WO2015086786A2 - Actionneur lineaire de support de charge et hexapode comprenant de tels actionneurs - Google Patents

Actionneur lineaire de support de charge et hexapode comprenant de tels actionneurs Download PDF

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WO2015086786A2
WO2015086786A2 PCT/EP2014/077470 EP2014077470W WO2015086786A2 WO 2015086786 A2 WO2015086786 A2 WO 2015086786A2 EP 2014077470 W EP2014077470 W EP 2014077470W WO 2015086786 A2 WO2015086786 A2 WO 2015086786A2
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slots
actuator
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Marc JAQUET
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Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Universite D'aix Marseille
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/2056—Telescopic screws with at least three screw members in coaxial arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0208—Compliance devices
    • B25J17/0216—Compliance devices comprising a stewart mechanism
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • F16M11/06—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting
    • F16M11/12—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction
    • F16M11/121—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction constituted of several dependent joints

Definitions

  • the present invention relates to the field of linear load bearing actuators, as well as that of object positioning hexapods whose legs include such actuators to vary their length.
  • hexapods also known as Stewart platforms, to position in space or to move various objects generally having a significant weight such as flight simulators or driving vehicle or optical instruments such as telescopes.
  • Such hexapods have six legs that support the object concerned, each leg generally comprising a linear actuator that allows to vary its length, which gives the possibility of adjusting the position of the object in the space following six degrees of freedom or to modify at will his position.
  • linear actuators are used for this purpose, including hydraulic or pneumatic cylinders or actuators with electric motor.
  • These hexapods generally comprise a system for determining the position of the object in the space on the basis of which the control system of the linear actuators ensures the desired positioning of the object.
  • a disadvantage of the hexapods of the prior art is to require important and expensive implementation means for controlling the linear actuators of their legs. Indeed, it requires a source of energy according to the case pneumatic, hydraulic or electrical to feed them, electronic devices or the like to measure the length of the linear actuators of the legs and an electronic control system linear actuators slaved to the devices of measured. In addition, in the case of power failure or electrical failure, the hexapod returns to a horizontal stable position unless it has a generally expensive secondary power source. Moreover, these linear actuators and these measuring devices are bulky.
  • the object of the present invention is to provide a technology for making hexapods which at least partially overcomes the aforementioned drawbacks. More particularly, the object of the invention is to provide a simple, inexpensive and inexpensive technology for producing object positioning hexapods which can be heavy, for example 100 kg or more, with a high degree of accuracy, for example of the order of a few micrometers, even of the order of a micrometer.
  • the invention is particularly concerned with object positioning hexapods used in applications involving definitive initial positioning or applications in which the positioning of the object is likely to be modified only episodically.
  • the present invention aims to provide a linear actuator technology whose extension is adjustable with precision - typically of the order of a few micrometers, or even of the order of a micrometer - and which allows the case appropriate to support large loads, while being compact and easy to implement and economical.
  • the present invention provides a linear actuator, comprising: a first interface portion of the actuator with the outside and a second interface portion of the actuator with the outside through which the actuator exerts its action on the outside; and a manually operated micrometer screw mechanism for moving the second interfacing portion relative to the first interfacing portion.
  • the linear actuator according to the invention comprises a locking system of the micrometer screw.
  • the actuator comprises a system for measuring the displacement distance of the second interface element relative to the first interface element.
  • the micrometer screw has graduations indicating the distance of movement of the second interface element relative to the first interface element.
  • the micrometric screw mechanism comprises:
  • the tube is helically connected to the operating part by a first thread and the rod is helically connected to the operating part by a second thread, the first thread and the second thread having the same direction, but a step different ; and the tube and the rod extend outside the operating part each from a respective longitudinal end of the operating part.
  • the actuator according to the invention is designed to support a load of at least 20 kg, and more preferably at least 50 kg.
  • the first interfacing part and the second interfacing part each form a ball joint connection.
  • the ball joint formed by the first interface portion and the ball joint formed by the second interfacing portion are each formed in the form of a flexible ball joint.
  • the linear actuator according to the invention comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in combination:
  • One of the flexible hinges or each of them is in the form of a one-piece piece in the form of a straight cylinder and preferably in the form of a cylinder of revolution, an axial end of the part being connected to the mechanism forming a micro screw.
  • the other axial end of the part being intended to be connected to an element external to the linear actuator, which part comprises: an axial bore, which preferably passes axially through the part from one side to the other;
  • a first pair of slots each arranged on a respective one side of a first axial plane to provide pivotability by elastic deformation of the workpiece material about a first pivot axis between a first axial end portion; of the part which is on the side of one of its axial ends and a second axial end portion of the part which is on the side of the other of its axial ends,
  • a second pair of slots each arranged on a respective one side of a second axial plane to provide pivotability by elastic deformation of the workpiece material about a second pivot axis between the first axial end portion; of the piece and the second axial end portion of the piece,
  • the second axial plane is distinct from the first axial plane
  • the second pivot axis is distinct from the first pivot axis
  • the second axial plane is perpendicular to the first axial plane
  • first pivot axis and the second pivot axis are perpendicular to the axis of the cylinder, the second pivot axis being perpendicular to the first pivot axis;
  • first pivot axis and the second pivot axis are contained in the same plane perpendicular to the axis of the cylinder; •
  • the slots of the first pair are symmetrical with respect to the first axial plane and the slots of the second pair are symmetrical to each other with respect to the second axial plane;
  • Each slot of the first pair has a symmetry with respect to an axial plane perpendicular to the first axial plane and each slot of the second pair has a symmetry with respect to an axial plane perpendicular to the second axial plane;
  • the second pair of slots is deduced from the first pair of slots by an axial rotation of 90 ° combined with a symmetry with respect to a plane perpendicular to the axis of the cylinder;
  • each of the slots of the first pair seen in orthogonal projection on an axial plane perpendicular to the first axial plane, extends from the bottom of the slot located in a region adjacent to the axis of the cylinder to the outer edge of the cylinder on which opens the slot
  • each of the slots of the second pair viewed in orthogonal projection on an axial plane perpendicular to the second axial plane, extends from the bottom of the slot located in a region adjacent to the axis of the cylinder until at the outer edge of the cylinder on which the slot opens.
  • the invention relates to a charge support bipode, comprising:
  • the first interface parts of the linear actuators are mounted on the base;
  • the second interface parts of the linear actuators are mounted on the support.
  • the invention relates to a hexapod for positioning an object, having six legs for supporting the object, the length of each leg being individually adjustable to position the object, each leg comprising a linear actuator according to the invention.
  • the invention relates to a hexapod for positioning an object, having six legs to support the object, the length of each leg being individually adjustable to position the object, the six legs being formed by three bipods according to the invention.
  • the hexapod according to the invention is designed to position an object weighing at least 100 kg and more preferably at least 300 kg.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a linear actuator according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of the linear actuator of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a hexapod according to one embodiment of the invention, which consists of three bipodes each including two linear actuators according to FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a flexible ball joint connection according to the invention.
  • Figure 5 is a sectional view of the flexible ball joint of Figure 4.
  • a linear actuator according to the invention comprises two parts for interfacing the actuator with the outside through which it exerts its action on the outside.
