FR3112095A1 - Robot présentant une structure intra modulaire - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un robot (1000) modulaire à un degré de liberté comprenant une enveloppe externe (1100) longitudinale, ladite enveloppe externe (1100) comprenant une pluralité de tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d), ledit robot comprenant une pluralité de modules (1200) dont un module de motorisation (1210) entraînant un arbre de transmission (1211), lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) étant aptes à contenir lesdits modules (1200) et ledit robot comprenant au moins un connecteur (1300) comportant des premiers et deuxièmes moyens de fixation temporaire configurés pour assembler lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) et lesdits modules (1200) audit au moins un connecteur (1300) de manière modulaire.

Description

Robot présentant une structure intra modulaire

La présente invention concerne le domaine des robots à éléments de construction modulaires.

La présente invention concerne plus particulièrement un robot présentant une structure modulable à l’intérieur d’un même degré de liberté, aussi appelée intra modulaire.

Par modulaire au sens de la présente, on entend dans toute la description qui suit la possibilité de déplacer, d’ajouter et/ou de retirer librement un ou plusieurs éléments dans le but de modifier la géométrie et/ou les fonctionnalités associées au robot.

Le robot peut notamment être un robot manipulateur configuré pour la réalisation d’une ou plusieurs tâches spécifiques à l’aide d’un outil, un robot configuré pour effectuer un ou plusieurs mouvements dédiés à l’accomplissement d’une fonction comme un poussoir ou un mélangeur, ou encore toute autre forme et fonction de robot.

La présente invention trouvera ainsi de nombreuses applications avantageuses dans le domaine des chaînes de production automatisées.

Etat de la technique

Le Demandeur observe que l’emploi de robots à éléments de construction modulaires permet d’augmenter fortement le nombre de configurations possibles dans la conception d’un robot, à partir d’éléments facilement interchangeables, et de simplifier le passage d’une configuration donnée à une autre.

Cette facilité d’adaptation augmente grandement la flexibilité des chaînes de production en permettant de concevoir un robot spécialisé pour l’accomplissement d’une tâche donnée et de l’adapter, le reconfigurer ou encore le décomposer pour répondre à toute évolution des besoins ou d’une chaîne de production donnée, ainsi que pour corriger d’éventuelles fautes associées à la conception initiale.

La possibilité de réutilisation de mêmes éléments dans une nouvelle conception confère additionnellement des atouts économiques et environnementaux en augmentant la durée de vie d’une pièce au-delà de celle du robot dont elle fait partie.

Le Demandeur observe en outre que les modules employés dans la conception de tels robots se décomposent principalement selon les deux catégories de modules actifs et passifs.

Les modules actifs permettent d’effectuer un mouvement élémentaire de translation ou de rotation, et comprennent usuellement un dispositif de motorisation alimenté et commandé par le robot et/ou au sein du module. Chaque module actif représente ainsi un degré de liberté du robot qu’il compose.

Les modules passifs permettent uniquement de définir la géométrie du robot et de participer au transfert de forces mécaniques et/ou d’énergie et/ou d’informations à travers le robot vers les modules actifs. Leur fonctionnalité se réduit par conséquent à une simple extension géométrique d’un module actif donné.

Il apparaît donc que l’aspect modulaire des robots se limite à leur géométrie générale et aux différents degrés de liberté nécessaires pour effectuer les mouvements recherchés.

Le Demandeur soumet par conséquent qu’il n’existe à ce jour aucune solution alternative satisfaisante permettant de concevoir un robot présentant une structure et/ou des fonctions modulaires au sein d’un degré de liberté donné.

La présente invention vise à améliorer la situation actuelle décrite ci-dessus.

La présente invention vise plus particulièrement à remédier aux limitations ci-dessus en proposant un robot permettant l’ajout ou la suppression de modules autres que structurels et moteurs.

A cet effet, l’objet de la présente invention concerne dans un premier aspect un robot modulaire à un degré de liberté comprenant une enveloppe externe longitudinale.

En d’autres termes, le robot tel que décrit dans ce document peut effectuer un mouvement de translation ou de rotation. Ce robot s’étend principalement selon la direction associée à ce mouvement, et sa géométrie peut être adaptée de façon modulaire pour répondre aux besoins.

Avantageusement, l’enveloppe externe comprend une pluralité de tronçons et le robot comprend une pluralité de modules parmi laquelle un module de motorisation entraînant un arbre de transmission, les tronçons étant aptes à contenir les modules.

Par module au sens de la présente, on entend ici et dans toute la description ci-après tout élément permettant d’accomplir ou d’améliorer une action donnée. On comprend ici que la fonction des modules varie selon les fonctionnalités, les mouvements et la précision recherchée du robot. Bien évidemment, plusieurs modules connectés ensemble directement ou indirectement, de façon mécanique et/ou électrique peuvent agir en collaboration pour participer à un même résultat.

On comprend ici que les tronçons remplissent principalement une fonction structurelle et protectrice en tant qu’éléments de l’enveloppe externe. En d’autres termes, le rôle des tronçons est passif. Par opposition, les modules participent à accomplir une fonction active nécessaire ou bénéficiaire à l’accomplissement de la tâche du robot.

On comprend additionnellement que le module de motorisation entraînant l’arbre de transmission permet de générer le mouvement définissant le degré de liberté du robot. Des modules additionnels peuvent par exemple compléter le mouvement généré.

Avantageusement, le robot comprend au moins un connecteur comportant des premiers moyens de fixation temporaire configurés pour relier les tronçons par leur portion extrémale et des deuxièmes moyens de fixation temporaire des modules, de sorte que les tronçons et les modules soient assemblés à l’au moins un connecteur de manière modulaire.

En d’autres termes, un connecteur permet de relier deux tronçons ensemble, de supporter un ou plusieurs modules, mais aussi de relier tronçons et modules dans une même structure. L’assemblage des tronçons et des modules est librement adaptable sans asservir un module à un tronçon donné et permet de dissocier les fonctionnalités apportées par les modules de la géométrie du robot, pourvu que les tronçons restent dimensionnés pour contenir les modules.

