FR3122594A1 - Interface porte-outil de bras robotisé à décalage angulaire - Google Patents
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Abstract
Interface porte-outil (2) de bras robotisé, comportant : – un embout de fixation (8) accouplable de manière détachable sur un bras robotisé ; – un socle porte-outil (9) ; – des moyens de jonction adaptés à coupler l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) selon une liaison pivot ; – un verrou ; l’interface porte-outils (2) étant adaptée à prendre : – une configuration d’accouplage débrayé dans laquelle l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) sont couplés selon une liaison pivot, et dans laquelle le verrou est dans sa position de déverrouillage ; – une première configuration d’accouplage verrouillé ; – une deuxième configuration d’accouplage verrouillé. Figure pour l’abrégé : Fig.1
Description
L’invention se situe dans le domaine de la robotique et concerne plus particulièrement les interfaces porte-outil équipant les bras robotisés de robots polyarticulés.
ART ANTÉRIEUR
Les robots polyarticulés, couramment employés dans de nombreuses industries, comportent généralement au moins un bras robotisé pouvant être équipé à son extrémité d’un outil adapté à effectuer une tâche propre à l’application concernée, en étant positionné et déplacé par le bras robotisé.
Un bras robotisé peut être équipé d’une interface porte-outil permettant de fixer l’outil de manière détachable, pour remplir une fonction de changement d’outils. De telles interfaces porte-outil peuvent également être dénommées « changeur d’outil ». Un bras robotisé peut ainsi changer d’outil pour réaliser des tâches nécessitant des outils différents, en venant, grâce à l’interface porte-outil, déposer un premier outil et saisir un deuxième outil mis à sa disposition.
Les demandes de brevet FR2982186 et EP1993764 décrivent des solutions d’interface porte-outil permettant un tel changement d’outil.
Les interfaces porte-outil de l’art antérieur ne permettent pas une rotation de grande amplitude angulaire (par exemple jusqu’à 360°) de l’outil par rapport au bras robotisé, sans recourir à un surdimensionnement en longueur des flexibles d’alimentation hydraulique et/ou électrique de l’outil. En effet, les interfaces porte-outil de l’art antérieur comportent, en plus de la liaison mécanique permettant le support de l’outil, une connectique de commande et de puissance (généralement des flexibles hydrauliques et/ou des câbles électriques, voire des câbles de transmission mécanique, ou d’autres éléments de transmission mécanique pour la motorisation et la commande de l’outil).
Pour certaines applications, il est nécessaire d’atteindre différentes zones de travail avec des positions angulaires déterminées de l’outil, impliquant une rotation de l’outil dans une importante plage angulaire. Les interfaces porte-outil de l’art antérieur nécessitent ainsi de prévoir des connectiques d’alimentation et/ou de commande surdimensionnés en longueur, c’est-à-dire d’une longueur suffisante pour vriller autour du bras robotisé, en formant une hélicoïde. Ce type d’agencement nécessite des câbles et/ou flexibles hydrauliques de grande longueur et qui travaillent en torsion, et entrainent une augmentation des couts ainsi qu’une baisse de fiabilité.
Ce type d’agencement est par ailleurs proscrit pour les applications en milieu hostile qui exigent un haut niveau de sécurité et qui, à ce titre, ne comportent aucun flexible ou câble apparent. C’est le cas par exemple des opérations en milieu radioactif, pour lesquelles la présence d’un opérateur humain est exclue, et les bras robotisés adaptés à ces environnements sont ainsi dépourvus d’éléments flexibles apparents pouvant être intempestivement accrochés et endommagés, voire arrachés, par des éléments extérieurs durant le travail du bras robotisé. Dans de telles applications, la connectique passe à l’intérieur des éléments du bras robotisé et limite nécessairement l’amplitude angulaire des rotations permises aux articulations du bras robotisé. Dans de telles applications en milieu hostile, les interfaces porte-outil de l’art antérieur prévoient au moins deux outils pour la même fonction, ces deux outils étant identiques mais décalés angulairement par rapport à leur support de jonction au bras robotisé. Lorsque les opérations nécessitent un positionnement de l’outil qui ne peut être atteint sans excéder la plage angulaire de rotation permise à une articulation du bras robotisé, le bras robotisé procède à un changement d’outil.
La nécessité de prévoir plusieurs outils pour la même fonction, ainsi que les étapes supplémentaires de changement d’outil ont des conséquences négatives en matière de cout et de sécurité du procédé. Cette redondance couteuse et risquée des outils est particulièrement indésirable dans les applications en milieu hostile où il est souhaitable de limiter au maximum les aléas (tel qu’un risque de chute de l’outil) entrainés par une opération de changement d’outil.
