WO2019155174A1 - Dispositif de pivotement d'un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques - Google Patents

Dispositif de pivotement d'un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques Download PDF

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WO2019155174A1
WO2019155174A1 PCT/FR2019/050285 FR2019050285W WO2019155174A1 WO 2019155174 A1 WO2019155174 A1 WO 2019155174A1 FR 2019050285 W FR2019050285 W FR 2019050285W WO 2019155174 A1 WO2019155174 A1 WO 2019155174A1
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WO
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pivoting
clamp
gripping means
pivoting device
guide
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050285
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Inventor
Dan OCTAVIAN POPA
Redwan DAHMOUCHE
Michaël Gauthier
Original Assignee
Université de Franche-Comté
Centre National De La Recherche Scientifique
University Of Texas
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J7/00—Micromanipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0004—Gripping heads and other end effectors with provision for adjusting the gripped object in the hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0253—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising parallel grippers

Definitions

  • the present invention relates to a device for pivoting one or more objects of micrometric or submicrometric dimensions.
  • the present invention aims to solve the problems mentioned above, by proposing a device for pivoting an object of micrometric or submicrometer dimensions, simpler and more accurate to use, less bulky and less expensive than existing devices.
  • a pivoting guide comprising a lateral face facing the gripping means, the lateral face being arranged so as to form an abutment against which another part of the object grasped by the gripping means bears, when the translation means moves the gripping means towards its proximal position, to allow pivoting of the object at the gripping means.
  • the translation means is configured to reversibly move the gripping means between a proximal position and a distal position.
  • the pivoting guide is positioned near the gripping means, so that when the gripping means moves from its distal position to its proximal position, the lateral face of the pivoting guide opposes the movement of a seized object and moved by the gripping means.
  • the pivoting guide applies a resistance force to only a part of the grasped object, so as to allow pivoting of the object at another portion held by the gripping means.
  • the pivoting device advantageously allows to pivot an object of a controlled angle, by means of a simple translational movement of the gripping means.
  • a simple translational movement of the gripping means By means of a simple translational movement of the gripping means.
  • the pivoting of an object of micrometric or submicron dimensions is now possible using a translation means.
  • a translational means is simpler to calibrate and use relative to an angular positioner. Therefore, the invention proposes a new device for pivoting an object that is simpler and more accurate to use, less bulky and less expensive than existing devices.
  • the translation means moves the gripping means along a rectilinear displacement path.
  • This embodiment makes it possible to use a single actuator to move the gripping means, which facilitates the adjustment and use of the pivoting device.
  • the distance between the gripping means and the lateral face of the pivoting guide decreases, when the translational means moves the gripping means towards its proximal position. It should be noted that this distance is measured along a line normal to the path of movement of the translation means.
  • This embodiment has the advantage of moving the contact zone between the pivoting guide and an object grasped by the gripping means, when the gripping means is moved towards its proximal position. As a result, the value of the moment applied by the pivot guide to the grasped object decreases as the translational means moves toward its proximal position.
  • the invention allows a more precise control of the pivoting of the object grasped by the gripping means at the end of its movement. According to another advantage, the invention also makes it possible to perform greater and more precise rotational movements when they are reproduced.
  • the lateral face of the pivoting guide is of convex shape.
  • the lateral face of the pivoting guide has a radius of curvature, and the radius of curvature and the path of movement of the gripping means are coplanar.
  • the radius of curvature of the lateral face of the pivoting guide is between a few millimeters and a few tens of nanometers, preferably between one millimeter and one micrometer.
  • the radius of curvature is chosen to be equal to or less than twice the length of the object to be handled.
  • the lateral face of the pivoting guide forms a circular arc extending between 0 ° and 120 °, preferably between 0 ° and 90 °.
  • the radius of the arc is between a few millimeters and a few tens of nanometers, or between a millimeter and a micrometer.
  • the pivoting guide is extended by a plane surface alignment guide and parallel to the axis of displacement of the translation means, at the proximal position of the gripping means.
  • the gripping means comprises a clamp provided with two branches, the branches being configured to grasp at their distal end a portion of an object of micrometric or submicron dimensions.
  • the pivoting guide is arranged so that at least part of its lateral face is inserted between the branches of the clamp, at their distal end when the forceps is close to its proximal position.
  • This embodiment allows the pivoting guide to also apply a force allowing the translation of the object, grasped by the gripping means, substantially normal to the path of movement of the gripping means, so as to move the object between the branches so as to perfectly control its pivot angle and its lateral position relative to the clamp.
  • the pivoting guide has both a moment and a translational force on an object grasped by the gripping means when the gripping means is approaching its proximal position.
  • the distal ends of the legs of the clamp are provided with lugs facing each other, and configured to grasp a portion of a micrometric or submicron object, and the thickness of each lug increases towards the pivoting guide.
  • the distance between the branches is smaller near the pivoting guide.
  • At least one branch of the clamp comprises, between its proximal end and its distal end, a protuberance facing the other branch of the clamp, the thickness of which is greater than the smallest thickness of the lug of said branch.
  • this protrusion makes it possible to push the object grasped by the gripping means when it is desired, for example, to force it into a housing.
  • the protrusion is set back from a lateral edge of the branch facing the pivoting guide, so as to allow insertion of a part of the pivoting guide between the branches of the clamp at said protuberance.