Grâce à la présente invention, les robots peuvent être conçus de manière modulaire à l’intérieur d’un degré de liberté donné. La motorisation, mais aussi toute fonction complémentaire associée, peut être librement échangée et adaptée à la situation.

Dans un mode de réalisation avantageux de l’invention, les tronçons présentent une structure tubulaire, c’est-à-dire qu’ils présentent une section circulaire dans un plan de coupe transversal. D’autres formes pourraient être envisagées dans le cadre de l’invention, par exemple une section carrée ou une section ovale dans un plan de coupe transversal.

On comprend ici que les dimensions des tronçons peuvent varier selon les modules à contenir, et que leur géométrie peut inclure des angles ou encore des ouvertures latérales si nécessaire. Un tronçon peut ainsi disposer de plus de deux extrémités compatibles avec un connecteur.

Dans un mode de réalisation particulier, l’au moins un connecteur comporte un corps s’étendant de manière longitudinale et muni d’un élément protubérant, le corps formant deux parties de connexion et étant apte à recevoir par emboîtement sur chaque partie la portion extrémale, la position de la portion extrémale étant délimitée par l’élément protubérant.

On comprend ici que le connecteur permet de relier deux tronçons l’un à l’autre selon leur axe longitudinal par emboîtement, une telle liaison pouvant additionnellement bloquer la translation du connecteur par rapport aux tronçons et définissant donc sa position précise dans la structure du robot.

L’élément protubérant correspond par exemple à un épaulement externe ou à un anneau venant encercler le corps du connecteur, de sorte que les dimensions de l’élément protubérant soient supérieures aux dimensions de la portion extrémale pour assurer le blocage en translation.

De préférence, l’élément protubérant comprend deux faces opposées munie chacune d’une gorge positionnée à l’intersection entre la face et le corps, la gorge étant dimensionnée pour accueillir un bord de la portion extrémale emboîtée sur la partie de connexion.

Cette conception permet d’assurer une protection des éléments internes du robot face aux infiltrations d’eau et de poussières. Bien évidemment, le degré de protection fourni par une telle conception dépend de la précision de l’ajustement entre la portion extrémale, la gorge et le corps.

Dans un mode de réalisation spécifique, les premiers moyens de fixation temporaire sont disposés sur la surface de contour du corps et les deuxièmes moyens de fixation temporaire sont disposés sur chaque face opposée du corps.

En d’autres termes, la liaison entre la portion extrémale des tronçons et le connecteur est effectuée selon au moins un axe radial de ces deux éléments, tandis que la liaison entre les modules et le connecteur est effectuée selon l’axe longitudinal du connecteur. Les premiers moyens de fixation temporaire permettent de compléter l’emboîtement d’un tronçon et d’un connecteur en asservissant leur rotation et en ajoutant un blocage supplémentaire en translation de ces éléments pour empêcher le déboîtement du tronçon vis-à-vis du connecteur.

Dans un mode de réalisation additionnel, l’au moins un connecteur comporte au moins un canal traversant le corps de manière longitudinale, de sorte que les tronçons reliés par l’au moins un connecteur communiquent.

Cette conception permet de définir un passage traversant plusieurs tronçons interconnectés. Ce passage facilite l’aération des éléments constitutifs du robot, notamment du module de motorisation, et permet le passage de câbles transmettant de l’énergie et/ou des informations en minimisant l’encombrement associé, voire de conduit permettant la circulation d’un fluide pneumatique ou hydraulique.

L’au moins un connecteur comporte par exemple une première pièce de forme cylindrique présentant un épaulement, cette première pièce étant complémentaire d’une deuxième pièce en forme de bague et comportant l’élément protubérant. Le canal peut être réalisé par une ou plusieurs rainures réalisées sur la surface externe de la première pièce, afin de présenter des canaux excentrés par rapport à l’axe de révolution du connecteur tout en conservant une simplicité de fabrication. Les canaux excentrés permettent de positionner les câbles à l’intérieur des tronçons de manière périphérique afin de libérer un maximum d’espace à destination des modules ou de l’arbre de transmission.
Dans encore un autre mode de réalisation, l’arbre de transmission comporte au moins un prolongateur.

On comprend ici que le module de motorisation entraîne un arbre pouvant présenter une longueur réduite ou un diamètre variable entre différents modules de motorisation. Le prolongateur permet d’adapter l’arbre de transmission à la géométrie du robot ou encore aux dimensions des modules et/ou des connecteurs.

Bien évidemment, il est possible d’employer plusieurs prolongateurs en série pour faire varier le diamètre de l’arbre de transmission entre différents modules et/ou tronçons, ou encore pour permettre de modifier plus librement la longueur de l’arbre de transmission.

De préférence, le prolongateur présente un diamètre compris entre 20 mm et 30 mm, de préférence 25 mm.

L’homme du métier comprend que les diamètres de l’arbre de transmission et du prolongateur dépendent du module de motorisation employé et des forces à transmettre par l’arbre, l’effort maximal transmissible étant contraint par le diamètre minimal employé.

On comprend additionnellement dans la suite de la description que les références à l’arbre de transmission pourront faire aussi bien référence à un prolongateur de ce même arbre, le prolongateur n’étant qu’une extension de l’arbre de transmission selon des dimensions spécifiques.

De préférence, l’au moins un connecteur et les modules, à l’exception du module de motorisation, présentent une ouverture centrale pour permettre le passage de l’arbre de transmission.

Cette conception permet de centrer tous les éléments constitutifs du robot autour de l’axe défini par l’arbre de transmission, et de disposer librement les modules et les connecteurs le long de l’arbre de transmission pour soutenir le concept modulaire du robot.

L’homme du métier comprend ici que l’ouverture centrale est dimensionnée en fonction du diamètre de l’arbre de transmission et éventuellement des dimensions des modules ou autres éléments, notamment de câbles, pouvant être associés à l’arbre de transmission.

Dans un mode de mise en œuvre, le robot comprend un connecteur rotatif configuré pour la réception de l’arbre, de sorte qu’une partie du connecteur rotatif soit entraînée par l’arbre.

