FR3105336A1 - Non-circular pulley mechanical transmission, associated device and robotic system - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une transmission mécanique comprenant au moins une poulie circulaire (3), une poulie non circulaire (4) et un élément de liaison des poulies entre elles. L’invention concerne également un système robotique comprenant une telle transmission mécanique.The invention relates to a mechanical transmission comprising at least one circular pulley (3), a non-circular pulley (4) and a connecting element between the pulleys. The invention also relates to a robotic system comprising such a mechanical transmission.
Description
L’invention concerne une transmission mécanique à poulie non circulaire.The invention relates to a mechanical transmission with a non-circular pulley.
L’invention concerne également un dispositif comprenant au moins deux transmissions mécaniques telles que précitées.The invention also relates to a device comprising at least two mechanical transmissions as mentioned above.
L’invention concerne également un système robotique comprenant au moins une telle transmission mécanique.The invention also relates to a robotic system comprising at least one such mechanical transmission.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
Dans les systèmes robotiques, il est souvent nécessaire d’avoir une transmission mécanique capable d’adapter un besoin en vitesse et/ou en couple, sur un axe piloté, aux caractéristiques du moteur associé audit axe.In robotic systems, it is often necessary to have a mechanical transmission capable of adapting a need for speed and/or torque, on a controlled axis, to the characteristics of the motor associated with said axis.
Généralement ce besoin en vitesse et/ou en couple varie fortement dans des situations de démarrage, d’arrêt, d’accélération, de décélération, notamment pour des systèmes robotiques faisant intervenir des trajectoires complexes.Generally, this need for speed and/or torque varies greatly in situations of starting, stopping, acceleration, deceleration, in particular for robotic systems involving complex trajectories.
Or pour beaucoup de systèmes robotiques, les efforts extérieurs s’appliquant sur un système sont variables et dépendent de la position du système concerné.However, for many robotic systems, the external forces applied to a system are variable and depend on the position of the system concerned.
Par exemple, un axe piloté de segment de bras manipulateur est soumis à l’action verticale de la gravité. Quand le segment est vertical, le moment créé par le poids du segment est nul mais en position horizontale ce moment est maximal.For example, a driven axis of a manipulator arm segment is subject to the vertical action of gravity. When the segment is vertical, the moment created by the weight of the segment is zero but in a horizontal position this moment is maximum.
Dans ce cas où le besoin en vitesse et/ou en couple varie dans l’espace, c’est-à-dire avec la configuration spatiale du système robotique, l’apport d’un rapport variable spatialement dans la transmission mécanique permettra d’adapter au mieux les variations de couple et/ou vitesse pour réaliser les mouvements sur le point de fonctionnement nominal du moteur.In this case where the need for speed and/or torque varies in space, i.e. with the spatial configuration of the robotic system, the provision of a spatially variable ratio in the mechanical transmission will make it possible to best adapt the variations in torque and/or speed to carry out the movements at the nominal operating point of the motor.
On connait à cet effet des variateurs de vitesse qui transmettent la puissance mécanique par friction.Speed variators are known for this purpose which transmit the mechanical power by friction.
Ceci oblige toutefois à intégrer des éléments supplémentaires au système robotique. En outre, ceci peut modifier l’inertie ou le rendement de transmission du système robotique ce qui est là encore peu souhaitable.However, this makes it necessary to integrate additional elements into the robotic system. In addition, this can modify the inertia or the transmission efficiency of the robotic system, which is again undesirable.
OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une transmission mécanique offrant un rapport de transmission variable tout en étant d’un encombrement et d’une masse réduits.An object of the invention is to propose a mechanical transmission offering a variable transmission ratio while being of reduced bulk and mass.
Un but de l’invention est également de proposer un dispositif comprenant au moins deux telles transmissions mécaniques.An object of the invention is also to propose a device comprising at least two such mechanical transmissions.
Un but de l’invention est également de proposer un système robotique intégrant au moins une telle transmission mécanique.An object of the invention is also to provide a robotic system integrating at least one such mechanical transmission.