L’invention a pour but d’améliorer les interfaces porte-outil de bras robotisé de l’art antérieur.
À cet effet, l’invention vise une interface porte-outil de bras robotisé comportant :
– un embout de fixation accouplable de manière détachable sur un bras robotisé ;
– un socle porte-outil ;
– des moyens de jonction adaptés à coupler l’embout de fixation et le socle porte-outil selon une liaison pivot ;
– un verrou adapté à occuper : une position de verrouillage dans laquelle le verrou bloque ladite liaison pivot ; et une position de déverrouillage.
– un embout de fixation accouplable de manière détachable sur un bras robotisé ;
– un socle porte-outil ;
– des moyens de jonction adaptés à coupler l’embout de fixation et le socle porte-outil selon une liaison pivot ;
– un verrou adapté à occuper : une position de verrouillage dans laquelle le verrou bloque ladite liaison pivot ; et une position de déverrouillage.
L’interface porte-outils est adaptée à prendre :
– une configuration d’accouplage débrayé dans laquelle l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction, et dans laquelle le verrou est dans sa position de déverrouillage ;
– une première configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction ; le verrou est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une première position angulaire relative de l’embout de fixation et du socle porte-outil ;
– une deuxième configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction ; le verrou est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une deuxième position angulaire relative de l’embout de fixation et du socle porte-outil.
– une configuration d’accouplage débrayé dans laquelle l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction, et dans laquelle le verrou est dans sa position de déverrouillage ;
– une première configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction ; le verrou est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une première position angulaire relative de l’embout de fixation et du socle porte-outil ;
– une deuxième configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation et le socle porte-outil sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction ; le verrou est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une deuxième position angulaire relative de l’embout de fixation et du socle porte-outil.
Une telle interface porte-outil permet une augmentation de la plage angulaire de rotation de l’outil monté sur le socle porte-outil, en ajoutant fonctionnellement une articulation indépendante du bras robotisé.
L’invention est adaptée à des opérations du bras robotisé nécessitant une plage angulaire importante (par exemple proche de 360°) dans la rotation de l’outil, alors que les articulations du bras robotisé sont limitées en amplitude de rotation, par exemple par la nécessité de passer la connectique.
Deux outils différents ne sont plus nécessaires pour une même opération, ce qui entraine une diminution de moitié du cout d’approvisionnement et de maintenance des outils. Une telle interface porte-outil réduit de plus les temps d’intervention en minimisant les changements d’outil, réduit les couts de maintenance du bras robotisé lui-même, et augmente la sécurité des opérations en réduisant les risques de chute de l’outil, c’est-à-dire les risques de détérioration de l’outil et/ou de l’environnement lors de la phase délicate de changement d’outil.
L’interface porte-outil ne nécessite que peu d’éléments supplémentaires par rapport à l’art antérieur, et se base sur des fonctions mécaniques simples et fiables garantissant ainsi le haut niveau de sécurité requis pour les applications en milieu hostile, dans lesquelles la limitation des angles de pivotement d’outils se pose particulièrement.
L’invention est particulièrement adaptée pour toute intervention en milieu hostile qui exclut ou limite la présence d’humains tels que le nucléaire, le spatial, le sous-marin ou encore des milieux de température et/ou de pression extrêmes, chimiques ou biologiques agressifs. L’invention est par exemple particulièrement adaptée dans la mise en œuvre de bras robotisés téléopérés pour des chantiers de démantèlement de centrale nucléaire.
L’invention peut cependant également être envisagée par exemple sur des lignes de production industrielle pour réduire le nombre d’outils nécessaires à une même opération, pour compléter l’action de tout type de bras robotisé dont la rotation du dernier axe au niveau de l’outil présente une amplitude angulaire inférieure à 360°. Le positionnement d’outils telles qu’une scie sabre, une disqueuse, une grignoteuse bénéficie ainsi d’une plage angulaire augmentée. Selon d’autres exemples, tout autre outils tels que des pistolets à peinture ou des outils de ponçage peuvent également bénéficier de l’augmentation des possibilités de positionnement autour d’une pièce, apportée par l’invention.
Les connectiques électriques pour l’alimentation de l’outil peuvent de plus transiter par l’interface porte-outil selon l’invention, par tout moyen connu permettant l’alimentation électrique par une interface tournante.
