WO2006079726A1 - Dispositif de creation de mouvements d'une cabine selon 3, 4 ou 6 axes - Google Patents

Dispositif de creation de mouvements d'une cabine selon 3, 4 ou 6 axes

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WO2006079726A1
WO2006079726A1 PCT/FR2006/000183 FR2006000183W WO2006079726A1 WO 2006079726 A1 WO2006079726 A1 WO 2006079726A1 FR 2006000183 W FR2006000183 W FR 2006000183W WO 2006079726 A1 WO2006079726 A1 WO 2006079726A1
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WO
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axes
arms
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axis
passive
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PCT/FR2006/000183
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Bernard Claudinon
Jean Broquet
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Bernard Claudinon
Jean Broquet
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    • F16M11/24—Undercarriages with or without wheels changeable in height or length of legs, also for transport only, e.g. by means of tubes screwed into each other
    • F16M11/26—Undercarriages with or without wheels changeable in height or length of legs, also for transport only, e.g. by means of tubes screwed into each other by telescoping, with or without folding
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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    • F16M2200/04—Balancing means
    • F16M2200/041—Balancing means for balancing rotational movement of the head

Definitions

  • the invention relates to a motion creation mechanism for a dynamic simulator of 3, 4, or 6 axes, by means of active arms (variable length arm of the jack type or rod biased essentially in tension / compression) in number (at the 5 minimum) equal to the number of motion axes. More specifically, the invention relates to a device for moving a cabin in which takes place at least one passenger, according to 6 axes (3 orthogonal rotations and 3 orthogonal translations) by means of 6 arms each activated by an actuator above 0 designated as "active arms", or in a version
  • predefined axes including two rotations and two translations without significant parasitic movement for the passenger or passengers, by means of 4 active arms, or in another intermediate version according to 3 predefined axes including two 5 rotations and a translation without movement sensitive parasite for the passenger (s), by means of 3 active arms.
  • the device makes it possible to associate active arms with the number of 3, 4 or 6 to "passive arms" (arm of constant length) on the same entirely passive base assembly in order to obtain a mechanism 0 for creating motion respectively according to the 3 axes, 4 axes or 6 axes defined above.
  • Dynamic simulators usually restore movements (rotations and translations) along axes of 2 (2 rotations), 3 (2 rotations and one translation), 4 (2 rotations and 2 translations) or 6 depending on the application, and their mechanization generally uses hydraulic cylinders, electric or even pneumatic, or rotary motors associated with sets crank-cranks.
  • the need to represent the movement is anisotropic and becomes compatible with either a 3 or 4 axis simulator, while requiring a good representation of the desired movements without significant parasitic movement at the cabin, or a simulator 6 axes of which three axes of motion, hereinafter referred to as "main motions" corresponding to 2 translations and to rotation around the perpendicular (or nearly perpendicular) axis, have amplitudes and dynamic characteristics required more important than the other three ci after designated as "complementary movements".
  • main motions corresponding to 2 translations and to rotation around the perpendicular (or nearly perpendicular) axis
  • each of the 3 passive arms has been able to further limit the constraints of space or parasitic movements.
  • This complementary choice makes it possible moreover, for certain embodiments, to join 2 of the 3 passive arms to form a subassembly, hereinafter denoted by the passive "V rigid" articulated around a single axis on
  • the present invention relates to a device for creating movements of a cabin along 3 axes including 2 rotations about orthogonal (or almost orthogonal) axes and a translation along the orthogonal (or nearly orthogonal) axis to both
  • First device said device being adaptable by simple replacement of a passive module by an active module to allow the creation of movements of the cabin along 4 axes including 2 rotations about orthogonal (or almost orthogonal) axes and two orthogonal translations ( or almost
  • said device can be further adapted by simply replacing two other passive modules by two other active modules to allow the creation of movements of the cabin according to 6 axes including 3 rotations
  • the present invention relates to the device for creating movements along 3 axes, the device for creating movements according to 4 axes and the device for creating
  • the device is characterized in that it consists of a structure that carries the mobile cabin and whose efforts
  • 3 passive arms and 3 active arms being characterized in that they are coplanar for the average position of the cabin, each having a hinge on the frame in at least 2 axes, one of the axes
  • the passive isolated arm and one of the other 2 passive arms being further connected to the cabin structure by means of links with 3 degrees of freedom at 2 points situated approximately at the same distance from the geometric axis common articulation of the arms on the frame.
  • Each of the 3 active arms is
  • the device is characterized in that it makes it possible to generate 2 rotations around orthogonal (or almost orthogonal) axes and
  • the two passive arms being coplanar when the cab is in the middle position and articulated on the frame each around two axes including a "common geometric axis of articulation on the frame" to which they are perpendicular (or almost perpendicular) when the
  • the geometric connection connecting the support points of the two passive arms to the cabin door structure is naturally one of the two axes of rotation of the dynamic simulator.
  • Three of the four active arms are each connected, on one side to the cabin and on the other side to the frame or crank, by means of links each comprising
  • the fourth active arm is coplanar to both passive arms for the average cabin position. It is connected on one side to one of the passive arms near its point of connection with the cabin (or directly
  • this active arm forms with the passive arm to which it is connected a
  • the 4 active arms act globally and deterministically on the 4 axes of movement.
  • the device is characterized in that it makes it possible to generate 3 rotations around orthogonal (or almost orthogonal) axes and 3 translations along orthogonal or almost orthogonal axes, and in that it consists of a structure that carries the cabin
  • the invention allows the realization of dynamic simulators with respectively only 3 or 4 active elements and having moreover a small vertical space, as well as
  • the invention allows the realization of a 6 - axis dynamic simulator with 6 active elements.
  • the invention also allows the progressive equipment of a dynamic simulator from an initial 3 - axis version, up to a version 4 and then potentially 6 - axes, by simple replacement of passive "modules” by active “modules” and this same after the commissioning of the first
  • passive articulated elements consist of a square and an arm (of useful length significantly greater than the amplitude of vertical displacement of the cabin).
  • the passive square and the passive arm have in common a "horizontal geometric axis of articulation on the frame", the square being
  • the 3 active arms are
  • the straight line joining the points of connection of the arms with the cabin door structure moves along a generatrix of a cylinder whose axis is the "Joint geometric axis of articulation on the frame”. This displacement is
  • This embodiment also allows to free the upper space and one of the side faces of the cabin of any mechanism, thus making its access easier.
  • one of the active arms have in common a horizontal joint geometric axis of articulation on the frame, the two passive arms and this active arm being articulated independently on the frame around this common axis and around a second axis orthogonal to the common axis
  • the two passive arms are perpendicular to the "common geometric axis of articulation on the frame" and in the same horizontal plane.
  • the two passive arms are of the same length so that in first approximation the distance of
  • active arms are mechanized by cylinders in vertical or almost vertical position for the average position of the cabin. They are connected to the cabin structure by spherical links or at least 2 degrees of freedom at one end and 3 degrees of freedom at the other end.
  • the resulting rotation of the cabin is in first approximation, a rotation around a radius of the previous cylinder based on the "longitudinal axis cabin".
  • the degree of freedom left by the passive arms around the "longitudinal axis cabin” allows the second movement of
  • a rotary motor device applicable to devices for creating motion with 3, 4 or 6 axes
  • the mechanization of the active arms is carried out by sets of the type " crank-rod ", each crank being hinged
  • each crank being articulated about a single axis on the frame, so that the angular position of the crank completely determines the position of the small end, each crank being motorized by means of a jack electrical, hydraulic or even pneumatic acting on a
  • crank-handle This embodiment also makes it possible to limit the total height of the simulator for vertical translation movements of imposed amplitude. Achievements using "crank-handle" assemblies can easily receive a system of
  • Figure 1 illustrates the embodiment of the type "direct acting cylinder device” with translation axis of the vertical cabin.
  • the frame (1) is constituted 450 of a horizontal floor and a vertical wall.
  • the articulation (5) of the triangle (2) on the frame is of pivot type "1 axis”.
  • the 455 includes a "1-axis" pivot for rotation around the geometric axis (4) and a “1-axis” pivot for rotation about the direction perpendicular to the axis (4) and the arm (3).
  • the geometric axis connecting the centers of the joints (10) and (11) has previously been called “longitudinal axis cabin”.
  • the 3 active arms (12), (13) and (14) are electric linear cylinders. They are connected to the horizontal floor of the frame by joints (15), (16) and (17) of
  • the active arms are connected to the bearing points (9) by articulations (18), (19) and (20) of the "spherical ball” type.