  • the proximal ends of the clamp are held by at least one actuator for controlling the spacing between the distal ends of said clamp as well as the clamping force applied by the clamp. on the object seized.
  • the maximum spacing between the distal ends of the branches of the clamp is between a few millimeters and a few tens of nanometers, preferably between one millimeter and one micrometer.
  • the translation means is mounted on a movable support, to allow the movement of the gripping means relative to a plate.
  • the pivoting device described above may be duplicated so as to allow multiple objects to pivot simultaneously, at the same or different angles and orientations.
  • the pivoting device comprises several gripping means moved by the same means of translation.
  • FIG. 1 illustrates a schematic representation of a perspective view of a pivoting device according to the invention, comprising a means for gripping an object, a means for translating the gripping means and a pivoting guide for an object grasped by the gripping means;
  • FIG. 1 illustrate schematic representations of a cross section and partial of the pivoting device shown in Figure 1, during the various steps of a method of grasping and pivoting an object by the pivoting device;
  • FIGS. 7 to 10 illustrate schematic representations of a cross section and partial of the pivoting device shown in Figure 1, during the various steps of a method of assembling an object pivoted by the pivoting device;
  • FIG. 11 to 13 illustrate alternative embodiments of a gripping means according to the invention.
  • the invention proposes a device for pivoting an object of micrometric or submicron dimensions, simpler and more precise to use, less cumbersome and less expensive than existing devices.
  • FIG. 1 An exemplary non-limiting embodiment of a pivoting device 2 according to the invention is illustrated in FIG. 1.
  • the pivoting device comprises a gripping means making it possible to grasp an object of micrometric or submicrometric dimensions.
  • the gripping means comprises a clamp 4 comprising two branches 6 vis-à-vis, the proximal ends 8 are held at a translation means 10 by known means.
  • the translation means 10 is an actuator integral with a support 12, so as to allow the movement of the clamp along a path of displacement 14, rectilinear and parallel or substantially parallel to the branches of said clamp.
  • the actuator is a linear positioner SLC-1730 sold by the company "SmarAct", able to move the clamp 4 over a distance of between a few nanometers and 21 mm, at a speed that can exceed 20mm / s.
  • the clip is configured to allow its distal ends 16 to reversibly move apart to grip an object. More specifically, the maximum spacing between the distal ends of the branches 6 is between a few millimeters and a few tens of nanometers, preferably between one millimeter and one micrometer. According to the present example, the clamp is of the passive type.
  • the clamp 4 may be of the active type and include an actuator for controlling the spacing between the distal ends of the branches and the clamping force applied to the grasped object.
  • each lug 18 extends between the lateral faces 22 of a branch, in a direction substantially normal to the path of displacement 14 of the translation means 10, so as to delimit a substantially rectangular shape at the inner face 20 of each plugged.
  • the thickness of each lug 18, defined in a direction substantially normal to the inner faces 20 of the branches, increases in the direction of the lateral face 22A of the branch vis-à-vis a pivoting guide 24 described below.
  • each lug 18 is between a few nanometers and a few tenths of a millimeter, preferably between a few microns and a hundred micrometers. According to the present example, the thickness increases steadily so as to form an inclined plane or beveled between the side faces 22 of each branch. It should be noted that the lugs may extend over part or all of the inner faces 20 between the lateral faces 22. According to a variant embodiment not shown, the inner faces 20 of the branches may be concave at the The width of the lugs, defined in a direction substantially parallel to the path of displacement 14 of the translation means 10, is between a few millimeters and a few hundred nanometers, preferably between one millimeter and ten micrometers.
  • the clamp 4 also has protuberances 26 on the inner faces 20 of the branches.
  • the protuberances 26 extend between the lateral faces 22 of each branch in a direction substantially normal to the path of displacement 14 of the translation means 10, so as to define a substantially rectangular shape at the inner face 20 of each branch.
  • the protuberances 26 do not reach the lateral face 22A of the branch facing the pivot guide 24.
  • the protuberances 26 are set back from this face 22A, so as to allow a portion of the pivoting guide to be inserted between the branches of the clamp as described below.
  • a protuberance 26 protrudes the lug 18 so forming a stop to oppose the sliding of an object gripped by the clamp, towards the proximal ends of said clamp.
  • the pivoting device 2 also comprises a pivoting guide 24 fixed relative to the support 12.
  • a lateral face 28 of the pivoting guide is vis-à-vis the side faces 22A of the clamp.
  • the thickness of the pivot guide 24 is substantially less than the spacing of the branches, to allow the insertion of at least a portion of the side face 28 of the sliding guide between the clamp as described below.
  • the lateral face 28 of the pivoting guide is convex and defines an arc of a circle between a few millimeters and a few tens of nanometers, whose radius of curvature is between a few millimeters and a few tens of nanometers.
  • the pivoting guide is arranged so that the radius of curvature of the lateral face 28 and the displacement path 14 of the gripping means are in the same plane or at least parallel or substantially parallel to each other.
  • the ends of the side face 28 are opposite the clamp and a plate 30 facing the distal ends 16 of the clamp.
  • FIGS. 2 to 10 now illustrate a method of using the pivoting device 2 described above, allowing the reversal of an object of millimeter or smaller dimensions, present on a plate 30.
