FR3110475A1

FR3110475A1 - Suction gripper

Info

Publication number: FR3110475A1
Application number: FR2004782A
Authority: FR
Inventors: Jean Ferras
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2040-05-14
Also published as: FR3110475B1

Abstract

L’invention concerne un préhenseur par aspiration dans lequel une ventouse (1) de succion est portée par l’extrémité d’un bras de manipulateur de levage, caractérisé en ce que la ventouse (1) comporte un conduit (8) de mise à l’atmosphère pourvu d’un clapet (10) normalement fermé sous l’effet d’un effort de rappel ajustable produit par un organe (11) s’étendant entre la tige du clapet (10a) et son siège (9) et en ce que l’effort de levage (F) est transmis du bras à la ventouse (1) au moyen d’un mécanisme de liaison (10a, 11) géométriquement déformable dans lequel la tige de clapet (10a) et l’organe (11) constituent un moyen de blocage de la déformation du mécanisme tant que l’effort de levage ne parvient pas à vaincre l’effort de rappel susdit. Figure d’abrégé : Fig 1.The invention relates to a suction gripper in which a suction cup (1) is carried by the end of a lifting manipulator arm, characterized in that the suction cup (1) comprises a conduit (8) for setting. the atmosphere provided with a valve (10) normally closed under the effect of an adjustable return force produced by a member (11) extending between the valve stem (10a) and its seat (9) and in that the lifting force (F) is transmitted from the arm to the suction cup (1) by means of a geometrically deformable connecting mechanism (10a, 11) in which the valve rod (10a) and the member (11) ) constitute a means of blocking the deformation of the mechanism as long as the lifting force fails to overcome the aforementioned return force. Abstract figure: Fig 1.

Description

Suction gripper

La présente invention concerne un préhenseur par aspiration destiné au dépilage d’objets plats et relativement légers, (par exemple de l’ordre de 100 à 2000 g).The present invention relates to a suction gripper intended for unstacking flat and relatively light objects (for example of the order of 100 to 2000 g).

ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION

Dans un restaurant de collectivité ou en libre-service, chaque consommateur utilise un plateau pour supporter les différents plats choisis depuis le lieu de leur collecte jusqu’au lieu de leur consommation. Dans certains endroits, chaque plateau est mis à la disposition du consommateur après qu’il ait effectué une opération lui autorisant ce retrait (généralement un paiement ou un débit sur une carte d’accès). Le plateau est donc délivré individuellement. Le préhenseur de l’invention est utilisé pour extraire un plateau d’une pile afin de le mettre dans un mécanisme de mise à disposition du consommateur lorsque ce dernier a validé son droit à posséder ce plateau.In a community or self-service restaurant, each consumer uses a tray to support the different dishes chosen from the place of their collection to the place of their consumption. In some places, each tray is made available to the consumer after he has carried out an operation authorizing this withdrawal (generally a payment or a debit on an access card). The tray is therefore issued individually. The gripper of the invention is used to extract a tray from a stack in order to place it in a mechanism for making it available to the consumer when the latter has validated his right to possess this tray.

On connaît, bien entendu, les préhenseurs par aspiration de fort longue date. Ils comportent en général une cloche dont la jupe est pourvue à son bord inférieur d’un joint de sorte que, lorsqu’on pose la cloche sur la surface supérieure d’un plateau, cette face ferme la cloche et constitue avec elle une chambre, dite d’aspiration, fermée de manière étanche grâce au joint.We know, of course, the very long-standing suction grippers. They generally include a bell whose skirt is provided at its lower edge with a seal so that, when the bell is placed on the upper surface of a plate, this face closes the bell and forms with it a chamber, called suction, closed in a sealed manner thanks to the seal.

