit plus bas, la base 20 est configurée pour appliquer un champ magnétique dans les matériaux de la tête 12.
Comme montré aux figures 1 à 3, la tête 12 présente une forme générale sphérique. Cette forme générale est prédéterminée selon l’utilisation de la tête. La forme sphérique est particulièrement polyvalente.
La membrane 14 peut être est une membrane plastique souple. La membrane 14 en plastique souple est préférentiellement constituée d’un matériau plastique souple choisi parmi un silicone, un polyuréthane, un caoutchouc butyle, un caoutchouc à base de polychloroprène, un terpolymère d’éthylène de propylène et d’un diène (EPDM), un élastomère thermoplastique (TPE), ou un latex. Tout autre matériau plastique souple ou synthétique peut être envisagé par l’homme du métier. De préférence, le matériau plastique choisi montre des propriétés élastiques.
Selon un mode de réalisation préféré, la membrane 14 utilisée est une membrane plastique souple dans laquelle a été incorporé un matériau ferromagnétique, par exemple de l’acier magnétique, ou encore des fils de métal conducteurs d’énergie magnétique. L’incorporation de ce matériau peut se faire dans la totalité de la membrane ou sur une partie de la membrane seulement. Dans les exemples de réalisation illustrés en figures 1 à 4, tout le matériau plastique formant la membrane est chargé en matériau ferromagnétique
Les membranes en matériau plastique comprenant une charge en matériau ferromagnétique sont connues de l’homme du métier. Il y est, par exemple, fait référence dans le document EP1041589. Le matériau ferromagnétique de la membrane 14 va se figer de la même façon que le matériau granulaire 16 sous l’action du champ magnétique.
Le matériau granulaire 16 ferromagnétique à l’intérieur de la tête peut être mélangé avec un matériau granulaire non ferromagnétique, par exemple du riz, des billes de plastique, etc. dans une optique d’allègement de la masse totale de l’outil. Lorsque le matériau granulaire est un matériau mélangé, l’homme du métier prendra soin à ce que le matériau ferromagnétique soit majoritaire, par exemple que le matériau ferromagnétique comprenne plus de 75 % en volume, de préférence plus de 80 % en volume et de préférence encore plus de 90 % en volume du matériau granulaire total. L’homme du métier prendra également soin à ce que la taille des particules du matériau non ferromagnétique soit au moins égale à la taille des particules de matériau ferromagnétique.
Néanmoins, la configuration dans laquelle tout le matériau contenu dans la tête est ferromagnétique est celle assurant une meilleure efficacité de transmission de la force magnétique. Un allègement de la masse totale est préférentiellement obtenu par l’emploi d’un matériau granulaire ferromagnétique se présentant tout ou partie sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse. Une limitation de la masse du matériau granulaire est intéressante en ce qu’elle limite les risques de déformation de la membrane lorsque le matériau ferromagnétique est dans son état libre sans avoir à augmenter de manière trop importante l’épaisseur de celle-ci.
La base comprend un aimant permanent 22 cylindrique, agencé de manière à appliquer un champ magnétique dans la tête 12, i.e. dans la membrane 14 et le matériau granulaire 16 ferromagnétique. La polarité de l’aimant permanent 22 est prédéterminée de manière à ce que la force magnétique générée par le champ magnétique attire les éléments conducteurs de la tête 12 vers la base 20. Sous l’action des forces d’attraction, les éléments conducteurs se compriment jusqu’à se figer en masse dans leur position. Les forces d’attractions magnétiques, ici simplement appelées forces magnétiques, générées par le champ magnétique de l’aimant permanent dans un point P quelconque de la tête sont représentées par une flèche F sur les figures.
L’aimant permanent 22 peut être en contact direct ou indirect (par exemple au travers d’une membrane) avec le matériau granulaire ferromagnétique 16 contenu dans la tête 12. De préférence, l’aimant permanent 22 est en contact direct avec le matériau granulaire ferromagnétique 16 contenu dans la tête 12.
Le matériau de l’aimant permanent 22 est choisi pour fournir une force d’attraction magnétique prédéterminée. L’homme du métier adaptera sans peine la taille de l’aimant permanent 22 utilisé à la force magnétique recherchée, en fonction du poids des objets à saisir par l’aimant, par exemple pour saisir un objet de 15 Kg ou 20 Kg. De préférence, l’aimant permanent montre un diamètre compris entre 50 et 90 cm, de préférence entre 60 et 80 cm. On pourra utiliser par exemple des aimants comme ceux vendus par la société Binder Magnetic.