  • the first interfacing part can be used to support the actuator on the ground, on a machine frame or on any other element while the second interfacing part can be used to exert an effort on a separate device.
  • the actuator for example to support and position it.
  • the actuator includes a manually operated micrometer screw mechanism that moves the second interfacing portion relative to the first interfacing portion.
  • the principle of the micrometer screw also sometimes called Prony differential screw, is known, but was used in the prior art to perform precision measurements. In such a measuring micrometer, the support force is low, between 5 and 20 newtons, so as not to deform the part to be measured and not to distort the measurement.
  • the micrometer screw mechanism is used in the context of the invention as an actuating element, in other words it provides the effort that the actuator is likely to exert on the actuator. 'outside.
  • the micrometric screw mechanism is designed and dimensioned appropriately for this purpose. It can be made if necessary with all the robustness desirable to be able to withstand a heavy load, for example at least 20 kg or at least 50 kg, or even at least 100 kg or more.
  • Such an actuator advantageously provides a high accuracy of adjustment thanks to the micrometer screw mechanism.
  • the implementation of the actuator is particularly simple since, being designed to be manually operated, it does not require a power source to power it or control electronics. Its size is also limited, since it does not incorporate a device converting the energy provided by such a source into mechanical energy actuation and a micrometer screw mechanism can be realized in a compact form.
  • Such linear actuator advantageously finds application for the realization of hexapod positioning.
  • a hexapod has six legs to support any object, each leg comprising a linear actuator according to the invention, which allows to individually adjust the length of each leg accurately. It allows to accurately position the object that supports the six degrees of freedom. It is customary to define the position of the object in a system of spherical coordinates, that is, by the pitch, roll, and yaw angles, also called Euler angles.
  • the hexapod is particularly simple, compact and economical to achieve, even when positioning heavy objects, while providing a high positioning accuracy.
  • the hexapod according to the invention is advantageously used for the positioning of objects requiring precise positioning, but whose positioning is set once and for all or modified only occasionally. It may be for example scientific instruments such as a cryostat, a camera, a telescope.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an embodiment of a linear actuator according to the invention in which it is referenced 2.
  • the linear actuator 2 comprises a mechanism 8 forming a micrometric screw.
  • the mechanism 8 comprises a tube 10, a rod 12 and a maneuvering part 14.
  • the operating portion 14 comprises an inner tube 14a.
  • the rod 12 is screwed into the inner tube 14a through a first threading Fl.
  • the rod 12 extends out of the operating portion 14 from a longitudinal end 14d of the latter.
  • the tube 10 is screwed onto the inner tube 14a through a second thread F2.
  • the tube 10 extends out of the operating portion 14 from the longitudinal end 14e of the latter which is on the opposite side to the longitudinal end 14d.
  • the tube 10 and the rod 12 are mounted in sliding connection with respect to each other.
  • This slide connection can be implemented by means of a splined shaft 42 cooperating with a corresponding bore 43.
  • the splined shaft 42 is integral with the tube 10 while the bore 43 is formed in one end of the rod 12, but the opposite is also possible.
  • the splined shaft 42 is secured to the tube 10 by a pin 44, but any other suitable means may be used for this purpose.
  • the operating portion 14 comprises an outer tube 14b which is secured to the inner tube 14a.
  • the inner tube 14a comprises a shoulder 14c on the side of the longitudinal end 14d of the operating portion 14, the outer tube 14b being fixed on the shoulder 14c by any appropriate means, for example by welding.
  • the tube 10 extends partially inside the tube 14b, regardless of the length of screwing on one another, the respective diameters providing a slight clearance between the tube 10 and the tube 14b.
  • the tube 14b protects the thread F2 against dirt and avoids the risk of pinching the fingers of an operator.
  • the outer tube 14b is intended to be maneuvered by hand by an operator, that is to say to allow an operator to rotate the operating part 14 with respect to the tube 10 and the rod 12, the latter can not rotate relative to each other because of the slide connection between them.
  • the tube 10, the rod 12, the tube 14a and the tube 14b are preferably coaxial.
  • the thread F1 is in the same sense as the thread F2, but their pitch is different.
  • the tube 10 and the rod 12 move axially in the same direction relative to the operating part 14, but from a different distance, when the operator turns the latter relative to the tube 10 and the rod 12. More particularly, the tube 10 and the rod 12 slide relative to each other by a distance which corresponds to the difference of pitch
  • is preferably chosen in a range from 0.2 mm to 1 mm, inclusive. It may advantageously be 0.5 mm.
  • the linear actuator 2 exerts its action on the outside through the parts of the tube 10 and the rod 12 which are external to the operating part 14. For this, these parts are interfaced with the outside through all appropriate means, in particular by means of connecting type connection, pivot or stop depending on the applications.
  • it is advantageous to arrange at the free end 6 of the tube 10 and at the free end 4 of the rod 12 of the ball joint means which will serve as interfaces with the outside.
  • It can be universal joints. More advantageously, these are flexible ball joints 20, 22, which makes it possible to eliminate the existing gaps in the universal joints.
  • the micrometer screw may be made of any suitable material providing the appropriate mechanical strength. It can be stainless steel, which makes the linear actuator 2 compatible with use in a clean room, for example to position heavy optics.
  • the linear actuator 2 is provided with a system for measuring the distance of movement of the tube 10 relative to the rod 12.
  • it can be graduations or marks 18 around the l end of the outer tube 14b of the operating portion 14 and along the tube 10 (on which these graduations or marks are not represented for convenience), which makes it possible to dispense with any electronic measuring device.
  • graduations or marks 18 may form a vernier as is known per se.
  • the linear actuator 2 may be provided with a locking device of the mechanism 8 forming a micrometer screw.
  • This locking device is provided to allow the operator to selectively release the rotation of the operating portion 14 relative to the tube 10 and the rod 12, or block it. Locking the rotation of the operating portion 14 relative to the tube 10 and the rod 12 keeps the linear actuator 2 to a given length after adjustment, even when under load.
  • it may be a pressure screw 16 screwed radially into the operating portion 14, for example in the shoulder 14c, and the screwing causes its end in abutment against the rod 12, which has the effect of preventing any relative movement between the operating portion 14 and the rod 12 while its unscrewing allows the relative movement between them.
  • FIG. 3 illustrates a hexapod according to one embodiment of the invention.
  • the hexapod is made with three load-bearing bipods 50 which are identical.
  • Each bipod 50 comprises a base 52, a support 54 and two legs each connecting the base 52 to the support 54.
  • the base 52 serves to support the bipod, for example on the ground or on a frame.
  • the support 54 serves to support an object or a load of any kind.
  • the legs support the weight of the object or load on the base 52 through the support 54.
  • Each leg of the bipod comprises a linear actuator according to the invention or is constituted by it, which allows a in the precise position of the object or load supported by the bipod 50 by adjusting the length of each linear actuator.
  • linear actuators 2 previously described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the linear actuators 2 are provided with each end of the ball joint means through which they are mounted to the base 52 and the support 54. It is advantageously flexible hinges 20, 22 already mentioned with reference to Figures 1 and 2.
  • the distance between the ends of the linear actuators mounted on the base 52 is greater than the distance between the ends of the linear actuators mounted to the support 54, which ensures good stability to the bipod 50.