On comprend ici que le connecteur rotatif comporte une partie fixe disposant de premiers et/ou de deuxièmes moyens de fixation temporaire pour relier le connecteur avec un tronçon et/ou un module sans transmettre de mouvement, et une partie mobile en liaison pivot avec la partie fixe, entraînée par l’arbre de transmission et disposant elle aussi de premiers et/ou de deuxièmes moyens de fixation temporaire pour effectuer une liaison modulaire transmettant la rotation de l’arbre de transmission. La partie fixe et la partie mobile sont par exemple chacune confondue avec une partie de connexion du connecteur. Il est aussi possible de concevoir un connecteur rotatif permettant de transmettre le mouvement de l’arbre à un ou plusieurs modules sans impacter les tronçons.

Dans un autre mode de mise en œuvre, le robot comprend des moyens de transformation d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation.

Ces moyens de transformation de mouvement peuvent être mis en œuvre par une variété de moyens connus de l’homme du métier, par exemple par un ensemble vis mère et écrou, une extrémité de la vis mère étant configurée pour recevoir l’arbre de transmission.

On comprend que le mouvement de translation peut être transmis à un connecteur, par exemple un connecteur monté sur l’écrou ou incluant l’écrou, ce même connecteur étant en liaison glissière avec le tronçon fixe ou encore assemblé avec un tronçon mobile en liaison glissière avec le tronçon fixe.

Dans un mode de mise en œuvre particulier, la pluralité de modules comporte :
- au moins un module de guidage ; et/ou
- au moins un module de détection ; et/ou
- au moins un module de transmission d’énergie,
l’au moins un module étant configuré pour la réception de l’arbre et/ou des moyens de transformation de mouvement.

On comprend donc que le module peut être entraîné par l’arbre ou agir sur l’entraînement de l’arbre. Ainsi, le module de guidage correspond par exemple à un palier de roulements permettant d’assurer le guidage en rotation de l’arbre par rapport à la structure définie par les tronçons. Le module de détection peut permettre de déterminer un « zéro » à partir duquel les rotations de l’arbre sont mesurées, ou encore d’établir des limites à un mouvement de translation. Le module de transmission d’énergie peut servir d’intermédiaire entre une source d’énergie fixe et l’outil ou un autre module, par exemple un module de motorisation d’un second robot dans le cadre d’un assemblage de plusieurs robots comme cela sera décrit ensuite. Le module de transmission d’énergie correspond par exemple à un collecteur tournant comprenant un stator recevant de l’énergie électrique d’une source externe au robot et un rotor monté sur l’arbre de transmission et recevant au moins un câble transmettant l’énergie électrique vers au moins un autre élément en rotation.

De préférence, le module de transmission d’énergie est configuré pour recevoir une extrémité de l’arbre et/ou un élément entraîné par l’arbre.

Cette conception permet d’inclure des modules plus encombrants ou ne permettant pas le passage de l’arbre, par exemple un module de transmission d’énergie pneumatique comportant une extrémité adaptée pour transmettre l’énergie pneumatique vers au moins un autre élément en rotation.

Dans un mode de mise en œuvre spécifique, au moins un des modules est configuré pour recevoir et/ou envoyer des informations de fonctionnement.

Les modules peuvent donc communiquer entre eux ou envers un appareil externe au robot, par exemple un automate ou une carte électronique commandant le fonctionnement. La communication entre les modules peut être sans fil ou filaire selon les exigences structurelles, et un module peut inclure une carte électronique programmable ou reprogrammable permettant la commande d’un ou plusieurs modules.

Dans un mode de mise en œuvre, l’au moins un connecteur est configuré pour la réception d’un outil.

Le connecteur peut recevoir toute forme d’outil standard ou encore un outil conçu spécifiquement pour répondre aux besoins d’opération. L’outil peut additionnellement recevoir de l’énergie et/ou une commande d’un module interne au robot ou d’un élément externe au robot par une connexion filaire, pourvu que le robot comprenne les éléments décrits ci-avant à la transmission d’énergie et/ou d’informations.

Dans encore un autre mode de mise en œuvre, l’au moins un connecteur est configuré pour la réception d’un autre robot.

En d’autres termes, un premier robot longitudinal à un degré de liberté peut effectuer un premier mouvement de rotation ou de translation donné et recevoir un deuxième robot longitudinal effectuant un deuxième mouvement. Le premier mouvement est alors transmis au deuxième robot venant y additionner le deuxième mouvement, pour l’ajout de degrés de liberté à la structure assemblée.

On comprend ici que ce deuxième robot peut recevoir lui-même un troisième robot, etc. ou encore un outil en combinaison avec le précédent mode de réalisation. Cela permet de constituer des robots complexes, c’est-à-dire avec plusieurs degrés de liberté ou plusieurs axes, à partir de robot simple, c’est-à-dire avec un seul degré de liberté. Bien évidemment, l’assemblage de robots complexes est contraint par les limites mécaniques associées aux tronçons, aux arbres de transmissions et aux modules de motorisations de chaque robot simple constituant le robot complexe.

Dans un autre mode de mise en œuvre pouvant être combiné avec le précédent mode, l’au moins un connecteur est configuré pour la réception d’un accessoire.

Par accessoire, on entend ici et dans toute la description tout élément permettant d’améliorer la structure globale du robot ou offrant une fonctionnalité sans lien direct avec l’arbre de transmission. Il peut s’agir notamment d’un pied ou d’un socle pour assurer la stabilité du robot ou relier plusieurs robots indépendants à une même structure. Il peut également s’agir d’un élément de connexion tel un raccord en té ou à forme libre permettant un changement d’orientation du robot. L’accessoire peut être assemblé au connecteur via les premiers moyens de fixation temporaire et présenter une structure permettant d’assurer la continuité et/ou l’étanchéité avec l’enveloppe externe.

Bien évidemment, il est possible d’employer un tronçon tel que décrit ci-avant en tant qu’élément de connexion pour parvenir à des effets similaires.