  • Each of the jacks acts by varying length in response to external commands. Each length can be changed continuously regardless of the two
  • An elongation of the cylinders (12) and (13), and a shortening of the jack (14) is reflected in particular by a rotation of the structure (7) around a horizontal direction perpendicular to the axis (4).
  • Figure 2 illustrates the movement possibilities given by the "direct acting cylinder device”.
  • any position of the structure (7) compatible kinematics imposed by the passive triangle and the passive arm can be obtained by a combination and only one of the three lengths of jacks.
  • the figure shows the position and the orientation of the cab resulting from an elongation of the jack (14) greater than
  • Figure 3 illustrates the embodiment of type "rotary motor device” with translation axis of the vertical cabin.
  • the frame (1), the cabin door structure (7) the passive triangle (2) and the passive arm (3) are arranged
  • the active arms consist of rods (22), (23) and (24) of constant length articulated on the supports (9) integral with the cabin door structure (7), by means spherical links (18), (19) and (20), and articulated on three cranks (25), (26) and (27) by means of articulations
  • crank 510 (28), (29) and (30) of type "cardan" 2 axes.
  • Each crank itself is hinged to the horizontal floor of the frame by means of a pivot-type 1-axis hinge.
  • the three pivots (37), (38) and (39) have horizontal axes. They are slightly raised above the floor of the frame so as to allow
  • cranks 515 a movement of the cranks from -30 ° up to + 30 ° with respect to the horizontal plane.
  • the cranks are driven in rotation by three sets of rotary motors and reducers (34), (35) and (36) through the links (31), (32) and (33) ensuring the decoupling of the radial forces between the mechanical axes of the
  • Figure 4 illustrates the embodiment of type "indirect action cylinder device" with translation axis of the vertical cabin.
  • the frame (1), the cabin door structure (7) the passive triangle (2) and the passive arm (3) are arranged as in the case of FIG.
  • cranks (25), (26) and (27) are integral with levers (40), (41) and (42) themselves actuated by linear cylinders (43), (44) and (45).
  • the cylinders are articulated on the levers by means of horizontal pivots (46), (47) and (48) of the type "a
  • the cylinders are articulated on the floor of the frame by means of horizontal pivots (49), (50) and (51) of the type "an axis".
  • FIG. 5 is a top view of the detail of the rotary engine assembly (35) with its link (32), its pivots (38), its crank (26) and its small-end link (29) in order to render
  • a static force compensation system is produced by helical springs connected to levers secured to the cranks, said levers
  • the springs being arranged such that the springs work either in compression or in tension between the levers and the lower frame, said springs being prestressed to give a mean force on the active arms thereby compensating for some of the weight of the cab .
  • FIG. 6 illustrates a particular embodiment of each motor-gearbox and crank assembly of FIG. 3 in which the axis of the crank is distinct from the axis of the gearbox and the return of the movement is provided by a link (54).
  • the motor-gear unit (52) can
  • the output shaft of the geared motor, the angle of the crank may be bounded.
  • Figure 7 illustrates the implementation of a passive compensation system, partial efforts due to gravity.
  • the compression spring (55) acts between the frame (1) and the
  • FIG. 8 illustrates the particular embodiment of a jack-crank assembly that can be used for a device of the type "to
  • the crank (57) is integral with the lever (58), itself actuated by the linear cylinder (59).
  • the jack is articulated on the floor of the frame by means of the horizontal pivot (60) of the type "an axis”.
  • FIG. 9 illustrates the realization of a mechanism of creation of movement according to four axes of the type "device with direct acting cylinders" with primary axis of translation of the vertical cabin.
  • the frame (1) is
  • the hinge (63) of the passive arm (62) on the frame comprises a "1 axis” pivot for rotation around the geometric axis (4) and a "1 axis” pivot for rotation about the direction perpendicular to the axis
  • the hinge (6) of the passive arm (61) on the frame comprises a "1 axis” pivot for rotation around the geometric axis (4) and a “1 axis” pivot for rotation about the direction perpendicular to the axis. the axis (4) and the arm (61).
  • the arms (61) and (62) are parallel when they are in
  • the cabin door structure (7) is equipped with support points (8) and (9) which are integral therewith. Arms
  • 595 liabilities (61) and (62) are connected to the bearing points (8) by articulations of the "spherical ball joint" type (10) and (11).
  • the geometric axis connecting the centers of the joints (10) and (11) has previously been called “longitudinal axis cabin”.
  • the 4 active arms (12), (13), (14) and (64) are linear cylinders.
  • 600 arms (12), (13) and (14) are connected to the horizontal floor of the frame by articulations (15), (16) and (17) of the type “cardan” 2 axes and at the points of support (9) by articulations (18), (19) and (20) of the "spherical ball-and-socket” type.
  • the articulation (65) of the active arm (64) on the frame is of the type "cardan" 2 axes for
  • each of the jacks acts by varying length in response to external commands.
  • Figure 10 illustrates the movement possibilities obtained with the "direct acting cylinder device". With this device, any position of the structure (7) compatible with the
  • 635 kinematics imposed by the passive arms can be obtained by a combination and only one of the four lengths of jacks (12), (13), (14) and (64).
  • FIG. 11 illustrates the realization of a motion creation mechanism according to four axes of the "device to
  • the cranks have horizontal axes.
  • the three pivots (79), (80) and (81) are raised relative to the floor of the frame so as to allow a movement of the cranks from -30 ° to +30 ° relative to the horizontal plane.
  • the cranks are rotated by four rotary engine assemblies and
  • cranks 665 a combination and only one of the four angular positions of the cranks.
  • FIG. 12 illustrates the realization of a mechanism of creation of movement according to six axes of the type "device with rotary motors".
  • the frame (1) is
  • the 670 consists of a horizontal support.
  • the cabin door structure (7) is equipped with support points (8) and (9) which are integral therewith.
  • the device comprises 6 active arms actuated by motor - gearbox - crank assemblies as illustrated also in FIG. 6.
  • the active arms consist on the one hand
  • the 690 articulates a pivot type axis.
  • the six pivots (108), (109), (110), (111), (112) and (113) have horizontal axes.
  • the axes (108), (109) and (110) of the three cranks (90), (91), (92) are raised relative to the floor of the frame so as to allow a movement of the cranks from -30.degree. +30 ° by
  • cranks are rotated by six rotary and gearbox units (114), (115), (116), (117), (118) and (119) by means of a motion transfer system between the axes.
  • mechanical reduction gearbox assemblies and the axes of cranks such as the sub
  • any position of the structure (7) compatible of the movements of the mechanism can be obtained by a combination and only one of the six angular positions of the cranks.

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Abstract

Dispositif de création de mouvements d'une cabine selon 3, 4 ou 6 axes . L'invention concerne un dispositif de création de mouvements d'une cabine (ou d'une plate-forme) selon 3, 4 ou 6 axes, permettant la réalisation d'un simulateur dynamique, simple à réaliser, léger et de faible encombrement vertical. Il est constitué d'une structure (7) destinée à recevoir la cabine dont le mouvement est contrôlé par un ensemble de 6 bras passifs ou actifs agissant en traction/compression reliés au bâti (1), le nombre de bras actifs étant égal au nombre d'axes de mouvements. La figure montre une version 4 axes avec 4 bras actifs (12) (13) (14) (64) et 2 bras passifs (61) (62). On peut passer de 4 à 6 axes de mouvement en rendant actifs les bras (61) et (62) et de 4 à 3 axes en rendant passif le bras (64). Dans certaines réalisations, les bras actifs sont mécanisés par des bielles actionnés par des moteurs rotatifs ou des vérins.