  • the hexapod is made by placing each of the three bipodes 50 on a reference surface, for example on the ground or on a frame, so that its base 52 is arranged in the middle of a respective side of an imaginary equilateral triangle, the position of each bipod 50 being deduced from the preceding one by rotation of 120 ° with respect to the isobarycenter of this imaginary equilateral triangle.
  • the object or load to be positioned (not shown) by the hexapod is received on the supports 54 of the three bipods 50.
  • the object or load can be mounted directly on the supports 50 of the three bipods 50. Alternatively, the object or load load is mounted on a plate which is fixed on the supports 50 of three bipods 50.
  • the legs of the hexapod each comprising a linear actuator according to the invention or each constituted by such an actuator may be independent of each other, that is to say without being joined together in pairs with a base 52 and / or a support 54 in the form of bipods.
  • each leg individually supports the object or load to be supported by the hexapod or common plate of the hexapod on which the object or load is mounted.
  • Figures 4 and 5 illustrate a preferred example of structure of the flexible ball 20, but which also applies to the flexible ball 22.
  • the other axial end of the ball joint is intended to be connected to an external linear actuator element on which the actuator is to be mounted.
  • the ball 20 comprises a first pair of slots 28, 30 each arranged on a respective side of a first axial plane X, Y to provide pivotability by elastic deformation of the material of the workpiece about a first axis of the workpiece. pivoting Y, between a first axial end portion 26a of the piece 26 which is on the side of one of its axial ends and a second axial end portion 26b of the part which is on the side of the other of its axial ends.
  • the ball 20 comprises a second pair of slots 32, 34 each arranged on a respective side of a second axial plane X, Z to provide a pivoting ability by elastic deformation of the material of the part, about a second axis of pivoting Z between the first axial end portion 26a of the piece 26 and the second axial end portion 26b of the piece 26.
  • the slots 28, 30, 32, 34 can be made easily by cutting EDM.
  • the ball 20 further comprises an axial bore 25 which preferably passes axially right through the piece 26.
  • each of said slots 28, 30, 32, 34 comprising the bottom thereof is thrown into the axial bore 25.
  • This bore avoids the stresses that would otherwise exist in the material in the center. of the patella. Indeed, if there was no bore, there would remain a central square resulting for example from wire cutting by electro erosion.
  • the bore 25 thus avoids generating cracks, which makes the ball joint particularly suitable for supporting heavy loads.
  • the diameter of the recess is optimized by finite element calculation so as not to favor the appearance of any cracks due to the particular shape between the intersection of the bore and the wire cut by electroerosion.
  • the second axial plane X, Z is perpendicular to the first axial plane X, Y and that the first pivot axis Y and the second pivot axis Z are perpendicular to the axis X of the cylinder, the second pivot axis Z being perpendicular to the first pivot axis Y.
  • the slots 28, 30 are symmetrical with respect to the first axial plane X, Y and that the slots 32, 34 are symmetrical with respect to the second axial plane.
  • X, Z In the same direction, each slot 28, 30 has a symmetry with respect to the second axial plane X, Z and each slot 32, 34 has a symmetry with respect to the first axial plane X, Y.
  • the slots 32, 34 of the second pair have the same structure as the slots 28, 30 of the first pair. In other words, the second pair of slots 32, 34 is deduced from the first pair of slots 28, 30 by an axial rotation of 90 ° combined with a symmetry with respect to a plane perpendicular to the axis X of the cylinder.
  • each of the slots 28, 30 of the first pair seen in axial orthogonal projection X, Z, extends from the bottom of the slot in a region adjacent to the X axis of the cylinder to 'at the outer edge of the cylinder on which the slot opens.
  • each of the slots 32, 34 of the second pair seen in orthogonal projection on the axial plane X, Y, extends from the bottom of the slot located in a region adjacent to the axis X of the cylinder to outer edge of the cylinder on which the slot opens.
  • each slot 28, 30, 32, 34 comprises a prolonged right part on both sides by two rounded end portions, this possibly by means of an evolutionary section.
  • the right part 32 of the slot 28 is located, from the point of view of its level along the axis X, between the level of two axes Y1 and Y2 parallel to each other and to the Y-axis and belonging to the plane X, Y.
  • the evolutionary portion 34 of the slot 28 connects one of the rounded end portions 36 to the right portion 32.
  • the other rounded portion 38 located at the other end of the slot 28 has a radius smaller than that of the rounded portion 36 at the opposite end.
  • the dimensions of the slots can be optimized by finite element calculations to stay below the elastic limit of the material when the ball is under the maximum expected load.
  • the material chosen for the flexible hinges is titanium for its very good ratio between its elastic limit and its Young's modulus in order to be able to withstand high loads while ensuring the robustness of the latter. Nevertheless, other materials may be considered, especially if the flexible ball joint is provided for less load.
  • Such a flexible ball joint provides a large angular amplitude compared to those of the prior art. In particular, it is possible to obtain a maximum angular deflection of plus or minus 2 °.
  • pivot axes X and Y are contained in the same plane perpendicular to the axis X of the cylinder.
  • the invention relates to a flexible ball joint which, in its widest concept, is defined as being in the form of a single piece in the form of a straight cylinder and preferably in the form of a cylinder. of revolution, an axial end of the part being provided to be connected to a first element outside the flexible ball joint, the other axial end of the part being provided to be connected to a second element outside the flexible ball joint, which part comprises :
  • an axial bore which preferably passes axially through the part from one side to the other;
  • a first pair of slots each arranged on a respective one side of a first axial plane to provide pivotability by elastic deformation of the workpiece material about a first pivot axis between a first end portion; axial part which is on the side of one of its axial ends and a second axial end portion of the part which is on the side of the other of its axial ends,
  • a second pair of slots each arranged on a respective side of a second axial plane to provide pivotability by elastic deformation of the workpiece material about a second pivot axis between the first end portion; axial part and the second axial end portion of the piece,
  • the second axial plane is distinct from the first axial plane
  • the second pivot axis is distinct from the first pivot axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un actionneur linéaire, comprenant : - une première partie d'interfaçage (4) de l'actionneur avec l'extérieur et une deuxième partie d'interfaçage (6) de l'actionneur avec l'extérieur par le biais desquels l'actionneur exerce son action sur l'extérieur; et - un mécanisme (8) formant vis micrométrique à manœuvre manuelle pour déplacer la deuxième partie d'interfaçage par rapport à la première partie d'interfaçage. L'invention concerne également un hexapode de positionnement d'un objet, présentant six jambes pour supporter l'objet, de longueur réglable individuellement pour positionner l'objet, chaque jambe comprenant un actionneur linéaire selon l'invention.

Description

ACTIONNEUR LINEAIRE DE SUPPORT DE CHARGE ET HEXAPODE COMPRENANT DE TELS ACTIONNEURS
La présente invention concerne le domaine des actionneurs linéaires de support de charge, ainsi que celui des hexapodes de positionnement d'objet dont les jambes comprennent de tels actionneurs pour en varier leur longueur.