L’interface porte-outil selon l’invention peut en outre comporter les caractéristiques supplémentaires suivantes, seules ou en combinaison :
– le verrou est mobile en translation le long de l’axe de rotation de ladite liaison pivot ;
– l’embout de fixation comprend un premier alésage, et le socle porte-outil comprend un deuxième alésage, le premier alésage et le deuxième alésage étant coaxiaux et formant un logement de coulissement pour le verrou, le verrou étant mobile en translation dans ce logement de coulissement entre sa position de verrouillage et sa position de déverrouillage ;
– le verrou comprend un arbre cannelé adapté à coopérer avec des cannelures internes de l’embout de fixation et des cannelures internes du socle porte-outil ;
– l’interface porte-outils comporte un chambrage pratiqué dans l’embout de fixation ou dans le socle porte-outil et permettant une libre rotation du verrou lorsque le verrou est dans sa position de déverrouillage ;
– l’embout de fixation comporte un orifice traversant d’accès au verrou ;
– l’interface porte-outil comporte un moyen élastique sollicitant le verrou vers sa position de verrouillage ;
– les moyens de jonction comportent un collet de rétention solidaire de l’embout de fixation, et une collerette solidaire du socle porte-outil ;
– les moyens de jonction comportent de plus une bague d’appui solidaire du socle porte-outil, et une bague d’appui solidaire de l’embout de fixation, ces bagues d’appui étant mutuellement en contact plan sur plan.
Selon un autre objet, l’invention vise un bras robotisé comportant une interface porte-outil telle que décrite ci-dessus et comportant un actionneur d’extrémité adapté à commander la position du verrou.
Selon une caractéristique préférée, le bras robotisé comporte un actionneur d’extrémité adapté à commander la position du verrou à travers l’orifice traversant d’accès au verrou.
Selon un autre objet, l’invention vise un procédé de commande d’un bras robotisé comportant une interface porte-outil telle que décrite ci-dessus, ce procédé comportant les étapes suivantes :
– réaliser une première tâche avec un outil monté sur le socle porte-outil, l’interface porte-outil étant dans la première configuration d’accouplage verrouillé ;
– commander le verrou vers sa position d’accouplage débrayé ;
– réaliser une rotation relative du socle porte-outil et de l’embout de fixation autour de l’axe de ladite liaison pivot ;
– commander le verrou vers sa position d’accouplage verrouillé de sorte que l’interface porte-outil soit dans la deuxième configuration d’accouplage verrouillé.
– réaliser une première tâche avec un outil monté sur le socle porte-outil, l’interface porte-outil étant dans la première configuration d’accouplage verrouillé ;
– commander le verrou vers sa position d’accouplage débrayé ;
– réaliser une rotation relative du socle porte-outil et de l’embout de fixation autour de l’axe de ladite liaison pivot ;
– commander le verrou vers sa position d’accouplage verrouillé de sorte que l’interface porte-outil soit dans la deuxième configuration d’accouplage verrouillé.
Selon une caractéristique préférée, l’étape de rotation relative du socle porte-outil et de l’embout de fixation autour de l’axe de ladite liaison pivot, est réalisée en maintenant l’outil fixe sur un support et en pivotant le bras robotisé selon l’axe de ladite liaison pivot.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
– la représente un bras robotisé muni d’une interface porte-outil selon l’invention ;
– la est une vue en coupe de l’interface porte-outil ;
– la est une vue éclatée de l’interface porte-outils ;
– la est une vue en coupe simplifiée de l’interface porte-outil, pour une première configuration ;
– la est une vue en coupe simplifiée de l’interface porte-outil, pour une deuxième configuration.
Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La illustre un bras robotisé 1 muni d’une interface porte-outil 2 selon l’invention, et d’un outil 3 monté sur l’interface porte-outil 2.
Dans le présent exemple, le bras robotisé 1 est un bras polyarticulé à six articulations en rotation. Les numéros 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F sur la repèrent les axes de rotation de chacune de ces articulations. La commande du bras robotisé 1 est dans cet exemple hydraulique, ce qui est particulièrement adapté aux milieux hostiles. Dans cet exemple, la dernière articulation à l’extrémité du bras robotisé (la rotation autour de l’axe 5F) présente une plage angulaire de rotation de 270°, ce qui est couramment le cas pour une articulation commandée hydrauliquement dans un bras polyarticulé.
Le bras robotisé 1 est par exemple mis en œuvre dans le cadre d’un chantier de démantèlement en milieu hostile et l’outil 3 est une scie sabre comportant une lame 4 actionnée selon un mouvement linéaire alternatif suivant l’axe longitudinal de la lame 4, et permettant de découper en portions une structure à démanteler.