Un deuxième aspect de la présente invention concerne un robot à au moins deux degrés de liberté composé d’au moins deux robots modulaires à un degré de liberté selon le premier aspect de l’invention, lesdits robots étant assemblés de manière modulaireviaun connecteur et éventuellement un accessoire.

On peut ainsi distinguer un robot à un degré de liberté comme un robot simple et un robot complexe comme l’assemblage de plusieurs robots simples. L’assemblage entre plusieurs robots simples peut être direct à l’aide d’un connecteur reliant leurs extrémités respectives ou encore mettre en œuvre un ou plusieurs accessoires permettant d’orienter un robot simple par rapport à un autre.

On comprend ici que le nombre de degrés de liberté du robot complexe correspond au nombre de robots simples connectés en série le composant. Le robot complexe peut ainsi recevoir un outil tête à son extrémité, dont le mouvement sera une combinaison des mouvements individuels de chaque robot simple.

Ainsi, par les différentes caractéristiques techniques fonctionnelles et structurelles ci-dessus, le Demandeur propose un robot modulaire permettant la modification des fonctionnalités et de la structure à l’échelle d’un même degré de liberté, ainsi que l’assemblage de plusieurs robots pour modifier les degrés de liberté eux-mêmes. La flexibilité associée à l’emploi d’une chaîne automatisée ou de robots collaboratifs est alors augmentée, tout en fournissant des gains économiques et environnementaux.

Brève description des figures

Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous en référence aux figures 1 à 15 annexées illustrant une pluralité d’exemples de réalisation qui sont dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquelles :

La figure 1 représente une vue schématique en perspective d’un robot selon un exemple de réalisation de la présente invention.

La figure 2 représente une vue schématique en coupe d’un robot conforme à la figure 1.

La figure 3 représente une vue schématique en coupe d’un robot conforme à la figure 1 sur lequel est monté un outil.

[Fig. 4]
La figure 4 représente une vue schématique en perspective d’un robot à deux degrés de liberté composé de deux robots à un degré de liberté selon un autre exemple de réalisation de la présente invention.

La figure 5 représente une vue schématique en coupe de deux connecteurs, selon une première réalisation, montés sur un tronçon pouvant être assemblé sur un robot conforme à la figure 1.

La figure 6 représente une vue schématique en perspective d’une seconde réalisation d’un connecteur apte à recevoir les tronçons et les modules d’un robot conforme à la figure 1.

La figure 7 représente une vue schématique en perspective d’une troisième réalisation d’un connecteur apte à recevoir les tronçons et les modules d’un robot conforme à la figure 1.

La figure 8 représente une vue schématique en coupe longitudinale d’un connecteur conforme à la figure 7.

La figure 9 représente une vue schématique en coupe d’un module de motorisation conforme à la figure 1.

La figure 10 représente une vue schématique en coupe d’un assemblage d’un module de motorisation conforme à la figure 9 et d’éléments constitutifs de l’arbre de transmission.

La figure 11 représente une vue schématique en coupe d’un module de détection pouvant être assemblé sur un robot conforme à la figure 1.

La figure 12 représente une vue schématique en coupe d’un module de transmission d’énergie pouvant être assemblé sur un robot conforme à la figure 1, la figure 12 montrant également un connecteur selon une quatrième réalisation.

La figure 13 représente une vue schématique en coupe d’un autre module de transmission d’énergie pouvant être assemblé sur un robot conforme à la figure 1, ainsi qu’un connecteur selon une cinquième réalisation.

La figure 14 représente une vue schématique en coupe de moyens de transformation de mouvement compris dans un tronçon pouvant être assemblé sur un robot conforme à la figure 1.

La figure 15 représente une vue schématique en coupe de quatre robots à un degré de liberté reliés entre eux par un accessoire selon encore un autre exemple de réalisation de la présente invention.

Description détaillée

La présente invention va maintenant être décrite dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 15 annexées à la description.

Comme indiqué dans le préambule de la description, l’emploi de robots modulaires permet d’adapter une chaîne automatisée à de nouvelles exigences, des correctifs ou des progrès technologiques de manière flexible et réactive. Cependant, les capacités d’adaptation sont jusqu’ici limitées à de simples modifications de la géométrie et/ou des degrés de liberté du robot.

Un des objectifs du robot 1000 développé dans le cadre de la présente consiste à lever cette limitation.

Selon l’exemple de la figure 1, un tel robot 1000 présente une enveloppe externe 1100 s’étendant de manière longitudinale selon un axe X définissant le degré de liberté du robot 1000. En d’autres termes, le robot 1000 permet d’effectuer un mouvement selon cet axe X, ce mouvement pouvant être une rotation ou une translation, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. Cette enveloppe externe 1100 comprend une pluralité de tronçons, par exemple les quatre tronçons 1110a, 1110b, 1110c, 1110d illustrés en figure 1. Ces tronçons présentent de préférence une structure tubulaire, c’est-à-dire avec une section circulaire dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe X, autant par simplicité de fabrication que pour faciliter leur alignement selon l’axe X. On pourrait cependant envisager des variantes de tronçons creux présentant par exemple une section carrée, rectangulaire ou ovale, dans un plan de coupe transversal.

Comme illustré dans les figures 1 à 3, les tronçons sont reliés entre eux à l’aide de connecteurs 1300 qui seront choisis parmi une gamme de connecteurs présentant de légères variantes selon la fonction à mettre en œuvre sur le robot 1000. Cette liaison entre les tronçons est effectuée de façon à conserver l’alignement desdits tronçons selon l’axe X, en venant recevoir les portions extrémales 1111 de deux tronçons adjacents. Cela permet également de rigidifier l’enveloppe externe 1100 du robot 1000.

Selon l’exemple des figures 6 et 7, le connecteur 1300 présente un corps 1340 divisé en deux parties de connexion 1341 et 1342, chaque partie de connexion 1341, 1342 ayant nécessairement une forme complémentaire de la portion extrémale 1111 du tronçon associé. Par conséquence de cette complémentarité, les parties de connexion 1341, 1342 s’étendent selon l’axe X dans deux sens opposés.