Il est connu d'utiliser des hexapodes, également appelés plateformes de Stewart, pour positionner dans l'espace ou mettre en mouvement des objets divers ayant généralement un poids important tels que des simulateurs de vol ou de conduite de véhicule ou des instruments optiques tels que des télescopes. De tels hexapodes comportent pour cela six jambes qui supportent l'objet concerné, chaque jambe comprenant généralement un actionneur linéaire qui permet de varier sa longueur, ce qui donne la possibilité de régler la position de l'objet dans l'espace suivant six degrés de liberté ou encore de modifier à volonté sa position. Différents types d'actionneurs linéaires sont utilisés à cette fin, notamment des vérins hydrauliques ou pneumatiques ou encore des actionneurs à moteur électrique. Ces hexapodes comprennent généralement un système de détermination de la position de l'objet dans l'espace sur la base duquel le système de commande des actionneurs linéaires assure la mise en position souhaitée de l'objet. Très souvent, il s'agit de dispositifs de mesure de l'extension de chaque actionneur linéaire qui sont reliés au système de commande des actionneurs linéaires. Ce dernier est généralement asservi pour assurer le maintien en position de l'objet. Dans certaines applications, la mise en position et le maintien en position doivent être d'une grande précision, de l'ordre de quelques micromètres, voire de l'ordre du micromètre.
De tels hexapodes sont décrits notamment dans FR-A-2 958 695, FR-A-
2 977 649, FR-A-2 825 445, US-A-2007/0284502 et DE-A-100 01 604.
Un inconvénient des hexapodes de l'art antérieur est de nécessiter des moyens de mise en œuvre importants et onéreux pour commander les actionneurs linéaires de leurs jambes. En effet, il faut une source d'énergie selon le cas pneumatique, hydraulique ou électrique pour les alimenter, des dispositifs électroniques ou similaires pour mesurer la longueur des actionneurs linéaires des jambes et un système de commande électronique des actionneurs linéaires asservie aux dispositifs de mesure. De plus, en cas de coupure d'énergie ou de panne électrique, l'hexapode retourne dans une position stable horizontale, à moins d'avoir une source d'alimentation secondaire généralement onéreuse. Par ailleurs, ces actionneurs linéaires et ces dispositifs de mesure sont encombrants.
Selon un aspect, le but de la présente invention est de fournir une technologie pour réaliser des hexapodes qui pallie au moins partiellement les inconvénients précités. Plus particulièrement, l'invention vise à fournir une technologie simple, peu encombrante et économique pour réaliser des hexapodes de positionnement d'objet pouvant être lourd, par exemple 100 kg ou plus, avec une grande précision, par exemple de l'ordre de quelques micromètres, voire de l'ordre du micromètre. L'invention a trait tout particulièrement aux hexapodes de positionnement d'objet utilisés dans des applications impliquant une mise en position initiale qui est définitive ou des applications dans lesquelles le positionnement de l'objet n'est susceptible d'être modifiée qu'épisodiquement.
Selon un autre aspect, la présente invention a pour but de fournir une technologie d'actionneur linéaire dont l'extension soit réglable avec précision - typiquement de l'ordre de quelques micromètres, voire de l'ordre du micromètre - et qui permette le cas échéant de supporter des charges importantes, tout en étant peu encombrant et de mise en œuvre simple et économique.
A cet effet, la présente invention propose un actionneur linéaire, comprenant : une première partie d'interfaçage de l'actionneur avec l'extérieur et une deuxième partie d'interfaçage de l'actionneur avec l'extérieur par le biais desquels l'actionneur exerce son action sur l'extérieur ; et un mécanisme formant vis micrométrique à manœuvre manuelle pour déplacer la deuxième partie d'interfaçage par rapport à la première partie d'interfaçage.
Suivant un mode de réalisation préféré, l'actionneur linéaire selon l'invention comprend un système de blocage de la vis micrométrique.
Selon un autre mode de réalisation, l'actionneur comprend un système de mesure de la distance de déplacement du deuxième élément d'interfaçage par rapport au premier élément d'interfaçage. Selon un autre mode de réalisation, la vis micrométrique comporte des graduations indiquant la distance de déplacement du deuxième élément d'interfaçage par rapport au premier élément d'interfaçage.
Selon un mode de réalisation préféré, le mécanisme formant vis micrométrique comprend :
- un tube ;
- une tige en liaison glissière avec le tube ; et
une partie de manœuvre prévue pour être manœuvrée manuellement, et dans lequel :
- le tube est en liaison hélicoïdale avec la partie de manœuvre grâce à un premier filetage et la tige est en liaison hélicoïdale avec la partie de manœuvre grâce à un deuxième filetage, le premier filetage et le deuxième filetage ayant le même sens, mais un pas différent ; et le tube et la tige s'étendent à l'extérieur de la partie de manœuvre chacun depuis une extrémité longitudinale respective de la partie de manœuvre.
Selon un autre mode de réalisation, l'actionneur selon l'invention est prévu pour supporter une charge d'au moins 20 kg, et plus préférentiellement d'au moins 50 kg.
Selon un autre mode de réalisation, la première partie d'interfaçage et la deuxième partie d'interfaçage forment chacune une liaison rotule.
Selon un sous-mode de réalisation du mode de réalisation précédent, la liaison rotule formée par la première partie d'interfaçage et la liaison rotule formée par la deuxième partie d'interfaçage sont réalisées chacune sous la forme d'une rotule flexible.
Suivant des modes de réalisation préférés de ce un sous-mode de réalisation, l'actionneur linéaire selon l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
• l'une des rotules flexibles ou chacune d'elles est réalisée sous la forme d'une pièce monobloc en forme de cylindre droit et de préférence en forme de cylindre de révolution, une extrémité axiale de la pièce étant liée au mécanisme formant vis micro métrique, l'autre extrémité axiale de la pièce étant prévue pour être liée à un élément extérieur à l'actionneur linéaire, laquelle pièce comprend : un alésage axial, lequel traverse de préférence axialement la pièce de part en part ;
une première paire de fentes agencées chacune d'un côté respectif d'un premier plan axial pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un premier axe de pivotement, entre une première portion d'extrémité axiale de la pièce qui est du côté de l'une de ses extrémités axiales et une deuxième portion d'extrémité axiale de la pièce qui est du côté de l'autre de ses extrémités axiales,
une deuxième paire de fentes agencées chacune d'un côté respectif d'un deuxième plan axial pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un deuxième axe de pivotement, entre la première portion d'extrémité axiale de la pièce et la deuxième portion d'extrémité axiale de la pièce,
dans lequel :
le deuxième plan axial est distinct du premier plan axial ;
le deuxième axe de pivotement est distinct du premier axe de pivotement ;
les projections orthogonales du premier axe de pivotement et du deuxième axe de pivotement sur un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre sont sécantes ; et
une portion de chacune desdites fentes comprenant le fond de celle-ci se jette dans l'alésage axial ;
dans l'actionneur :
le deuxième plan axial est perpendiculaire au premier plan axial ;
le premier axe de pivotement et le deuxième axe de pivotement sont perpendiculaires à l'axe du cylindre, le deuxième axe de pivotement étant perpendiculaire au premier axe de pivotement ;
le premier axe de pivotement et le deuxième axe de pivotement sont contenus dans un même plan perpendiculaire à l'axe du cylindre ; • les fentes de la première paire sont symétriques par rapport au premier plan axial et les fentes de la deuxième paire sont symétriques entre elles par rapport au deuxième plan axial ;
• chaque fente de la première paire présente une symétrie par rapport à un plan axial perpendiculaire au premier plan axial et chaque fente de la deuxième paire présente une symétrie par rapport à un plan axial perpendiculaire au deuxième plan axial ;
• la deuxième paire de fentes se déduit de la première paire de fentes par une rotation axiale de 90° combinée avec une symétrie par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre ;
• dans l'actionneur :
chacune des fentes de la première paire, vue en projection orthogonale sur un plan axial perpendiculaire au premier plan axial, s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente, et chacune des fentes de la deuxième paire, vue en projection orthogonale sur un plan axial perpendiculaire au deuxième plan axial, s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un bipode de support de charge, comprenant :
- deux actionneurs linéaires selon l'invention formant chacun une jambe du bipode ;
- un socle pour la mise en appui du bipode ;
- un support pour venir au soutien d'une charge ;
dans lequel :
- les premières parties d'interfaçage des actionneurs linéaires sont montées sur le socle ; et
- les deuxièmes parties d'interfaçages des actionneurs linéaires sont montées sur le support.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un hexapode de positionnement d'un objet, présentant six jambes pour supporter l'objet, la longueur de chaque jambe étant réglable individuellement pour positionner l'objet, chaque jambe comprenant un actionneur linéaire selon l'invention. Selon un quatrième aspect, l'invention concerne un hexapode de positionnement d'un objet, présentant six jambes pour supporter l'objet, la longueur de chaque jambe étant réglable individuellement pour positionner l'objet, les six jambes étant formées par trois bipodes selon l'invention.