L’outil 3 comporte une embase 6 qui comprend les moyens d’actionnement de l’outil. Ces moyens d’actionnement sont par exemple un moteur électrique actionnant le va-et-vient de la lame 4.
L’interface porte-outil 2 remplit ici trois fonctions :
– elle assure une jonction selon une liaison encastrement entre l’outil 3 et l’extrémité 7 du bras robotisé 1, durant les phases de travail où l’outil 3 est actionné. L’outil 3 peut alors être actionné et déplacé selon les mouvements permis par les six axes de rotation ;
– elle remplit une fonction de changeur d’outil. L’outil 3 est, grâce à l’interface porte-outil 2, accouplable de manière détachable au bras robotisé 1. Le bras robotisé 1 peut, de manière connue, reposer l’outil 3 sur un râtelier adapté (non représenté), se déconnecter de cet outil 3 et se connecter à un autre outil présent sur le râtelier, pour poursuivre le travail avec ce nouvel outil ;
– elle permet une augmentation de l’amplitude angulaire de rotation de l’outil 3, au niveau de la dernière articulation (autour de l’axe 5F), comme exposé plus loin.
– elle assure une jonction selon une liaison encastrement entre l’outil 3 et l’extrémité 7 du bras robotisé 1, durant les phases de travail où l’outil 3 est actionné. L’outil 3 peut alors être actionné et déplacé selon les mouvements permis par les six axes de rotation ;
– elle remplit une fonction de changeur d’outil. L’outil 3 est, grâce à l’interface porte-outil 2, accouplable de manière détachable au bras robotisé 1. Le bras robotisé 1 peut, de manière connue, reposer l’outil 3 sur un râtelier adapté (non représenté), se déconnecter de cet outil 3 et se connecter à un autre outil présent sur le râtelier, pour poursuivre le travail avec ce nouvel outil ;
– elle permet une augmentation de l’amplitude angulaire de rotation de l’outil 3, au niveau de la dernière articulation (autour de l’axe 5F), comme exposé plus loin.
Selon cette dernière fonction de l’interface porte-outil 2, la plage angulaire de la rotation autour de l’axe 5F peut par exemple être portée jusqu’à 360º. L’amplitude angulaire possible pour la rotation de l’outil 3, qui est ici, sans l’intervention de l’interface porte-outil 2, inférieure à 360° a pour conséquence de réduire les zones atteignables par le bras robotisé, ce qui peut être fortement préjudiciable pour des interventions dans des environnements très encombrés.
La est une vue en coupe de l’interface porte-outil 2 du bras robotisé de la . Cette interface porte-outils 2 est également représentée en vue éclatée à la .
L’interface porte-outil 2 comporte un embout de fixation 8, permettant la fixation de l’interface porte-outil 2 sur l’extrémité 7 du bras robotisé 1, et un socle porte-outil 9 sur lequel est fixé l’outil 3.
L’embout de fixation 8 est ici réalisé en forme de cloche et comporte un alésage interne 10 dans lequel est introduite l’extrémité 7 du bras robotisé 1 pour y être fixée de manière détachable, par tout moyen approprié. Par exemple, l’extrémité 7 du bras robotisé 1 est prévue pour s’ajuster dans l’alésage interne 10 et comporte des moyens de blocage mobiles permettant de solidariser l’extrémité 7 et l’embout de fixation 8. Les moyens permettant d’accoupler de manière détachable une interface porte-outil 2 avec un bras robotisé sont connus de l’art antérieur et ne seront pas décrits plus en détails ici.
L’extrémité 7 du bras robotisé 1 est ainsi, lorsqu’elle est accouplée à l’interface porte-outil 2, en liaison encastrement avec l’embout de fixation 8. L’embout de fixation 8 comporte de plus un collet de rétention 11 saillant radialement d’une portion interne d’un support cylindrique 12 de l’embout de fixation 8.
Le socle porte-outil 9 est quant à lui en liaison encastrement avec l’outil 3 par tout moyen de fixation approprié. Le socle porte-outil 9 comporte de plus une collerette circulaire 13 saillante radialement d’une portion externe d’un support cylindrique 14 solidaire du socle porte-outil 9.
Le collet de rétention 11 et la collerette 13 forment des moyens de jonction adaptés à coupler l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 selon une liaison pivot d’axe 5F. Autrement dit, la liaison pivot permise entre l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 est réalisée selon un axe qui est confondu avec l’axe de rotation 5F de la dernière articulation du bras robotisé 1.
