WO2020070412A1 - Systeme robotise, comprenant un bras articule - Google Patents

Systeme robotise, comprenant un bras articule

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Publication number
WO2020070412A1
WO2020070412A1 PCT/FR2019/052285 FR2019052285W WO2020070412A1 WO 2020070412 A1 WO2020070412 A1 WO 2020070412A1 FR 2019052285 W FR2019052285 W FR 2019052285W WO 2020070412 A1 WO2020070412 A1 WO 2020070412A1
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WO
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bars
robotic system
proximal
deformable
actuator
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/052285
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English (en)
Inventor
Jean-François BRETHE
Original Assignee
Université Le Havre Normandie
Fm Logistic Corporate
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Filing date
Publication date
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Priority to US17/281,070 priority patent/US20210331309A1/en
Priority to JP2021517429A priority patent/JP2022503853A/ja
Priority to CN201980063495.3A priority patent/CN113165171A/zh
Priority to CA3114490A priority patent/CA3114490A1/fr
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
    • B25J9/107—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms of the froglegs type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/023—Cartesian coordinate type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/04—Guiding mechanisms, e.g. for straight-line guidance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0241—One-dimensional joints
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • 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
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    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • 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

Definitions

  • ROBOTIZED SYSTEM INCLUDING AN ARTICULATED ARM
  • the present invention relates to the field of robotic arms for gripping and moving articles, handling a tool for manufacturing tasks, in tight spaces, for example in racks or deep shelves leaving little space between the surface layer of articles and a shelf or surface above the article container.
  • a warehouse is a logistics building intended for the storage of products with a view to their shipment to a customer.
  • the main processes implemented within a warehouse are the receipt of orders, the placing in stock, the preparation of orders, shipping and stock management.
  • the invention relates to situations where it is necessary to recover products and place them at another point, with an available space which can be very limited or constrained, both in height and in width, and where the depth can otherwise be important.
  • the incoming flows from a warehouse generally consist of goods delivered on pallets by trucks docking.
  • the present invention relates more specifically to an assembly comprising an order preparation station (also called a "picking station"), in particular but not exclusively in the case where it is part of an automated storage system comprising a storage store and one or more order picking stations.
  • an order preparation station also called a "picking station”
  • the present invention can be applied to all types of order preparation, and in particular:
  • an operator or an automaton, that is to say a robot receives a list of direct debit (on paper, on the screen of a terminal or voice form) indicating to him, for each package to be shipped (also called shipping container), the quantity of each type of product that he must collect in storage containers and group in the package to be shipped; and
  • an operator receives a list of direct debits (on paper, on the screen of a terminal, in voice form, or even in the form of IT mission in the case of the automat) indicating to him, for each pallet to be shipped (also called shipping container), the quantity of each type of storage container (for example cartons) that he must collect and unload on the pallet to be shipped.
  • the present invention can be used both in the case of a fixed order preparation station when the frame of the robotic arm is fixed to the ground, and in the case of a station with movement when the main frame of the robotic arm is fixed on a cart or mobile robot.
  • elevator any system making it possible to take one or more loads (container (s) for storage or shipping) at a given level and to deposit them at another level.
  • Storage warehouses are generally structured by rows of racks where items are stored.
  • the lower row of floor racks is used to remove items according to management order. This so-called “picking” operation is done manually, or more and more using a robotic arm mounted on a mobile cart.
  • the invention also relates to other application areas, such as moving a tool for manufacturing tasks in tight spaces where the introduction and positioning of the tool do not allow a great deal of range of motion in one of the directions, while requiring a greater range of movement in the plane perpendicular to the limited direction.
  • the manufacturing tasks are for example painting, screwing, welding, deburring, riveting, machining, 3D printing (additive manufacturing), engraving, laser cutting, EDM, etc. .
  • Chinese patent application CN106112952A discloses a robotic loading and transfer double arm intended for rapid loading of packages during air transport.
  • the robotic arm includes a clamping module consisting of mechanical arms, a disc mechanism and a guide rail mechanism, and a conveyor belt module used for transfer.
  • the robotic arm must be able to operate in an often very limited space: the height between the top of the container or item to be grabbed and the next shelf may be only a few centimeters.
  • the arm must also be able to position itself laterally between stacks of articles of uneven heights, limiting lateral movement.
  • series type robotic arms generally require motorized articulations extending over the length of the arm. This results in a large mobile mass, implying a robust and bulky architecture.