Description

- i -
Dispositif de création de mouvements df une cabine selon 3, 4 ou 6 axes
L' invention concerne un mécanisme de création de mouvement pour un simulateur dynamique selon 3, 4 , ou 6 axes , au moyen de bras actifs (bras de longueur variable de type vérin ou bielle sollicité essentiellement en traction/compression) en nombre (au 5 minimum) égal au nombre d' axes de mouvement . Plus précisément, l' invention se rapporte à un dispositif permettant de déplacer une cabine dans laquelle prend place au moins un passager, selon 6 axes (3 rotations orthogonales et 3 translations orthogonales ) au moyen de 6 bras activés chacun par un actionneur ci-avant 0 désignés comme « bras actifs », ou dans une version
- intermédiaire, selon 4 axes prédéfinis incluant deux rotations et deux translations sans mouvement parasite sensible pour le ou les passagers , au moyen de 4 bras actifs , ou encore dans une autre version intermédiaire selon 3 axes prédéfinis incluant deux 5 rotations et une translation sans mouvement parasite sensible pour le ou les passagers, au moyen de 3 bras actifs . Le dispositif permet d' associer des bras actifs au nombre de 3, 4 ou 6 à des « bras passifs » (bras de longueur constante) sur un même ensemble de base entièrement passif afin d' obtenir un mécanisme 0 de création de mouvement respectivement selon les 3 axes, 4 axes ou 6 axes définis ci-dessus .
Les simulateurs dynamiques restituent habituellement les mouvements (rotations et translations ) selon des axes au nombre de 2 (2 rotations) , 3 (2 rotations et une translation) , 4 (2 5 rotations et 2 translations) ou 6 selon les applications , et leur mécanisation utilise généralement des vérins hydrauliques , électriques voire pneumatiques, ou des moteurs rotatifs associés à des ensembles bielles-manivelles . Pour les simulateurs dits « 6 axes » utilisés notamment dans l' aéronautique et qui permettent 0 de restituer pour les « passagers », les sensations d' accélération et de mouvements en rotation et en translation sans accélération ou mouvement parasite , ces vérins sont généralement disposés de façon symétrique selon un montage connu sous le nom de « plateforme de Stewart » qui présente la particularité de renvoyer tous 5 les efforts vers le bâti au moyen de vérins sollicités exclusivement en traction et compression, rendant ainsi le système simple à réaliser . Le coût de ce type de plate-forme reste néanmoins très élevé par suite de l' obligation d' utiliser des vérins avec des courses ou des capacités d' efforts importantes par rapport au besoin de mouvement axe par axe du fait même de la cinématique de la table . De plus, dans l' utilisation courante en aéronautique, l' encombrement maximum de la « plate forme » placée sous la cabine est important, ce qui oblige à abriter les simulateurs dans des bâtiments de très grande hauteur sous plafond et limite ainsi de façon encore beaucoup plus sévère les utilisations .
Pour certaines applications, le besoin de représentation du mouvement est anisotrope et devient compatible soit d' un simulateur à 3 ou 4 axes , tout en exigeant une bonne représentation des mouvements désirés sans mouvement parasite notable au niveau de la cabine, soit d' un simulateur 6 axes dont trois axes de mouvement, ci après désignés comme « mouvements principaux » correspondants à 2 translations et à la rotation autour de l' axe perpendiculaire (ou presque perpendiculaire) ont des amplitudes et des caractéristiques dynamiques requises plus importantes que les trois autres ci après désignés comme « mouvements complémentaires » . Pour les applications aéronautiques notamment, les axes de mouvements les plus importants à représenter, ou nécessitant les amplitudes ou les caractéristiques dynamiques les plus élevées sont de l' avis de la plupart des spécialistes , les rotations autour d' axes horizontaux et la translation verticale . Les rotations doivent être effectuées autour d' axes positionnés assez précisément par rapport au simulateur et notamment par rapport au siège du ou des passagers . On cherche alors à réaliser des dispositifs répondant au plus près aux exigences en minimisant le nombre d' éléments actifs et leurs contraintes de dimensionnement et produisant le plus fidèlement possible les mouvements désirés sans mouvement parasite notable pour le ou les passagers . On cherche ensuite à minimiser l' encombrement vertical de l' ensemble « plate forme dynamique et cabine » tout en respectant les amplitudes de mouvements demandées, et à réaliser un mécanisme simple et léger de manière à minimiser les coûts de réalisation, d' assemblage, d' utilisation, d' entretien et de transport . On cherche enfin à 75 réaliser un dispositif générique modulaire permettant une adaptation simple et à moindre coût aux besoins spécifiques de différents utilisateurs ou aux besoins évolutifs d' un même utilisateur. Par rapport à cette recherche, les deux inconvénients de la « plate-forme de Stewart » sont d' une part le
80 grand encombrement vertical et d' autre part l' incapacité à tirer profit de l' anisotropie du besoin de représentation de mouvement notamment pour limiter le nombre d' éléments actifs (vérins) dans les versions « 3 axes » ou « 4 axes » du simulateur.
Beaucoup d' autres réalisations connues de « tables
85 dynamiques » avec des mouvements sur moins de « 6 axes » présentent le défaut d' imposer à la cabine, en plus des mouvements désirés, un fort mouvement de translation parasite lors de la création des mouvements de rotation. D' autres réalisations connues de « tables dynamiques » avec des mouvements
90 selon 6 axes ou moins de « 6 axes »représentent correctement les mouvements, mais au prix d' une mécanisation lourde ou complexe utilisant par exemple des ensembles en glissement relatif linéaire ou au prix d' un surdimensionnement important des actionneurs des bras actifs imposé par les choix d' architecture
95 cinématique du dispositif, ou encore au prix d' une sévère limitation de l' amplitude du « mouvement principal de translation».
On s' est rendu compte que, moyennant quelques approximations des mouvements avec des effets parasites négligeables pour les 100 applications aux simulateurs dynamiques, on pouvait restreindre les possibilités de mouvement de la cabine à deux rotations autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) prédéfinis et une translation le long de l' axe orthogonal (ou presque orthogonal) aux deux premiers, au moyen de trois bras de longueur 105 constante sollicités exclusivement en traction et compression (désignés ici comme « bras passifs ») , coplanaires pour la position moyenne de la cabine , chacun des bras étant articulés à un bout sur un bâti ( fixe) et deux des bras étant articulés à l' autre bout respectivement en 2 points différents sur le mobile, 110 le dernier bras étant articulé sur l' un des deux autres bras près de son point de liaison avec la cabine . On s' est rendu compte ensuite que l' on pouvait contrôler de façon déterministe les mouvements résiduels possibles du mobile au moyen de trois bras actifs non coplanaires , chaque bras actif étant activé par
115 l' action directe ou indirecte d' un vérin hydraulique, électrique ou pneumatique, ou encore par l' action d' un ensemble « moteur rotatif - réducteur » à l' aide d' un renvoi par système « bielle- manivelle ». En faisant le choix complémentaire d' aligner selon un même axe géométrique l' un des axes d' articulation sur le bâti
120 de chacun des 3 bras passifs on a pu limiter plus encore les contraintes d' encombrement ou les mouvements parasites . Ce choix complémentaire permet de plus , pour certaines réalisations , de solidariser 2 des 3 bras passifs pour former un sous ensemble, ci après noté « V rigide » passif articulé autour d' un seul axe sur
125 le bâti . Ce « V rigide » n' est plus sollicité exclusivement en traction/compression, mais reste très simple à dimensionner et à réaliser .
En analysant le dispositif de création de mouvement selon 3 axes ainsi défini, on s' est rendu compte, de plus , qu' il pouvait
130 être étendu à un dispositif de création de mouvements selon 4 axes en remplaçant l' un (en particulier) des 3 bras passifs par un bras actif, et que grâce au choix initial d' un «axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » qui reste applicable dans la version du dispositif de création de mouvement
135 selon 4 axes au moins pour la position moyenne de la cabine, aucun surdimensionnement notable des actionneurs des 3 bras actifs initiaux n' était à prévoir par suite de l' addition d' un quatrième axe de mouvement. Enfin, à partir du dispositif de création de mouvement selon 4 axes ainsi défini, l' extension à un
140 dispositif de création de mouvement selon 6 axes peut se faire simplement par le remplacement des 2 derniers bras passifs par 2 bras actifs, sans nécessité de re-dimensionnement des 4 bras actifs pré-existants . L' amplitude de chacun des degrés de liberté selon les différents axes peut être choisie indépendamment des
145 autres .
La présente invention concerne un dispositif de création de mouvements d' une cabine selon 3 axes incluant 2 rotations autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) et une translation le long de l' axe orthogonal (ou presque orthogonal) aux deux
150 premiers , ledit dispositif pouvant être adapté par simple remplacement d' un module passif par un module actif pour permettre la création de mouvements de la cabine selon 4 axes incluant 2 rotations autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) et deux translations orthogonales (ou presque
155 orthogonales) dont l' une est perpendiculaire (ou presque perpendiculaire) aux 2 axes de rotation, ledit dispositif pouvant encore être adapté par simple remplacement de deux autres modules passifs par deux autres modules actifs pour permettre la création de mouvements de la cabine selon 6 axes incluant 3 rotations
160 autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) et 3 translations le long d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) . Par extension, la présente invention concerne le dispositif de création de mouvements selon 3 axes, le dispositif de création de mouvements selon 4 axes et le dispositif de création de
165 mouvements selon 6 axes résultant de chacune des adaptations ou dérivant directement de ces adaptations .