En vue de la réalisation de ce but, on propose, selon l’invention, une transmission mécanique comprenant au moins une poulie circulaire, une poulie non circulaire et un élément de liaison des poulies entre elles, la poulie non circulaire étant conformée pour présenter une section dont un contour externe a pour équation au moins sur une partie de son périmètre:With a view to achieving this object, there is proposed, according to the invention, a mechanical transmission comprising at least one circular pulley, one non-circular pulley and an element connecting the pulleys to each other, the non-circular pulley being shaped to present a section of which an external contour has the equation at least on part of its perimeter:
d étant la distance séparant les centres de rotation des deux poulies,d being the distance separating the centers of rotation of the two pulleys,
r étant le rayon de la poulie circulaire,r being the radius of the circular pulley,
δ étant la distance d’un segment s’étendant entre le centre de la poulie non circulaire et un point appartenant à l’élément de liaison tel que le segment soit perpendiculaire à l’élément de liaison en ce point,δ being the distance of a segment extending between the center of the non-circular pulley and a point belonging to the connecting element such that the segment is perpendicular to the connecting element at this point,
q étant l’angle entre un repère fixe et un repère lié à la poulie non circulaire.q being the angle between a fixed frame and a frame linked to the non-circular pulley.
De la sorte, l’invention permet d’avoir un rapport de transmission continument variable grâce à la conformation particulière de la poulie non circulaire au niveau de son contour externe définie par l’équation précitée.In this way, the invention makes it possible to have a continuously variable transmission ratio thanks to the particular conformation of the non-circular pulley at the level of its external contour defined by the aforementioned equation.
L’invention peut en outre être très facilement implantée dans des systèmes mécaniques existants, comme des systèmes robotiques, utilisant des ensembles de deux poulies circulaires et un élément de liaison en remplaçant l’une des poulies circulaires par la poulie de l’invention.The invention can also be very easily implemented in existing mechanical systems, such as robotic systems, using sets of two circular pulleys and a connecting element by replacing one of the circular pulleys with the pulley of the invention.
L’invention n’alourdit ainsi pas ou peu le système en place et n’en modifie pas ou peu l’encombrement. L’invention limite également un risque de modification de l’inertie dudit système.The invention thus adds little or no additional weight to the system in place and does not modify its size or little. The invention also limits a risk of modifying the inertia of said system.
Optionnellement la transmission mécanique comporte une deuxième poulie non circulaire à laquelle est relié l’élément de liaison.Optionally, the mechanical transmission comprises a second non-circular pulley to which the connecting element is connected.
Optionnellement les deux poulies non circulaires sont portées par le même axe.Optionally the two non-circular pulleys are carried by the same axis.
Optionnellement la transmission mécanique comporte une deuxième poulie circulaire.Optionally the mechanical transmission comprises a second circular pulley.
Optionnellement δ est de la forme δ = a + b.cos(q).Optionally δ is of the form δ = a + b.cos(q).
Optionnellement la poulie non circulaire a une section de forme ovoïdale.Optionally the non-circular pulley has an ovoid section.
Optionnellement la partie de périmètre du contour externe s’étend sur un secteur angulaire qui correspond à un débattement angulaire souhaité pour la transmission mécanique.Optionally, the perimeter part of the external contour extends over an angular sector which corresponds to a desired angular displacement for the mechanical transmission.
Optionnellement la partie de périmètre du contour externe s’étend sur un secteur angulaire compris entre 100 et 200 degrés.Optionally the perimeter part of the external contour extends over an angular sector between 100 and 200 degrees.
L’invention concerne également un dispositif comprenant au moins deux transmissions mécaniques telles que précitées.The invention also relates to a device comprising at least two mechanical transmissions as mentioned above.
Optionnellement, les deux transmissions mécaniques sont agencées en série.Optionally, the two mechanical transmissions are arranged in series.
De la sorte, l’invention permet d’obtenir un effet multiplicateur des rapports de transmission variables de chaque transmission mécanique et donc une plus grande amplitude de variation du rapport de transmission total du dispositif, sur le même principe que celui des trains d’engrenage.In this way, the invention makes it possible to obtain a multiplier effect of the variable transmission ratios of each mechanical transmission and therefore a greater amplitude of variation of the total transmission ratio of the device, on the same principle as that of the gear trains. .
L’invention concerne également un système robotique comprenant au moins une telle transmission mécanique.The invention also relates to a robotic system comprising at least one such mechanical transmission.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of particular non-limiting embodiments of the invention.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles:The invention will be better understood in the light of the following description with reference to the appended figures, including:
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la figure 1 et selon un premier mode de réalisation de l’invention, le système robotique 1 comporte une transmission mécanique 2 comprenant au moins une poulie circulaire 3, une poulie non circulaire 4 et un élément de liaison des poulies entre elles.Referring to Figure 1 and according to a first embodiment of the invention, the robotic system 1 comprises a mechanical transmission 2 comprising at least one circular pulley 3, a non-circular pulley 4 and a connecting element of the pulleys between them.