  • a cross section and The perspective of the turning device is illustrated in FIGS. 2 to 10. It should be noted that part of the pivoting guide 24 and the distal end 16 of a branch of the clip are shown in these figures, in order to facilitate the reader's understanding of the invention.
  • a first step of the turning process is to position the clamp 4 in its proximal position using the translation means 10, not visible in Figures 2 to 10. In its proximal position, the distal ends 16 of the clamp are as close as possible to the pivoting guide 24. If necessary, the pivoting device 2 and / or the plate 30 can be moved using known means so that the clamp is positioned above a portion 32A of an object 34 and that the displacement path 14 of the gripping means is normal or substantially normal to the plate. It should be noted that the object is according to the present example of longitudinal shape and extends along a longitudinal axis 36 substantially parallel to the plate 30. The longitudinal axis 36 forms with the path of displacement 14 of the clamp an angle ⁇ whose value is substantially equal to 90 °.
  • the clamp is moved by the translation means 10 towards its distal position so that the clamp 4 can grip the object 34.
  • the reference 38 represents a contact zone between the object 34 and the lug 18 of a branch 6.
  • the bevelled surfaces of the lugs 18 advantageously make it possible to limit the contact zones 38 formed between the clamp and the object, preferably as close as possible to the pivoting guide 24 so that the object can begin its rotation described below, along an axis of rotation as close as possible to the pivoting guide 24, in particular to prevent said object from striking the protuberance 26 mentioned above.
  • preference is given to grasping the object at one end of the object, so as to ensure that another part 32B of the object is opposite the Pivot guide 24.
  • the ends of the lugs 18 may be of convex shape, so as to facilitate the gripping of the object 34 by the clamp 4.
  • the clamp 4 is moved through the translation means 10 towards its proximal position.
  • the part 32B of the object protruding from the clamp is brought into contact with the pivoting guide 24.
  • the pivoting guide then opposes the movement of the object grasped by the clamp, by exerting a resistance force on a portion 32B of the object. This force creates a moment causing the object to pivot at the level of the clamp 4 as illustrated in FIG. 5.
  • the lateral face 28 of the pivoting guide 24 is of convex shape so that the pivoting of the object is done progressively during the movement of the clamp.
  • the convex shape of the lateral face 28 also makes it possible to exert a force on the grasped object, substantially normal to the path of movement of the clamp, so as to progressively move the object between the branches of the clamp in a direction normal to the path of displacement 14, as shown in Figures 4, 5 and 6.
  • This characteristic of the invention can correct a possible uncertainty of the part of the part gripped by the clamp, in s' ensuring that once rotated, the lateral position of the part between the branches is perfectly known.
  • lateral position is meant here a movement of the object grasped by the clamp, relative to the axis of movement of said clamp between its proximal and distal position.
  • the method described above makes it possible to precisely position the object manipulated by the reversing device according to the invention, using a single translation means 10 linearly delimiting the clamp, precisely on five degrees of freedom. 4.
  • the object 34 pivots by an angle ⁇ which can be between 0 ° and 90 °, see FIGS. 4 and 6.
  • the value of this angle can be between these values, for example of the order of 45 ° as illustrated by Figure 5, because the value of this angle is proportional to the value of the displacement of the translation means 10.
  • the steps described above allow to rotate an object of millimeter dimensions by an angle of the order of 90 °, while allowing to control its lateral position between the clamp.
  • the invention allows both to pivot and translate an object using a single means of translation.
  • the overturning device 2 described below is simpler to calibrate and use, and also less cumbersome.
  • Figures 7 to 10 illustrate a method of assembling the object 34 gripped by the clamp with an element 40 placed on the plate 30.
  • the element 40 comprises a housing 42 in which it is desired to insert the object after pivoting.
  • the clamp is moved by the translation means 10 towards its distal position to insert a portion of the object in the housing 42 as shown in Figure 8.
  • the clamp comprises at its inner faces 20 protrusions 26 allowing to oppose this sliding movement to allow the insertion of the object in the element 40.
  • this allows to position precisely the object along the axis of translation.
  • the pivoting device 2 advantageously makes it possible to position the manipulated object precisely in space (six degrees of freedom) by means of a single translation axis.
  • the pivoting device does not require any measuring means or any servocontrol of the translation trajectory 14 of the gripping means, in order to pivot and position the object precisely in the gripper.
  • Fig 11 illustrates an alternative embodiment of a clamp 4 as described above.
  • the branches 6 of the clamp are characterized by a bevelled edge 18A at the distal end of the lugs 18.
  • the beveled edges 18A form chamfers promoting a better insertion between the branches of the clamp of an object to grab.
  • Figures 12 and 13 illustrate other embodiments of a clamp 4, wherein the contact surface between the lugs 18 and the object to be gripped is moved laterally along the clamps.