La base 20 comprend en outre un électroaimant 24 disposé de manière à pouvoir appliquer un champ magnétique dans la tête 12, de sens opposé au champ magnétique de l’aimant permanent 22. Par exemple, on utilise un électroaimant comprenant une bobine de cuivre qui forme un cylindre coaxial au cylindre de l’aimant permanent et qui entoure ce dernier. L’homme du métier comprendra que la position et le type d’électroaimant utilisé peuvent varier. Les forces d’attractions magnétiques générées par le champ magnétique de l’électroaimant au point P sont représentées par une flèche F’. La force résultante d’attraction est alors la somme des forces F et F’.
L’intensité du courant dans l’électroaimant 24, et donc l’intensité de son champ magnétique est commandée par un variateur 26 de courant qui est ici schématiquement représenté dans la base 20. Selon les variantes, le variateur peut être extérieur à la base. On aura compris que le variateur permet de régler graduellement l'intensité du courant électrique alimentant l’électroaimant et donc l’intensité du champ magnétique qu’il produit.
Comme le champ magnétique de l’électroaimant 24 s’oppose à celui de l’aimant permanent 22, l’activation de l’électroaimant 24 annule le champ magnétique dans la tête et libère le matériau granulaire ferromagnétique 16. Le champ magnétique de l’électroaimant 24 est variable entre : un champ nul pour lequel la tête est uniquement soumise au champ magnétique de l’aimant permanent, la tête est alors dans un état figé en forme ; et un champ maximum, pour lequel les valeurs des force magnétiques F et F’ en un point P quelconque sont égales. Pour le champ maximum, la force résultante d’attraction est nulle. La tête 12 n’est alors plus soumise à aucune force d’attraction magnétique, et est dans un état déformable, prête à prendre une forme correspondant à un objet à saisir par pression contre celui-ci.
Avant de saisir l’objet 18, de préférence à l’approche de l’objet 18 à saisir, l’électroaimant 24 est alimenté en courant et produit un champ magnétique de sens opposé au champ magnétique de l’aimant permanent 22. De préférence, l’intensité du champ magnétique de l’électroaimant 24 est augmentée de manière graduelle par le biais du variateur 26 jusqu’à atteindre la valeur qui correspond au champ maximum. Lorsque le champ magnétique produit par l’électroaimant 24 a une intensité suffisante pour annuler les forces d’attraction magnétique produites par l’aimant permanent 22, et que la tête n’est pas en contact avec un objet 18 à saisir, la membrane à une forme sphérique comme montré à la figure 1.
La tête 12 est ensuite mise en contact avec l’objet 18 à saisir via un moyen de déplacement, non montré. En pressant la tête contre l’objet 18, celle-ci prend une forme complémentaire à celle de l’objet comme montré à la figure 3. La membrane 14 épouse au plus proche la forme de l’objet 18.
L’objet 18 à saisir est un objet conducteur électrique, par exemple en métal. L’objet 18 est ici une pièce de tôle métallique galbée, mais la tête 12 peut se conformer à toute forme de pièce comme par exemple une pièce plate, trouée ou percée.
De manière avantageuse, la tête 12 contient en outre un fluide d’amortissement. Le fluide d’amortissement est préférentiellement de l’air. Préférablement, la tête 12 contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire par rapport au volume initial de la tête 12, le reste étant le fluide d’amortissement, de préférence de 50 à 80 % en volume. La présence d’un fluide d’amortissement facilite la déformation de la tête 12 et permet d’amortir le choc résultant de la mise en contact de la tête 12 de l’outil de préhension avec l’objet et donc d’éviter d’endommager la surface dudit objet.
Eventuellement, lorsque la tête 12 contient un fluide d’amortissement, la base 20 comprend ou est reliée à une pompe fluidique (non représentée) configurée pour refouler et/ou aspirer ledit fluide d’amortissement.
Préférentiellement, le procédé de mise en œuvre comprend en outre une étape de refoulage dudit fluide d’amortissement, de manière à gonfler temporairement la tête 12 avant l’étape de sa mise en contact avec l’objet à saisir. Cette étape sera mise en œuvre dans les cas où un soin particulier doit être donné pour ne pas endommager la surface de l’objet à saisir.
De manière plus préférentielle, le procédé comprend une étape d’aspiration du fluide d’amortissement après l’étape de mise en contact de la tête 12 de l’outil 10 de préhension avec l’objet à saisir et avant l’étape d’activation de l’électroaimant. Cette mise en œuvre permet de durcir davantage le matériau granulaire que si celui-ci restait mélangé au fluide d’amortissement, et donc de pouvoir saisir des objets plus lourds.
Avantageusement, l’outil 10 est porté par un robot équipé d’une caméra ou d’un capteur de pression permettant de détecter la mise en contact de l’outil avec l’objet à saisir, et le procédé comprend une étape de détection de la mise en contact de la tête dudit outil de préhension avec la surface de l’objet à saisir. A cette fin, l’outil 10 comprend une interface de connexion 30 à une main de robot.