En accord avec le concept sous-jacent de l’invention de proposer une structure modulaire, les tronçons sont assemblés de manière non permanente au connecteur 1300 par l’intermédiaire de premiers moyens de fixation temporaire 1310. Ces premiers moyens de fixation temporaire 1310 correspondent par exemple à une pluralité de trous taraudés sur la surface de contour 1343 du connecteur 1300, disposés sur chaque partie de connexion 1341 et 1342, les trous taraudés correspondant à des ouvertures 1112 ménagées sur la portion extrémale associée 1111, permettant l’emploi de vis de fixation 1115 aisément démontables.

Il est donc possible, par l’emploi du connecteur 1300, de connecter deux tronçons de l’enveloppe externe 1100 de façon modulaire à l’aide d’un assemblage robuste et aisément démontable.

Pour faciliter l’engagement et le positionnement d’une portion extrémale 1111 avec une partie de connexion associée 1341 ou 1342, il est prévu sur le connecteur 1300 un élément protubérant 1350 venant faire le tour du corps 1340 et délimitant les parties de connexion 1341 et 1342.

Dans cet exemple de réalisation, le connecteur 1300 présente un corps 1340 cylindrique cerclé d’un anneau constituant ledit élément protubérant 1350, le corps 1340 étant dimensionné pour s’engager dans la structure tubulaire des tronçons et l’élément protubérant 1350 pour servir de butée à ces mêmes tronçons.

Comme illustré par la figure 8, la précision de l’engagement entre la portion extrémale 1111 et les parties de connexion 1341 et 1342 peut encore être améliorée par le ménagement d’une gorge 1353 et 1354 sur chaque face 1351 et 1352 de l’élément protubérant 1350, de sorte que le bord 1113 (voir figure 5) de la portion extrémale 1111 vienne s’engager dans la gorge associée 1353 ou 1354. L’élément protubérant 1350 recouvre alors la limite entre le bord 1113 de la portion extrémale 1111 et le corps 1340, ce qui permet notamment de limiter les infiltrations de poussière à l’intérieur de l’enveloppe externe 1100.

Par cette conception, l’élément protubérant 1350 permet un positionnement du connecteur 1300 par rapport à la portion extrémale 1111 et donc un assemblage des tronçons selon l’axe X à la fois précis, rapide et réversible.

Comme illustré en figure 2, chacun des tronçons peut contenir au moins un d’une pluralité de modules 1200. Les dimensions des tronçons dépendent donc d’une part de la géométrie recherchée du robot, d’autre part de la taille des modules à contenir.

Optionnellement et comme illustré en figure 5, un tronçon spécifique peut ne contenir aucun module pour fournir une fonction purement structurelle ; une fois encore, ses dimensions sont contraintes par la géométrie globale du robot 1000.

Si le diamètre des tronçons peut varier en s’éloignant des portions extrémales 1111 pour accommoder une variété de modules, on prévoit dans cet exemple des tronçons de longueurs égales pour faciliter leur interchangeabilité sans modifier la géométrie du robot 1000.

Pour assurer l’aspect modulaire de l’invention, les modules 1200 sont fixés sur des connecteurs 1300 dans la structure du robot 1000 à l’aide des deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320 disposés sur les connecteurs 1300, par exemple des trous taraudés à l’instar des premiers moyens de fixation temporaire 1310.

Chaque face 1344 et 1345 d’un connecteur 1300 peut ainsi recevoir au moins un module 1200, lequel peut être aisément détaché et remplacé de façon modulaire. Le positionnement des modules 1200 par rapport à l’axe X est de plus assuré par la précision de leur assemblage sur le connecteur 1300.

Le connecteur 1300 présente un ou plusieurs canaux 1361, 1362 et 1363 traversant le corps 1340. Ces canaux 1361, 1362 et 1363 permettent alors d’assembler un robot 1000 présentant une structure communicante. Le raccordement des modules 1200, par exemple pour les alimenter en électricité ou transmettre les commandes d’un module à l’autre ou encore d’un automate vers plusieurs modules, peut se faire en traversant la structure du robot 1000 ce qui réduit l’encombrement généré par les câbles et permet d’éviter de nécessiter le ménagement d’une ouverture dans l’enveloppe externe 1100. Les canaux 1361, 1362 et 1363 facilitent également le refroidissement du robot 1000 en laissant l’air librement circuler entre les tronçons.

On prévoit additionnellement un dispositif d’aération 1400 apte à être disposé sur une portion extrémale 1111 d’un tronçon afin d’améliorer encore ce refroidissement. Le dispositif d’aération 1400 présente par exemple des moyens de fixation temporaires similaires aux premiers moyens de fixation temporaire 1310 disposés sur une partie de connexion 1341 d’un connecteur 1300 afin d’adapter librement le dispositif d’aération 1400 (figure 9) sur toute portion extrémale 1111 libre, par exemple sur un tronçon situé à l’extrémité du robot 1000 comme le tronçon 1110a ou sur un tronçon présentant au moins trois portions extrémales 1111 comme les tronçons 1110b et 1110d, si la troisième portion extrémale d’un tel tronçon 1110b, 1110d constitue une extrémité du robot 1000.

Dans l’exemple des figures 6 et 7, les canaux 1361, 1362 et 1363 sont disposés en périphérie du connecteur 1300. Cette conception permet de disposer le câblage en juxtaposition des parois internes 1114 (figure 5) des tronçons de sorte à libérer un volume maximal pour les modules 1200 sans risque de collision. Comme illustré en figures 6 à 8, le connecteur 1300 est de préférence réalisé en deux pièces, à savoir un cylindre 1346 et une bague 1347. Le cylindre 1346 présente un épaulement 1348 permettant une réduction du diamètre externe sur une première portion 1346a dudit cylindre, laquelle reçoit la bague 1347 dont le diamètre externe correspond au diamètre externe de la seconde portion 1346b du cylindre 1346. La bague 1347 vient en butée contre l’épaulement 1348 et comprend un anneau 1347a mettant en œuvre l’élément protubérant 1350 précité. Ainsi, la seconde portion 1346b et la bague 1347 définissent respectivement les deux parties de connexion 1341 et 1342 sur le corps 1340. Cette conception en deux parties du connecteur 1300 permet alors de simplifier la réalisation des canaux 1361, 1362 et 1363 en périphérie du cylindre 1346, par exemple par simple fraisage le long dudit cylindre 1346, comme l’illustre par exemple les figures 6 et 7.