  • the actuator can be configured to simultaneously move several clamps, so as to allow at the same time the reversal of several objects of the same dimensions or different dimensions. This embodiment is particularly advantageous for allow industrial exploitation of the present invention for a much lower cost compared to currently used devices.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de pivotement (2) d'un objet (34) de dimensions micrométriques ou submicrométriques. Selon l'invention, le dispositif de pivotement (2) comporte un moyen de préhension (4) d'un objet (34) de dimensions micrométriques ou submicrométriques, un moyen de translation (10) du moyen de préhension (4) entre une position distale et une position proximale, le long d'un axe de déplacement rectiligne, et un guide de pivotement (24) comprenant une face latérale en vis-à-vis du moyen de préhension (4), de sorte qu'une partie d'un objet saisi par le moyen de préhension (4) prenne appui contre la face latérale, lorsque le moyen de translation (10) déplace le moyen préhension en direction de sa position proximale, de manière à permettre le pivotement de l'objet au niveau du moyen de préhension (4).

Description

DISPOSITIF DE PIVOTEMENT D’UN OBJET DE DIMENSIONS MICROMÉTRIQUES OU SUBMICROMÉTRIQUES
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION [01] La présente invention concerne un dispositif de pivotement d’un ou de plusieurs objets de dimensions micrométriques ou submicrométriques.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
[02] Le retournement d’objets représente actuellement un défi majeur en microrobotique, et plus particulièrement dans le domaine de l’assemblage d’objets de dimensions micrométriques ou submicrométriques.
[03] Actuellement, ces objets sont manipulés à l’aide de pinces montées sur des positionneurs angulaires possédant chacun un degré de liberté en rotation. Les positionneurs angulaires permettent de pivoter un objet saisi par la pince, de manière à l’orienter de façon souhaitée avant son assemblage avec un autre objet. Pour cela, l’axe de pivotement de chaque positionneur angulaire doit être contrôlé précisément afin de permettre l’assemblage souhaité. Or, des défauts sur la position et l’orientation d’au moins un axe de rotation d’une pince sont souvent constatés dans la pratique, ce qui conduit à des erreurs de positionnement lors de l’assemblage desdits objets. [04] Une alternative afin de compenser certains de ces défauts consiste à employer des platines micrométriques pour régler la position du préhenseur par rapport à un positionneur. Toutefois, cette solution présente l’inconvénient d’utiliser un nombre important de dispositifs, à la fois encombrants et coûteux, dont la fonction est uniquement de s’assurer de la bonne orientation d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques avant son assemblage avec un autre objet.
[05] La présente invention vise à résoudre les problématiques mentionnées ci-dessus, en proposant un dispositif de pivotement d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques, plus simple et plus précis à utiliser, moins encombrant et moins coûteux que les dispositifs existants.
OBJET DE L’INVENTION
[06] Pour remédier aux problèmes techniques mentionnés ci-dessus, les inventeurs proposent un dispositif de pivotement d’un objet comprenant :
- un moyen de préhension d’une partie d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques ; et
- un moyen de translation du moyen de préhension entre une position distale et une position proximale ; et
- un guide de pivotement comprenant une face latérale en regard du moyen de préhension, la face latérale étant agencée de manière à former une butée contre laquelle une autre partie de l’objet saisi par le moyen de préhension prend appui, lorsque le moyen de translation déplace le moyen de préhension en direction de sa position proximale, afin de permettre un pivotement de l’objet au niveau du moyen de préhension.
[07] En d’autres termes, le moyen de translation est configuré pour déplacer de façon réversible le moyen de préhension entre une position proximale et une position distale. Le guide de pivotement est positionné à proximité du moyen de préhension, de sorte que lorsque le moyen de préhension se déplace de sa position distale vers sa position proximale, la face latérale du guide de pivotement s’oppose au mouvement d’un objet saisi et déplacé par le moyen de préhension. Ainsi, le guide de pivotement applique une force de résistance sur une partie seulement de l’objet saisi, de manière à permettre le pivotement de l’objet au niveau d’une autre partie maintenue par le moyen de préhension.
[08] Le dispositif de pivotement selon l’invention permet avantageusement de pivoter un objet d’un angle contrôlé, par l’intermédiaire d’un simple mouvement de translation du moyen de préhension. Ainsi, le pivotement d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques est à présent possible à l’aide d’un moyen de translation. Or, il est connu qu’un moyen de translation est plus simple à calibrer et à utiliser par rapport à un positionneur angulaire. De ce fait, l’invention propose un nouveau dispositif de pivotement d’un objet qui est plus simple et plus précis à utiliser, moins encombrant et moins coûteux que les dispositifs existants.
[09] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moyen de translation déplace le moyen de préhension selon une trajectoire de déplacement rectiligne. Ce mode de réalisation permet d’utiliser un seul actionneur pour déplacer le moyen de préhension ce qui facilite le réglage et l’utilisation du dispositif de pivotement.
[10] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la distance entre le moyen de préhension et la face latérale du guide de pivotement diminue, lorsque le moyen de translation déplace le moyen de préhension en direction de sa position proximale. Il est à noter que cette distance est mesurée le long d’une droite normale à la trajectoire de déplacement du moyen de translation. Ce mode de réalisation offre l’avantage de déplacer la zone de contact entre le guide de pivotement et un objet saisi par le moyen de préhension, lorsque le moyen de préhension est déplacé vers sa position proximale. De ce fait, la valeur du moment appliqué par le guide de pivotement sur l’objet saisi décroît lorsque le moyen de translation se déplace en direction de sa position proximale. Ainsi, l’invention permet un contrôle plus précis du pivotement de l’objet saisi par le moyen de préhension au niveau de la fin de son mouvement. Selon un autre avantage, l’invention permet également d’effectuer des mouvements de rotation plus amples et plus précis lorsqu’ils sont reproduits.
