FR3117909A1 - Robot outil comprenant au moins un bras rotateur - Google Patents
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Abstract
Robot (1) outil, tel qu’un robot (1) de manipulation d’objets, comprenant une base (2) et une plateforme (3), la plateforme (3) étant destinée à porter un outil (160), tel qu’un outil de manipulation d’objets, le robot (1) comprenant au moins trois bras (4, 5) reliant la base (2) à la plateforme (3), de manière à permettre trois degrés de liberté en translation de la plateforme (3) par rapport à la base (2), le robot (1) outil étant caractérisé en ce qu’au moins un des trois bras (4, 5) est un bras (5) rotateur, permettant d’obtenir un mouvement de rotation de l’outil (160) autour d’un axe de travail de la plateforme (3). Figure pour l’abrégé : figure 10
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des robots outils ou robots industriels, et plus particulièrement au domaine des robots destinés à manipuler un objet dans un espace à trois dimensions.
Plus précisément, l’invention se rapporte à un robot comprenant un bras rotateur présentant une nouvelle architecture pour apporter un ou plusieurs degrés de liberté supplémentaires à un outil porté par le bras.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Dans le domaine des robots industriels, plusieurs types d’architecture ont été mises au point, répondant à des exigences par exemple en termes d’encombrement, d’espace de travail, d’amplitude de déplacement, de cadence et bien entendu en fonction des opérations à effectuer.
Concernant le domaine plus particulier des robots destinés à manipuler les objets, une architecture connue est le robot Delta, qui est elle-même une catégorie de l’architecture dite parallèle. Un robot Delta comprend typiquement une base et une plateforme, cette dernière étant destinée à supporter l’outil de manipulation. La base est reliée à la plateforme au moyen de trois bras, chaque bras comprenant un actionneur relié à un moteur fixé à la base et un parallélogramme déformable à rotules connectant l’actionneur à la plateforme.
Les robots de manipulation d’objets sont notamment caractérisés par le nombre de degrés de liberté offerts à l’outil.
L’architecture Delta permet de déplacer la plateforme selon trois degrés de liberté en translation. Elle a été développée en particulier dans le domaine de l’emballage d’objets légers et de petites dimensions car elle permet de répondre aux exigences de cadence industrielle tout en offrant une précision satisfaisante dans le placement des objets.
Le document US4,976,582 décrit un tel robot Delta. Selon ce document, afin d’obtenir un degré de liberté en rotation de la plateforme, un moteur supplémentaire peut être mis en œuvre sur la plateforme afin de mettre en rotation l’outil par rapport à la plateforme. Ce document propose en variante de contrôler un bras télescopique relié d’une part à un moteur supplémentaire à la base et d’autre part à la plateforme. Ainsi, la plateforme peut pivoter autour de l’axe du bras télescopique.
En effet, il peut être avantageux de pouvoir orienter les objets à emballer afin de les présenter dans une bonne position vis-à-vis de l’emballage ou de la machine d’emballage.
Toutefois, les solutions de US 4,976,582 n’apportent pas entière satisfaction.
Ces deux solutions proposent un unique degré de liberté en rotation, ce qui peut être insuffisant lorsque le mouvement à opérer pour mettre l’objet à emballer dans l’orientation souhaitée dépasse la simple rotation autour d’un unique axe.
En outre, l’ajout d’un moteur supplémentaire sur la plateforme augmente la masse à déplacer par le robot, ce qui conduit à une diminution indésirable de la cadence. La commande du moteur supplémentaire complexifie par ailleurs le contrôle du robot.
Enfin, la présence de la canne télescopique alourdit également le robot, implique les inconvénients précités d’un moteur supplémentaire. De plus la canne télescopique fragilise l’architecture du robot, augmentant les risques de casses et d’immobilisation du robot. En outre, l’utilisation d’une canne limite l’espace de travail du robot en hauteur.
L’invention vise notamment à apporter une solution aux inconvénients précités en proposant une nouvelle architecture des bras pour un robot, notamment pour un robot de manipulation d’objets, permettant d’augmenter le nombre de degrés de liberté d’un outil porté par le robot sans alourdir le robot, ni réduire sa vitesse de déplacement, ni limiter l’espace de travail.