Naturellement, le nombre de canaux et leur positionnement peut être modifié dans la conception du connecteur 1300 selon les avantages structurels ou de fabrication qu’ils apportent. Par exemple, sur une réalisation du connecteur 1300 en une seule pièce, plutôt qu’au moyen d’un cylindre 1346 et d’une bague 1347 tels que précités, les canaux seront mis en œuvre par des trous traversant le corps 1340 et débouchant sur les deux faces 1344, 1345.

Nécessairement, la pluralité de modules 1200 comporte un module de motorisation 1210 entraînant un arbre de transmission 1211, lequel s’étend également selon l’axe X. Le mouvement généré par cet arbre de transmission 1211 permet alors de définir le degré de liberté du robot 1000.

Selon l’exemple de la figure 10, l’arbre de transmission 1211 peut être réalisé en une seule pièce ou comporter un prolongateur 1212 (figure 10) venant se fixer sur son extrémité. L’emploi d’un ou de plusieurs prolongateurs 1212 permet de soutenir le concept modulaire de l’invention pour adapter la longueur effective de l’arbre de transmission 1211 selon la situation, tout en conservant une direction confondue avec l’axe X. L’emploi de prolongateurs permet additionnellement de changer, si besoin, le diamètre de l’arbre de transmission 1211 pour une application spécifique.

Selon l’exemple des figures 6 et 8, le connecteur 1300 présente une ouverture circulaire centrale 1370 dimensionnée pour libérer le passage de l’arbre de transmission 1211. Cette conception permet alors de positionner librement le module de motorisation 1210 selon la structure du robot 1000 en permettant à l’arbre de transmission 1211 de traverser un ou plusieurs tronçons et le ou les connecteurs associés sans entraver son fonctionnement. Optionnellement, les modules 1200 comportent également une ouverture circulaire 1201 (figures 11 et 12) permettant de les placer le long de l’arbre de transmission 1211 de manière modulaire sans interférence et de les fixer sur les connecteurs 1300.

Optionnellement, la rotation de l’arbre de transmission 1211 est transformée en un mouvement de translation à l’aide de moyens de transformation de mouvement. Ces moyens de transformation de mouvement peuvent correspondre à tout élément connu de l’homme du métier, notamment à une vis mère 1213 fixée à l’arbre de transmission 1211 en combinaison avec un écrou 1214, comme illustré en figure 14.

Des variantes du connecteur sont également prévues. La figure 7 illustre un connecteur compact 1300a comprenant des deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320 disposés du côté de la face 1344 et un alésage 1371 mis en œuvre dans l’ouverture circulaire centrale 1370. Cette conception permet alors de positionner des modules 1200 entre le connecteur compact 1300a et l’arbre 1211 de la manière la moins encombrante possible, notamment des modules 1200 en interaction directe avec l’arbre 1211 de type module de guidage comprenant par exemple un palier de roulement. Optionnellement, les trous taraudés composant les premiers moyens de fixation temporaire 1310 pourront participer à la mise en œuvre des deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320 d’un module 1200 placé dans l’alésage 1371, lesdits trous taraudés débouchant sur cet alésage 1371 comme l’illustre la figure 7. Il sera ainsi possible de positionner des vis de pression (non illustrées) dans ces trous taraudés pour bloquer le module 1200 dans l’alésage 1371. Cet alésage 1371 peut évidemment être standard ou dimensionné pour permettre l’insertion d’un module spécifique. Les figures 12 et 13 illustrent deux connecteurs rotatifs 1300b et 1300c en ce sens qu’ils comprennent un corps 1340 qui comprend une pièce fixe 1349 et une pièce tournante 1350 montée en rotation sur la pièce fixe 1349 au moyen d’un palier de roulement 1351. Sur la figure 12, la partie tournante 1350 comprend une bague semblable à la bague 1347 précitée, cette partie tournante 1350 pouvant être fixée avec un outil ou avec une portion extrêmale 1111 d’un tronçon d’un second robot 1000’ pour la réalisation d’un robot à plusieurs degrés de liberté, voire avec un accessoire 3000 intermédiaire, comme cela sera abordé ci-après. Cette partie tournante 1350 est entraînée en rotation par l’arbre de transmission 1211. Sur la figure 13, la partie tournante 1350 reçoit un module de transmission d’énergie 1240 de type air comprimé. Il est ainsi possible de concevoir des moyens de transmission du mouvement de l’arbre de transmission 1211, ou des moyens de transformation de mouvement, vers le connecteur rotatif 1300b ou 1300c.

Dans un autre exemple, la figure 14 illustre une autre variante de connecteur 1300d fixée à l’écrou 1214 et avec un tronçon glissant 1120, le tronçon glissant 1120 étant en liaison glissière avec un tronçon fixe 1110 par l’intermédiaire d’une chambre de guidage 1215. Dans cette conception, le mouvement de translation est alors transmis à l’ensemble des connecteurs, tronçons et modules reliés au tronçon glissant 1120. Sur cette figure 14, le tronçon glissant 1120 a sa portion extrémale 1111 assemblée avec un connecteur 1300e illustrant une autre variante figurant également sur la figure 5, selon laquelle l’ouverture circulaire centrale 1370 s’étend sur toute la longueur du cylindre 1346 et ayant pour fonction le passage de l’arbre de transmission 1211, sans guidage au moyen d’un module de guidage.

Les modules 1200 peuvent eux-mêmes agir en interaction avec l’arbre de transmission 1211 ou encore avec les moyens de transformation de mouvement, dans le but d’ajouter des fonctionnalités au mouvement de rotation ou de translation. La figure 10 illustre ainsi un module de guidage 1220 dimensionné pour venir en prise sur l’arbre de transmission 1211 et éviter ou limiter tout débattement angulaire. Ce module de guidage 1220 correspond par exemple à un palier de roulement ou tout autre élément connu de l’homme du métier, et peut être fixé sur une des faces 1344 et 1345 du connecteur 1300 ou encore dans un alésage 1371 du connecteur 1300a à l’aide des deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320, selon les dimensions du module de guidage 1220, la conception du connecteur 1300 et le souci de compacité.