[11] Selon un mode de réalisation préféré, la face latérale du guide de pivotement est de forme convexe. De préférence, la face latérale du guide de pivotement a un rayon de courbure, et le rayon de courbure et la trajectoire de déplacement du moyen de préhension sont coplanaires. Selon une variante de réalisation de l’invention, le rayon de courbure de la face latérale du guide de pivotement est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et un micromètre. Selon une variante de réalisation, le rayon de courbure est choisi de sorte à être égal ou inférieur à deux fois la longueur de l’objet à manipuler.
[12] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la face latérale du guide de pivotement forme un arc de cercle s’étendant entre 0° et 120°, de préférence entre 0° et 90°. De préférence, le rayon de l’arc de cercle est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, ou entre un millimètre et un micromètre. Selon une variante de réalisation, le guide de pivotement se prolonge par un guide d’alignement de surface plane et parallèle à l’axe de déplacement du moyen de translation, au niveau de la position proximale du moyen de préhension.
[13] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moyen de préhension comprend une pince munie de deux branches, les branches étant configurées pour saisir au niveau de leur extrémité distale une partie d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques.
[14] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le guide de pivotement est agencé de manière à ce qu’une partie au moins de sa face latérale s’insère entre les branches de la pince, au niveau de leur extrémité distale, lorsque la pince est proche de sa position proximale. Ce mode de réalisation permet au guide de pivotement d’appliquer également un effort permettant la translation de l’objet, saisi par le moyen de préhension, sensiblement normale à la trajectoire de déplacement du moyen de préhension, de manière à déplacer l’objet entre les branches de sorte à pouvoir contrôler parfaitement son angle de pivotement ainsi que sa position latérale par rapport à la pince. Autrement dit, selon le présent mode de réalisation, le guide de pivotement exerce à la fois un moment et une force de translation sur un objet saisi par le moyen de préhension lorsque le moyen de préhension se rapproche de sa position proximale.
[15] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, les extrémités distales des branches de la pince sont munies d’ergots se faisant face, et configurés pour saisir une partie d’un objet micrométrique ou submicrométrique, et l’épaisseur de chaque ergot augmente en direction du guide de pivotement. Autrement dit, au niveau des ergots, l’écart entre les branches est plus petit à proximité du guide de pivotement. Ce mode de réalisation permet avantageusement à la pince de maintenir un objet au plus proche du guide de pivotement, afin de permettre un mouvement de translation plus contrôlable de l’objet entre les branches de la pince comme indiqué ci-dessus.
[16] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, au moins une branche de la pince comprend, entre son extrémité proximale et son extrémité distale, une protubérance faisant face à l’autre branche de la pince, dont l’épaisseur est supérieure à la plus petite épaisseur de l’ergot de ladite branche. De façon avantageuse, cette protubérance permet de pousser l’objet saisi par le moyen de préhension lorsqu’on souhaite par exemple l’insérer de force dans un logement.
[17] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la protubérance est en retrait d’un bord latéral de la branche faisant face au guide de pivotement, de manière à permettre l’insertion d’une partie du guide de pivotement entre les branches de la pince au niveau de ladite protubérance.
[18] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, les extrémités proximales de la pince sont maintenues par au moins un actionneur permettant de contrôler l’écartement entre les extrémités distales de ladite pince ainsi que la force de serrage appliquée par la pince sur l’objet saisi.
[19] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’écartement maximal entre les extrémités distales des branches de la pince est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et un micromètre.
[20] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le moyen de translation est monté sur un support mobile, afin de permettre le déplacement du moyen de préhension par rapport à une platine. [21] Le dispositif de pivotement décrit ci-dessus peut être dupliqué de manière à permettre le pivotement de plusieurs objets simultanément, selon des angles et des orientations identiques ou différentes. Par exemple, le dispositif de pivotement comporte plusieurs moyens de préhension déplacés par un même moyen de translation.
[22] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation mentionnées ci-dessus peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DES FIGURES
[23] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre l’objet de l’invention ainsi que ses modes de réalisation :
- la figure 1 illustre une représentation schématique d’une vue en perspective d’un dispositif de pivotement selon l’invention, comportant un moyen de préhension d’un objet, un moyen de translation du moyen de préhension et un guide de pivotement d’un objet saisi par le moyen de préhension ;
- les figures 2 à 6 illustrent des représentations schématiques d’une coupe transversale et partielle du dispositif de pivotement représenté à la figure 1 , lors des différentes étapes d’un procédé de saisissement et de pivotement d’un objet par le dispositif de pivotement ;
- les figures 7 à 10 illustrent des représentations schématiques d’une coupe transversale et partielle du dispositif de pivotement représenté à la figure 1 , lors des différentes étapes d’un procédé d’assemblage d’un objet pivoté par le dispositif de pivotement ;
- les figures 11 à 13 illustrent des variantes de réalisation d’un moyen de préhension selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE DE RÉALISATION [24] Pour rappel, l’invention propose un dispositif de pivotement d’un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques, plus simple et plus précis à utiliser, moins encombrant et moins coûteux que les dispositifs existants.