La transmission mécanique 2 est agencée dans le système robotique 1 au niveau d’une zone articulée dudit système. Typiquement la poulie circulaire 3 est portée par un arbre d’entrée de ladite zone et la poulie non circulaire 4 est portée par un arbre de sortie de la même zone.The mechanical transmission 2 is arranged in the robotic system 1 at an articulated zone of said system. Typically the circular pulley 3 is carried by an input shaft of said zone and the non-circular pulley 4 is carried by an output shaft of the same zone.
La transmission mécanique 2 peut être actionnée de différente manière: par rotation de l’arbre d’entrée, par traction de l’élément de liaison (par exemple par l’intermédiaire d’un vérin à câbles) …The mechanical transmission 2 can be actuated in different ways: by rotation of the input shaft, by traction of the connecting element (for example via a cable jack) …
La poulie circulaire 3 tourne autour d’un premier axe A1 et la poulie non circulaire 4 autour d’un deuxième axe A2 parallèle au premier axe A1.The circular pulley 3 rotates around a first axis A1 and the non-circular pulley 4 around a second axis A2 parallel to the first axis A1.
L’élément de liaison peut être un câble ou tout autre élément tel qu’une courroie ou un ruban ou encore une courroie crantée.The connecting element can be a cable or any other element such as a belt or a ribbon or even a toothed belt.
L’élément de liaison comporte un brin 5 attaché à une première extrémité à la poulie circulaire 3 et à une deuxième extrémité à la poulie non circulaire 4. Le brin 5 est donc tangent à la fois à la poulie non circulaire 4 et à la poulie circulaire 3. La poulie circulaire 3 permet de maintenir l’élément de transmission en tension malgré la présence de la poulie non circulaire 4 et d’assurer la tangence de l’élément de transmission sur les deux poulies 3, 4.The connecting element comprises a strand 5 attached at a first end to the circular pulley 3 and at a second end to the non-circular pulley 4. The strand 5 is therefore tangent both to the non-circular pulley 4 and to the pulley circular 3. The circular pulley 3 makes it possible to maintain the transmission element in tension despite the presence of the non-circular pulley 4 and to ensure the tangency of the transmission element on the two pulleys 3, 4.
Optionnellement, la transmission mécanique 2 est conformée de manière que l’élément de liaison puisse tourner dans les deux sens de rotation. En conséquence, l’élément de liaison comporte un deuxième brin 6, indépendant du premier brin 5, attaché à une première extrémité à la poulie circulaire 3 et à une deuxième extrémité à une deuxième poulie non circulaire 7.Optionally, the mechanical transmission 2 is shaped so that the connecting element can rotate in both directions of rotation. Consequently, the connecting element comprises a second strand 6, independent of the first strand 5, attached at a first end to the circular pulley 3 and at a second end to a second non-circular pulley 7.
La poulie circulaire 3 comporte par exemple deux éléments montés mobiles entre eux et autour du premier axe A1 pour assurer une mise en tension des deux brins 5, 6 sur les poulies auxquelles ils sont chacun attachés.The circular pulley 3 comprises for example two elements mounted to move between them and around the first axis A1 to ensure tensioning of the two strands 5, 6 on the pulleys to which they are each attached.
Les deux poulies non circulaires 4, 7 sont montées pivotantes dans la transmission mécanique 2 selon le même axe de rotation A2. Les deux poulies non circulaires 4, 7 ne présentent pas de mobilités relatives entre elles. Les deux poulies non circulaires 4, 7 sont ainsi par exemple d’une seule pièce ou bien sont rigidement fixées entre elles par tout moyen connu comme par vissage par exemple.The two non-circular pulleys 4, 7 are pivotally mounted in the mechanical transmission 2 along the same axis of rotation A2. The two non-circular pulleys 4, 7 have no relative mobility between them. The two non-circular pulleys 4, 7 are thus for example in one piece or are rigidly fixed together by any known means such as by screwing for example.
Par ailleurs, les deux poulies 4, 7 présentent des profils différents.Furthermore, the two pulleys 4, 7 have different profiles.