Les mouvements du robot 1000 peuvent également être mesurés par l’intermédiaire d’un module de détection 1230. Dans l’exemple de la figure 11, un tel module de détection 1230 présente une structure comportant une ouverture circulaire 1201 pour libérer l’arbre de transmission 1211 et se fixe sur la face 1344 ou 1345 du connecteur 1300a à l’aide des deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320. En complément du module de détection 1230, un élément rotatif 1232 est prévu pour être emboîté sur l’arbre de transmission 1211, venant par exemple en butée sur le connecteur 1300a situé à l’opposé du module de détection 1230. L’entraînement et le maintien en position de l’élément rotatif 1232 est par exemple assuré par une vis de pression 1233. L’action de détection est alors effectuée par interaction d’un ou plusieurs capteurs 1231 positionnés sur le module de détection 1230 avec un pion ou tout autre objet 1232’ assemblé avec l’élément rotatif 1232. Cette conception permet alors d’orienter angulairement l’arbre de transmission 1211 ou encore de comptabiliser son nombre de tours sur une période donnée.

En combinaison avec les éléments décrits ci-avant, le module de détection 1230 peut être connecté avec un automate externe, une carte de commande électronique ou encore d’autres modules 1200, notamment le module de motorisation 1210, par une connexion filaire traversant le robot 1000viales canaux 1361, 1362 et 1363. Le poids de l’élément rotatif 1232 peut également être contrebalancé par l’insertion d’un ou plusieurs modules de guidage 1220 dans les connecteurs 1300a du tronçon considéré ou encore dans d’autres connecteurs 1300 afin de minimiser l’effet de fléchissement de l’arbre de transmission 1211.

Bien évidemment et comme illustré dans les figures 3 et 4, le robot 1000 peut inclure un outil 2000 auquel sera transmis le mouvement voulu. Cet outil peut être standard, par exemple une pince, un poussoir ou tout autre outil employé dans les chaînes automatisées, ou encore être spécifiquement dimensionné pour le robot 1000 tel que l’outil 2000 illustré en figure 3. Cet outil 2000 peut être directement en prise sur l’arbre de transmission 1211 ou encore être en liaison avec au moins un connecteur 1300viales premiers moyens de fixation temporaire 1310 ou les deuxièmes moyens de fixation temporaire 1320, de sorte que le mouvement soit transmis à l’outil 2000, par exemple par l’entremise d’un connecteur rotatif 1300b ou 1300c ou encore d’un tronçon glissant 1120.

Comme illustré dans les figures 12 et 13, le robot 1000 peut additionnellement comporter un ou plusieurs modules de transmission d’énergie 1240 permettant de relayer de l’énergie à un élément en rotation, par exemple un outil 2000 ou un second robot 1000’ assemblé avec le robot 1000. Ce module de transmission d’énergie 1240 peut par exemple correspondre à un collecteur tournant présentant une ouverture circulaire centrale 1201 afin de fournir une source d’énergie électrique plus proche de l’outil 2000 tout en permettant sa rotation et limiter le câblage employé pour raccorder électriquement l’ensemble des éléments du robot 1000. Comme illustré en figure 12, le collecteur tournant reçoit par exemple l’énergie électrique par un câble fixe traversant un canal 1361 d’un connecteur 1300a, puis transmet l’énergie électrique par un ou plusieurs câbles rotatifs 1241. Les câbles rotatifs 1241 peuvent être disposés de manière adjacente à l’arbre de transmission 1211 dans un souci de compacité, le connecteur 1300b comportant une ouverture centrale 1370’ dimensionnée pour le passage des câbles rotatifs 1241.

Le module de transmission d’énergie 1240 peut également correspondre à un joint rotatif pneumatique venant se fixer sur un tronçon du robot 1000 ou un outil 2000 entraîné en rotation tel qu’illustré en figure 13, permettant par exemple d’alimenter un outil 2000 spécifique nécessitant une énergie pneumatique tout en permettant sa rotation. Le robot 1000 peut par conséquent transmettre de l’énergie ou des commandes à l’outil 2000 à partir d’une source externe ou interne selon les modules employés.

De la même façon que le robot 1000 à un degré de liberté peut recevoir un outil 2000, le connecteur 1300 peut recevoir une portion extrémale 1111 d’un tronçon appartenant à un deuxième robot 1000’, ce deuxième robot 1000’ recevant lui-même un outil 2000 ou un autre robot. Le deuxième robot 1000’ peut s’étendre selon le même axe X ou encore selon un axe différent, par exemple un axe X’ perpendiculaire à l’axe X comme illustré en figure 4, et la fixation du deuxième robot 1000’ peut être effectuée à l’aide d’un connecteur 1300 de façon à transmettre le mouvement du robot 1000 au deuxième robot 1000’. Cette conception permet alors de réaliser une chaîne cinématique à plusieurs degrés de liberté, chaque degré de liberté correspondant à un robot 1000 faisant partie d’un robot complexe 10000. De façon similaire, le robot 1000’ peut être alimenté et commandé indépendamment du robot 1000, à partir de câbles traversant la structure du robot 1000 ou encore à partir de modules internes au robot 1000, par exemple un module de transmission d’énergie 1240 comprenant un collecteur tournant.