.
Alternativement, les moyens de jonction peuvent être réalisés par tout montage mécanique permettant à l’embout de fixation 8 et au socle porte-outil 9 d’être accouplable selon une liaison pivot d’axe 5F entre ces deux pièces.
La liaison pivot est ici assurée par un contact plan sur plan entre la collerette 13 et le collet de rétention 11 ainsi que par un contact plan sur plan entre une bague d’appui 15 solidaire du socle porte-outil 9 et une bague d’appui 16 solidaire de l’embout de fixation 8.
Cet agencement permet un montage simple et fiable des éléments : pour la fabrication de l’interface porte-outil 2, le support cylindrique 14 et la bague d’appui 15 sont tout d’abord fixés ensemble, puis positionnés selon l’axe 5F, en appui sur la bague d’appui 16 qui est fixée à l’embout de fixation 8. Le collet de rétention 11 et la collerette 13 sont ainsi en prise et assurent la liaison pivot. Alternativement, tout autre construction mécanique permettant une liaison pivot d’axe 5F peut être ici employée.
L’interface porte-outil 2 comporte ici de plus un capot circulaire 17 de protection de la jonction entre l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9.
L’embout de fixation 8 est donc accouplable de manière détachable au bras robotisé 1, tandis que le socle porte-outil 9 reste rattaché à l’outil 3. L’interface porte-outil 2 reste ainsi rattachée à l’outil 3 et permet d’accoupler et de désaccoupler cet outil 3 au bras robotisé 1. Chaque outil est monté sur sa propre interface porte-outil 2 identique. Lorsque le bras robotisé 1 change d’outil, son extrémité 7 se désaccouple de l’interface porte outil de l’outil précédent, et s’accouple à l’interface porte-outil de l’outil suivant.
L’interface porte-outil 2 comporte de plus un verrou 18 qui est mobile en translation le long d’un logement qui est constitué :
– d’un alésage 19 d’axe 5F, pratiqué dans la pièce 15 qui est fixée au socle porte-outil 9 ;
– d’un alésage 20 d’axe 5F, pratiqué dans la pièce 16 qui est fixée à l’embout de fixation 8.
– d’un alésage 19 d’axe 5F, pratiqué dans la pièce 15 qui est fixée au socle porte-outil 9 ;
– d’un alésage 20 d’axe 5F, pratiqué dans la pièce 16 qui est fixée à l’embout de fixation 8.
Les alésages 19, 20 sont de même diamètre et comportent chacun des cannelures internes 21, 22.
Le verrou 18 est ici constitué d’un arbre ajusté glissant dans les alésages 19, 20 et comportant des moyens d’arrêt en rotation. Dans le présent exemple, les moyens d’arrêt en rotation sont constitués de cannelures. Le verrou 18 est ainsi dans cet exemple un arbre cannelé : il comporte des cannelures internes 23 jusqu’au niveau représenté par les pointillés 29. Au-delà des pointillés 22, sur sa partie inférieure, l’arbre constituant le verrou 18 est dépourvu de cannelure. Les cannelures de l’arbre constituant le verrou 18 sont adaptées à coopérer avec les cannelures internes 21.
L’alésage 20 de l’embout de fixation 8 comporte de plus un chambrage 24 ménageant un espace circulaire suffisant pour permettre une libre rotation des cannelures externes 23 du verrou 18, par rapport à l’embout de fixation 8.
Le verrou 18 comporte de plus un ergot de guidage 25 ainsi qu’un ressort 26 le sollicitant vers le bas (selon l’orientation de la ).
Le verrou 18 est mobile en translation dans son logement entre deux positions extrêmes :
– une position de déverrouillage (celle illustrée à la ) dans laquelle le ressort 26 est comprimé, l’ergot 25 est en butée contre le socle porte-outil 9 et les cannelures externes 23 du verrou 18 sont disposées dans le chambrage 24, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas accouplées avec les cannelures internes 22 de l’alésage 20 de l’embout de fixation 8 ;
– une position de verrouillage dans laquelle le ressort 26 est détendu par rapport à la position précédente, l’ergot 25 vient en butée contre le fond du chambrage 24 de l’embout de fixation 8, et les cannelures externes 23 viennent s’accoupler avec les cannelures internes 22 de l’alésage 20.
– une position de déverrouillage (celle illustrée à la
– une position de verrouillage dans laquelle le ressort 26 est détendu par rapport à la position précédente, l’ergot 25 vient en butée contre le fond du chambrage 24 de l’embout de fixation 8, et les cannelures externes 23 viennent s’accoupler avec les cannelures internes 22 de l’alésage 20.