[25] Un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif de pivotement 2 selon l’invention est illustré à la figure 1. Selon cet exemple, le dispositif de pivotement comporte un moyen de préhension permettant de saisir un objet de dimensions micrométriques ou submicrométriques. Pour cela, le moyen de préhension comprend une pince 4 comportant deux branches 6 en vis-à- vis, dont les extrémités proximales 8 sont maintenues au niveau d’un moyen de translation 10 par des moyens connus. Le moyen de translation 10 est un actionneur solidaire d’un support 12, de manière à permettre le déplacement de la pince le long d’une trajectoire de déplacement 14, rectiligne et parallèle ou sensiblement parallèle aux branches de ladite pince. Selon le présent exemple, l’actionneur est un positionneur linéaire SLC-1730 commercialisé par la société « SmarAct », apte à déplacer la pince 4 sur une distance comprise entre quelques nanomètres et 21 mm, à une vitesse pouvant dépasser 20mm/s.
[26] La pince est configurée pour permettre à ses extrémités distales 16 de s’écarter de façon réversible afin de saisir un objet. Plus précisément, l’écartement maximal entre les extrémités distales des branches 6 est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et un micromètre. Selon le présent exemple, la pince est de type passif.
[27] Selon une variante de réalisation non représentée, la pince 4 peut être de type actif et comprendre un actionneur permettant de contrôler l’écartement entre les extrémités distales des branches ainsi que la force de serrage appliquée sur l’objet saisi.
[28] Comme illustré à la figure 2, au niveau de chaque extrémité distale 16 des branches est présent un ergot 18. Les ergots sont agencés sur les faces internes 20 des branches en vis-à-vis. Selon le présent exemple, chaque ergot 18 s’étend entre les faces latérales 22 d’une branche, selon une direction sensiblement normale à la trajectoire de déplacement 14 du moyen de translation 10, de manière à délimiter une forme sensiblement rectangulaire au niveau de la face interne 20 de chaque branche. L’épaisseur de chaque ergot 18, définie selon une direction sensiblement normale aux faces internes 20 des branches, augmente en direction de la face latérale 22A de la branche en vis-à-vis d’un guide de pivotement 24 décrit ci-après. La variation d’épaisseur de chaque ergot 18 est comprise entre quelques nanomètres et quelques dixièmes de millimètres, de préférence entre quelques un micromètre et cent micromètres. Selon le présent exemple, l’épaisseur augmente de façon régulière de sorte à former un plan incliné ou biseauté, entre les faces latérales 22 de chaque branche. Il est à noter que les ergots peuvent s’étendre sur une partie ou sur la totalité des faces internes 20 comprises entre les faces latérales 22. Selon une variante de réalisation non représentée, les faces internes 20 des branches peuvent être de forme concave au niveau des ergots 18. La largeur des ergots, définie selon une direction sensiblement parallèle à la trajectoire de déplacement 14 du moyen de translation 10, est comprise entre quelques millimètres et quelques centaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et dix micromètres.
[29] La pince 4 comporte également des protubérances 26 présentes sur les faces internes 20 des branches. Les protubérances 26 s’étendent entre les faces latérales 22 de chaque branche selon une direction sensiblement normale à la trajectoire de déplacement 14 du moyen de translation 10, de sorte à délimiter une forme sensiblement rectangulaire au niveau de la face interne 20 de chaque branche. Contrairement aux ergots 18 décrits ci- dessus, les protubérances 26 n’atteignent pas la face latérale 22A de la branche en vis-à-vis du guide de pivotement 24. En d’autres termes, les protubérances 26 sont en retrait de cette face latérale 22A, de manière à permettre à une partie du guide de pivotement de s’insérer entre les branches de la pince comme décrit ci-après. Au niveau d’une face interne 20 d’au moins une branche, une protubérance 26 dépasse l’ergot 18 de manière à former une butée permettant de s’opposer au glissement d’un objet saisi par la pince, en direction des extrémités proximales de ladite pince.
[30] Comme mentionné ci-dessus, le dispositif de pivotement 2 selon l’invention comprend également un guide de pivotement 24 fixe par rapport au support 12. Une face latérale 28 du guide de pivotement est en vis-à-vis des faces latérales 22A de la pince. Au niveau de la face latérale 28, l’épaisseur du guide de pivotement 24 est sensiblement inférieure à l’écartement des branches, afin de permettre l’insertion d’au moins une partie de la face latérale 28 du guide de glissement entre la pince comme cela est décrit ci-après.
[31] Selon le présent exemple, la face latérale 28 du guide de pivotement est de forme convexe et délimite un arc de cercle compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, dont le rayon de courbure est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres. Le guide de pivotement est agencé de sorte que le rayon de courbure de la face latérale 28 et la trajectoire de déplacement 14 du moyen de préhension soient compris dans un même plan ou du moins parallèles ou sensiblement parallèles entre eux. Les extrémités de la face latérale 28 sont en vis-à-vis de la pince et d’une platine 30 faisant face aux extrémités distales 16 de la pince.
[32] Les figures 2 à 6 illustrent à présent un procédé d’utilisation du dispositif de pivotement 2 décrit ci-dessus, permettant le retournement d’un objet de dimensions millimétriques ou inférieures, présent sur une platine 30. Une coupe transversale et en perspective du dispositif de retournement est illustrée sur les figures 2 à 10. Il est à noter qu’une partie du guide de pivotement 24 et de l’extrémité distale 16 d’une branche de la pince sont représentées sur ces figures, afin de faciliter la compréhension de l’invention par le lecteur.