Dans la version permettant la création de mouvements selon 3 axes , le dispositif est caractérisé en ce qu' il est constitué d' une structure qui porte la cabine mobile et dont les efforts
170 dus au poids et aux mouvements sont transmis au bâti au travers de 3 bras passifs et de 3 bras actifs (vérins ou bielles) , les 3 bras passifs étant caractérisés en ce qu' ils sont coplanaires pour la position moyenne de la cabine, chacun possédant une articulation sur le bâti selon au moins 2 axes, l' un des axes
175 étant aligné avec l' « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti », deux de ces bras passifs étant de plus articulés l' un sur l' autre par une articulation à 1 degré de liberté et l' autre bras passif (isolé) étant positionné perpendiculairement à l' axe géométrique commun d' articulation pour la position moyenne de la
180 cabine, le bras passif isolé et l' un des 2 autres bras passifs étant, de plus, reliés à la structure porte cabine au moyen de liaisons à 3 degrés de liberté en 2 points situés approximativement à la même distance de l' axe géométrique commun d' articulation des bras sur le bâti . Chacun des 3 bras actifs est
185 relié d' un coté à la cabine et de l' autre au bâti ou à une manivelle au moyen de liaisons comportant chacune jusqu' à trois degrés de liberté afin de n' échanger que des efforts de traction/compression, les bras dits actifs agissant ainsi de façon globale et déterministe sur les 3 axes de mouvement . La
190 compensation partielle ou totale du poids de la cabine et des passagers peut être obtenue par un dispositif annexe, indépendant du dispositif objet de la présente demande de brevet ou par l' action d' éléments de compensation intégrés dans le dispositif obj et de la présente demande de brevet . Dans les deux cas cette
195 compensation fait appel à des principes répondant à un état de l' art bien connu et maîtrisé aujourd' hui .
Dans une version très proche de la version précédente permettant la création de mouvements selon 3 axes, 2 des bras passifs ne sont plus articulés l' un sur l' autre, mais solidarisés
200 formant ainsi un « V rigide » qui est articulé sur le bâti autour d' un seul axe aligné avec l' un des axes d' articulation de l' autre bras passif sur le bâti sur « l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » . Cette mécanisation est plus simple que la précédente, mais se prête moins bien à l' adaptation du
205 dispositif à des versions permettant la création de mouvements selon 4 ou 6 axes .
Dans la version permettant la création de mouvements selon 4 axes , le dispositif est caractérisé en ce qu' il permet de générer 2 rotations autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) et
210 deux translations dont l' une est perpendiculaire ou presque perpendiculaire aux 2 axes de rotations, et en ce qu' il est constitué d' une structure qui porte la cabine mobile et dont les efforts dus au poids et aux mouvements sont transmis au bâti au travers de 2 bras passifs et de 4 bras actifs (vérins ou bielles)
215 sollicités seulement en traction et compression, les 2 bras passifs étant coplanaires lorsque la cabine est en position moyenne et articulés sur le bâti chacun autour de deux axes dont un « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » auquel ils sont perpendiculaires (ou presque perpendiculaires) lorsque la
220 cabine est dans la position moyenne (rotations et translations nulles) , les bras passifs étant, de plus, reliés à la structure porte cabine au moyen de liaisons à 3 degrés de liberté en 2 points situés approximativement à la même distance de l' axe géométrique commun d' articulation des bras sur le bâti . La ligne
225 géométrique reliant les points d' appuis des deux bras passifs sur la structure porte cabine est naturellement l' un des 2 axes de rotation du simulateur dynamique . Trois des quatre bras actifs sont reliés chacun, d' un coté à la cabine et de l' autre au bâti ou à une manivelle au moyen de liaisons comportant chacune
230 jusqu' à trois degrés de liberté afin de n' échanger que des efforts de traction/compression. Le quatrième bras actif est coplanaire aux 2 bras passifs pour la position moyenne de la cabine . Il est relié d' un coté à l' un des bras passifs à proximité de son point de liaison avec la cabine (ou directement
235 à la cabine à proximité d' un point de liaison avec l' un des bras passifs) et de l' autre au bâti ou à une manivelle au moyen de liaisons comportant chacune jusqu' à trois degrés de liberté afin de n' échanger que des efforts de traction/compression. De plus, ce bras actif forme avec le bras passif auquel il est relié un
240 « V » déformable dont le plan contient l' axe géométrique commun d' articulation des bras passifs sur le bâti pour la position moyenne de la cabine et en reste proche lors des mouvements dans la limite des amplitudes de mouvements autorisées . Cette dernière condition permet d' assurer que l' action du bras actif concerné
245 sur la structure porte cabine (ou à l' extrémité du bras passif) résulte en une force principalement de translation avec un faible bras de levier parasite par rapport au centre de rotation de l' équipage mobile . Les 4 bras actifs agissent de façon globale et déterministe sur les 4 axes de mouvement .
250 Dans la version permettant la création de mouvements selon 6 axes, le dispositif est caractérisé en ce qu' il permet de générer 3 rotations autour d' axes orthogonaux (ou presque orthogonaux) et 3 translations le long d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux, et en ce qu' il est constitué d' une structure qui porte la cabine
255 et dont les efforts dus au poids et aux mouvements sont transmis au bâti uniquement au travers de 6 bras actifs (vérins ou bielles) sollicités seulement en traction et compression, les 6 bras actifs étant disposés , pour la position moyenne de la cabine (rotations et translations nulles) comme les 4 bras actifs et le
260 2 bras passifs de la configuration de la table 4 axes ci dessus .
Dans les versions « 3axes » ou « 4 axes », l' invention permet la réalisation de simulateurs dynamiques avec respectivement seulement 3 ou 4 éléments actifs et présentant de plus un faible encombrement vertical, ainsi que des
265 caractéristiques de simplicité (dimensionnement, assemblage, utilisation, entretien, transport) qui, pour des caractéristiques imposées de la cabine (masse, inertie) et de mouvements dynamiques (accélérations , vitesses, orientations et amplitudes ) permettent de minimiser les contraintes sur le choix et les
270 caractéristiques des éléments moteurs (vérins ou moteurs- réducteurs ) .
Dans la configuration « table 6 axes » avec l' axe de translation primaire vertical, l' invention permet la réalisation d' un simulateur dynamique 6 axes avec 6 éléments actifs
275 présentant un faible encombrement vertical et imposant des contraintes minimum sur le dimensionnement des éléments actifs . Il offre en effet les possibilités d' utiliser divers types d' actionneurs pour différentes classes de tables dynamiques , et de différencier les actionneurs pour une même table en tirant
280 profit de l' anisotropie des caractéristiques des mouvements désirés entre les trois « axes primaires » et les trois axes complémentaires . Enfin grâce au bon découplage entre l' action des bras actifs agissant principalement sur les mouvements primaires et celle des bras actifs agissant principalement sur les
285 mouvements complémentaires il évite le surdimensionnement des actionneurs qui apparaît dans les systèmes à fort couplage entre axes, et il offre de plus la possibilité de compenser partiellement les effets dus à la gravité par des systèmes passifs associés à ces seuls bras « verticaux » .