Dans la position de déverrouillage, une libre rotation est ainsi permise entre le socle porte-outil 9 et l’embout de fixation 8, autour de l’axe 5F, grâce à la liaison pivot permise par les moyens de jonction 11, 13. Dans la position de verrouillage, l’arbre cannelé constituant le verrou 18 verrouille la rotation de l’embout de fixation 8 et du socle porte-outil 9, les cannelures externes 23 du verrou 18 engrenant à la fois sur les cannelures internes 21 de l’alésage 19 et sur les cannelures internes 22 de l’alésage 20. La liaison pivot réalisée par les moyens de jonction 11, 13 est ainsi bloquée par le verrou 18, et la liaison mécanique entre l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 devient une liaison encastrement.
Dans cet exemple, le ressort 26 sollicite le verrou 18 vers sa position de verrouillage, tandis qu’une action est nécessaire, à l’encontre du ressort 26, pour mettre le verrou 18 dans sa position de déverrouillage. Cette action, peut être réalisée par tout moyen adapté tel qu’un actionneur, éventuellement embarqué (non représenté) sur l’interface porte-outil 2. Cependant, selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l’interface porte-outil 2 n’embarque aucun actionneur supplémentaire et l’actionnement du verrou 18 est réalisé directement par un actionneur du bras robotisé 1. À cet effet, l’alésage 20 débouche dans l’alésage interne 10 de l’embout de fixation 8 par un orifice 27.
Les figures 4 et 5 illustrent un tel mode de réalisation dans lequel le verrou 18 est actionné par le bras robotisé 1.
Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe similaires à la vue de la mais simplifiées. L’interface porte-outil 2 comporte ainsi un embout de fixation 8 et un socle porte-outil 9 avec des moyens de jonction 11, 13.
Les figures 4 et 5 illustrent de plus l’extrémité 7 du bras robotisé 1, qui est donc accouplée de manière détachable sur l’embout de fixation 8 (par des moyens non représentés).
Dans cet exemple, le bras robotisé 1 comporte un actionneur hydraulique 28 d’extrémité schématisé sous forme d’un vérin double effet dont la tige passe par l’orifice 27 et vient s’appuyer sur le verrou 18. L’utilisation classique d’un tel actionneur hydraulique 28 sur un bras robotisé 1 est par exemple d’actionner une fonction particulière de l’outil. Lorsque l’outil est une pince, l’ouverture et la fermeture de cette pince est réalisée par l’actionneur 28 interne au bras robotisé 1 sans qu’aucun autre mécanisme ne soit nécessaire dans la pince. Dans le présent exemple, cet actionneur hydraulique 28, qui est généralement présent sur les bras robotisés 1 hydrauliques destinés aux milieux hostiles, est ici mis à profit pour commander un décalage angulaire de l’outil 3 grâce à l’interface porte-outil 2, en vue d’augmenter la plage angulaire de la rotation autour de l’axe 5F.
L’orifice 27 est en vis-à-vis de l’actionneur 28 et ce dernier est simplement en contact avec le verrou 18, par un contact plan sur plan dans cet exemple, de sorte que l’actionneur 28 soit à même de repousser le verrou 18 à l’encontre du ressort 26 vers sa position de déverrouillage, ou au contraire de permettre le retour du verrou 18 vers sa position de verrouillage. Le contact entre l’actionneur 28 et le verrou 18 permet de plus une rotation relative entre le verrou 18 et l’actionneur 28, qui a lieu lorsqu’une l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 tournent l’un par rapport à l’autre selon leur liaison pivot (dans la configuration d’accouplage débrayée de la ).
La illustre le verrou 18 dans sa position de verrouillage correspondant à une configuration d’accouplage verrouillé de l’interface porte-outil 2, dans laquelle l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 sont en liaison encastrement. La illustre le verrou 18 dans sa position de déverrouillage correspondant à une configuration d’accouplage débrayé de l’interface porte-outil 2, dans laquelle l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 sont en liaison pivot.
Un procédé de décalage angulaire d’un outil 3 de bras robotisé 1 va maintenant être décrit, ce procédé permettant d’augmenter la plage angulaire de rotation de l’outil autour de l’axe 5F, grâce à l’interface porte-outil 2.