  • the invention relates, in its most general sense, to a robotic system, comprising an articulated arm characterized in that said articulated arm has a deformable assembly consisting of a plurality of bars connected by parallel pivot axes to form at least one deformable structure, the distal end of said deformable assembly supporting a mechanical interface, said system further comprising two actuators causing the rotation of two of said bars, said system further comprising a third actuator controlling the movement of said deformable assembly by translation in a direction parallel to said pivot axes.
  • Mechanism is understood to mean, within the meaning of this patent, a means moved by the robotic system and provided for the coupling of a tool such as a clamp or a mechanism. gripping an object to be moved, or a tool for carrying out manufacturing operations.
  • bar means a long and rigid part, of small thickness compared to its length, of any cross section.
  • the deformable assembly consists of deformable quadrilaterals which are preferably deformable parallelograms and even more preferably deformable diamonds.
  • the invention is also characterized by the following characteristics:
  • said articulated arm has a deformable assembly consisting of a plurality of bars connected by parallel pivot axes to form at least one deformable structure, the distal end of said deformable assembly supporting a mechanical interface, the proximal end of said deformable assembly being constituted two proximal bars whose angular positions are controlled by two actuators, said proximal end being able to move in translation in a direction parallel to said pivot axes by means of a third actuator;
  • deformable assembly consists of at least two consecutive deformable parallelograms sharing common bars;
  • deformable assembly consists of two deformable diamonds sharing common bars, connected by a central pivot and consisting of six bars assembled by pivot connections of axis z perpendicular to the plane defined by said bars;
  • said deformable assembly consists of an assembly of N deformable diamonds sharing common bars, connected by central pivots and consisting of 2N + 2 bars assembled by pivot connections of axis z; - Said proximal bars are controlled by three actuators all located on a main frame;
  • said robotic system comprises at least one intermediate frame and said proximal bars are controlled by actuators all located on a main frame;
  • the height of the robotic arm along the Z axis perpendicular to the plane of said deformable assembly is adjusted by a plate actuated by a threaded rod driven by a first actuator;
  • first proximal bar is driven by an actuator via a shaft and said second proximal bar is angularly driven by another actuator via a series of hollow shafts which can slide freely relative to the others;
  • first proximal bar is driven by an actuator via a shaft and said second proximal bar is angularly driven by another actuator via a second shaft and a system of sliding toothed gears or sliding toothed belts;
  • a first actuator is fixed on the main frame and ensures the control of the orientation of a first intermediate frame, a motorized slide link placed on the first intermediate frame ensuring placement along an axis z, perpendicular to the plane defined by said deformable assembly , of a second intermediate frame supporting the proximal end of said deformable assembly, a third actuator fixed on the second intermediate frame or on the first intermediate frame or on the main frame controlling the orientation of the proximal bar by means of a shaft, the proximal bar remaining fixed relative to the second intermediate frame;
  • a first actuator is fixed on the main frame and ensures the control of the orientation of an intermediate frame by means of a shaft, and by way of consequence ensures the orientation control of one of the two proximal bars
  • a second actuator fixed on the main frame or on the intermediate frame controlling the orientation of the second proximal bar by means of a shaft
  • proximal bars of said deformable assembly are assembled on an intermediate frame controlled in translation along z by means of a slide link and a first actuator, the orientations of said proximal bars being controlled by two actuators fixed on the main frame or on the intermediate frame;
  • proximal bars of said deformable assembly are assembled on an intermediate frame controlled in translation by means of a slide link and a first actuator, the orientations of said proximal bars being controlled by two actuators fixed on the intermediate frame;
  • said deformable assembly is formed of bars connected by pivot axes, the relative distance between the proximal articulations of said deformable assembly being controlled by an actuator, the orientation of said deformable assembly in a plane perpendicular to said pivot axes being dependent on a intermediate frame whose orientation is controlled by an actuator;
  • articulated bars have a deformable assembly formed of bars connected by pivot axes, the distal end of said deformable assembly supporting a gripping member or a tool, the proximal end of said deformable assembly consisting of two bars whose proximal axes of rotation are parallel and are not coincident and whose angular positions are controlled by two actuators;
  • the distal end of the robotic arm comprises a motor and a pivot link along an axis z and supporting a gripping means or a tool;
  • the distal end of the robotic arm includes a wrist comprising at least one motorized articulation, and supporting a mechanical interface such as a gripping means or a tool;
  • the distal end of the robotic arm comprises a motor making it possible to control the orientation of an additional arm articulated along a z axis and supporting a mechanical interface;
  • the robotic system comprises a main frame assembled on a cart or a mobile robot
  • the robotic system includes a main frame fixed to the ground.