De façon préférée, l'hexapode selon l'invention, selon le troisième ou le quatrième aspect, est conçu pour positionner un objet pesant au moins 100 kg et plus préférentiellement au moins 300 kg.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donné à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un actionneur linéaire selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe de Γ actionneur linéaire de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un hexapode suivant un mode de réalisation de l'invention, lequel est constitué par trois bipodes incluant chacun deux actionneurs linéaires selon les figures 1 et 2 ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une liaison rotule flexible selon l'invention ; et
- la figure 5 est une vue en coupe de la liaison rotule flexible de la figure 4.
Un actionneur linéaire selon l'invention comprend deux parties d'interfaçage de Γ actionneur avec l'extérieur par le biais desquels il exerce son action sur l'extérieur. Par exemple, la première partie d'interfaçage peut servir à mettre en appui Γ actionneur sur le sol, sur un bâti de machine ou sur tout autre élément tandis que la deuxième partie d'interfaçage peut servir à exercer un effort sur un dispositif distinct de l'actionneur par exemple pour le supporter et le positionner. L'actionneur comprend un mécanisme formant vis micrométrique à manœuvre manuelle qui permet de déplacer la deuxième partie d'interfaçage par rapport à la première partie d'interfaçage. Le principe de la vis micrométrique, aussi appelée parfois vis différentielle de Prony, est connu, mais était utilisée dans l'art antérieur pour effectuer des mesures de précision. Dans un tel micromètre de mesure, l'effort d'appui est faible, entre 5 et 20 newtons, afin de ne pas déformer la pièce à mesurer et ne pas fausser la mesure. A la différence de l'art antérieur, le mécanisme formant vis micrométrique est utilisé dans le cadre de l'invention en tant qu'élément d'actionnement, autrement dit il fournit l'effort que l'actionneur est susceptible d'exercer sur l'extérieur. Pour cela, le mécanisme formant vis micrométrique est conçu et dimensionné de manière appropriée à cette fin. Il peut être réalisé le cas échéant avec toute la robustesse souhaitable pour pouvoir supporter une charge importante, par exemple au moins 20 kg ou encore au moins 50 kg, voire même au moins 100 kg ou encore davantage. Un tel actionneur procure avantageusement une grande précision de réglage grâce au mécanisme formant vis micrométrique. Par ailleurs, la mise en œuvre de l'actionneur est particulièrement simple puisque, étant prévu pour être manœuvré manuellement, il ne nécessite pas de source d'énergie pour l'alimenter, ni d'électronique de commande. Son encombrement s'en trouve également être limité, puisqu'il n'incorpore pas de dispositif convertissant l'énergie procurée par une telle source en énergie mécanique d'actionnement et qu'un mécanisme formant vis micrométrique peut être réalisé sous une forme compacte.
Un tel actionneur linéaire trouve avantageusement application pour la réalisation d'hexapode de positionnement. Un tel hexapode présente six jambes pour supporter un objet quelconque, chaque jambe comprenant un actionneur linéaire selon l'invention, ce qui permet de régler individuellement la longueur de chaque jambe avec précision. Il permet ainsi de positionner de façon précise l'objet qu'il supporte suivant les six degrés de liberté. Il est habituel de définir la position de l'objet dans un système de coordonnées sphériques, c'est-à-dire par les angles de tangage, de roulis et de lacet, aussi appelés angles d'Euler. En recourant à de tels actionneurs linéaires, l'hexapode est particulièrement simple, peu encombrant et économique à réaliser, même lorsqu'il s'agit de positionner des objets lourds, tout en procurant une grande précision de positionnement. L'hexapode selon l'invention trouve avantageusement application pour le positionnement d'objets nécessitant un positionnement précis, mais qui dont le positionnement est réglé une fois pour toute ou modifié qu'occasionnellement. Il pourra s'agir par exemple des instruments scientifiques tels qu'un cryostat, une caméra, un télescope.
Les figures 1 et 2 illustrent un mode de réalisation d'un actionneur linéaire selon l'invention dans lesquelles il est référencé 2.
L'actionneur linéaire 2 comprend un mécanisme 8 formant vis micrométrique.
Le mécanisme 8 comprend un tube 10, une tige 12 et une partie de manœuvre 14.
La partie de manœuvre 14 comprend un tube intérieur 14a. La tige 12 est vissée dans le tube intérieur 14a grâce à un premier filetage Fl . La tige 12 s'étend hors de la partie de manœuvre 14 depuis une extrémité longitudinale 14d de cette dernière.
Le tube 10 est vissé sur le tube intérieur 14a grâce à un deuxième filetage F2. Le tube 10 s'étend hors de la partie de manœuvre 14 depuis l'extrémité longitudinale 14e de cette dernière qui est du côté opposé à l'extrémité longitudinale 14d. Le tube 10 et la tige 12 sont montés en liaison glissière l'un par rapport à l'autre. Cette liaison glissière peut être mis en œuvre au moyen d'un arbre cannelé 42 coopérant avec un alésage 43 correspondant. En l'occurrence, l'arbre cannelé 42 est solidaire du tube 10 tandis que l'alésage 43 est réalisé dans une extrémité de la tige 12, mais le contraire est possible également. La solidarisation de l'arbre cannelé 42 au tube 10 est réalisé par une goupille 44, mais tout autre moyen approprié peut être utilisé à cette fin.