290 L' invention permet aussi l' équipement progressif d' un simulateur dynamique depuis une version 3 axes initiale, jusqu' à une version 4 puis potentiellement 6 axes, par simple remplacement de « modules » passifs par des « modules » actifs et ceci même postérieurement à la mise en service de la première
295 version . Selon une réalisation préférée ( ci après désignée par « dispositif à vérins à action directe ») pour une version 3 axes du simulateur dynamique avec deux axes de rotation proches du plan horizontal et une translation proche de l' axe vertical, les
300 éléments passifs articulés sont constitués d' une équerre et d' un bras (de longueur utile significativement supérieure à l' amplitude de déplacement vertical de la cabine) . L' équerre passive et le bras passif ont en commun un « axe géométrique horizontal d' articulation sur le bâti », l' équerre étant
305 articulée sur le bâti autour de ce seul axe horizontal, tandis que le bras passif, placé au voisinage d' une perpendiculaire à « l' axe primaire d' articulation sur le bâti », est articulé sur le bâti autour de 2 axes incluant l' « axe géométrique d' articulation sur le bâti » et un deuxième axe orthogonal, le
310 bras et l' équerre étant de plus placés dans le même plan horizontal pour la position moyenne de la cabine et possédant des longueurs telles que leurs deux points de liaisons sur la structure porte cabine sont à même distance de l' « axe géométrique d' articulation sur le bâti ». Les 3 bras actifs sont
315 mécanisés par des vérins en position quasi verticale, reliés à la structure porte cabine par des liaisons sphériques ou au minimum à 2 degrés de liberté à une extrémité et 3 degrés de liberté à l' autre extrémité . On voit bien dans cette réalisation que lorsque l' équerre et le bras passifs tournent d' un même angle
320 depuis la position horizontale, la droite joignant les points de liaison des bras avec la structure porte cabine (droite ci après désignée par « axe longitudinal de la cabine ») se déplace selon une génératrice d' un cylindre dont l' axe est l' « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » . Ce déplacement est
325 assimilable à une translation verticale dès lors que le rayon du cylindre est significativement supérieur à l' amplitude maximum de la translation recherchée . Avec, par exemple, une amplitude de translation verticale maximum de +/- 0, 2 mètre et une longueur utile de bras passifs de 2 mètres , la translation parasite lors
330 de la translation verticale de 0 à 0 , 2 mètre ou de 0 à -0, 2 mètre est de seulement 0 , 01 mètre . Lorsque l' équerre et le bras passifs tournent en sens opposé, la rotation résultante de la cabine est, en première approximation, une rotation autour d' un rayon du précédent cylindre s' appuyant sur l' « axe longitudinal cabine »,
335 la position de ce rayon le long de cet axe dépendant de la valeur relative des rotations des bras . Enfin le degré de liberté laissé libre par les articulations entre la cabine d' une part et respectivement l' équerre et le bras passifs d' autre part autour de l' « axe longitudinal cabine » permet le deuxième mouvement de
340 rotation. A tout moment, l' axe de translation et les deux axes de rotation sont orthogonaux . On voit bien aussi dans cette réalisation, que les vérins reprennent tous les efforts de poids et de création de mouvement, alors les bras passifs ne sont sollicités que de façon limitée lors des mouvements ou pour les
345 orientations du mobile correspondant aux angles de rotation non nuls . Cette réalisation permet de plus de libérer l' espace supérieur et une des faces latérales de la cabine de tout mécanisme, rendant ainsi son accès plus facile .
Selon une réalisation préférée ( ci après désignée par
350 « dispositif à vérins à action directe ») pour une version 4 axes dérivée de la version 3 axes avec deux axes de rotation proches du plan horizontal et une translation proche de l' axe vertical, par l' addition d' un axe de translation horizontal complémentaire, les deux bras passifs (de longueur utile supérieure à 2 fois
355 l' amplitude de déplacement vertical de la cabine) , et l' un des bras actif ont en commun un axe géométrique horizontal commun d' articulation sur le bâti, les deux bras passifs et ce bras actif étant articulés indépendamment sur le bâti autour de cet axe commun et autour d' un deuxième axe orthogonal à l' axe commun
360 et aux bras eux mêmes . Par construction, lorsque la cabine est en position moyenne les deux bras passifs sont perpendiculaires à « l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » et dans le même plan horizontal . Les deux bras passifs sont de même longueur de sorte qu' en première approximation la distance des
365 deux points de liaisons des bras passifs sur la structure porte cabine à l' « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » est et reste quasi identique lors des mouvements dans la limite des amplitudes autorisées . L' équerre formée par l' un des bras actifs et l' un des deux bras passifs se déforme sous l' action du 370 vérin qui équipe le bras actif, résultant en un déplacement du point d' articulation du bras passif sur la structure porte cabine, assimilable pour les mouvements dans la limite des amplitudes autorisées, à une translation parallèle à «l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » . Les trois autres
375 bras actifs sont mécanisés par des vérins en position verticale ou presque verticale pour la position moyenne de la cabine . Ils sont reliés à la structure porte cabine par des liaisons sphériques ou au minimum à 2 degrés de liberté à une extrémité et 3 degrés de liberté à l' autre extrémité . On voit bien dans cette
380 réalisation que lorsque les deux bras passifs tournent d' un même angle depuis la position horizontale autour de l' axe commun d' articulation sur le bâti, la droite joignant les points de liaison des bras avec la structure porte mobile (« axe longitudinal de la cabine ») se déplace selon une génératrice
385 d' un cylindre dont l' axe est l' « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » . Ce déplacement est assimilable à une translation verticale . Lorsque l' équerre formée par le couple « bras actif et bras passif » d' une part et le bras passif isolé d' autre part tournent en sens opposé autour de l' axe commun
390 d' articulation sur le bâti, la rotation résultante de la cabine est en première approximation, une rotation autour d' un rayon du précédent cylindre s' appuyant sur l' « axe longitudinal cabine » . Le degré de liberté laissé par les bras passifs autour de l' « axe longitudinal cabine » permet le deuxième mouvement de
395 rotation . A tout moment, l' axe de translation et les deux axes de rotation sont orthogonaux ou presque orthogonaux . Enfin le déplacement de chacun des 2 bras passifs dans un plan contenant l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti est, pour les mouvements d' amplitude limitée autour de la position moyenne, une
400 translation parallèle à l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti . On voit bien aussi dans cette réalisation, que 3 vérins reprennent presque tous les efforts de poids et de création de mouvement autour des 3 axes primaires, et que le quatrième vérin est surtout sollicité pour la création de
405 mouvement et le maintien du mobile le long du deuxième axe de translation . On voit aussi que les 2 bras passifs ne sont sollicités que de façon limitée lors des mouvements selon les axes primaires ou pour les orientations et positions du mobile correspondant à des rotations et des translations non nulles .
410 Selon une autre réalisation préférée de l' invention, (ci après désignée par « dispositif à moteurs rotatifs » applicable aux dispositifs de création de mouvement selon 3 , 4 ou 6 axes , la mécanisation des bras actifs est réalisée par des ensembles de type « bielle-manivelle » , chaque manivelle étant articulée
415 autour d' un seul axe sur le bâti, de sorte que la position angulaire de la manivelle détermine complètement la position du pied de bielle, chaque manivelle étant, de plus , motorisée directement au moyen d' un ensemble « moteur rotatif-réducteur » agissant sur son axe . Cette réalisation permet notamment de
420 limiter la hauteur totale du simulateur pour des mouvements de translation verticale d' amplitude imposée en s' affranchissant de la contrainte sévère d' encombrement qu' introduisent les vérins à action directe montés dans une position verticale ou même oblique . Elle permet aussi de choisir les types de motorisation
425 (moteurs rotatifs ) potentiellement mieux adaptés et moins chers pour certaines applications .