  • FIG. 1 represents a schematic perspective view of a first alternative embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a schematic top view of a second variant of the invention comprising two deformable diamonds sharing common bars
  • FIG. 3 shows a schematic view of a third alternative embodiment of the invention, with a drive mechanism of the robotic arm implementing three geared motors fixed on the same frame, the two geared motors actuating the deformable assembly being located on the same axis,
  • FIG. 4 represents a schematic view of an alternative variant of the kinematics of the robotic arm according to the invention where the axes of the articulations of the proximal ends of the deformable assembly are no longer coaxial
  • - Figures 5 and 6 show two schematic views of a second alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention
  • FIG. 7 represents a schematic view of a third alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention.
  • FIG. 8 shows a schematic view of a fourth alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention
  • FIG. 9 shows a schematic view of a fifth alternative embodiment of the drive mechanism of the deformable assembly according to the invention
  • FIG. 10 represents a schematic view of a sixth alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention.
  • FIG. 11 represents a schematic view of a seventh alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention.
  • FIG. 12 shows a schematic view of the kinematics of the invention when an additional arm is added to the distal end, controlled by a gear motor and supporting at its distal end a gripping means or a tool
  • FIG. 13 and 14 show a schematic view of the kinematics of a particular variant of the invention.
  • the robotic manipulator according to the invention has 3 degrees of freedom, with:
  • the manipulator can carry significant loads, it consumes very little energy, in particular it consumes practically no energy to maintain a heavy object when the vertical translation is ensured by an irreversible screw-nut system, the manipulator then does not need to brake to ensure the safety of the manipulator.
  • the arm is in fact in particular intended to carry large loads, the fall of which could constitute a risk for the users, which requires a brake in a manipulator according to the prior art,
  • At least two (1, 2) bars, preferably all the bars, of the plurality of bars (1 to 4), may each consist of an assembly of two profiles connected by a spacer; this reduces the cost of production and optimizes the use of the material,
  • each of the lateral branches of which takes up the forces of the parallel pivot axes; this ensures a better rigidity, which makes it possible to move the intermediate frame, or directly the mechanical interface, obtaining much more precision for the distal end, because at equivalent vertical load on the distal end, the deformations of the intermediate frame resulting from the efforts bending on the vertical slide link are less than in a manipulator according to the prior art,
  • a main frame and at least two of said actuators are disposed on said main frame; the dynamic performance of the manipulator is thus improved: when the main frame supports at least two actuators, the ratio “useful mass” to “mass in motion” is much more favorable than that according to the prior art;
  • the size is reduced when the arm (100) is folded
  • the device control is simple and the inverse geometric model can be solved analytically.
  • this device is very advantageous for carrying out palletizing / depalletizing operations, owing to the fact that its working space is extended and that it can be deployed in areas with reduced free space for carrying out picking and depositing tasks .
  • the arm is very advantageous for carrying out “pick and place” operations which have to be operated from a mobile robot because of the large workspace, its maneuverability and the low consumption. of energy.
  • This device according to the invention is also particularly suitable for moving a tool fixed at the distal end of the arm (100) in a limited space, for interventions in difficult contexts, for example with a low height available and the need of a precise and reproducible positioning of the tool over a large area.
  • the tool supported by the arm (100) can be a spray nozzle for painting applications, an additive printhead, or a machining or assembly tool.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the kinematics of the invention with an articulated arm (100) in the form of a pantograph limited to a deformable quadrilateral.
  • the pantograph consists of four rigid bodies or “bars” (1 to 4) connected by pivot joints (10 to 13) perpendicular to said plane defined by the pantograph, to form a deformable plane quadrilateral.
  • “pantograph” will designate an articulated set of bars defining a succession of deformable planar quadrilaterals or a set of consecutive coplanar deformable quadrilaterals assembled by pivot connections with an axis perpendicular to said plane. In the latter case, two consecutive quadrilaterals have a common vertex and share two common bars pivoting relative to this common vertex.
  • proximal will mean the part of the arm (100) closest to the support (200) and by “distal” or “terminal” the most distant part, where the mechanical interface (20) is located, the control of which is displacement.