La partie de manœuvre 14 comprend un tube extérieur 14b qui est solidarisé au tube intérieur 14a. Pour cela, le tube intérieur 14a comprend un épaulement 14c du côté de l'extrémité longitudinale 14d de la partie de manœuvre 14, le tube extérieur 14b étant fixé sur Γ épaulement 14c par tout moyen approprié, par exemple par soudure. Le tube 10 s'étend partiellement à l'intérieur du tube 14b, quel que soit la longueur de vissage de l'un sur l'autre, les diamètres respectifs assurant un léger jeu entre le tube 10 et le tube 14b. Ainsi, le tube 14b protège le filetage F2 contre les saletés et évite les risques de pincement des doigts d'un opérateur. Par ailleurs, le tube extérieur 14b est prévu pour être manœuvré à la main par un opérateur, c'est-à-dire pour permettre à un opérateur de faire tourner la partie de manœuvre 14 par rapport au tube 10 et à la tige 12, ces derniers ne pouvant pas tourner l'un par rapport à l'autre du fait de la liaison glissière entre eux. Le tube 10, la tige 12, le tube 14a et le tube 14b sont de préférence coaxiaux.
Le filetage Fl est de même sens que le filetage F2, mais leur pas est différent. Ainsi, le tube 10 et la tige 12 se déplace axialement dans le même sens par rapport à la partie de manœuvre 14, mais d'une distance différente, lorsque l'opérateur tourne cette dernière par rapport au tube 10 et à la tige 12. Plus particulièrement, le tube 10 et la tige 12 coulisse l'un par rapport à l'autre d'une distance qui correspond à la différence de pas |F2 - Fl | pour chaque tour de la partie de manœuvre 14. Cela permet donc de varier la longueur de l'actionneur linéaire 2. La différence de pas |F2 - Fl| est de préférence choisie dans un intervalle allant de 0,2 mm à 1 mm, bornes comprises. Elle peut être avantageusement de 0,5 mm.
L'actionneur linéaire 2 exerce son action sur l'extérieur par le biais des parties du tube 10 et de la tige 12 qui sont extérieures à la partie de manœuvre 14. Pour cela, ces parties sont interfacées avec l'extérieur par le biais de tous moyens appropriés, notamment par des moyens de liaison de type encastrement, pivot ou butée selon les applications. Lorsqu'il s'agit de réaliser des jambes d'hexapodes, il est avantageux d'agencer à l'extrémité libre 6 du tube 10 et à l'extrémité libre 4 de la tige 12 des moyens formant liaison rotule qui serviront d'interfaces avec l'extérieur. Ce peut être des joints de cardan. Plus avantageusement, il s'agit de rotules flexibles 20, 22, ce qui permet de supprimer les jeux existants dans les joints de cardans.
La vis micrométrique peut être réalisée en tout matériau approprié procurant la résistance mécanique appropriée. Il peut s'agir d'acier inoxydable, ce qui rend l'actionneur linéaire 2 compatible à une utilisation en salle blanche, par exemple pour positionner des optiques lourdes.
Selon les applications, l'actionneur linéaire 2 est pourvu d'un système de mesure de la distance de déplacement du tube 10 par rapport à la tige 12. De façon avantageusement simple, il peut s'agir de graduations ou marques 18 autour de l'extrémité du tube extérieur 14b de la partie de manœuvre 14 et le long du tube 10 (sur lequel ces graduations ou marques ne sont pas représentés par commodité), ce qui permet de se passer de tout dispositif de mesure électronique. Ces graduations ou marques 18 peuvent former un vernier comme cela est connu en soi.
L'actionneur linéaire 2 peut être pourvu d'un dispositif de blocage du mécanisme 8 formant vis micrométrique. Ce dispositif de blocage est prévu pour permettre à l'opérateur de sélectivement soit libérer la rotation de la partie de manœuvre 14 par rapport au tube 10 et à la tige 12, soit bloquer celle-ci. Le blocage de la rotation de la partie de manœuvre 14 par rapport au tube 10 et à la tige 12 permet de maintenir l'actionneur linéaire 2 à une longueur donnée après réglage, même lorsqu'il est sous charge. De façon particulièrement simple, il peut s'agir d'une vis de pression 16 vissée radialement dans la partie de manœuvre 14, par exemple dans l'épaulement 14c, et dont le vissage amène son extrémité en butée contre la tige 12, ce qui a pour effet d'empêcher tout mouvement relatif entre la partie de manœuvre 14 et la tige 12 tandis que son dévissage autorise le mouvement relatif entre eux.
La figure 3 illustre un hexapode selon un mode de réalisation de l'invention. En l'occurrence, l'hexapode est réalisé avec trois bipodes 50 de support de charge qui sont identiques. Chaque bipode 50 comprend un socle 52, un support 54 et deux jambes reliant chacune le socle 52 au support 54. Le socle 52 sert à la mise en appui du bipode, par exemple sur le sol ou sur un bâti. Le support 54 sert à venir au soutien d'un objet ou d'une charge quelconque. Les jambes viennent supporter le poids de l'objet ou de la charge sur le socle 52 par le biais du support 54. Chaque jambe du bipode comprend un actuateur linéaire selon l'invention ou est constituée par celui-ci, ce qui permet une mise en position précise de l'objet ou charge supporté par le bipode 50 en réglant la longueur de chaque actuateur linéaire. Dans la figure 3, il s'agit d'actionneurs linéaires 2 décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2. Comme cela est visible sur la figure 3, les actuateurs linéaires 2 sont pourvus à chaque extrémité de moyens formant rotule par le biais desquels ils sont montés au socle 52 et au support 54. Il s'agit avantageusement des rotules flexibles 20, 22 déjà mentionnés en référence aux figures 1 et 2. La distance entre les extrémités des actionneurs linéaires montés sur le socle 52 est supérieure à la distance entre les extrémités des actionneurs linéaires montés au support 54, ce qui assure une bonne stabilité au bipode 50.
Comme cela est visible sur la figure 3, l'hexapode est réalisé en disposant chacun des trois bipodes 50 sur une surface de référence, par exemple au sol ou sur un bâti, de manière à ce que son socle 52 soit disposé au milieu d'un côté respectif d'un triangle équilatéral imaginaire, la position de chaque bipode 50 se déduisant du précédent par rotation de 120° par rapport à l'isobarycentre de ce triangle équilatéral imaginaire. L'objet ou charge à positionner (non représenté) par l'hexapode est reçu sur les supports 54 des trois bipodes 50. L'objet ou charge peut être monté directement sur les supports 50 des trois bipodes 50. Alternativement, l'objet ou charge est monté sur un plateau lequel est fixé sur les supports 50 des trois bipodes 50.
Alternativement au mode de réalisation de la figure 3, les jambes de l'hexapode comprenant chacune un actionneur linéaire selon l'invention ou constituées chacune par un tel actionneur peuvent être indépendantes les unes des autres, c'est-à-dire sans être réunies par deux avec un socle 52 et/ou un support 54 sous forme de bipodes. Autrement dit, dans ce cas, chaque jambe soutient individuellement l'objet ou charge à supporter par l'hexapode ou le plateau commun de l'hexapode sur lequel est monté l'objet ou la charge.
Les figures 4 et 5 illustrent un exemple préféré de structure de la rotule flexible 20, mais qui vaut aussi pour la rotule flexible 22.