Ainsi, l’invention se rapporte à un robot outil, tel qu’un robot de manipulation d’objets, comprenant une base et une plateforme. La plateforme est destinée à porter un outil, tel qu’un outil de manipulation d’objets. Le robot comprend au moins trois bras reliant la base à la plateforme. Chaque bras comprend d’une part une portion proximale actionnée individuellement en rotation autour d’un axe primaire de la base, et comprenant d’autre part une portion distale articulée par rapport à la portion proximale et connectant la portion proximale à la plateforme, de manière à permettre trois degrés de liberté en translation de la plateforme par rapport à la base. Au moins un des trois bras du robot est un bras rotateur, qui comprend de plus :
- au moins une branche secondaire distale, connectée à la portion proximale ;
- au moins une biellette articulée d’une part sur la branche secondaire distale et d’autre part sur la plateforme de sorte que la biellette opère un mouvement de basculement par rapport à la plateforme par actionnement de la branche secondaire distale du bras rotateur,
- au moins un système de conversion du mouvement de basculement de la biellette par rapport à la plateforme en un mouvement de rotation de l’outil autour d’un axe de travail de la plateforme.
Grâce à ces dispositions, un degré de liberté de rotation de l’outil peut être obtenu de manière simple, sans impliquer de bras télescopique, et sans impliquer la nécessité d’un moteur. La vitesse de fonctionnement du robot reste compatible avec des cadences industrielles. Les coûts de fabrication du robot ne sont pas ou peu augmentés. Un bras rotateur pet facilement être mis en place sans revoir l’architecture du robot dans son ensemble. Ainsi, plusieurs bras rotateurs peuvent être mis en place en fonction des besoins en degrés de liberté en rotation de l’outil.
Ainsi, selon une réalisation, le robot peut comprendre au moins deux bras rotateurs, chaque bras rotateur définissant un axe de travail de l’outil. L’axe de travail défini par un premier bras rotateur peut être parallèle ou non parallèle à l’axe de travail défini par le deuxième bras rotateur. Eventuellement, le robot peut comprendre trois bras rotateurs, chaque bras rotateur définissant un axe de travail de l’outil, cet axe pouvant être parallèle ou non à l’axe de travail défini par chacun des deux autres bras rotateurs. Le robot peut ainsi actionner tout type d’outil, tel qu’un système de préhension par la vide, comme une ventouse, ou une pince ou encore un mécanisme déployable.
Selon différents aspects, il est possible de prévoir l’une et/ou l’autre des caractéristiques ci-dessous prises seules ou en combinaison.
Selon une réalisation, la portion proximale du bras rotateur comprend une branche principale proximale et une branche de liaison. La branche principale proximale est actionnée en rotation par rapport à la base autour de l’axe primaire de la base et est connectée d’autre part à la branche de liaison par une liaison pivot d’axe parallèle à l’axe primaire. La branche de liaison est connectée d’autre part par une liaison rotule à au moins l’une de la portion distale et de la branche secondaire distale.
Ainsi, en actionnant la branche de liaison par rapport à la branche principale proximale, on obtient le mouvement de la biellette par rapport à la plateforme. Plusieurs variantes peuvent être envisagées pour obtenir le mouvement de la branche de liaison par rapport à la branche principale
Selon une réalisation, la portion proximale comprend en outre une branche secondaire proximale actionnée en rotation autour de l’axe primaire de la base, et une branche tertiaire proximale non actionnée connectée en liaison pivot autour d’axes parallèles à l’axe primaire à la fois à la branche secondaire proximale et à la branche de liaison, de sorte que la branche principale proximale, la branche secondaire proximale, la branche de liaison et la branche tertiaire proximale forment un quadrilatère déformable.
Selon cette réalisation, le bras rotateur peut être associé à un premier moteur et à un deuxième moteur, le premier moteur étant connecté à la branche principale proximale de manière à être apte à actionner la translation de la plateforme et le deuxième moteur étant connecté à la branche de liaison de manière à être apte à actionner le mouvement de basculement de la biellette.
Le premier moteur et le deuxième moteur sont de préférence fixés à la base, afin de ne pas alourdir le bras. Ils peuvent être colinéaires, mais pas nécessairement. Le deuxième moteur peut être connecté directement ou indirectement à la pièce 9 de liaison. Ainsi, le mouvement de translation de la plateforme est contrôlé de manière découplée du mouvement de rotation de l’outil, facilitant la gestion et le contrôle des mouvements.
Selon une réalisation, pour un bras rotateur, d’une part la connexion entre la branche de liaison et la branche secondaire distale et d’autre part la connexion entre la biellette et la branche secondaire distale sont situées d’un même côté par rapport à un plan passant par les connexions de la portion distale du bras rotateur d’une part sur la portion proximale et d’autre part sur la plateforme. Selon une première variante, il s’agit du côté intérieur, afin de limiter l’encombrement du robot. Selon une deuxième variante, il s’agit du côté extérieur afin d’en plus limiter les risques de collisions entre les pièces du bras rotateur lors du fonctionnement du robot.