Selon une autre réalisation préférée de l' invention, (ci après désignée par « dispositif à vérins à action indirecte») la mécanisation des bras actifs est réalisée par des ensembles de
430 type « bielle-manivelle » , chaque manivelle étant articulée autour d' un seul axe sur le bâti, de sorte que la position angulaire de la manivelle détermine complètement la position du pied de bielle, chaque manivelle étant motorisée au moyen d' un vérin électrique, hydraulique voire pneumatique agissant sur un
435 levier solidaire de la manivelle . Cette réalisation permet elle aussi de limiter la hauteur totale du simulateur pour des mouvements de translation verticale d' amplitude imposée . Les réalisations utilisant des ensembles « bielles- manivelles » peuvent recevoir facilement un système de
440 compensation des efforts de gravité afin de soulager la puissance continue demandée aux moteurs , ledit système étant réalisé au moyens de leviers solidaires des manivelles , lesdits leviers étant reliés à une extrémité d' un ressort dont l' autre extrémité est reliée au bâti . 445 L' invention sera mieux comprise au vu des figures annexées 1 à 12 qui illustrent différents types de réalisation :
La figure 1 illustre la réalisation de type « dispositif à vérins à action directe » avec axe de translation de la cabine vertical . En référence à ce dessin, le bâti (1) est constitué 450 d' un plancher horizontal et d' un mur vertical. Le triangle passif
(2) et le bras passif (3) sont articulés sur le mur vertical du bâti autour de l' « axe géométrique commun d' articulation sur le bâti » (4) . L' articulation (5) du triangle (2) sur le bâti est de type pivot « 1 axe ». L'articulation (6) du bras (3) sur le bâti
455 comprend un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de l' axe géométrique (4) et un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de la direction perpendiculaire à l' axe (4) et au bras (3) . Le bras
(3) est perpendiculaire à l' axe (4) lorsque les deux bras (2) et (3) sont dans un même plan (qui contient alors l' axe (4) ) . La
460 structure porte cabine (7) (dont l'un des murs est ici transparent pour mieux percevoir le détail des mécanismes qui sont derrière) est équipée de points d' appuis (8) et (9) qui lui sont solidaires . Les bras passifs (2) et (3) sont reliés aux points d' appui (8) par des articulations de type « rotules
465 sphériques » (10) et (11) . L' axe géométrique reliant les centres des rotules (10) et (11) a été dénommé précédemment «axe longitudinal cabine ». Les 3 bras actifs (12) , (13) et (14) sont des vérins linéaires électriques . Ils sont reliés au plancher horizontal du bâti par des articulations (15) , (16) et (17) de
470 type « cardan » 2 axes . Les bras actifs sont reliés au points d' appui (9) par des articulations (18 ) , (19) et (20) de type « rotules sphériques ». Chacun des vérins agit par variation de longueur en réponse à des commandes externes . Chaque longueur peut être modifiée de façon continue indépendamment des deux
475 autres, de sorte que la structure porte cabine peut être déplacée en rotation et en translation sous l' effet des vérins et dans la limite des mouvements compatibles de la réaction du triangle passif et du bras passif. Afin d' illustrer les mouvements, on peut analyser l' effet de variations de longueur des vérins depuis 480 la position moyenne de la structure porte cabine correspondant à la position horizontale simultanée du triangle (2 ) et du bras (3) . Depuis cette position moyenne :
. un allongement de même signe et de même valeur des 3 vérins se traduit par une translation verticale de la structure
485 (7) .
. Un allongement des vérins (12) et (13) , et un raccourcissement du vérin (14) se traduit notamment par une rotation de la structure (7 ) autour d' une direction horizontale perpendiculaire à l' axe ( 4 ) .
490 . Un allongement du vérins (12) et un raccourcissement du vérin (13) , se traduit notamment par une rotation de la structure (7) autour de l' «axe longitudinal cabine » (21 ) .
La figure 2 illustre les possibilités de mouvements données par le « dispositif à vérins à action directe » . Avec ce
495 dispositif, toute position de la structure (7) compatible de la cinématique imposée par le triangle passif et le bras passif peut être obtenue par une combinaison et une seule des trois longueurs de vérins . Sur la figure, on voit la position et l' orientation de la cabine résultant d' une élongation du vérin (14 ) supérieure à
500 celle du vérin ( 12 ) , elle-même supérieure à celle du vérin (13) .
La figure 3 illustre la réalisation de type « dispositif à moteurs rotatifs » avec axe de translation de la cabine vertical . En référence à ce dessin, le bâti (1) , la structure porte cabine (7) le triangle passif (2) et le bras passif (3) sont disposés
505 comme dans le cas de la figure 1. Les bras actifs sont constitués de bielles (22) , (23) et (24) de longueur constantes articulées sur les appuis (9) solidaires de la structure porte cabine (7 ) , au moyen de liaisons sphériques (18 ) , (19) et (20 ) , et articulées sur trois manivelles (25) , (26) et (27) au moyen d' articulations
510 (28 ) , (29) et (30 ) de type « cardan » 2 axes . Chaque manivelle est elle même articulée sur le plancher horizontal du bâti au moyen d' une articulation 1-axe de type pivot . Les trois pivots (37 ) , (38 ) et (39) ont des axes horizontaux . Ils sont légèrement surélevés par rapport au plancher du bâti de manière à permettre
515 un débattement des manivelles depuis -30 ° jusqu' à +30° par rapport au plan horizontal . Les manivelles sont entraînées en rotation par trois ensembles moteurs rotatifs et réducteurs (34) , (35) et (36) au travers des liaisons (31) , (32) et (33) assurant le découplage des efforts radiaux entre les axes mécaniques des
520 ensembles moteurs-réducteurs et des pivots (37) , (38 ) et
(39) . Avec ce dispositif, toute position de la structure (7 ) compatible de la cinématique imposée par les bras passifs peut être obtenue par une combinaison et une seule des trois positions angulaires des manivelles .
525 La figure 4 illustre la réalisation de type « dispositif à vérins à action indirecte» avec axe de translation de la cabine vertical . En référence à ce dessin, le bâti (1) , la structure porte cabine (7 ) le triangle passif (2) et le bras passif (3) sont disposés comme dans le cas de la figure 1. Les bras actifs
530 et les manivelles sont disposés comme dans le cas de la figure 3. Les manivelles (25) , (26) et (27 ) sont solidaires de leviers (40) , (41) et (42) eux même actionnés par des vérins linéaires (43) , ( 44) et (45) . Les vérins sont articulés sur les leviers au moyen de pivots horizontaux (46) , (47) et (48) de type « un
535 axe ». Les vérins sont articulés sur le plancher du bâti au moyen de pivots horizontaux (49) , (50) et (51) de type « un axe ».
La figure 5 donne en vue de dessus le détail de l' ensemble moteur rotatif (35) avec sa liaison (32) , ses pivots (38) , sa manivelle (26) et sa liaison de pied de bielle (29) afin de rendre
540 plus claire l' explication de la figure 3.
Sur une variante non illustrée de la réalisation de type « dispositif à moteurs rotatifs », un système de compensation d' efforts statique est réalisé par des ressorts hélicoïdaux reliés à des leviers solidaires des manivelles , lesdits leviers
545 étant disposés de telle manière que les ressorts travaillent soit en compression soit en traction entre le leviers et le bâti inférieur, lesdits ressorts étant pré-contraints pour donner une force moyenne sur les bras actifs compensant de ce fait une partie du poids de la cabine .
550 La figure 6 illustre une réalisation particulière de chaque ensemble moteur-réducteur et manivelle de la figure 3 dans laquelle l' axe de la manivelle est distinct de l' axe du réducteur et où le renvoi du mouvement est assuré par une biellette (54) . Dans cette réalisation, l' ensemble moteur-réducteur (52 ) peut
555 être posé sur le bâti ( 1) , tandis que la structure (53) qui supporte l' axe de la manivelle assure l' élévation désirée pour cet axe . Grâce à ce système de renvoi, et en choisissant un rapport de bras de levier adéquat, on augmente aussi la sécurité globale du mécanisme puisque quelque soit la rotation autour de
560 l' axe de sortie du moteur-réducteur, l' angle de la manivelle peut être borné .
La figure 7 illustre la mise en œuvre d' un système de compensation passive, partielle des efforts dus à la gravité . Le ressort de compression (55) agit entre le bâti (1) et la
565 manivelle (56) de telle sorte que le bras de levier d' action du ressort diminue lorsque le ressort devient plus comprimé, donc que son effort augmente .
La figure 8 illustre la réalisation particulière d' un ensemble vérin-manivelle utilisable pour un dispositif de type «à
570 vérins à action indirecte». La manivelle (57 ) est solidaire du levier (58 ) , lui même actionné par le vérin linéaire (59) . Le vérin est articulé sur le plancher du bâti au moyen du pivot horizontal ( 60 ) de type « un axe ».