Enfin, la structure globale du robot 1000 ou du robot complexe 10000 peut être complétée par la connexion d’un ou plusieurs accessoires 3000 au connecteur 1300. L’accessoire 3000 correspond par exemple à un pied, un socle ou encore un raccord en T ou en équerre, cet accessoire comprenant une forme semblable au tronçon pour la réception du connecteur. De manière similaire à l’outil 2000, l’accessoire 3000 peut correspondre à tout élément standard apte à être assemblé au connecteur 1300 par les premiers et/ou les deuxièmes moyens de fixation temporaire 1310 et/ou 1320 ou encore à un élément spécifiquement conçu pour le robot 1000, par exemple une base comportant deux portions extrémales 1111 dimensionnées pour recevoir le connecteur 1300 et/ou comportant une ouverture permettant le passage de câbles tel qu’illustré en figure 4. De la même manière, un ou plusieurs accessoires 3000 peuvent servir de socle à une pluralité de robots 1000 ou de robots complexes 10000 pour relier plusieurs chaînes cinématiques indépendantes à une structure unique, notamment pour faire opérer une pluralité de robots 1000 ou de robots complexes 10000 de manière synchronisée, par exemple à l’aide d’un même automate. La figure 15 illustre ainsi plusieurs robots 1000a, 1000b, 1000c et 1000d s’étendant selon les axes X et X’ et reliés entre eux au moyen d’un accessoire 3000 permettant de constituer un raccord en I entre les quatre robots sans effectuer de transmission de mouvement d’un robot à l’autre.

Ainsi, on comprendra que la présente invention prévoit un robot modulaire à un degré de liberté présentant une structure intra modulaire permettant la modification de la géométrie, du mouvement et des fonctions associées à ce même degré de liberté. Cette conception permet d’augmenter autant que possible l’adaptabilité du robot modulaire à la variabilité des conditions d’opération et de concevoir toute forme de robot selon les besoins de la chaîne de production. Il est ainsi possible de concevoir des robots simples à un seul degré de liberté et aussi des robots complexes à plusieurs degrés de liberté composés d’une association de robots simples, à partir d’une gamme de connecteurs, de modules, de tronçons, d’accessoires et d’outils tout en offrant une intra modularité au sein même des robots simples et aussi entre les robots simples assemblés pour former un robot complexe.

Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu’en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l’objet de l’invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d’ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.

Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d’améliorer l’intelligibilité et la compréhension des revendications qui suivent ainsi que la portée de la protection recherchée.

Claims (17)

1. Robot (1000) modulaire à un degré de liberté comprenant une enveloppe externe (1100) longitudinale,
   caractérisé en ce que ladite enveloppe externe (1100) comprend une pluralité de tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d), en ce que ledit robot (1000) comprend une pluralité de modules (1200) parmi laquelle un module de motorisation (1210) entraînant un arbre de transmission (1211), lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) étant aptes à contenir lesdits modules (1200), et en ce que ledit robot (1000) comprend au moins un connecteur (1300) comportant des premiers moyens de fixation temporaire (1310) configurés pour relier lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) par leur portion extrémale (1111) et des deuxièmes moyens de fixation temporaire (1320) desdits modules (1200), de sorte que lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) et lesdits modules (1200) soient assemblés audit au moins un connecteur (1300) de manière modulaire.
2. Robot (1000) selon la revendication 1, dans lequel lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) présentent une structure tubulaire.
3. Robot (1000) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) comporte un corps (1340) s’étendant de manière longitudinale et muni d’un élément protubérant (1350), ledit corps (1340) formant deux parties de connexion (1341, 1342) et étant apte à recevoir par emboîtement sur chaque partie (1341, 1342) ladite portion extrémale (1111), la position de ladite portion extrémale (1111) étant délimitée par l’élément protubérant (1350).
4. Robot (1000) selon la revendication 3, dans lequel l’élément protubérant (1350) comprend deux faces opposées (1351, 1352) munie chacune d’une gorge (1353, 1354) positionnée à l’intersection entre la face (1351, 1352) et le corps (1340), ladite gorge (1353, 1354) étant dimensionnée pour accueillir un bord de ladite portion extrémale (1111) emboîtée sur ladite partie de connexion (1341, 1342).
5. Robot (1000) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel lesdits premiers moyens de fixation temporaire (1310) sont disposés sur la surface de contour (1343) dudit corps (1340) et lesdits deuxièmes moyens de fixation temporaire (1320) sont disposés sur chaque face opposée (1344, 1345) dudit corps (1340).
6. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) comporte au moins un canal (1361, 1362, 1363) traversant ledit corps (1340) de manière longitudinale, de sorte que lesdits tronçons (1110a, 1110b, 1110c, 1110d) reliés par ledit au moins un connecteur (1300) communiquent.
7. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit arbre de transmission (1211) comporte au moins un prolongateur (1212).
8. Robot (1000) selon la revendication 7, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) et lesdits modules (1200), à l’exception dudit module de motorisation (1210), présentent une ouverture centrale (1370, 1201) pour permettre le passage dudit arbre de transmission (1211).
9. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, lequel comprend un connecteur rotatif (1300b, 1300c) configuré pour la réception dudit arbre (1211), de sorte que ledit connecteur rotatif (1300b, 1300c) soit entraîné par ledit arbre (1211).
10. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend des moyens de transformation d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation.
11. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pluralité de modules (1200) comporte :
    - au moins un module de guidage (1220) ; et/ou
    - au moins un module de détection (1230) ; et/ou
    - au moins un module de transmission d’énergie (1240),
    ledit au moins un module (1220, 1230, 1240) étant configuré pour la réception dudit arbre (1211) et/ou desdits moyens de transformation de mouvement.
12. Robot (1000) selon la revendication 11, dans lequel ledit module de transmission d’énergie (1240) est configuré pour recevoir une extrémité dudit arbre (1211) et/ou un élément entraîné par ledit arbre (1211).
13. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un desdits modules (1200) est configuré pour recevoir et/ou envoyer des informations de fonctionnement.
14. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) est configuré pour la réception d’un outil (2000).
15. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) est configuré pour la réception d’un autre robot (1000’).
16. Robot (1000) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un connecteur (1300) est configuré pour la réception d’un accessoire (3000).
17. Robot (10000) à au moins deux degrés de liberté composé d’au moins deux robots (1000, 1000’) modulaires à un degré de liberté comportant les caractéristiques de l’une quelconque des revendications 1 à 16, lesdits robots (1000, 1000’) étant assemblés de manière modulaireviaun connecteur (1300) et éventuellement un accessoire (3000).