Selon une autre réalisation, pour un bras rotateur, d’une part la connexion entre la branche de liaison et la branche secondaire distale et d’autre part la connexion entre la biellette et la branche secondaire distale sont situées de part et d’autre d’un plan passant par les connexions de la portion distale du bras rotateur d’une part sur la portion proximale et d’autre part sur la plateforme. Le volume de travail du robot est ainsi augmenté en limitant les risques de collisions entre les pièces du bras rotateur.
Selon une réalisation, la portion proximale du bras rotateur peut être munie d’un moteur secondaire entre la branche principale proximale et la branche de liaison. La branche 9 de liaison est alors actionnée par rapport à la branche principale proximale par le moteur secondaire, ce qui n’alourdit pas la portion distale ou la plateforme ou la branche secondaire distale du bras rotateur, et permet de simplifier l’architecture de la portion proximale.
Selon une réalisation, la portion distale d’au moins un bras comprend un système à quadrilatère déformable à liaisons rotules, ajoutant de la robustesse au bras rotateur.
Des modes de réalisation de l’invention seront décrits ci-dessous par référence aux dessins, décrits brièvement ci-dessous :
Sur les dessins, des références identiques désignent des objets identiques ou similaires.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
L’invention concerne un robot, notamment un robot de manipulation d’outils, léger et rapide. Il s’agit par exemple d’un robot de type Delta, dont un schéma est reproduit en .
Le robotADelta de l’art antérieur comprend typiquement une baseB, une plateformeCet trois brasDreliant la base B à la plateforme C. Les trois bras D permettent à la plateforme C d’avoir trois degrés de liberté en translation par rapport à la base B. Pour cela, chaque bras D est typiquement articulé en rotation sur la base B par un moteurE. Chaque bras D comprend une portionD1et une portionD2articulée l’une par rapport à l’autre par des joints de Cardan, ou autre liaison équivalente, la portion D2 étant également connectée à la plateforme C par un joint de Cardan, ou autre liaison équivalente.
Il en résulte qu’un outil fixé à la plateforme C peut se déplacer en translation selon les trois directions par rapport à la base B.
Comme présenté en introduction, le problème est d’apporter à l’outil des degrés de liberté supplémentaires, en l’occurrence en rotation.
Sur la , il est représenté un robot 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Comme pour le robot Delta de l’art antérieur présenté, le robot 1 de l’invention comprend une base 2 et une plateforme 3. La plateforme 3 est destinée à porter un outil. L’outil est de tout type, et peut être par exemple un système de préhension par le vde, comme une ventouse, une pince ou encore un mécanisme déployable. Trois bras relient la base 2 à la plateforme 3. Selon le mode de réalisation de la , le robot 1 comprend deux bras 4 dits translateurs, car apportant des degrés de liberté en translation, et un bras 5 dit rotateur car, en plus de la translation, il apporte au moins un degré de liberté en rotation de l’outil.
Chaque bras 4, 5 est connecté à la base 2 en liaison pivot autour d’un axe P dit axe primaire de la base 2. De préférence, mais non nécessairement, les axesPde chaque bras 4, 5 sont coplanaires. Chaque bras 4, 5 est associé à au moins un moteur6 , 6a, 6b,chaque moteur 6, 6a, 6b étant dédié à un unique bras 4, 5, et étant fixé sur la base 2. Ainsi, chaque bras 4, 5 est actionné individuellement.
Selon l’exemple des figures, les bras sont disposés à 120° autours de la base 2. Toutefois, d’autres dispositions, par exemple à 90°, sont possibles.
Chaque bras, respectivement 4, 5 comprend deux portions, respectivement 4a, 4b et 5a, 5b, à savoir une portion4a,5adite proximale et une portion4b,5bdite distale.
Les adjectifs distal et proximal sont pris ici en référence à la base 2, la portion proximale étant directement connectée à la base 2.
Concernant les bras 4 translateurs, la portion 4a proximale comprend par exemple une unique branche, d’une part en liaison pivot autour d’un axePprimaire sur la base 2, et d’autre part articulée en liaison rotule sur la portion 4b distale.
Dans ce qui suit, en référence aux figures, on parlera de liaison rotule pour désigner toute liaison à trois degrés de liberté en rotation, étant entendu que tout autre type de liaison à trois degrés de liberté en rotation convient également.
Plus précisément, la portion 4b distale est formée par exemple comme un quadrilatère déformable, et plus précisément encore comme un parallélogramme déformable, dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe P primaire du bras 4 en question. Ainsi, comme représenté sur la , la portion 4b distale peut comprendre deux branches 7 parallèles, chacune connectée en liaison rotule par une première extrémité sur la branche de la portion 4a proximale, et connectée en liaison rotule par une deuxième extrémité sur la plateforme 3. Cette architecture à parallélogramme, ou plus généralement à quadrilatère, déformable permet d’apporter de la robustesse au bras 4 translateur.