Le contact de la cloche avec le plateau s’accompagne du contact de l’extrémité libre d’une tige de clapet qui est ainsi décollée de son siège. Une communication est alors établie entre cette chambre et une source de vide de sorte qu’il s’établit alors une dépression suffisante sur la face supérieure du plateau circonscrite par le joint de la jupe pour que ce plateau adhère à la cloche et puisse être transporté par celle-ci. Pour ensuite désolidariser cloche et plateau, il suffit de mettre à l’atmosphère cette chambre d’aspiration.The contact of the bell with the plate is accompanied by the contact of the free end of a valve stem which is thus detached from its seat. A communication is then established between this chamber and a source of vacuum so that a sufficient depression is then established on the upper face of the plate circumscribed by the joint of the skirt so that this plate adheres to the bell and can be transported by it. To then separate the bell and the plate, simply vent this suction chamber to the atmosphere.

Dans le cas de l’application de ce préhenseur à la manipulation de plateaux, lesdits plateaux sont empilés sur un support. Le problème à résoudre est de détecter le moment où la pile est vide pour intervenir principalement à sa reconstitution.In the case of the application of this gripper to the handling of trays, said trays are stacked on a support. The problem to be solved is to detect the moment when the stack is empty to intervene mainly in its reconstitution.

Ce support, généralement un chariot, peut comporter une surface de base sur laquelle les plateaux sont empilés et à chaque extraction le préhenseur descend jusqu’à atteindre le plateau à prendre en charge. Dans ce cas il suffit de détecter la valeur de sa course verticale pour en déduire la fin de la pile par comparaison à une valeur de consigne.This support, generally a trolley, may comprise a base surface on which the trays are stacked and at each extraction the gripper descends until it reaches the tray to be picked up. In this case, it suffices to detect the value of its vertical travel to deduce therefrom the end of the stack by comparison with a setpoint value.

Ce support peut aussi être à niveau constant c’est-à-dire que le niveau supérieur de la pile de plateaux est invariable, quel que soit le nombre de plateaux sur le support. Dans ce cas, pour indiquer la fin de la pile au robot manipulateur, on met en œuvre des capteurs de proximité qui impliquent une câblerie électrique sujette à de nombreuses déformations dues aux mouvements de la ventouse dans l’espace donc à des contraintes de fatigue qui la fragilisent.This support can also be at constant level, i.e. the upper level of the stack of trays is invariable, regardless of the number of trays on the support. In this case, to indicate the end of the stack to the manipulator robot, proximity sensors are implemented which involve electrical wiring subject to numerous deformations due to the movements of the suction cup in space and therefore to fatigue stresses which weaken it.

C’est notamment dans ce cas que l’invention trouve une application avantageuse en supprimant, par exemple, l’usage de ce type de capteurs de proximité bien qu’elle puisse aussi être mise en œuvre dans un système à niveau supérieur variable.It is in particular in this case that the invention finds an advantageous application by eliminating, for example, the use of this type of proximity sensor although it can also be implemented in a system with a variable upper level.

OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION

A cet effet l’invention a pour objet un préhenseur à ventouse dans lequel une ventouse de succion est portée par l’extrémité d’un bras de manipulateur de levage, caractérisé en ce que la ventouse comporte un conduit de mise à l’atmosphère pourvu d’un clapet normalement fermé sous l’effet d’un effort de rappel ajustable produit par un organe s’étendant entre la tige du clapet et son siège et en ce que l’effort de levage est transmis du bras à la ventouse au moyen d’un mécanisme de liaison géométriquement déformable dans lequel le clapet et sa tige constituent un moyen de blocage de la déformation tant que l’effort de levage ne parvient pas à vaincre l’effort de rappel susdit.To this end, the subject of the invention is a gripper with a suction cup in which a suction cup is carried by the end of a lifting manipulator arm, characterized in that the suction cup comprises a conduit for venting to the atmosphere provided of a valve normally closed under the effect of an adjustable return force produced by a member extending between the stem of the valve and its seat and in that the lifting force is transmitted from the arm to the suction cup by means a geometrically deformable connecting mechanism in which the valve and its stem constitute a means of blocking the deformation as long as the lifting force fails to overcome the aforesaid return force.