575
La figure 9 illustre la réalisation d' un mécanisme de création de mouvement selon quatre axes de type « dispositif à vérins à action directe » avec axe primaire de translation de la cabine vertical . En référence à ce dessin, le bâti (1) est
580 constitué d' un plancher horizontal et d' un mur vertical supportant les articulations ( 63) , ( 6) , et ( 65) . L' articulation ( 63) du bras passif ( 62 ) sur le bâti comprend un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de l' axe géométrique ( 4) et un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de la direction perpendiculaire à
585 l' axe ( 4) et au bras ( 62 ) . L' articulation ( 6) du bras passif ( 61) sur le bâti comprend un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de l' axe géométrique (4 ) et un pivot « 1 axe » pour la rotation autour de la direction perpendiculaire à l' axe ( 4 ) et au bras ( 61) . Les bras ( 61) et ( 62 ) sont parallèles lorsqu' ils sont dans
590 un même plan, qui contient alors l' axe (4) . Ils sont perpendiculaires à l' axe (4) pour la position moyenne de la cabine en translation le long de l' axe parallèle à l' axe ( 4 ) . Ils sont de même longueur . La structure porte cabine (7 ) est équipée de points d' appuis (8 ) et (9) qui lui sont solidaires . Les bras
595 passifs ( 61) et ( 62) sont reliés aux points d' appui (8 ) par des articulations de type « rotules sphériques » (10) et (11 ) . L' axe géométrique reliant les centres des rotules ( 10) et (11) a été dénommé précédemment «axe longitudinal cabine » . Les 4 bras actifs (12) , (13) , ( 14) et ( 64) sont des vérins linéaires . Les
600 bras (12 ) , (13) et (14) sont reliés au plancher horizontal du bâti par des articulations (15) , (16) et (17 ) de type « cardan » 2 axes et aux points d' appui (9) par des articulations ( 18 ) , (19) et (20) de type « rotules sphériques ». L' articulation ( 65) du bras actif ( 64 ) sur le bâti est de type « cardan » 2 axes pour
605 assurer les rotations autour de l' axe géométrique (4 ) et autour de la direction perpendiculaire à l' axe (4 ) et au bras ( 64) . Le bras actif ( 64) est relié au point d' appui (8 ) par l' articulation ( 66) de type rotule sphérique . Chacun des vérins agit par variation de longueur en réponse à des commandes externes . Chaque
610 longueur peut être modifiée de façon continue indépendamment des trois autres , de sorte que la structure porte cabine peut être déplacée en rotation et en translation sous l' effet des vérins et de la réaction des bras passifs . Afin d' illustrer les mouvements, on peut analyser l' effet de variations de longueur des vérins
615 depuis la position moyenne de la structure porte cabine correspondant à une position des deux bras (61) et ( 62) horizontale et perpendiculaire à l' axe ( 4) . Depuis cette position moyenne et en première approximation :
. Un allongement de même signe et de même valeur des 3
620 vérins ( 12) , (13) et (14) se traduit par une translation verticale de la structure (7) .
. Un allongement des vérins (12) et (13) , et un raccourcissement du vérin (14) se traduit notamment par une rotation de la structure (7) autour d' une direction horizontale
625 perpendiculaire à l' axe (4) et dont la position le long de l' axe (4) dépend de l' amplitude relative allongement/raccourcissement . Un allongement du vérins (12) et un raccourcissement du vérin (13) , se traduit notamment par une rotation de la structure (7) autour de l' «axe longitudinal cabine » (21) .
630 . Un allongement ou raccourcissement du vérin ( 64) seul, se traduit par une translation parallèlement à l' axe (4) .
La figure 10 illustre les possibilités de mouvements obtenus avec le « dispositif à vérins à action directe » . Avec ce dispositif, toute position de la structure (7) compatible de la
635 cinématique imposée par les bras passifs peut être obtenue par une combinaison et une seule des quatre longueurs de vérins (12 ) , (13) , ( 14) et ( 64) .
La figure 11 illustre la réalisation d' un mécanisme de création de mouvement selon quatre axes de type « dispositif à
640 moteurs rotatifs » avec un axe vertical de translation de la cabine . En référence à ce dessin, le bâti, la structure porte cabine et les bras passifs sont disposés comme dans le cas de la figure 9. Les bras actifs sont constitués d' une part de bielles ( 67 ) , ( 68 ) et ( 69) de longueurs constantes articulées sur les
645 appuis ( 9) solidaires de la structure porte cabine, au moyen de liaisons sphériques (18 ) , (19) et (20 ) , et articulées sur trois manivelles (71 ) , (72) et (73) au moyen d' articulations (75) , (76) et (77 ) de type « cardan » 2 axes et d' autre part de la bielle (70) de longueur constante articulée sur l' appui ( 8 ) solidaire de
650 la structure porte cabine, au moyen de la liaison sphérique ( 66) , et articulées sur la manivelle (74) au moyen de l' articulation (78 ) de type « cardan » 2 axes . Chaque manivelle est elle même articulée sur le plancher horizontal du bâti au moyen d' une articulation 1 axe de type pivot. Les quatre pivots (79) , (80) ,
655 ( 81) et (82) ont des axes horizontaux. Les trois pivots (79) , ( 80) et ( 81) sont surélevés par rapport au plancher du bâti de manière à permettre un débattement des manivelles depuis -30 ° jusqu' à +30 ° par rapport au plan horizontal . Les manivelles sont entraînées en rotation par quatre ensembles moteurs rotatifs et
660 réducteurs (83) , ( 84 ) , (85) et ( 86) au travers des liaisons assurant le découplage des efforts radiaux entre les axes mécaniques des ensembles moteurs-réducteurs et les pivots . Avec ce dispositif, toute position de la structure (7 ) compatible de Ia cinématique imposée par les bras passifs peut être obtenue par
665 une combinaison et une seule des quatre positions angulaires des manivelles .
La figure 12 illustre la réalisation d' un mécanisme de création de mouvement selon six axes de type « dispositif à moteurs rotatifs ». En référence à ce dessin, le bâti (1) est
670 constitué d' un support horizontal . La structure porte cabine (7 ) est équipée de points d' appuis (8) et (9) qui lui sont solidaires . Le dispositif comprend 6 bras actifs actionnés par des ensembles moteurs - réducteurs - manivelles comme illustré aussi à la figure 6. Les bras actifs sont constitués d' une part
675 des bielles (87 ) , (88 ) et (89) de longueurs constantes articulées sur les appuis (9) solidaires de la structure porte cabine, au moyen de liaisons sphériques, et articulées sur trois manivelles ( 90) , ( 91) et (92) au moyen d' articulations (93) , (94) et (95) de type « cardan » 2 axes , d' autre part des bielles (96) , (97) de
680 longueurs constantes articulées sur l' un des appuis (8 ) solidaires de la structure porte cabine, au moyen des liaisons sphériques (98) et (99) , et articulées sur les manivelles (100) et ( 101) au moyen des articulations ( 102 ) et (103) de type «cardan» 2 axes , et enfin de la bielle (104 ) de longueur
685 constante articulée sur l' autre appui (8 ) solidaire de la structure porte cabine, au moyen d' une liaison sphérique (105) , et articulée sur la manivelle (106) au moyen de l' articulation ( 107 ) de type « cardan » 2 axes . Chaque manivelle est elle même articulée sur le plancher horizontal du bâti au moyen d' une
690 articulation un axe de type pivot . Les six pivots (108) , (109) , ( 110) , (111) , (112) et (113) ont des axes horizontaux. Les axes ( 108 ) , (109) et (110) des 3 manivelles ( 90 ) , ( 91) , (92) sont surélevés par rapport au plancher du bâti de manière à permettre un débattement des manivelles depuis -30 ° jusqu' à +30 ° par
695 rapport au plan horizontal . Les 6 manivelles sont entraînées en rotation par six ensembles moteurs rotatifs et réducteurs ( 114) , ( 115) , (116) , (117) , (118 ) et (119) au moyen d' un système de renvoi de mouvement entre les axes mécaniques des ensembles moteurs-réducteurs et les axes des manivelles tel que le sous
700 ensemble (120) similaire à celui de la figure 6. Avec ce dispositif, toute position de la structure (7 ) compatible des débattements du mécanisme peut être obtenue par une combinaison et une seule des six positions angulaires des manivelles .