Concernant le bras 5 rotateur, une première variante de réalisation est illustrée notamment sur les figures 3 et 4. La portion 5a proximale comprend par exemple une branche8principale proximale connectée en liaison pivot autour de l’axe P primaire, et actionnée par un premier moteur 6a. La portion 5a proximale comprend en outre une branche9dite branche de liaison connectée en liaison pivot, autour d’un axe parallèle à l’axe P primaire correspondant, à la branche 8 principale proximale.
La portion 5a proximale comprend les moyens pour mettre en rotation la branche 9 de liaison par rapport à la branche 8 principale proximale. Selon un mode de réalisation qui est celui des figures, ces moyens comprennent une branche10secondaire proximale et une branche11tertiaire proximale. La branche 10 secondaire proximale est connectée à la base 2 et articulée en rotation par rapport à la base 2 autour de l’axe P primaire, par exemple par un deuxième moteur 6b, aligné avec le premier moteur 6a actionnant la branche 8 principale proximale. Ainsi, la portion 5a proximale forme un quadrilatère déformable, et plus précisément selon l’exemple présenté sur les figures un parallélogramme déformable dans le plan perpendiculaire à l’axe P primaire.
Ainsi, lorsque le deuxième moteur 6b est mis en route, la branche 10 secondaire proximale est actionnée en rotation autour de l’axe P primaire et fait pivoter la branche 9 de liaison par rapport à la branche 8 principale proximale.
D’autres variantes de réalisation, non représentées sur les figures, des moyens pour mettre en rotation la branche 9 de liaison par rapport à la branche 8 principale proximale peuvent être prévues. Par exemple, en première variante, la branche 10 secondaire proximale peut être actionnée autour d’un autre axe de la base 2 que l’axe P primaire, le deuxième moteur 6b étant alors non aligné avec le premier moteur 6a. En deuxième variante, la branche 10 secondaire proximale et la branche 11 tertiaire proximale peuvent être supprimées et remplacées par exemple par un troisième moteur embarqué sur la branche 8 principale proximale afin de mettre en mouvement directement la branche 9 de liaison par rapport à la branche 8 principale proximale. Elles peuvent encore être remplacées par une courroie transmettant le mouvement depuis le deuxième moteur 6b jusqu’à la branche 9 de liaison par l’intermédiaire d’une roue dentée.
Ainsi, plus généralement, le bras 5 rotateur peut être associé à deux moteurs : le premier moteur 6a, connecté à la branche 8 principale proximale afin de transmettre un mouvement de translation de la plateforme 3, et le deuxième moteur 6b, connecté, directement ou indirectement, à la branche 9 de liaison afin d’obtenir le mouvement de basculement de la biellette 14, et ainsi le mouvement de rotation de l’outil.
La portion 5b distale peut comprendre, de manière similaire à la portion 4b distale des bras 4 translateurs, au moins une, et selon l’exemple des figures deux branches12parallèles, dites branches principales distales, chacune connectée en liaison rotule par une première extrémité sur la portion 5a proximale, par exemple soit directement sur la branche 8 principale proximale soit sur la pièce 9 de liaison, et connectée en liaison rotule par une deuxième extrémité sur la plateforme 3. Un système à quadrilatère déformable, et plus précisément à parallélogramme déformable selon l’exemple des figures présentées ici, peut être défini par les deux branches12principales distales, l’axe des rotules sur la plateforme 3 et l’axe des rotules sur la portion 5a proximale. On parle alors de parallélogramme spatial. Cette architecture permet d’avoir une bonne robustesse de la portion 5b distale du bras rotateur.
Le bras 5 rotateur comprend de plus une branche13secondaire distale et une biellette14. La branche 13 secondaire distale permet notamment d’actionner la biellette 14 en rotation autour d’un axeQpar rapport à la plateforme 3. En effet, lorsque la branche 13 secondaire distale est actionnée pour être mise en mouvement par rapport à la portion 5b distale, elle entraîne le basculement de la biellette 14 autour de l’axe Q par rapport à la plateforme 3.
Plus précisément, la branche 13 secondaire distale est connectée par une liaison rotule à la portion 5a proximale du bras 5 rotateur, par exemple soit la branche 8 principale proximale soit la branche 9 de liaison, mais toujours à distance de la liaison des branches 12 principales distales sur la portion 5a proximale. La branche 13 secondaire distale est en outre connectée par une liaison rotule à la biellette 14.
La biellette 14 est montée pivotante autour de l’axe Q de la plateforme 3, de manière à pouvoir basculer par rapport à la plateforme 3 autour de cet axe Q. Selon le mode de réalisation des figures, l’axe Q de rotation de la biellette 14 sur la plateforme 3 passe par le centre des liaisons rotules des branches 12 de la portion 5b distale du bras 5 rotateur sur la plateforme 3.