Le bras robotisé 1 est tout d’abord accouplé à l’outil 3 par l’intermédiaire de l’interface porte-outil 2. Pour cela, l’embout de fixation 8 est accouplé à l’extrémité 7 du bras robotisé 1. Le bras robotisé 1 est alors dans sa configuration illustrée à la , avec son outil 3 prêt à fonctionner. L’interface porte-outil 2 est dans une première configuration d’accouplage verrouillé (correspondant à la ) dans laquelle : l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction 11, 13 ; le verrou 18 est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une première position angulaire relative de l’embout de fixation et du socle porte-outil.
Le bras robotisé 1 positionne ainsi dans l’espace l’outil 3, y compris grâce à la rotation d’axe 5F, grâce à la liaison encastrement que forme dans cette configuration l’interface porte-outil 2. Le bras robotisé réalise ainsi les tâches relatives à l’outil 3.
Lorsque ces tâches nécessitent d’atteindre des zones auparavant inatteignables par l’outil 3 du fait de la limitation de la rotation d’axe 5F, le bras robotisé 1 procède à une opération de décalage angulaire de l’outil 3. Par exemple, si le bras robotisé 1 a besoin de réaliser une rotation d’axe 5F de 350º, qui dépasse l’amplitude angulaire de 270º permise par l’actionneur hydraulique de l’articulation correspondant à l’axe 5F.
Cette opération de décalage angulaire comporte une première étape dans laquelle le bras robotisé 1 vient immobiliser l’outil 3. L’outil 3 peut par exemple être immobilisé sur un support adapté. Dans cet exemple, l’outil 3 peut être immobilisé dans le râtelier où il a été initialement pris.
Selon une deuxième étape, l’actionneur 28 est activé pour repousser le verrou 18 dans sa position de déverrouillage et placer ainsi l’interface porte-outil 2 dans sa configuration d’accouplage débrayé. Une libre rotation est alors permise entre l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9, c’est-à-dire entre l’extrémité 7 du bras robotisé 1 et l’outil 3.
L’outil 3 étant immobilisé, le bras robotisé 1 commande ensuite une rotation de son extrémité 7 par rapport à l’outil 3, autour de l’axe 5F selon un angle suffisant pour couvrir le nouveau secteur angulaire souhaité pour l’outil 3 (dans cet exemple illustratif, l’extrémité 7 du bras robotisé 1 peut tourner par exemple de 90° par rapport à l’outil 3).
Suite à ce repositionnement angulaire mutuel entre l’extrémité 7 du bras robotisé 1 et l’outil 3, l’actionneur 28 est ensuite commandé en retrait pour permettre un retour du verrou 18 dans sa position de verrouillage et pour mettre l’interface porte-outil 2 dans une deuxième configuration d’accouplage verrouillé, dans laquelle : l’embout de fixation 8 et le socle porte-outil 9 sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction 11, 13 ; le verrou 18 est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une deuxième position angulaire relative de l’embout de fixation 8 et du socle porte-outil 9.
Le bras robotisé 1 peut ensuite extraire l’outil 3 de son support d’immobilisation pour poursuivre le travail avec la nouvelle orientation angulaire de l’outil 3 qui permet au bras robotisé 1 de positionner angulairement cet outil 3 au-delà de ce qu’il pouvait initialement faire.
Le bras robotisé 1 peut ainsi repositionner angulairement l’outil 3 autant de fois que nécessaire selon les tâches requises, et ce sans changer d’outils. L’outil 3 peut ainsi être positionné dans n’importe quelle position angulaire sur les 360° de la rotation autour de l’axe 5 F.
Des variantes de réalisation de l’interface porte-outil 2 et du procédé de commande du bras robotisé 1 peuvent être mises en œuvre. Notamment, le présent exemple décrit un verrou 18 qui reste engrené avec le socle porte-outil 9 et qui ne se désaccouple que de l’embout de fixation 8 lorsqu’il passe en position de déverrouillage. Cependant, cette construction peut être par exemple inversée, le verrou 18 pouvant alors se désaccoupler du socle porte-outil 9, le chambrage 24 étant alors pratiqué dans le socle porte outil 9, ce qui irait de pair avec une commande inversée de l’actionneur 28.
De plus, les moyens d’arrêt en rotation sont constitués par les cannelures du verrou 18, étant entendu que ces moyens d’arrêt en rotation peuvent être alternativement réalisés par tout autre montage fonctionnellement équivalent (ergot d’arrêt en rotation, clavette, etc.).