Claims

R2006/000183
REVENDICATIONS
1) Dispositif de création de mouvements d' une plateforme selon 3 axes incluant deux axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et un axe de translation suivant une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire aux deux axes de rotation, ou selon 4 axes incluant deux axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et deux axes de translation le long d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux dont l' un est selon une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire aux deux axes de rotation, ou encore selon 6 axes incluant trois axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et trois axes de translation le long d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comporte un ensemble de 6 bras passifs ou actifs travaillant exclusivement en traction et compression et assurant les fonctions de guidage cinématique et de motorisation pour déplacer et positionner la plateforme selon les 3 , 4 ou 6 axes définis ci-avant en réponse à des consignes définies à chaque instant par ailleurs, dans la limite des amplitudes pour lesquelles le dispositif a été conçu, ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que le nombre de bras actifs est égal au nombre d' axes de mouvements de la plate-forme c' est à dire respectivement 3 , 4 ou 6 bras actifs pour des mouvements selon 3, 4 ou 6 axes , ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que, lorsque la plate-forme est en position moyenne correspondant à des déplacements nuls, trois des six bras, actifs ou passifs selon le nombre d' axes de mouvements désirés, sont coplanaires , les trois autres bras toujours actifs quelque soit le nombre d' axes de mouvements désirés, étant non coplanaires et perpendiculaires ou presque perpendiculaires au plan contenant les trois premiers, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que les trois bras coplanaires ou presque coplanaires possèdent une articulation autour d' un axe géométrique commun d' articulation sur le bâti ou autour d' axes voisins, deux de ces bras étant perpendiculaires à cet axe commun d' articulation sur le bâti lorsque la plate-forme est en position moyenne, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que les trois bras coplanaires ou presque coplanaires sont fixés sur la plate-forme l' un en un point et les deux autres en un autre point éloigné du premier, par l' intermédiaire de liaisons à trois degrés de liberté, l' axe géométrique passant par ces deux points de fixation étant parallèle ou presque parallèle à l' axe géométrique commun d' articulation, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que les deux bras attachés au même point de la plate-forme forment un V déformable pendant la création de mouvements, dans un plan mobile qui contient ou reste proche de l' axe géométrique commun d' articulation .
2 ) Dispositif de création de mouvement d' une plateforme selon 3 axes incluant deux axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et un axe de translation suivant une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire au deux axes de rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comporte trois bras passifs sollicités exclusivement par des efforts de traction et de compression et limitant, au premier ordre, la possibilité de mouvement de la plate-forme aux deux rotations et à la translation décrites ci-avant, et trois bras actifs générant ou transmettant les efforts pour déplacer et positionner la plate-forme autour et le long de ces axes selon des valeurs désirées définies par ailleurs , ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que chacun des trois bras passifs est articulé sur le bâti autour de deux axes, l' un des axes géométriques d' articulation étant commun aux trois bras , ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que deux des bras passifs forment un « V » muni d' une liaison à un degré de liberté à la base du « V », le troisième bras passif étant nominalement placé selon une direction perpendiculaire ou _ ^ _
presque perpendiculaire à l' axe géométrique commun d' articulation des bras passifs sur le bâti, les deux bras formant le « V » d' une part, et le troisième bras passif d' autre part étant fixés sur la plate-forme par l' intermédiaire de liaisons à trois degrés de liberté en deux points situés nominalement à même distance de l' axe géométrique commun d' articulation des bras sur le bâti
3) Dispositif de création de mouvements d' une plateforme selon 3 axes incluant deux axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et un axe de translation suivant une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire aux deux axes de rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comporte un bras passif sollicité exclusivement en traction et compression et une équerre limitant, au premier ordre, la possibilité de mouvement de la plate-forme aux deux rotations et à la translation décrites ci-avant, et trois bras actifs générant ou transmettant les efforts pour déplacer et positionner la plate-forme autour et le long de ces axes selon des valeurs désirées définies par ailleurs, ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que l' équerre est articulée sur le bâti autour d' un seul axe tandis que le bras passif est articulé sur ce bâti autour de deux axes dont l' un est aligné avec l' axe d' articulation de l' équerre formant ainsi un axe géométrique commun d' articulation sur le bâti, le bras passif étant de plus caractérisé en ce qu' il est nominalement placé selon une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire à l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti, l' équerre et le bras passif étant par ailleurs fixés sur la plate-forme par l' intermédiaire de liaisons à trois degrés de liberté en deux points situés nominalement à même distance de l' axe géométrique commun d' articulation sur le bâti .
4) Dispositif de création de mouvements d' une plateforme selon 4 axes incluant deux axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et deux axes de translation le long d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux dont l' un est selon une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire aux deux axes de rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comporte deux bras passifs limitant, au premier ordre, la possibilité de mouvement de la plate-forme aux quatre axes de mouvement ainsi décrits , et quatre bras actifs générant ou transmettant les efforts pour déplacer et positionner la plate-forme autour et le long de ces axes selon des valeurs désirées définies par ailleurs , ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que chacun des deux bras passifs est articulé séparément sur le bâti autour d' un axe géométrique commun aux deux bras et autour d' un deuxième axe permettant de modifier l' angle entre les bras et l' axe géométrique commun d' articulation, les deux bras passifs étant de plus placés selon une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire à leur axe géométrique commun d' articulation sur le bâti lorsque la plate-forme est en position moyenne correspondant à des déplacements nuls de la plate-forme et les deux bras passifs étant de longueurs égales ou presque égales et fixés chacun en un point sur la plate-forme par l' intermédiaire de liaisons à trois degrés de liberté, ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que l' un des bras actifs forme avec l' un des deux bras passifs un V déformable pendant la création de mouvements , dans un plan mobile qui contient ou reste proche de l' axe géométrique commun d' articulation des bras passifs sur le bâti .
5) Dispositif de création de mouvement d' une plateforme selon 6 axes incluant trois axes de rotations autour d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux et trois axes de translation le long d' axes orthogonaux ou presque orthogonaux, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu' il comporte six bras actifs générant ou transmettant les efforts pour déplacer et positionner la plate-forme autour et le long des directions choisies à chaque instant et selon des valeurs définies par ailleurs dans la limite des amplitudes pour lesquelles le dispositif a été conçu, ledit dispositif étant de plus caractérisé en ce que lorsque la plate-forme est en position moyenne correspondant à des déplacements nuls, trois des bras actifs sont coplanaires ou presque coplanaires, les trois autres bras étant non coplanaires et perpendiculaires ou presque perpendiculaires au plan contenant les trois premiers, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que lorsque la plate-forme est en position moyenne correspondant à des déplacements nuls, les trois bras actifs coplanaires ou presque coplanaires possèdent une articulation autour d' un axe géométrique commun d' articulation sur le bâti ou autour d' axes voisins, deux de ces bras actifs étant perpendiculaires à cet axe commun d' articulation sur le bâti lorsque la plate-forme est en position moyenne, les trois bras actifs étant fixés sur la plate-forme l' un en un point et les deux autres en un autre point éloigné du premier, par l' intermédiaire de liaisons à trois degrés de liberté, l' axe géométrique passant par ces deux points de fixation étant parallèles ou presque parallèles à l' axe géométrique commun d' articulation, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que les deux bras attachés au même point de la plate-forme forment un V déformable pendant la création de mouvements dans un plan mobile qui contient ou reste proche de l' axe géométrique commun d' articulation.
6) Dispositif selon l' une des revendications 1 à 5 caractérisé de plus en ce que les bras actifs sont constitués de vérins linéaires électriques ou hydrauliques ou pneumatiques chacun de ces vérins agissant directement selon des valeurs de consigne en force, vitesse ou position définies par ailleurs, par extension/rétraction entre un point de liaison à 2 ou trois degrés de liberté sur le bâti et un autre point de liaison à 3 ou 2 degrés de liberté sur la plate-forme, le nombre total de degrés de libertés pour un bras étant possiblement limité à 5.
7) Dispositif selon l' une des revendications 1 à 5, caractérisé de plus en ce que les bras actifs sont constitués chacun d' une bielle de longueur constante activée par une manivelle elle même articulée par une liaison à un degré de liberté de type pivot sur le bâti ou sur une structure auxiliaire, ledit dispositif étant caractérisé de plus en ce que chaque bielle est articulée sur la plate-forme par une liaison à 2 ou 3 degrés de liberté et sur la manivelle par une liaison à 3 ou 2 degrés de liberté, le nombre total de degrés de liberté pour un bras étant possiblement limité à 5.
8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé de plus en ce que chacune des manivelles est couplée à un ensemble moteur rotatif - réducteur qui lui délivre les efforts nécessaires pour assurer sa rotation et son positionnement angulaire selon des valeurs de consigne définies par ailleurs .
9) Dispositif selon la revendication 7 , caractérisé de plus en ce que chacune des manivelles est solidaire d' un levier qui est lui même mû par un vérin linéaire électrique ou hydraulique ou pneumatique
10) Dispositif selon la revendication 7 , caractérisé de plus en ce que chacune des manivelles ou un levier qui lui est solidaire reçoit un effort délivré par un système passif de mise en tension ou compression destiné à compenser tout ou partie des efforts statiques provenant des parties mobiles sous l' effet de la gravité .
11) Dispositif selon l' une des revendications 1 à 10 caractérisé de plus en ce que les degrés de libertés des articulations sont matérialisés par des liaisons de type rotule sphérique, ou liaison à la cardan ou pivot un axe .
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