Comme cela sera explicité plus loin, le bras 5 rotateur comprend en outre un système15de conversion du mouvement de basculement de la biellette 14 par rapport à la plateforme 3 en un mouvement de rotation de l’outil autour d’un axe de travail de la plateforme 3. Ainsi, lorsque la pièce 9 de liaison est actionnée en rotation par rapport à la branche 8 principale de la portion 5a proximale, la branche 13 secondaire distale est mise en mouvement et déplace la biellette 14 par rapport à la plateforme 3. La biellette 14 coopère alors avec le système 15 de conversion afin d’obtenir une rotation de l’outil autour d’un axe de travail déterminé de la plateforme 3.
La branche 9 de liaison porte au moins deux articulations :
- l’articulation16sur la branche 8 principale, qui sera dénommée à des fins de simplifications dans ce qui suit articulation principale ;
- l’articulation17sur la branche 13 secondaire distale ou les branches 12 principales distale parallèles, qui sera dénommée à des fins de simplifications dans ce qui suit articulation distale.
De préférence, mais non nécessairement, l’axe de rotation de l’articulation 16 principale peut passer par le centre des liaisons rotule des branches 12 de la portion 5b distale sur la branche 1 principale, comme cela est le cas sur les modes de réalisation des figures 2, 3, 4, 6 et 7. Dans ce cas, l’articulation 17 distale de la branche 9 de liaison correspond à l’articulation de la branche 13 secondaire distale. Sur les figures 8 et 9, l’axe de rotation de l’articulation 16 principale passe par le centre de la liaison rotule de la branche 13 secondaire distale sur la branche 8 principale. Dans ce cas, l’articulation 17 distale de la branche 9 de liaison correspond à l’articulation des branches 12 principales distales.
La biellette 14 porte également au moins deux articulations :
- l’articulation18sur la plateforme, qui sera dénommée à des fins de simplifications dans ce qui suit articulation plateforme, d’axe Q de rotation ;
- l’articulation19sur le bras 13 secondaire distal, qui sera dénommée à des fins de simplifications dans ce qui suit articulation biellette,
De préférence, mais non nécessairement, l’axe de rotation de l’articulation 18 plateforme passe par le centre des liaisons rotule des branches 12 de la portion 5b distale sur la plateforme 3.
Selon le mode de réalisation des figures, dans lequel la portion 5a proximale du bras 5 rotateur comprend un parallélogramme déformable, la branche 9 de liaison porte une troisième articulation, en l’occurrence l’articulation avec la branche 11 tertiaire du parallélogramme, et présente alors une forme coudée.
Dans une première variante illustrée notamment sur les figures 3 et 4, d’une part l’articulation 17 distale de la branche 9 de liaison est connectée avec la branche 13 secondaire distale, et d’autre part l’articulation 17 distale et l’articulation 19 biellette sont situées d’un même côté par rapport à un plan passant par les connexions des branches 12 principales distales, en l’occurrence un plan passant par l’axe de l’articulation 16 principale et l’axe de l’articulation 18 plateforme. Ce côté est dit intérieur car orienté vers l’intérieur du robot 1, c'est-à-dire notamment vers les autres bras 4, 5 du robot 1. En d’autres termes, la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la portion 5a proximale et la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la biellette 14 sont située du côté intérieur du robot.
Ainsi, dans un plan parallèle au plan du parallélogramme déformable formé par la portion 5a proximale (qui est le plan de la ), la branche 13 secondaire distale, la branche 9 de liaison, la biellette 14 et une des branches 12 principales distales de la portion 5b distale forment également un quadrilatère déformable, et en l’occurrence selon le mode de réalisation présenté sur les figures un parallélogramme déformable.
Dans cette première variante, la branche 9 de liaison de forme coudée est orientée vers l’intérieur du robot. Lorsque le robot 1 est en opération, la branche 13 secondaire distale se déplace dans l’espace du côté intérieur du robot 1, de sorte que l’encombrement du robot 1 est limité. En effet, la branche 12 secondaire distale reste du même côté intérieur pendant le fonctionnement du robot 1.
Selon une deuxième variante, illustrée sur les figures 6 et 7, d’une part l’articulation 17 distale de la branche 9 de liaison est connectée avec la branche 13 secondaire distale, et d’autre part l’articulation 17 distale et l’articulation 19 biellette sont situées de part et d’autre d’un plan passant par les connexions des branches 12 principales proximales sur la portion 5a proximale et sur la plateforme 3, c'est-à-dire en l’occurrence un plan passant par l’axe de l’articulation 16 principale et l’axe de l’articulation 18 plateforme. Plus précisément, l’articulation 19 biellette est située du côté intérieur du robot, et l’articulation 17 distale est située du côté extérieur du robot, opposé au côté intérieur. En d’autres termes, la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la portion 5a proximale est située du côté extérieur du robot, et la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la biellette 14 est située du côté intérieur du robot.