De préférence, la transmission mécanique 2 comporte une deuxième poulie circulaire 8 agencée sur le trajet du deuxième brin 6 de l’élément de liaison, entre la première poulie circulaire 3 et la deuxième poulie non circulaire 7.Preferably, the mechanical transmission 2 comprises a second circular pulley 8 arranged on the path of the second strand 6 of the connecting element, between the first circular pulley 3 and the second non-circular pulley 7.
Le deuxième brin 6 s’appuie ainsi sur la deuxième poulie circulaire 8. Le deuxième brin 6 est donc tangent à la fois à la deuxième poulie non circulaire 7, à la deuxième poulie circulaire 8 et à la première poulie circulaire 3.The second strand 6 thus rests on the second circular pulley 8. The second strand 6 is therefore tangent both to the second non-circular pulley 7, to the second circular pulley 8 and to the first circular pulley 3.
Cette deuxième poulie circulaire 8 permet de positionner le deuxième brin 6 afin qu’il s’étende de manière rectiligne sur une partie de sa longueur. Ceci facilite l’implantation, dans le système robotique 1, d’un actionneur permettant d’exercer une force de traction sur le deuxième brin 6 comme par exemple un vérin à câble. La deuxième poulie circulaire 8 est ainsi appelée poulie de déviation.This second circular pulley 8 makes it possible to position the second strand 6 so that it extends straight over part of its length. This facilitates the installation, in the robotic system 1, of an actuator making it possible to exert a traction force on the second strand 6, such as for example a cable jack. The second circular pulley 8 is thus called a deflection pulley.
On va à présent décrire la poulie non circulaire 4.We will now describe the non-circular pulley 4.
Pour la suite de la description on se place dans un plan de coupe de normale selon le deuxième axe A2.For the rest of the description, we place ourselves in a normal section plane along the second axis A2.
Dans ce plan de coupe, la poulie non circulaire 4 a une section définie par un contour externe fermé.In this section plane, the non-circular pulley 4 has a section defined by a closed outer contour.
Sur une partie seulement de son périmètre, le contour externe fermé a pour équation:On only part of its perimeter, the closed external contour has the equation:
Avec:With:
- d la distance séparant les centres de rotation de la poulie circulaire 3 et de la poulie non circulaire 4,d the distance separating the centers of rotation of the circular pulley 3 and of the non-circular pulley 4,
- r le rayon de la poulie circulaire 3,r the radius of the circular pulley 3,
- δ étant la distance d’un segment s’étendant entre le centre de la poulie non circulaire 4 et un point appartenant à l’élément de liaison tel que le segment soit perpendiculaire à l’élément de liaison en ce point,δ being the distance of a segment extending between the center of the non-circular pulley 4 and a point belonging to the connecting element such that the segment is perpendicular to the connecting element at this point,
- q étant l’angle entre un repère fixe, lié par exemple à un bâti du système robotique 1, et un repère lié à la poulie non circulaire 4.- q being the angle between a fixed reference, linked for example to a frame of the robotic system 1, and a reference linked to the non-circular pulley 4.
Par la suite on appelle «partie de travail» la partie du périmètre du contour externe fermé définie par l’équation précitée.Subsequently, the part of the perimeter of the closed external contour defined by the aforementioned equation is called “working part”.
On rappelle que ρ et θ correspondent aux coordonnées polaires d’un point M de ladite partie de travail dans le repère mobile lié à la poulie non circulaire 4.It is recalled that ρ and θ correspond to the polar coordinates of a point M of said working part in the mobile reference linked to the non-circular pulley 4.
En réalité, comme détaillé ci-dessous, δ est le rayon polaire d’une podaire dont l’antipodaire définit ladite partie de travail.In reality, as detailed below, δ is the polar radius of a pedal whose antipodal defines said working part.
Par ailleurs δ correspond à un bras de levier qui est fonction de l’angle de rotation q et qui est fixé par les contraintes liées au système robotique 1: en fonction des besoins de transmission du système robotique 1 (en vitesse, en couple …) il convient de faire varier δ pour obtenir un rapport variable avec la transmission mécanique 2.Moreover δ corresponds to a lever arm which is a function of the angle of rotation q and which is fixed by the constraints linked to the robotic system 1: according to the transmission needs of the robotic system 1 (in speed, in torque, etc.) δ should be varied to obtain a variable ratio with the mechanical transmission 2.