Claims (13)
- Interface porte-outil (2) de bras robotisé, cette interface porte-outil comportant :
– un embout de fixation (8) accouplable de manière détachable sur un bras robotisé ;
– un socle porte-outil (9) ;
cette interface porte-outil (2) étant caractérisée en ce qu’elle comporte :
– des moyens de jonction (11, 13) adaptés à coupler l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) selon une liaison pivot ;
– un verrou (18) adapté à occuper : une position de verrouillage dans laquelle le verrou (18) bloque ladite liaison pivot ; et une position de déverrouillage ;
l’interface porte-outils (2) étant adaptée à prendre :
– une configuration d’accouplage débrayé dans laquelle l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction (11, 13), et dans laquelle le verrou (18) est dans sa position de déverrouillage ;
– une première configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction (11, 13) ; le verrou (18) est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une première position angulaire relative de l’embout de fixation (8) et du socle porte-outil (9) ;
– une deuxième configuration d’accouplage verrouillé dans laquelle : l’embout de fixation (8) et le socle porte-outil (9) sont couplés selon une liaison pivot par les moyens de jonction (11, 13) ; le verrou (18) est dans sa position de verrouillage et bloque ladite liaison pivot dans une deuxième position angulaire relative de l’embout de fixation (8) et du socle porte-outil (9). - Interface porte-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le verrou (18) est mobile en translation le long de l’axe de rotation (5F) de ladite liaison pivot.
- Interface porte-outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’embout de fixation (8) comprend un premier alésage (20), et en ce que le socle porte-outil (9) comprend un deuxième alésage (19), le premier alésage (20) et le deuxième alésage (19) étant coaxiaux et formant un logement de coulissement pour le verrou (18), le verrou (18) étant mobile en translation dans ce logement de coulissement entre sa position de verrouillage et sa position de déverrouillage.
- Interface porte-outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le verrou (18) comprend un arbre cannelé adapté à coopérer avec des cannelures internes (22) de l’embout de fixation (8) et des cannelures internes (21) du socle porte-outil (9).
- Interface porte-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’elle comporte un chambrage (24) pratiqué dans l’embout de fixation (8) ou dans le socle porte-outil (9) et permettant une libre rotation du verrou (18) lorsque le verrou (18) est dans sa position de déverrouillage.
- Interface porte-outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’embout de fixation (8) comporte un orifice traversant (27) d’accès au verrou (18) .
- Interface porte-outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un moyen élastique (26) sollicitant le verrou (18) vers sa position de verrouillage.
- Interface porte-outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de jonction comportent un collet de rétention (11) solidaire de l’embout de fixation (8), et une collerette (13) solidaire du socle porte-outil (9).
- Interface porte-outil selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de jonction comportent de plus une bague d’appui (15) solidaire du socle porte-outil (9), et une bague d’appui (16) solidaire de l’embout de fixation (8), ces bagues d’appui étant mutuellement en contact plan sur plan.
- Bras robotisé (1) comportant une interface porte-outil (2) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte un actionneur d’extrémité (28) adapté à commander la position du verrou (18).
- Bras robotisé (1) comportant une interface porte-outil (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte un actionneur d’extrémité (28) adapté à commander la position du verrou (18) à travers l’orifice traversant (27) d’accès au verrou (18).
- Procédé de commande d’un bras robotisé (1) comportant une interface porte-outil (2) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
– réaliser une première tâche avec un outil (3) monté sur le socle porte-outil (9), l’interface porte-outil (2) étant dans la première configuration d’accouplage verrouillé ;
– commander le verrou (18) vers sa position d’accouplage débrayé ;
– réaliser une rotation relative du socle porte-outil (9) et de l’embout de fixation (8) autour de l’axe de ladite liaison pivot ;
– commander le verrou (18) vers sa position d’accouplage verrouillé de sorte que l’interface porte-outil (2) soit dans la deuxième configuration d’accouplage verrouillé. - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’étape de rotation relative du socle porte-outil (9) et de l’embout de fixation (8) autour de l’axe de ladite liaison pivot, est réalisée en maintenant l’outil (3) fixe sur un support et en pivotant le bras robotisé (1) selon l’axe de ladite liaison pivot.
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Citations (4)
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| EP1993764A2 (fr) | 2006-03-14 | 2008-11-26 | ATI Industrial Automation | Changeur d'outil robotique |
| FR2982186A1 (fr) | 2011-11-08 | 2013-05-10 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Changeur d'outils pour robot a changement automatique d'outils |
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| EP3590666A1 (fr) * | 2018-07-05 | 2020-01-08 | IPR-Intelligente Peripherien für Roboter GmbH | Système de couplage d'outils pour un robot de cuisine |
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2021
- 2021-05-04 FR FR2104674A patent/FR3122594B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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