Ainsi, dans un plan parallèle au plan du parallélogramme déformable formé par la portion 5a proximale (qui est le plan de la ), la branche 13 secondaire distale croise les branches 12 principales distales.
Cette deuxième variante permet notamment de limiter les risques de collision entre la branche 13 secondaire distale et la branche 8 principale proximale afin d’élargir l’espace de travail, c'est-à-dire le volume dans lequel le bras 5 rotateur peut se déplacer par rapport à la base 2.
Selon une troisième variante, illustrée sur les figures 8 et 9, d’une part l’articulation 17 distale de la branche 9 de liaison est connectée avec les branches 12 principales distales, de sorte que la branche 13 secondaire distale est connectée à la branche 8 principale proximale, par exemple au niveau de l’articulation 16 principale. D’autre part l’articulation 16 principale et l’articulation 19 biellette sont situées du même côté intérieur par rapport à un plan passant par les connexions des branches 12 principales proximales, en l’occurrence un plan passant par l’axe de l’articulation 17 distale et l’axe de l’articulation 18 plateforme. En d’autres termes, la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la portion 5a proximale et la connexion de la branche 13 secondaire distale sur la biellette 14 sont situées du côté intérieur du robot.
Ainsi, dans un plan parallèle au parallélogramme de la portion 5a proximale (qui est le plan de la ), un quadrilatère spatial ou parallélogramme spatial déformable peut là encore être défini par la branche 13 secondaire distale, la billette 14, une des branches 12 principales distales et la branche 9 de liaison.
Dans cette troisième variante, les risques de collision entre la branche 13 secondaire distale et la branche 8 principale proximale sont réduits, tandis que l’encombrement est également limité, la branche 13 secondaire distale restant localisée pendant le fonctionnement du robot du côté intérieur.
Le bras 5 rotateur permet, grâce au basculement de la biellette 14 par rapport à la plateforme 3 par l’actionnement de la branche 13 secondaire distale selon l’une quelconque des variantes présentées ci-dessus, de pouvoir obtenir un degré de liberté en rotation d’un outil autour d’un axe de travail déterminé. A cet effet, le système 15 de conversion de mouvement coopère avec la biellette 14 afin de transformer le mouvement de basculement de la biellette 14 par rapport à la plateforme 3 en un mouvement de rotation autour d’un axe de travail déterminé.
Afin d’obtenir deux degrés de liberté en rotation de l’outil, le robot 1 peut comprendre deux bras rotateurs 5, comme illustré sur la . Bien que sur la , les deux bras 5 rotateurs ont la même configuration, il peut en être autrement, et des bras 5 rotateurs selon les différentes variantes exposées peuvent être combinés. Enfin, trois degrés de liberté en rotation peuvent être obtenus en mettant en place trois bras rotateurs 5.
Il va maintenant être décrit deux exemples de réalisation du système 15 de conversion, tels que l’on pourrait les trouver combinés sur le robot 1 de la . Ils seront numérotés par la suite 150 et 1500. L’outil dont il est question ici est un support 160 pour un dispositif de préhension par le vide, telle qu’une ventouse, ou équivalent, afin de saisir un objet à déplacer et le relâcher à une position et dans une orientation déterminées. L’outil 160 peut toutefois être de tout type, par exemple une pince ou encore un mécanisme déployable.
Sur la , un exemple d’un premier système 150 de conversion est représenté afin d’obtenir une rotation de l’outil 160 autour d’un premier axe T1 de travail. Sur cette figure, le deuxième système 1500 de conversion est masqué en partie dans un souci de clarté.
Selon cet exemple, la biellette 14 d’un premier bras 5 rotateur comprend en outre une ouverture 20 oblongue. Le système 151 de conversion comprend alors un premier arbre 151 dont une première extrémité est montée pivotante dans l’ouverture 20 de la biellette 14, en rotation autour d’un axe perpendiculaire à l’axe d’extension du premier arbre 151 par exemple à l’aide d’un premier galet 152. Le système 150 de conversion comprend une tourelle 153, en partie transparente sur la , fixée rigidement à la base 3, et dans laquelle le premier arbre 151 est guidé en translation suivant son axe d’extension. La tourelle 153 et la base 3 peuvent être monoblocs, c'est-à-dire formées d’une seule et même pièce. La deuxième extrémité du premier arbre 151 comprend un deuxième galet 154, d’axe sensiblement parallèle à celui du premier galet 152. Le deuxième galet 154 s’engage dans une ouverte 21 oblongue de l’outil 160. L’outil 160 est par ailleurs monté pivotant autour du premier axe T1 de travail, sur la tourelle 153.