Dans ces conditions, le clapet de mise à l’atmosphère reste fermé parce que l’objet pris en charge est d’un poids inférieur au seuil de charge qui a présidé à l’ajustement du tarage de l’organe de rappel de ce clapet. La manipulation de l’objet par le bras s’opère dans des conditions normales.Under these conditions, the vent valve remains closed because the object supported is of a weight lower than the load threshold which presided over the adjustment of the calibration of the return member of this valve. . The manipulation of the object by the arm takes place under normal conditions.

Dans le cas où l’effort de levage est suffisant pour surmonter cet effort de rappel, l’ensemble tige clapet ne constitue plus un moyen de blocage de la liaison qui alors se déforme et cette déformation entraîne l’éloignement du clapet de son siège. La ventouse est alors mise à l’atmosphère et se détache de l’objet pris en charge mais trop lourd, d’un poids supérieur à celui pris en compte dans le tarage de l’effort de rappel.In the event that the lifting force is sufficient to overcome this return force, the valve rod assembly no longer constitutes a means of blocking the connection which then deforms and this deformation causes the valve valve to move away from its seat. The suction cup is then vented and detaches from the supported but too heavy object, of a weight greater than that taken into account in the calibration of the recall effort.

Cette disposition principale de l’invention permet de délivrer une information simple sans nécessité de mettre en œuvre des capteurs supplémentaires et des électrovannes associés à une logique de commande pour acquérir cette information.This main arrangement of the invention makes it possible to deliver simple information without the need to implement additional sensors and solenoid valves associated with a control logic to acquire this information.

Dans un premier mode de réalisation, le mécanisme de liaison de la ventouse au bras est un simple levier attelé à la tige du clapet, lequel est forcé contre son siège ménagé sur la surface extérieure de la paroi de la ventouse par un ressort taré de manière réglable. Le mécanisme fonctionne alors à la manière d’un peson et une surcharge crée un allongement de la liaison en éloignant le clapet du siège.In a first embodiment, the mechanism for connecting the suction cup to the arm is a simple lever coupled to the stem of the valve, which is forced against its seat provided on the outer surface of the wall of the suction cup by a spring calibrated in such a way adjustable. The mechanism then works like a load cell and an overload creates an elongation of the connection by moving the valve away from the seat.

Dans un second mode de réalisation, le siège du clapet étant ménagé sur la surface intérieure de la paroi de la ventouse et sa tige traversant ce siège vers l’extérieur, le mécanisme de liaison est formé par un ou de préférence deux leviers pour des raisons de symétrie et d’application équilibrée sur la ventouse de l’effort de levage, articulés au-dessus de la paroi de la ventouse par leur partie médiane avec une de leurs extrémités en regard de l’autre et réunis par un poussoir en appui sur l’extrémité de la tige de clapet tandis que leur autre extrémité est solidaire d’une bride de levage portée par le bras.In a second embodiment, the seat of the valve being provided on the inner surface of the wall of the suction cup and its rod passing through this seat towards the outside, the link mechanism is formed by one or preferably two levers for reasons of symmetry and balanced application of the lifting force on the suction cup, hinged above the wall of the suction cup by their middle part with one of their ends facing the other and joined by a pusher resting on the end of the valve stem while their other end is secured to a lifting flange carried by the arm.

Dans ce cas, la tige de clapet retenue par le ressort de rappel, s’oppose à la poussée des leviers sur la tige de clapet lors du levage, sauf si cet effort engendre une poussée supérieure à la valeur du tarage du ressort.In this case, the valve stem retained by the return spring opposes the thrust of the levers on the valve stem during lifting, unless this force generates a thrust greater than the value of the spring setting.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description donnée ci-après d’un exemple de réalisation de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description given below of an embodiment of the invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels :Reference will be made to the attached drawings in which:

La figure 1 est un schéma fonctionnel de la première réalisation de l’invention. Figure 1 is a block diagram of the first embodiment of the invention.