On s’appuie donc sur δ pour définir la partie de travail afin que ladite partie de travail permette de réaliser le bras de levier visé pendant que la poulie non circulaire 4 tourne autour de son axe de rotation A2 qui est fixe par rapport au repère lié au bâti du système robotique 1.We therefore rely on δ to define the working part so that said working part makes it possible to achieve the intended lever arm while the non-circular pulley 4 rotates around its axis of rotation A2 which is fixed with respect to the reference mark linked to the frame of the robotic system 1.
On définit par exemple le bras de levier par:We define for example the lever arm by:
avec a et b des paramètres prédéterminés en fonction du rapport variable que l’on souhaite obtenir. Les valeurs a et b sont ici fixées et en particulier indépendantes de la valeur de q.with a and b predetermined parameters according to the variable ratio that one wishes to obtain. The values a and b are here fixed and in particular independent of the value of q.
Le reste de la courbe externe permet de refermer ladite courbe externe de sorte que la section de la poulie non circulaire 4 présente une forme ovoïdale.The rest of the external curve makes it possible to close said external curve so that the section of the non-circular pulley 4 has an ovoid shape.
Optionnellement, la partie de travail formant globalement la base de ladite forme ovoïdale est la portion élargie de ladite forme.Optionally, the working part globally forming the base of said ovoid shape is the widened portion of said shape.
En référence aux figures 2 et 3, un deuxième mode de réalisation va être à présent décrit permettant de mieux comprendre le principe de fonctionnement du premier mode de réalisation. On retient donc que les figures 2 et 3 ainsi que les équations qui suivent aident à la compréhension générale de l’invention et notamment du principe podaire/antipodaire et non pas seulement du deuxième mode de réalisation.With reference to FIGS. 2 and 3, a second embodiment will now be described allowing a better understanding of the principle of operation of the first embodiment. It is therefore retained that Figures 2 and 3 as well as the equations which follow help in the general understanding of the invention and in particular of the pedal/antipodal principle and not only of the second embodiment.
En réalité le deuxième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation à la différence que la podaire est une droite (de sorte que l’on n’a pas δ = a + b.cos(q)) et l’antipodaire est par conséquence une parabole).In reality the second embodiment is identical to that of the first embodiment except that the pedal is a straight line (so that we do not have δ = a + b.cos(q)) and the antipodal is therefore a parabola).
Pour le reste et comme déjà indiqué la partie de travail est définie par l’antipodaire Γ de la podaire Γ0au centre de rotation O de la poulie non circulaire 4, le rayon polaire ρ0de la podaire Γ0étant le bras de levier δ.For the rest and as already indicated, the working part is defined by the antipodal Γ of the pedal Γ 0 at the center of rotation O of the non-circular pulley 4, the polar radius ρ 0 of the pedal Γ 0 being the lever arm δ.
Ainsi, siM0est le point courant deΓ0, le point courantMde l'antipodaire Γ par rapport au centre de rotationOest défini par:Thus, if M0 is the current point of Γ0, the current point M of antipodal Γ with respect to the center of rotation O is defined by:
Dès lors, l’affixe du point courant de l’antipodaire M s’exprime dans le plan complexe:Therefore, the affix of the current point of the antipedal M is expressed in the complex plane:
ce qui donne en coordonnées polaires dans le repère lié à la poulie non circulaire 4 (0,
avec:with:
(ρ, θ) les coordonnées polaires du point M(ρ, θ) the polar coordinates of the point M
ψ l’angle tangentiel polaire lié à l’antipodaire défini par les vecteursetle vecteur tangent à l’antipodaire au point Mψ the polar tangential angle related to the antipodal defined by the vectors And the tangent vector to the antipodal at point M
(ρ0, θ0) les coordonnées polaires du point M0(ρ 0 , θ 0 ) the polar coordinates of the point M0
ψ0l’angle tangentiel polaire lié à la podaire défini par les vecteursetle vecteur tangent à la podaire au point M0ψ 0 the polar tangential angle related to the pedal defined by the vectors And the tangent vector to the pedal at point M0
Par ailleurs, la poulie non circulaire 4 tourne autour de son centre O.Furthermore, the non-circular pulley 4 rotates around its center O.