Elle est réalisée sous la forme d'une pièce 26 monobloc en forme de cylindre de révolution autour de l'axe X. Une extrémité axiale de la tige 12 du mécanisme formant vis micrométrique est reçue avec un ajustement dans un évidement axial 24 de la rotule 20. Concernant la rotule 22, cette extrémité est adaptée pour être insérée avec ajustement dans le tube 10 du mécanisme formant vis micrométrique.
L'autre extrémité axiale de la rotule est prévue pour être liée à un élément extérieur à F actionneur linéaire sur lequel on souhaite monter F actionneur.
La rotule 20 comprend une première paire de fentes 28, 30 agencées chacune d'un côté respectif d'un premier plan axial X, Y pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un premier axe de pivotement Y, entre une première portion d'extrémité axiale 26a de la pièce 26 qui est du côté de l'une de ses extrémités axiales et une deuxième portion d'extrémité axiale 26b de la pièce qui est du côté de l'autre de ses extrémités axiales.
La rotule 20 comprend une deuxième paire de fentes 32, 34 agencées chacune d'un côté respectif d'un deuxième plan axial X, Z pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un deuxième axe de pivotement Z, entre la première portion d'extrémité axiale 26a de la pièce 26 et la deuxième portion d'extrémité axiale 26b de la pièce 26.
Les fentes 28, 30, 32, 34 peuvent être réalisées de façon aisée par découpe par électroérosion.
La rotule 20 comprend en outre un alésage axial 25 qui de préférence traverse axialement de part en part la pièce 26.
Comme cela est visible, une portion de chacune desdites fentes 28, 30, 32, 34 comprenant le fond de celle-ci se jette dans l'alésage axial 25. Cet alésage permet d'éviter les contraintes qui existeraient sinon dans le matériau au centre de la rotule. En effet, s'il n'y avait pas l'alésage, il resterait un carré central résultant par exemple de la découpe au fil par électro érosion. L'alésage 25 évite donc d'engendrer des fissures, ce qui rend la rotule particulièrement apte à supporter de fortes charges. Le diamètre de l'évidement est optimisé par calcul aux éléments finis pour ne pas favoriser l'apparition d'éventuelles fissures dues à la forme particulière entre l'intersection de l'alésage et la découpe au fil par électroérosion.
Il est préférable du point de vue mécanique que le deuxième plan axial X, Z soit perpendiculaire au premier plan axial X, Y et que le premier axe de pivotement Y et le deuxième axe de pivotement Z soient perpendiculaires à l'axe X du cylindre, le deuxième axe de pivotement Z étant perpendiculaire au premier axe de pivotement Y.
Pour une homogénéité de fonctionnement de la rotule dans les différentes directions de pivotement, il est préférable que les fentes 28, 30 soient symétriques par rapport au premier plan axial X, Y et que les fentes 32, 34 soient symétriques par rapport au deuxième plan axial X, Z. Dans le même sens, chaque fente 28, 30 présente une symétrie par rapport au deuxième plan axial X, Z et chaque fente 32, 34 présente une symétrie par rapport au premier plan axial X, Y. Toujours de ce point de vue, il est préférable que les fentes 32, 34 de la deuxième paire ait la même structure que les fentes 28, 30 de la première paire. Autrement dit, la deuxième paire de fentes 32, 34 se déduit de la première paire de fentes 28, 30 par une rotation axiale de 90° combinée avec une symétrie par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe X du cylindre.
Comme cela est visible, chacune des fentes 28, 30 de la première paire, vue en projection orthogonale sur le plan axial X, Z, s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe X du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente. De même, chacune des fentes 32, 34 de la deuxième paire, vue en projection orthogonale sur le plan axial X, Y, s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe X du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente.
De façon préféré, toujours suivant la projection orthogonale mentionnée, chaque fente 28, 30, 32, 34 comprend une partie droite prolongée de part et d'autres par deux parties arrondies d'extrémité, ceci éventuellement par le biais d'une section évolutive. Cela permet de limiter les sur-contraintes dans le matériau. Par exemple, pour l'axe de pivotement Y, la partie droite 32 de la fente 28 est située, du point de vue de son niveau suivant l'axe X, entre le niveau de deux axes Yl et Y2 parallèles entre eux et à l'axe Y et appartenant au plan X, Y. La partie évolutive 34 de la fente 28 relie une des parties arrondies d'extrémité 36 à la partie droite 32. L'autre partie arrondie 38 située à l'autre extrémité de la fente 28 a un rayon plus faible que celui de la partie arrondie 36 à l'extrémité opposée.
Les dimensions des fentes (longueur, largeur et épaisseur) peuvent être optimisées par des calculs aux éléments finis afin de rester en dessous de la limite élastique du matériau lorsque la rotule est sous la charge maximale prévue.
De préférence, le matériau choisi pour les rotules flexibles est le titane pour son très bon rapport entre sa limite élastique et son module d'Young afin de pouvoir supporter de fortes charges tout en garantissant la robustesse de celle-ci. Néanmoins, d'autres matériaux peuvent être envisagés, notamment si la rotule flexible est prévue pour une charge moindre.
Une telle rotule flexible permet de procurer une grande amplitude angulaire par rapport à celles de l'art antérieur. On peut notamment obtenir une déf exion angulaire maximale de plus ou moins 2°.
En outre, elle permet aussi de fournir un centre de pivotement invariant, quel que soit sa position angulaire. Ceci est procuré par le fait que les axes de pivotement X et Y soient contenus dans un même plan perpendiculaire à l'axe X du cylindre.
De telles rotules flexibles permettent de remplacer avantageusement les cardans habituellement utilisés sur de tel dispositif de positionnement. En effet, même si des liaisons rotules de type cardan permettent d'obtenir un débattement angulaire plus important, le jeu important dans ce type de liaison rotule nuit à la précision du positionnement fourni par l'hexapode. Ainsi, la répétabilité et la robustesse de la précision du réglage de la longueur de l'actionneur linéaire réside uniquement dans la vis différentielle. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Par ailleurs, la rotule flexible décrite en référence aux figures 4 et 5 peut être utilisée dans d'autres applications que les actionneurs linéaires.
On notera que, selon un aspect, l'invention porte sur une rotule flexible qui, dans son concept le plus large, est définie comme étant réalisée sous la forme d'une pièce monobloc en forme de cylindre droit et de préférence en forme de cylindre de révolution, une extrémité axiale de la pièce étant prévue pour être liée à un premier élément extérieur à la rotule flexible, l'autre extrémité axiale de la pièce étant prévue pour être liée à un deuxième élément extérieur à la rotule flexible, laquelle pièce comprend :
- un alésage axial, lequel traverse de préférence axialement la pièce de part en part ;
- une première paire de fentes agencées chacune d'un côté respectif d'un premier plan axial pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un premier axe de pivotement, entre une première portion d'extrémité axiale de la pièce qui est du côté de l'une de ses extrémités axiales et une deuxième portion d'extrémité axiale de la pièce qui est du côté de l'autre de ses extrémités axiales,
- une deuxième paire de fentes agencées chacune d'un côté respectif d'un deuxième plan axial pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un deuxième axe de pivotement, entre la première portion d'extrémité axiale de la pièce et la deuxième portion d'extrémité axiale de la pièce,
dans lequel :
- le deuxième plan axial est distinct du premier plan axial ;
- le deuxième axe de pivotement est distinct du premier axe de pivotement ;
- les projections orthogonales du premier axe de pivotement et du deuxième axe de pivotement sur un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre sont sécantes ; et
- une portion de chacune desdites fentes comprenant le fond de celle-ci se jette dans l'alésage axial.