Ainsi, lorsque la biellette 14 est basculée autour de l’axe Q de la plateforme 3 par l’actionnement de la branche 13 secondaire distale, le premier arbre 151 glisse par rapport à la plateforme 3, et fait basculer l’outil 160 autour du premier axe T1 de travail. Un premier degré de liberté en rotation est ainsi obtenu pour l’outil 160.
Sur la , on a représenté un exemple d’un deuxième système 1500 de conversion combiné au premier système 150 de conversion, afin d’obtenir deux degrés de liberté en rotation de l’outil 160. Seuls quelques éléments du deuxième bras rotateur associé au deuxième système 1500 de conversion sont représentés.
Ainsi, sur la , la biellette 14 comprend également une ouverture 20 oblongue. Le deuxième système 1500 de conversion comprend alors un deuxième arbre 1501 dont une première extrémité est montée pivotante dans l’ouverture 20’ de la biellette 14’, en rotation autour d’un axe perpendiculaire à l’axe d’extension du deuxième arbre 1501 par exemple à l’aide d’un premier galet 1502. Le deuxième arbre 1501 est guidé en translation, suivant son axe d’extension, dans une ouverture 1503 oblongue de la tourelle 153. Par exemple, un deuxième galet 1504, d’axe parallèle au premier galet 1502, sur la deuxième extrémité du deuxième arbre 1501 permet de guider la translation du deuxième arbre 1501. Ainsi, lorsque la biellette 14 bascule par rapport à la plateforme 3, également transparente sur la , le deuxième arbre 1501 glisse selon son axe d’extension par rapport à la plateforme 3.
La tourelle 153 est commune aux deux systèmes 150, 1500 de conversion. Plus précisément, elle comprend deux parties. Une première partie 1531 est fixée rigidement à la base 3 (en transparent sur la ), et une deuxième partie 1532 est montée pivotante par rapport à la première partie 1531, par exemple autour de l’axe d’extension du premier arbre 151 du premier système 150 de conversion. Dans ce cas, l’outil 160 est fixé sur la deuxième partie 1532 de la tourelle 153, c'est-à-dire que le premier axe T1 de travail est porté par la deuxième partie 1532 de la tourelle 153.
Le deuxième système 1500 de conversion comprend un système de deux roues 1505, 1506 dentées. La première roue1505dentée est montée pivotante sur la première partie 1531 de la tourelle et est associée au deuxième arbre 1501, qui est fileté. La deuxième roue1506est montée sur la deuxième partie 1532 de la tourelle 153, et engrène la première roue 1505 dentée. La deuxième roue 1506 est fixée rigidement à la deuxième partie 1532 de la tourelle 153. Ainsi, le mouvement de glissement du deuxième arbre 1501 entraîne la mise en mouvement de la première roue 1505 par rapport à la première partie 1531 de la tourelle 1, et entraîne la rotation de la deuxième roue 1506, et donc de la deuxième partie 1532 de la tourelle 153 par rapport à la première partie 1531. Selon l’exemple des figures, l’axe de rotation de la deuxième roue 1506 est confondu avec l’axe d’extension du premier arbre 151. Ainsi, la rotation de la deuxième partie 1532 entraîne la rotation de l’outil 160 autour d’un deuxième axe T2 de travail correspondant à l’axe d’extension du premier arbre 151.
Le robot 1 outil ainsi décrit apporte une solution nouvelle et originale afin de mettre en place des degrés de liberté en rotation pour l’outil 160.
En effet, le robot 1 permet d’obtenir aisément jusqu’à trois degrés de liberté en rotation supplémentaires de l’outil 160, selon les besoins, sans alourdir le bras par un moteur rapporté sur le bras, ni la mise en œuvre d’un bras télescopique. La conception en est simplifiée et les coûts de fabrication restent faibles.
Les axes de travail sont librement déterminés en fonction des besoins, et peuvent être parallèles ou non entre eux.
La mise en place de la biellette 14 basculée sur la plateforme 3 par le bras 13 secondaire distal n’alourdit pas ou peu le robot, de sorte que la vitesse de fonctionnement du robot 1 reste compatible avec les cadences industrielles.