A la figure 2 la poulie non circulaire 4 est ainsi représentée dans deux positionsdistinctes : on y voit bien que le bras de levier prend une valeur différente pour chaque position de la poulie non circulaire 4 ce qui permet de manière continue de faire varier le rapport de la transmission mécanique et de s’adapter aux besoins du système robotique 1 (en couple, en vitesse …).In Figure 2 the non-circular pulley 4 is thus shown in two distinct positions: it is clearly seen there that the lever arm takes on a different value for each position of the non-circular pulley 4 which makes it possible to continuously vary the ratio of the mechanical transmission and to adapt to the needs of the robotic system 1 (in torque, in speed, etc.).
En conséquence, la podaire Γ0et l’antipodaire Γ sont, tout comme le bras de levier δ, dépendants de l’angle q:Consequently, the pedal Γ 0 and the antipedal Γ are, just like the lever arm δ, dependent on the angle q:
On a ainsi:We thus have:
On sait en outre que:We also know that:
- l’angle tangentiel polaire ψ0 est défini par la relation: the polar tangential angle ψ0 is defined by the relation:
- on a égalité des angles tangentiels polaires de l’antipodaire et de la podaire: we have equality of the polar tangential angles of the antipodary and the pedal:
Exprimée en polaire, l’antipodaire Γ est donc définie dans le repère fixelié au bâti du système robotique 1 par:Expressed in polar terms, the antipodal Γ is therefore defined in the fixed frame linked to the frame of the robotic system 1 by:
OrGold
Et doncAnd so
AinsiSo
Finalement, on obtient l’équation précitée:Finally, we get the above equation:
Pour les deux modes de réalisation, une longueur de l’élément de liaison entre le point d’ancrage sur la poulie circulaire et le point de d’ancrage sur la poulie non circulaire associée doit rester identique pour toute la rotation utile de la partie de travail de la poulie non circulaire.For both embodiments, a length of the connecting element between the anchor point on the circular pulley and the anchor point on the associated non-circular pulley must remain identical for all the useful rotation of the part of work of the non-circular pulley.
Ainsi, sur une partie seulement de son périmètre, le contour externe fermé de la partie de travail d’une poulie non circulaire est défini par la poulie circulaire associée à ladite poulie non circulaire. La poulie circulaire et la poulie non circulaire forment ainsi un couple rappelant l’association podaire-antipodaire.Thus, on only part of its perimeter, the closed external contour of the working part of a non-circular pulley is defined by the circular pulley associated with said non-circular pulley. The circular pulley and the non-circular pulley thus form a pair reminiscent of the pedal-antipodary association.
Ainsi, si l’on revient au premier mode de réalisation, en ce qui concerne la poulie non circulaire 7, le même principe s’applique à la différence que l’on va s’appuyer sur la poulie circulaire 8 et non plus sur la poulie circulaire 3 pour définir la poulie non circulaire 7. Il n’est en effet pas possible d’associer la poulie non circulaire 7 à la poulie circulaire 3 pour des questions de tangence de l’élément de liaison vis-à-vis de ces différents éléments. De la même manière, on ne peut associer la poulie circulaire 8 à la poulie non circulaire 4.Thus, if we return to the first embodiment, with regard to the non-circular pulley 7, the same principle applies with the difference that we will rely on the circular pulley 8 and no longer on the circular pulley 3 to define the non-circular pulley 7. It is in fact not possible to associate the non-circular pulley 7 with the circular pulley 3 for questions of tangency of the connecting element with respect to these different elements. In the same way, the circular pulley 8 cannot be associated with the non-circular pulley 4.
Pour la suite de la description on se place dans un plan de coupe de normale selon le deuxième axe A2.For the rest of the description, we place ourselves in a normal section plane along the second axis A2.
Dans ce plan de coupe, la poulie non circulaire 7 a une section définie par un contour externe fermé.In this section plane, the non-circular pulley 7 has a section defined by a closed outer contour.
Sur une partie seulement de son périmètre, le contour externe fermé a pour équation:On only part of its perimeter, the closed external contour has the equation:
Avec:With:
- d7la distance séparant les centres de rotation de la poulie circulaire 8 et de la poulie non circulaire 7,d 7 the distance between the centers of rotation of the circular pulley 8 and the non-circular pulley 7,
- r7le rayon de la poulie circulaire 8,r 7 the radius of the circular pulley 8,
- δ7étant la distance d’un segment s’étendant entre le centre de la poulie non circulaire 7 et un point appartenant à l’élément de liaison tel que le segment soit perpendiculaire à l’élément de liaison en ce point,δ 7 being the distance of a segment extending between the center of the non-circular pulley 7 and a point belonging to the connecting element such that the segment is perpendicular to the connecting element at this point,
- q7étant l’angle entre le repère fixe, lié par exemple à un bâti du système robotique 1, et un repère lié à la poulie non circulaire 7.- q 7 being the angle between the fixed reference, linked for example to a frame of the robotic system 1, and a reference linked to the non-circular pulley 7.