La figure 2 est un schéma du même type d’un second mode de réalisation de l’invention. FIG. 2 is a diagram of the same type of a second embodiment of the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Le schéma fonctionnel de la figure 1 illustre une ventouse 1 à une seule chambre à vide. Elle comporte donc une cloche 1a dont le bord inférieur 2 est pourvu d’un joint 3 qui isole le volume interne (chambre 1b) de la cloche de l’atmosphère ambiante lorsque cette cloche repose par ce bord inférieur sur un objet plat, un plateau dans le cas d’espèce, non représenté.The functional diagram of FIG. 1 illustrates a suction cup 1 with a single vacuum chamber. It therefore comprises a bell 1a whose lower edge 2 is provided with a seal 3 which isolates the internal volume (chamber 1b) of the bell from the ambient atmosphere when this bell rests by this lower edge on a flat object, a plate in this case, not shown.

La paroi de la cloche 1a est pourvue d’un orifice 4 débouchant dans un embout 5 de connexion à une source de vide, au travers d’un siège 6 sur lequel repose un clapet 7 normalement fermé par un ressort de rappel (non représenté) et qui, dans cet exemple, est éloigné d’un siège 6 quand l’extrémité de la tige 7a du clapet vient au contact de l’objet à prendre en charge. Cette ouverture est concomitante avec le contact de la cloche sur l’objet à prendre en charge.The wall of the bell 1a is provided with an orifice 4 opening into an endpiece 5 for connection to a vacuum source, through a seat 6 on which rests a valve 7 normally closed by a return spring (not shown). and which, in this example, is moved away from a seat 6 when the end of the stem 7a of the valve comes into contact with the object to be picked up. This opening is concomitant with the contact of the bell on the object to be supported.

La paroi de la cloche comporte une autre ouverture 8 entourée d’un siège 9 de clapet sur lequel repose un clapet 10 sous l’effet d’un ressort de rappel 11, de sorte que ce clapet est normalement fermé.The wall of the bell has another opening 8 surrounded by a valve seat 9 on which a valve 10 rests under the effect of a return spring 11, so that this valve is normally closed.

La tige 10a du clapet 9 constitue l’organe d’attache de cette ventouse 1 au bras de préhension non représenté. On comprend que, lorsque le bras exerce une force F de soulèvement de la ventouse, cette force est celle de soulèvement de l’objet à prendre en charge. Elle sera d’autant plus grande que l’objet est lourd. Si la charge à soulever excède le tarage du ressort 11, l’effort de levage soulève le clapet 10 de son siège 9. La chambre d’aspiration est alors mise à l’atmosphère et la cloche se détache de l’objet. Cette « non-prise » est détectée par la logique de commande du robot et interprétée comme la fin de la pile de plateaux, indiquant ainsi qu’il convient de remplacer le chariot vide par un chariot plein. Dans les algorithmes de commande du robot, on peut prévoir par exemple qu’au bout de trois tentatives infructueuses de préhension le défaut constaté soit alors interprété comme une absence de plateaux sur le chariot.The rod 10a of the valve 9 constitutes the member for attaching this suction cup 1 to the gripping arm, not shown. It is understood that, when the arm exerts a force F to lift the suction cup, this force is that of lifting the object to be supported. It will be all the greater as the object is heavy. If the load to be lifted exceeds the setting of spring 11, the lifting force lifts valve 10 from its seat 9. The suction chamber is then vented and the bell detaches from the object. This “non-grip” is detected by the robot control logic and interpreted as the end of the stack of trays, thus indicating that the empty cart should be replaced by a full one. In the robot control algorithms, provision can be made, for example, that after three unsuccessful gripping attempts, the defect observed is then interpreted as an absence of trays on the trolley.