Claims (10)
- Robot (1) outil, tel qu’un robot (1) de manipulation d’objets, comprenant une base (2) et une plateforme (3), la plateforme (3) étant destinée à porter un outil (160), tel qu’un outil de manipulation d’objets, le robot (1) comprenant au moins trois bras (4, 5) reliant la base (2) à la plateforme (3), chaque bras (4, 5) comprenant d’une part une portion (4a, 5a) proximale actionnée individuellement en rotation autour d’un axe (P) primaire de la base (2), et comprenant d’autre part une portion (4b, 5b) distale articulée par rapport à la portion (4a, 5a) proximale et connectant la portion (4a, 5a) proximale à la plateforme (3), de manière à permettre trois degrés de liberté en translation de la plateforme (3) par rapport à la base (2),
le robot (1) outil étantcaractérisé en ce qu ’au moins un des trois bras (4, 5) est un bras (5) rotateur, le bras (5) rotateur comprenant de plus :- au moins une branche (13) secondaire distale, connectée à la portion (5a) proximale ;
- au moins une biellette (14) articulée d’une part sur la branche (13) secondaire distale et d’autre part sur la plateforme (3) de sorte que la biellette (14) opère un mouvement de basculement par rapport à la plateforme (3) par actionnement de la branche (13) secondaire distale du bras (5) rotateur,
- au moins un système (15) de conversion du mouvement de basculement de la biellette (14) par rapport à la plateforme (3) en un mouvement de rotation de l’outil (160) autour d’un axe (T1, T2) de travail de la plateforme (3).
- Robot (1) selon la revendication 1, comprenant au moins deux bras (5) rotateurs, chaque bras rotateur (5) définissant un axe (T1, T2) de travail de l’outil (160).
- Robot (1) selon la revendication 1, comprenant trois bras (5) rotateurs, chaque bras rotateur définissant un axe de travail de l’outil (160).
- Robot (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la portion (5a) proximale du bras (5) rotateur comprend une branche (8) principale proximale et une branche (9) de liaison, la branche (8) principale proximale étant actionnée en rotation par rapport à la base (2) autour de l’axe (P) primaire de la base (2) et étant connectée d’autre part à la branche (9) de liaison par une liaison pivot d’axe parallèle à l’axe (P) primaire, la branche (9) de liaison étant connectée d’autre part par une liaison rotule à au moins l’une de la portion (5a) distale et de la branche (13) secondaire distale.
- Robot (1) selon la revendication 4, dans lequel la portion (5a) proximale comprend en outre une branche (10) secondaire proximale actionnée en rotation autour de l’axe (P) primaire de la base (2), et une branche (11) tertiaire proximale non actionnée connectée en liaison pivot autour d’axes parallèles à l’axe (P) primaire à la fois à la branche (10) secondaire proximale et à la branche (9) de liaison, de sorte que la branche (8) principale proximale, la branche (10) secondaire proximale, la branche (9) de liaison et la branche (11) tertiaire proximale forment un quadrilatère déformable.
- Robot (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5 dans lequel le bras (5) rotateur est associé à un premier moteur (6a) et à un deuxième moteur (6b), le premier moteur (6a) étant connecté à la branche (8) principale proximale de manière à être apte à actionner la translation de la plateforme (3) et le deuxième moteur (6b) étant connecté à la branche (9) de liaison de manière à être apte à actionner le mouvement de basculement de la biellette (14).
- Robot (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel, pour un bras (5) rotateur, d’une part la connexion entre la branche (9) de liaison et la branche (13) secondaire distale et d’autre part la connexion entre la biellette (14) et la branche (13) secondaire distale sont situées d’un même côté par rapport un plan passant par les connexions de la portion (5b) distale du bras (5) rotateur d’une part sur la portion (5a) proximale et d’autre part sur la plateforme (3).
- Robot (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel, pour un bras (5) rotateur, d’une part la connexion entre la branche (9) de liaison et la branche (13) secondaire distale et d’autre part la connexion entre la biellette (14) et la branche (13) secondaire distale sont situées de part et d’autre d’un plan passant par les connexions de la portion (5b) distale du bras (5) rotateur d’une part sur la portion (5a) proximale et d’autre part sur la plateforme (3).
- Robot (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la portion (5a) proximale du bras (5) rotateur est munie d’un moteur secondaire entre la branche (8) principale proximale et la branche (9) de liaison.
- Robot (1) selon l’une quelconques des revendications précédentes, dans lequel la portion (4a, 5a) distale d’au moins un bras (4, 5) comprend un système à quadrilatère déformable à liaisons rotules.
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| FR2013606A FR3117909B1 (fr) | 2020-12-18 | 2020-12-18 | Robot outil comprenant au moins un bras rotateur |
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| FR2013606 | 2020-12-18 | ||
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2020
- 2020-12-18 FR FR2013606A patent/FR3117909B1/fr active Active
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2021
- 2021-12-09 WO PCT/EP2021/085036 patent/WO2022128739A1/fr active Application Filing
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| Publication number | Publication date |
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