Une fois la tête 12 en contact avec l’objet, l’intensité du champ magnétique de l’électroaimant 24 est diminuée par le biais du variateur 26, réduisant l’intensité de la force F’. La résultante des forces augmente en intensité, et le matériau granulaire 16 ferromagnétique et éventuellement la membrane 14 lorsqu’elle comprend du matériau ferromagnétique, se figent en masse par attraction magnétique vers l’aimant permanent 22. Les forces magnétiques se transmettant à travers la tête 12, l’objet 18 se trouve attiré contre la membrane 14. L’outil 10 peut alors être déplacé en emportant l’objet 18.
On comprend qu’une fois l’objet 18 saisit, le maintien de ce dernier ne nécessite plus un apport extérieur d’énergie électrique. L’objet 18 reste maintenu en cas de coupure de l’alimentation en énergie électrique par exemple.
Pour libérer l’objet 18, l’électroaimant est de nouveau activé, de préférence graduellement par le biais du variateur, de manière à annuler le champ magnétique produit par l’aimant permanent. Les grains du matériau granulaire 16 sont alors libérés et la membrane 14 retrouve son état déformable.
Ce système consomme moins d'énergie par rapport à un système utilisant uniquement un électroaimant. L'action électrique est de courte durée seulement pour l'approche et le relâchement (donc la pose) de la pièce à saisir.
Dans l’exemple de réalisation illustré en figure 1, l’aimant permanent et l’électroaimant sont confinés dans la base 20 et ne pénètrent pas dans la tête 12. Néanmoins, une configuration dans laquelle l’aimant et/ou l’électroaimant sont montés sur la base de manière à être au moins en partie contenus dans la tête, est envisageable par l’homme du métier.
Un second mode de réalisation préféré de l’outil va maintenant être décrit en référence à la figure 4. Dans ce mode de réalisation, des éléments similaires au premier mode de réalisation seront désignés par les mêmes signes de référence augmentés de 100. Ainsi la description du matériau granulaire ferromagnétique 16 s’applique également au matériau granulaire ferromagnétique 116, et ainsi de suite.
Dans le second mode de réalisation, l’outil 110 comprend une tête 112, présentant une forme générale par exemple sphérique, dotée d’une membrane 114 déformable formant une enveloppe. L’outil comprend aussi une base 120 reliée à la tête par sa membrane. La base 120 comprenant un aimant permanent 122 entouré par un électroaimant 124. Les interactions entre les champs magnétiques de l’aimant permanent et de l’électroaimant sont par exemple les mêmes que dans le premier mode de réalisation.
L’enveloppe comprend un compartiment principal 132 qui est agencé pour être central et qui contient un matériau déformable non-ferromagnétique 134. L’enveloppe comprend aussi deux compartiments secondaires 136 de ladite tête 112 qui contiennent un matériau granulaire comprenant ou étant un matériau ferromagnétique 116. L’aimant permanent 122 est en contact avec le matériau ferromagnétique des compartiments secondaires. De préférence ce contact est direct.
De préférence, l’aimant permanent 122 se présente préférentiellement sous une forme annulaire et montre une face 138 annulaire en contact avec le matériau granulaire ferromagnétique 116, de préférence par un contact direct. L’électroaimant 124 est par exemple une bobine entourant l’aimant permanent 122. Il est envisageable que l’électroaimant soit disposé dans la lumière de l’aimant permanent, à l’intérieure de ce dernier. Les compartiments secondaires 136 sont préférentiellement disposés en périphérie du compartiment principal 132 montrant un agencement central. Ils peuvent être formés dans l’enveloppe par au moins une autre membrane 140 formant une cloison interne à ladite enveloppe, ou être disposés sur la surface extérieure à ladite enveloppe, ou encore il est possible d’avoir au moins un compartiment secondaire interne à l’enveloppe et au moins un autre externe à cette même enveloppe. L’important est que le premier matériau granulaire non-ferromagnétique 134 et le deuxième matériau granulaire ferromagnétique 116 ne se mélangent pas. De préférence, l’épaisseur entre le matériau ferromagnétique 116 et la surface extérieure de l’outil 110 est la plus fine possible et se limite à une seule membrane.
Comme illustré en figure 4, la tête 112 se présente sous la forme d’un cylindre montrant une extrémité libre hémisphérique. Le ou les compartiments secondaires montrent une forme tubulaire, ou hémisphérique ou de sphère tronquée qui est préférentiellement ouverte sur l’avant de la tête. De préférence, la forme hémisphérique ou de sphère tronquée est creuse.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, la tête 112 présentant une face avant 142 diamétralement opposée à la base 120, les compartiments secondaires 136 sont dimensionnés pour ne pas se rejoindre au niveau de la face avant 142 de manière à ce que la face avant 142 soit dépourvue de matériau granulaire ferromagnétique.