A la figure 2, le schéma représente une variante de réalisation de l’invention dans laquelle l’ouverture 8 est fermée par un clapet 12 qu’il convient de pousser vers l’intérieur de la cloche 1a pour l’éloigner de son siège 13, ménagé sur la surface intérieure de la paroi de la cloche. La tige 12a du clapet traverse ce siège vers l’extérieur et est soumise à l’effet d’un ressort de rappel 14 du clapet 12 sur son siège 13. L’attache de la ventouse 1 au bras de préhension est assurée par un système de leviers symétriques 15 et 16, articulés sur la cloche 1a par leur partie médiane avec une de leurs extrémités en regard de l’autre et attelée à un poussoir 17 en appui sur l’extrémité de la tige 12a du clapet 12 tandis que leur autre extrémité est solidaire d’une bride de levage portée par le bras (non représentée). Ce système forme un convertisseur des forces de levage Fa et Fb en une force de poussée Fc, contrariant la force de rappel du clapet sur son siège jusqu’à la vaincre, si la charge est supérieure au tarage du ressort et ainsi mettre la chambre 1b à l’atmosphère.In Figure 2, the diagram shows an alternative embodiment of the invention in which the opening 8 is closed by a valve 12 which should be pushed inwardly of the bell 1a to move it away from its seat 13 , formed on the inner surface of the bell wall. The stem 12a of the valve passes through this seat towards the outside and is subjected to the effect of a return spring 14 of the valve 12 on its seat 13. The attachment of the suction cup 1 to the gripping arm is ensured by a system symmetrical levers 15 and 16, articulated on the bell 1a by their middle part with one of their ends facing the other and coupled to a pusher 17 resting on the end of the rod 12a of the valve 12 while their other end is secured to a lifting flange carried by the arm (not shown). This system forms a converter of the lifting forces Fa and Fb into a thrust force Fc, opposing the return force of the valve on its seat until it is overcome, if the load is greater than the spring rate and thus putting the chamber 1b to the atmosphere.

On rappellera que la représentation de la ventouse est très schématique. Il s’agit d’une technologie connue qui connaît de multiples formes de réalisation, notamment une comportant deux chambres, l’une formant « réserve de vide » et l’autre ouverte sur l’objet à manipuler, en communication discontinue avec cette réserve selon qu’il y a ou non un objet à prendre en charge.It will be recalled that the representation of the suction cup is very schematic. This is a known technology which has multiple embodiments, in particular one comprising two chambers, one forming a "vacuum reserve" and the other open to the object to be handled, in discontinuous communication with this reserve. depending on whether or not there is an object to support.

Claims

Suction gripper in which a suction cup (1) is carried by the end of a lifting manipulator arm, characterized in that the suction cup (1) comprises a vent pipe (8) provided with a valve (10,12) normally closed under the effect of an adjustable return force produced by a member (11,14) extending between the valve stem (10a, 12a) and its seat (9, 13 ) and in that the lifting force (F, Fa, Fb) is transmitted from the arm to the suction cup (1) by means of a connection mechanism (10a, 11, 12a 14, 15, 16, 17) geometrically deformable in which the valve stem (10a, 12a) and the member (11,14) constitute a means of blocking the deformation of the mechanism as long as the lifting force fails to overcome the aforesaid return force.

Gripper according to Claim 1, characterized in that the mechanism for connecting the suction cup to the arm consists of the stem (10a) of the valve (10), cooperating with its seat (9) formed on the outer surface of the wall (1a ) of the suction cup (1) and by the calibrated spring (11) to return the valve to its seat.

Gripper according to Claim 1, characterized in that the seat (13) of the valve (12) being arranged on the inner surface of the wall (1a) of the suction cup (1) and its stem (12a) passing through this seat towards the outside, the connecting mechanism is formed by at least two levers (15, 16) hinged above the wall of the suction cup by their middle part with one of their ends hitched by a pusher (17) resting on the end of the valve stem and its other end coupled to the lifting arm.