[33] Une première étape du procédé de retournement consiste à positionner la pince 4 dans sa position proximale à l’aide du moyen de translation 10, non visible sur les figures 2 à 10. Dans sa position proximale, les extrémités distales 16 de la pince sont au plus proches du guide de pivotement 24. Si nécessaire, le dispositif de pivotement 2 et/ou la platine 30 peuvent être déplacée à l’aide de moyens connus, afin que la pince soit positionnée au-dessus d’une partie 32A d’un objet 34 et que la trajectoire de déplacement 14 du moyen de préhension soit normale ou sensiblement normale à la platine. Il est à noter que l’objet est selon le présent exemple de forme longitudinale et s’étend le long d’un axe longitudinal 36 sensiblement parallèle à la platine 30. L’axe longitudinal 36 forme avec la trajectoire de déplacement 14 de la pince un angle a dont la valeur est sensiblement égale à 90°.
[34] Selon une deuxième étape, la pince est déplacée par le moyen de translation 10 en direction de sa position distale de manière à ce que la pince 4 puisse saisir l’objet 34. La référence 38 représente une zone de contact entre l’objet 34 et l’ergot 18 d’une branche 6. Comme illustré par la figure 3, les surfaces biseautées des ergots 18 permettent avantageusement de limiter les zones de contacts 38 formées entre la pince et l’objet, de préférence au plus près du guide de pivotement 24 de sorte que l’objet puisse commencer sa rotation décrite ci-dessous, selon un axe de rotation au plus près du guide de pivotement 24 afin d’éviter notamment que ledit objet heurte la protubérance 26 mentionnée ci-dessus. Il est à noter que l’on privilégie le saisissement de l’objet au niveau d’une extrémité de l’objet, de manière à s’assurer qu’une autre partie 32B de l’objet soit en vis-à-vis du guide de pivotement 24. Selon une alternative non représentée, les extrémités des ergots 18 peuvent être de forme convexe, de manière à faciliter la préhension de l’objet 34 par la pince 4.
[35] Selon une troisième étape, la pince 4 est déplacée par l’intermédiaire du moyen de translation 10 en direction de sa position proximale. Comme illustré par la figure 4, la partie 32B de l’objet dépassant de la pince est amenée à entrer en contact avec le guide de pivotement 24. Le guide de pivotement s’oppose alors au déplacement de l’objet saisi par la pince, en exerçant une force de résistance sur une partie 32B de l’objet. Cette force crée un moment entraînant le pivotement de l’objet au niveau de la pince 4 comme illustré à la figure 5. De façon avantageuse, la face latérale 28 du guide de pivotement 24 est de forme convexe afin que le pivotement de l’objet se fasse progressivement lors du déplacement de la pince. Selon un autre avantage, la forme convexe de la face latérale 28 permet également d’exercer une force sur l’objet saisie, sensiblement normale à la trajectoire de déplacement de la pince, de sorte à progressivement déplacer l’objet entre les branches de la pince selon une direction normale à la trajectoire de déplacement 14, comme illustré par les figures 4, 5 et 6. Cette caractéristique propre à l’invention permet de corriger une éventuelle incertitude de la partie de la pièce saisie par la pince, en s’assurant qu’une fois pivotée, la position latérale de la pièce entre les branches soit parfaitement connue. Par les termes « position latérale », on entend ici un déplacement de l’objet saisi par la pince, par rapport à l’axe de déplacement de ladite pince entre sa position proximale et distale. Autrement dit, le procédé décrit ci-dessus permet de positionner précisément sur cinq degrés de liberté l’objet manipulé par le dispositif de retournement selon l’invention, à l’aide d’un seul moyen de translation 10 délaçant de façon linéaire la pince 4.
[36] Il est à noter que l’objet 34 pivote d’un angle a pouvant être compris entre 0° et 90°, voir les figures 4 et 6. La valeur de cet angle a peut être comprise entre ces valeurs, par exemple de l’ordre de 45° comme illustré par la figure 5, car la valeur de cet angle a est proportionnelle à la valeur du déplacement du moyen de translation 10.
[37] Ainsi, les étapes décrites ci-dessus permettent de pivoter un objet de dimensions millimétriques d’un angle de l’ordre de 90°, tout en permettant de contrôler sa position latérale entre la pince. De façon avantageuse, l’invention permet à la fois de pivoter et de translater un objet à l’aide d’un seul et unique moyen de translation. De ce fait, le dispositif de retournement 2 décrit ci-dessous est plus simple à étalonner et utiliser, et également moins encombrant.
[38] Les figures 7 à 10 illustrent un procédé d’assemblage de l’objet 34 saisi par la pince avec un élément 40 placé sur la platine 30. Comme illustré par la figure 7, l’élément 40 comprend un logement 42 dans lequel on souhaite insérer l’objet après son pivotement. Pour cela, la pince est déplacée par le moyen de translation 10 en direction de sa position distale afin d’insérer une partie de l’objet dans le logement 42 comme illustré par la figure 8. Or, il peut s’avérer que les forces de frottement entre l’objet et l’élément 40 s’opposent à cette insertion et que la pince glisse sur l’objet comme illustré par la figure 9. De façon avantageuse, la pince comprend au niveau de ses faces internes 20 des protubérances 26 permettant de s’opposer à ce mouvement de glissement pour permettre l’insertion de l’objet dans l’élément 40. De façon avantageuse, cela permet de positionner précisément l’objet selon l’axe de translation. En combinaison avec le positionnement selon les cinq degrés de liberté décrit précédemment, le dispositif de pivotement 2 permet avantageusement de positionner l’objet manipulé précisément dans l’espace (six degrés de liberté) au moyen d’un seul axe de translation.