Par la suite on appelle «partie de travail» la partie du périmètre du contour externe fermé définie par l’équation précitée.Subsequently, the part of the perimeter of the closed external contour defined by the aforementioned equation is called “working part”.
On rappelle que ρ7et θ7correspondent aux coordonnées polaires d’un point M7de ladite partie de travail dans le repère mobile lié à la poulie non circulaire 7.It is recalled that ρ 7 and θ 7 correspond to the polar coordinates of a point M 7 of said working part in the mobile reference linked to the non-circular pulley 7.
Dans le cas présent q7et q sont identiques, les deux poulies non circulaires 4 et 7 n’ayant pas de mouvement relatif entre elles.In the present case q 7 and q are identical, the two non-circular pulleys 4 and 7 having no relative movement between them.
De même, on choisit δ7afin qu’il soit identique à δ.Similarly, we choose δ 7 so that it is identical to δ.
Ceci permet de pouvoir inverser le sens de rotation du système robotique plus facilement puisque l’on s’affranchit alors de problème de discontinuité de vitesse et de couple entre les deux couples de poulies 3 et 4 d’une part et 7 et 8 d’autre part.This makes it possible to be able to reverse the direction of rotation of the robotic system more easily since the problem of speed and torque discontinuity between the two pairs of pulleys 3 and 4 on the one hand and 7 and 8 on the other hand is then overcome. somewhere else.
En revanche ici d7est différent de d et r7est différent de r de sorte que les poulies non circulaires 4 et 7 n’ont pas le même contour externe.On the other hand here d 7 is different from d and r 7 is different from r so that the non-circular pulleys 4 and 7 do not have the same external contour.
Le reste de la courbe externe permet de refermer ladite courbe externe de sorte que la section de la poulie non circulaire 7 présente une forme ovoïdale.The rest of the external curve makes it possible to close said external curve so that the section of the non-circular pulley 7 has an ovoid shape.
Optionnellement, la partie de travail formant globalement la base de ladite forme ovoïdale est la portion élargie de ladite forme.Optionally, the working part globally forming the base of said ovoid shape is the widened portion of said shape.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.Of course, the invention is not limited to the embodiments described and variations can be made thereto without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
En particulier, la transmission mécanique de l’invention pourra être mise en œuvre dans tout type de système robotique comme dans un autre dispositif qu’un système robotique. A titres d’exemples non limitatifs on pourra mettre l’invention en œuvre dans un bras robotique comme un bras robotique de manipulation…; dans un système de locomotion comme dans un robot bipède, un exosquelette, un hexapode …; dans un véhicule terrestre, aérien ou nautique; dans une presse; dans une pince de serrage …In particular, the mechanical transmission of the invention may be implemented in any type of robotic system as in a device other than a robotic system. By way of non-limiting examples, the invention can be implemented in a robotic arm such as a robotic arm for manipulation…; in a locomotion system like in a bipedal robot, an exoskeleton, a hexapod…; in a land, air or water vehicle; in a press; in a clamp...
Bien que le dispositif décrit ne comporte qu’une seule transmission mécanique, le dispositif pourra comporter un plus grand nombre de transmission mécanique et par exemple deux transmission mécaniques ou plus.Although the device described comprises only one mechanical transmission, the device may comprise a greater number of mechanical transmissions and for example two or more mechanical transmissions.
Les transmissions mécaniques seront potentiellement agencées en série afin de pouvoir bénéficier d’une multiplication des rapports de transmission des différentes transmissions mécaniques.The mechanical transmissions will potentially be arranged in series in order to be able to benefit from a multiplication of the transmission ratios of the different mechanical transmissions.