Les aspects préférés de la rotule flexible décrits plus haut dans le cadre de l'actionneur linéaire de l'invention s'applique évidemment aussi à la rotule flexible telle qu'elle vient d'être définie dans son concept général.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur linéaire, comprenant :
une première partie d'interfaçage (4) de l'actionneur avec l'extérieur et une deuxième partie d'interfaçage (6) de l'actionneur avec l'extérieur par le biais desquels l'actionneur exerce son action sur l'extérieur ; et un mécanisme (8) formant vis micrométrique à manœuvre manuelle pour déplacer la deuxième partie d'interfaçage par rapport à la première partie d'interfaçage.
2. Actionneur selon la revendication 1, comprenant un système de blocage (16) de la vis micrométrique.
3. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, comprenant un système de mesure de la distance de déplacement du deuxième élément d'interfaçage par rapport au premier élément d'interfaçage.
4. Actionneur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la vis micrométrique comporte des graduations (18) indiquant la distance de déplacement du deuxième élément d'interfaçage par rapport au premier élément d'interfaçage.
5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le mécanisme formant vis micrométrique comprenant :
- un tube (10) ;
- une tige (12) en liaison glissière avec le tube ; et
- une partie de manœuvre (14) prévue pour être manœuvrée manuellement,
et dans lequel :
le tube est en liaison hélicoïdale avec la partie de manœuvre grâce à un premier filetage (Fl) et la tige est en liaison hélicoïdale avec la partie de manœuvre grâce à un deuxième filetage (F2), le premier filetage et le deuxième filetage ayant le même sens, mais un pas différent ; et le tube et la tige s'étendent à l'extérieur de la partie de manœuvre chacun depuis une extrémité longitudinale respective de la partie de manœuvre.
6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, prévu pour supporter une charge d'au moins 20 kg, et plus préférentiellement d'au moins 50 kg.
7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première partie d'interfaçage et la deuxième partie d'mterfaçage forment chacune une liaison rotule (20 ; 22).
8. Actionneur selon la revendication 7, dans lequel la liaison rotule formée par la première partie d'interfaçage et la liaison rotule formée par la deuxième partie d'interfaçage sont réalisées chacune sous la forme d'une rotule flexible.
9. Actionneur selon la revendication 8, dans lequel l'une des rotules flexibles ou chacune d'elles est réalisée sous la forme d'une pièce monobloc (26) en forme de cylindre droit et de préférence en forme de cylindre de révolution, une extrémité axiale de la pièce étant liée au mécanisme (8) formant vis micro métrique, l'autre extrémité axiale de la pièce étant prévue pour être liée à un élément extérieur à Γ actionneur linéaire, laquelle pièce comprend :
- un alésage axial (25), lequel traverse de préférence axialement la pièce de part en part ;
- une première paire de fentes (28, 30) agencées chacune d'un côté respectif d'un premier plan axial (X, Y) pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un premier axe de pivotement (Y), entre une première portion d'extrémité axiale (26a) de la pièce qui est du côté de l'une de ses extrémités axiales et une deuxième portion d'extrémité axiale (26b) de la pièce qui est du côté de l'autre de ses extrémités axiales,
- une deuxième paire de fentes (32, 34) agencées chacune d'un côté respectif d'un deuxième plan axial (X, Z) pour procurer une aptitude de pivotement par déformation élastique du matériau de la pièce, autour d'un deuxième axe de pivotement (Z), entre la première portion d'extrémité axiale (26a) de la pièce et la deuxième portion d'extrémité axiale (26b) de la pièce,
dans lequel :
- le deuxième plan axial (X, Z) est distinct du premier plan axial (X, Y) ;
- le deuxième axe de pivotement (Z) est distinct du premier axe de pivotement
(Y) ;
- les projections orthogonales du premier axe de pivotement (Y) et du deuxième axe de pivotement (Z) sur un plan perpendiculaire à l'axe (X) du cylindre sont sécantes ; et
- une portion (32, 38) de chacune desdites fentes comprenant le fond de celle-ci se jette dans l'alésage axial (25).
10. Actionneur selon la revendication 9, dans lequel :
- le deuxième plan axial (X, Z) est perpendiculaire au premier plan axial (X, Y) ;
- le premier axe de pivotement (Y) et le deuxième axe de pivotement (Z) sont perpendiculaires à l'axe (X) du cylindre, le deuxième axe de pivotement étant perpendiculaire au premier axe de pivotement.
11. Actionneur selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le premier axe de pivotement (Y) et le deuxième axe de pivotement (Z) sont contenus dans un même plan perpendiculaire à l'axe (X) du cylindre.
12. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel les fentes (28, 30) de la première paire sont symétriques par rapport au premier plan axial (X, Y) et les fentes (32, 34) de la deuxième paire sont symétriques entre elles par rapport au deuxième plan axial (X, Z).
13. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel chaque fente (28 ; 30) de la première paire présente une symétrie par rapport à un plan axial perpendiculaire au premier plan axial (X, Y) et chaque fente (32 ;34) de la deuxième paire présente une symétrie par rapport à un plan axial perpendiculaire au deuxième plan axial (X, Z).
14. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel la deuxième paire de fentes (32, 34) se déduit de la première paire de fentes (28, 30) par une rotation axiale de 90° combinée avec une symétrie par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe (X) du cylindre.
15. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel : chacune des fentes (28, 30) de la première paire, vue en projection orthogonale sur un plan axial perpendiculaire au premier plan axial (X,
Y), s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe (X) du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente, et
chacune des fentes (32, 34) de la deuxième paire, vue en projection orthogonale sur un plan axial perpendiculaire au deuxième plan axial (X,
Z), s'étend depuis le fond de la fente situé dans une région adjacente à l'axe (X) du cylindre jusqu'au bord extérieur du cylindre sur lequel débouche la fente.
16. Bipode de support de charge, comprenant :
- deux actionneurs linéaires selon l'une quelconque des revendications 7 à 15 formant chacun une jambe du bipode ;
- un socle pour la mise en appui du bipode ;
- un support pour venir au soutien d'une charge ;
dans lequel :
- les premières parties d'interfaçage des actionneurs linéaires sont montées sur le socle ; et
- les deuxièmes parties d'interfaçages des actionneurs linéaires sont montées sur le support.
17. Hexapode de positionnement d'un objet, présentant six jambes pour supporter l'objet, la longueur de chaque jambe étant réglable individuellement pour positionner l'objet, chaque jambe comprenant un actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications 7 à 15.
18. Hexapode de positionnement d'un objet, présentant six jambes pour supporter l'objet, la longueur de chaque jambe étant réglable individuellement pour positionner l'objet, les six jambes étant formées par trois bipodes selon la revendication 16.
19. Hexapode selon la revendication 17 ou 18, conçu pour positionner un objet pesant au moins 100 kg et plus préférentiellement au moins 300 kg.
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