Le fonctionnement de l’outil 110 est le même que dans le premier mode de réalisation.
Claims (10)
- Outil (10,110) de préhension polyvalent comprenant une tête (12,112) présentant au moins une membrane (14,114) déformable formant une enveloppe contenant un matériau granulaire, ledit matériau granulaire (16, 116, 134) comprenant ou étant un matériau granulaire ferromagnétique (16, 116), l’outil (10, 110) de préhension comprenant en outre une base (20, 120) reliée à ladite tête (12, 112) par les bords de sa membrane (14, 114) ou d’au moins une de ses membranes (14, 114), la base comprenant un électroaimant (24, 124) apte à produire un champ magnétique lorsqu’il est alimenté en courant électrique; l’outil (10, 110) de préhension est caractérisé en ce que la base comprend en outre un aimant permanent (22, 122) et en ce que le champ magnétique produit par l’électroaimant (24, 124) est de sens opposé à celui de l’aimant permanent.
- Outil (10, 110) de préhension selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’aimant permanent (22, 122) et l’électroaimant (24, 124) se présentent sous la forme de deux cylindres coaxiaux, et l’aimant permanent (22, 122) est disposé à l’intérieur de l’électroaimant (24, 124); et/ou en ce que l’électroaimant (24, 124) est une bobine de cuivre cylindrique disposée autour de l’aimant permanent (22, 122).
- Outil (10, 110) de préhension selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’électroaimant comprend des moyens de connexion à un variateur de courant ou comprend un variateur de courant permettant de faire varier l’intensité du champ magnétique au moins jusqu’à une intensité apte à annuler le champ magnétique de l’aimant permanent.
- Outil (10, 110) de préhension selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les membranes (14, 114) sont réalisées en un matériau plastique souple dans lequel a été incorporé un matériau ferromagnétique ; et/ou en ce que le matériau granulaire ferromagnétique (16, 116) se présente au moins en partie sous une forme tubulaire et/ou sphérique creuse ; et/ou la tête (12, 112) présente une forme générale sphérique.
- Outil (10, 110) de préhension selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tête (12, 112) contient en outre un fluide d’amortissement ; de préférence la tête (12, 112) contient de 40 à 90 % en volume de matériau granulaire, le reste étant le fluide d’amortissement ; et/ou la base (20, 120) comprend des moyens de connexion à une pompe fluidique ou comprend une pompe fluidique configurée pour refouler ou aspirer ledit fluide d’amortissement.
- Outil (110) de préhension selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la membrane (116) forme une enveloppe comprenant un compartiment principal (132) contenant un matériau déformable non-ferromagnétique (134), et au moins un compartiment secondaire (136) contenant le matériau granulaire (116) ferromagnétique; et l’aimant permanent (122) est en contact direct ou indirect avec le matériau granulaire (116) ferromagnétique contenu dans l’au moins un compartiment secondaire (136) de ladite tête (112).
- Outil (110) de préhension selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les compartiments secondaires (136) montrent une forme tubulaire, ou hémisphérique ou de sphère tronquée ouverte sur l’avant de la tête(112) ; de préférence, la forme hémisphérique ou de sphère tronquée est creuse.
- Robot caractérisé en ce qu’il comprend au moins un outil (10, 110) de préhension selon l’une des revendications 1 à 7; de préférence, le robot est équipé d’une caméra ou d’un capteur de pression permettant de détecter la mise en contact de l’outil (10, 110) avec un objet à saisir, et de moyens de commande configurés pour désactiver l’électroaimant (24, 124) en réponse à la détection d’une telle mise en contact.
- Procédé de mise en œuvre d’un outil (10, 110) de préhension selon l’une des revendications 1 à 7, et/ou d’un robot selon la revendication 8, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : activation de l’électroaimant (24, 124) de manière à libérer le matériau granulaire ferromagnétique (16, 116) de la tête (12, 112) dudit outil (10, 110) de préhension et rendre cette dernière déformable ; mise en contact de la tête (12, 112) dudit outil (10, 110) de préhension avec la surface d’un objet (18) à saisir, de manière à ce que lors de la mise en contact ladite tête (12, 112) se déforme pour épouser la forme de l’objet (18) à saisir ; désactivation de l’électroaimant (24, 124) de manière à rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique (16, 116) et à saisir l’objet (18) par force magnétique ; déplacement de l’objet (18) jusqu’à l’emplacement souhaité ; et relâchement de l’objet (18) par activation de l’électroaimant (24, 124).
- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les étapes d’activation et/ou de désactivation de l’électroaimant (24, 124) de manière à libérer et/ou rigidifier le matériau granulaire ferromagnétique (16, 116) par force magnétique se font de manière progressive à l’aide d’un variateur de courant relié à l’électroaimant ou faisant partie de l’électroaimant.
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