La transmission mécanique pourra être différente de ce qui a été indiqué. Par exemple la transmission mécanique pourra ne fonctionner que dans un seul sens de rotation et/ou pourra ne pas comporter de deuxième poulie non circulaire et/ou pourra ne pas comporter de deuxième poulie circulaire. Si la transmission mécanique comporte deux poulies non circulaires celles-ci pourront avoir des profils identiques. De la même manière, l’élément de liaison pourra ne comporter qu’un seul brin. Par ailleurs la transmission mécanique pourra comporter un nombre différent de poulie circulaire, de poulie non circulaire, de brins d’élément de liaison, d’élément de liaison que ce qui a été indiqué.The mechanical transmission may be different from what has been indicated. For example, the mechanical transmission may only operate in one direction of rotation and/or may not include a second non-circular pulley and/or may not include a second circular pulley. If the mechanical transmission comprises two non-circular pulleys, these may have identical profiles. In the same way, the connecting element may comprise only one strand. Furthermore, the mechanical transmission may include a different number of circular pulley, non-circular pulley, connecting element strands, connecting element than what has been indicated.
La deuxième poulie non circulaire pourra ne pas être monté pivotante sur le même axe que la première poulie non circulaire.The second non-circular pulley may not be pivotally mounted on the same axis as the first non-circular pulley.
On pourra aussi avoir une poulie non circulaire de forme différente de ce qui a été décrit. En particulier, en place d’avoir une poulie non circulaire de section ovoïde ou en secteur angulaire, on pourra avoir une poulie non circulaire d’une autre section comme de forme globalement elliptique, de forme globalement circulaire… Le contour externe pourra ainsi comporter une partie reliant les deux extrémités de la partie de travail qui soit de forme circulaire, elliptique, arrondie, définie par une ou des courbes et/ou une ou des droites …It is also possible to have a non-circular pulley of a shape different from what has been described. In particular, instead of having a non-circular pulley with an ovoid cross-section or an angular sector, we can have a non-circular pulley with another cross-section such as a globally elliptical shape, a globally circular shape, etc. The external contour could thus include a part connecting the two ends of the working part which is circular, elliptical, rounded, defined by one or more curves and/or one or more straight lines...
Le bras de levier δ ou δ7pourra être défini par une autre équation que celle évoquée. En réalité le bras de levier sera fonction de l’angle de rotation q (ou q7) et sera fixé par les contraintes liées au dispositif concerné: en fonction des besoins du dispositif (en vitesse, en couple …) il conviendra de faire varier le bras de levier pour obtenir un rapport variable avec la transmission mécanique. Afin de répondre à ce besoin, le bras de levier pourra donc présenter n’importe quelle autre forme d’équation à condition que celle-ci conduise à une antipodaire industrialisable.The lever arm δ or δ 7 may be defined by another equation than that mentioned. In reality, the lever arm will depend on the angle of rotation q (or q 7 ) and will be fixed by the constraints linked to the device concerned: depending on the needs of the device (in speed, in torque, etc.) it will be necessary to vary the lever arm to obtain a variable ratio with the mechanical transmission. In order to meet this need, the lever arm may therefore have any other form of equation provided that it leads to an antipodal that can be industrialized.
Claims (9)
d étant la distance séparant les centres de rotation des deux poulies,
r étant le rayon de la poulie circulaire,
δ étant la distance d’un segment s’étendant entre le centre de la poulie non circulaire et un point appartenant à l’élément de liaison tel que le segment soit perpendiculaire à l’élément de liaison en ce point,
q étant l’angle entre un repère fixe et un repère lié à la poulie non circulaire.Mechanical transmission comprising at least one circular pulley (3), one non-circular pulley (4) and an element for connecting the pulleys to one another, the non-circular pulley being shaped to have a section whose outer contour has the equation at least over one part of its perimeter:
d being the distance separating the centers of rotation of the two pulleys,
r being the radius of the circular pulley,
δ being the distance of a segment extending between the center of the non-circular pulley and a point belonging to the connecting element such that the segment is perpendicular to the connecting element at this point,
q being the angle between a fixed frame and a frame linked to the non-circular pulley.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1915478A FR3105336B1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Non-circular pulley mechanical transmission, associated device and robotic system |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1915478A FR3105336B1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Non-circular pulley mechanical transmission, associated device and robotic system |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3105336A1 true FR3105336A1 (en) | 2021-06-25 |
| FR3105336B1 FR3105336B1 (en) | 2022-11-25 |
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ID=69811352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1915478A Active FR3105336B1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Non-circular pulley mechanical transmission, associated device and robotic system |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2019
- 2019-12-23 FR FR1915478A patent/FR3105336B1/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3105336B1 (en) | 2022-11-25 |
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