[39] De façon avantageuse, le dispositif de pivotement ne nécessite aucun moyen de mesures ni aucun asservissement de la trajectoire de translation 14 du moyen de préhension, afin de faire pivoter et positionner l’objet précisément dans la pince.
[40] La figue 11 illustre une variante de réalisation d’une pince 4 telle que décrite ci-dessus. Selon cette variante, les branches 6 de la pince se caractérisent par un bord biseauté 18A au niveau de l’extrémité distale des ergots 18. Les bords biseautés 18A forment des chanfreins favorisant une meilleure insertion entre les branches de la pince d’un objet à saisir.
[41] Les figures 12 et 13 illustrent d’autres variantes de réalisation d’une pince 4, selon lesquelles la surface de contact entre les ergots 18 et l’objet à saisir est déplacée latéralement le long des pinces. Selon un exemple de réalisation non représenté, l’actionneur peut être configuré pour déplacer simultanément plusieurs pinces, de manière à permettre en même temps le retournement de plusieurs objets de mêmes dimensions ou de dimensions différentes. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour permettre une exploitation industrielle de la présente invention pour un coût bien moindre par rapport aux dispositifs actuellement utilisés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de pivotement (2) d’un objet (34) comprenant :
- un moyen de préhension (4) d’une partie (32A) d’un objet (34) de dimensions micrométriques ou submicrométriques ; et
- un moyen de translation (10) du moyen de préhension (4) entre une position distale et une position proximale ; et
- un guide de pivotement (24) comprenant une face latérale (28) en regard du moyen de préhension (4), la face latérale étant agencée de manière à former une butée contre laquelle une autre partie (32B) de l’objet (34) saisi par le moyen de préhension (4) prend appui, lorsque le moyen de translation (10) déplace le moyen de préhension (4) en direction de sa position proximale, afin de permettre un pivotement de l’objet (34) au niveau du moyen de préhension (4).
2. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en que le moyen de translation (10) déplace le moyen de préhension (4) selon une trajectoire de déplacement (14) rectiligne.
3. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en que la distance entre le moyen de préhension (4) et la face latérale (28) du guide de pivotement (24) diminue, lorsque le moyen de translation (10) déplace le moyen de préhension (4) en direction de sa position proximale.
4. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face latérale (28) du guide de pivotement (24) est de forme convexe.
5. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en que la face latérale (28) du guide de pivotement (24) a un rayon de courbure, et en ce que ce rayon de courbure et la trajectoire de déplacement (14) du moyen de préhension (4) sont coplanaires.
6. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente caractérisé en que le rayon de de courbure de la face latérale (28) du guide de pivotement (24) est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et un micromètre.
7. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face latérale (28) du guide de pivotement (24) forme un arc de cercle s’étendant entre 0° et 120°, de préférence entre 0° et 90°.
8. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de préhension comprend une pince (4) munie de deux branches (6), les branches étant configurées pour saisir au niveau de leur extrémité distale (16) une partie d’un objet (34) de dimensions micrométriques ou submicrométriques.
9. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide de pivotement (24) est agencé de manière à ce qu’une partie au moins de sa face latérale (28) s’insère entre les branches (6) de la pince (4), au niveau de leur extrémité distale (16), lorsque la pince est proche de sa position proximale.
10. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les extrémités distales (16) des branches de la pince (4) sont munies d’ergots (18) se faisant face, et configurés pour saisir une partie (32A) d’un objet (34) de dimensions micrométriques ou submicrométriques, et l’épaisseur de chaque ergot (18) augmente en direction du guide de pivotement (24).
11. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’au moins une branche (6) de la pince (4) comprend, entre son extrémité proximale (8) et son extrémité distale (16), une protubérance (26) faisant face à l’autre branche de la pince, dont l’épaisseur est supérieure à la plus petite épaisseur de l’ergot (18) de ladite branche.
12. Dispositif de pivotement (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la protubérance (26) est en retrait d’un bord latéral (22A) de la branche faisant face au guide de pivotement (24), de manière à permettre l’insertion d’une partie du guide de pivotement (24) entre les branches (6) de la pince au niveau de ladite protubérance (26).
13. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les extrémités proximales (8) de la pince sont maintenues par au moins un actionneur permettant de contrôler l’écartement entre les extrémités distales (16) de ladite pince ainsi que la force de serrage appliquée par la pince sur l’objet saisi.
14. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l’écartement maximal entre les extrémités distales
(16) des bras de la pince (4) est compris entre quelques millimètres et quelques dizaines de nanomètres, de préférence entre un millimètre et un micromètre.
15. Dispositif de pivotement (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de translation (10) est monté sur un support mobile, afin de permettre le déplacement du moyen de préhension (4) par rapport à une platine (30).
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