  • the three pivot joints (11 to 13) are passive and the pivot joint (10) is motorized and incorporates two actuators independently controlling the angular displacement of each of the proximal bars respectively (1, 2).
  • the proximal end of the deformable quadrilateral moves in translation along the axis (7) perpendicular to the plane allowing the positioning of the distal end of the deformable quadrilateral in height, along the axis Z.
  • the arm (100) has at its distal end a gripping means (20), for example a suction cup or a tool.
  • the two proximal bars (1, 2) are independently driven in rotation by actuators.
  • actuator will designate a device ensuring a displacement, generally angular of less than 360 °, controlled by an electrical signal transmitted by wire or by radio frequency.
  • an actuator within the meaning of this patent will be a rotary or linear electric motor, in particular of the electromagnetic, hydraulic, pneumatic, piezoelectric type, an electromagnetic actuator, a geared motor.
  • the distal end (20) moves on a rectilinear trajectory connecting the points of intersection of the axes ( 10) and (12) with the horizontal plane which makes it possible to position the gripping means (20) above the article to be grasped.
  • the distal end (20) moves in a curved movement with a lateral component.
  • FIG. 2 represents a schematic view of the kinematics of the invention where the pantograph comprises two adjacent deformable quadrilaterals (110, 120), in this case diamonds, connected by a central pivot (12) of axis z.
  • the kinematic chain consists of six bars (1 to 6) assembled by pivot connections of axis z; the bars (1, 2, 5, 6) are same length L; the bars (3 and 4) common to the two deformable quadrilaterals (110, 120) are of length 2L.
  • the assembly deforms in two identical diamonds, the deformation being controlled by mechanical control of the angles qi and q 2 made by the bars (1) and (2) relative to the longitudinal axis X of the main frame.
  • the number of quadrilateral patterns of the pantograph can be increased.
  • the unfolding of the pantograph kinematic chain can be obtained by associating a rotation mechanism on the axis (7) and a translation mechanism inserted between any two points of the judiciously chosen pantograph kinematic chain for example by controlling the distance between the pivots (11, 13) obtained by motor mechanism and screw and screw-nut system. It is even possible to remove the two proximal bars (1 and 2) as will be detailed in a later variant.
  • the robotic manipulator arm consists of a kinematic chain and a control system.
  • the kinematic chain provides two functions:
  • mechanical interface is meant a tool, a wrist, a gripper or an effector.
  • the first functionality is obtained using the following principles: a) the translation along a z axis of a planar pantograph type mechanism making it possible to position the distal end of the kinematic chain at z
  • a planar pantograph type mechanism for positioning the terminal end in the xy plane by virtue of the rotary control of the first two bars 1 and 2 and a kinematic chain consisting of 4 bars in its simplest version, of 6 bars in its usual version and 2N bars in more elaborate versions.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment where the two bars (1, 2) are controlled by two motors (29,32) positioned on the same frame (25).
  • This frame (25) is called the main frame or fixed frame. It can be fixed to the ground or fixed on a cart or mobile robot.
  • the height of the arm (100) is adjusted by a plate (26) actuated by a threaded rod (27) driven by a first geared motor (28) thanks to a screw-nut mechanism. Because the plate (26) slides freely on the shaft (30) and is constrained by the threaded rod (27), its orientation in the xy plane is constant and materializes a longitudinal axis.
  • the first bar (1) is driven by a second gear motor (29) via a shaft (30).
  • this shaft (30) is integral with the first bar (1) to cause its angular displacement relative to the frame of reference attached to the frame (25).
  • the arm support (100) can slide along the shaft (30) by sliding connection but cannot undergo relative rotation relative to the axis (30) because the mechanical connection is constrained by a groove or a key / groove device or by the use of a non-circular section for the shaft (30) or any other equivalent device.
  • the shaft (30) extends to the bored flange (40), ensures the positioning of the end of the plate (26), supports the second bar (2) and a set hollow shafts (41 to 42), free to slide freely on this shaft (30).
  • the second bar (2) is angularly driven by a third gear motor (32) via a second shaft (31).
  • This second shaft (31) is integral in rotation with the bar (2) thanks to a series of hollow shafts (40 to 42) free to slide axially between them within the limit of a maximum axial movement limited by a system of stops , the relative rotations of said hollow shafts being prevented by systems of keys / grooves, grooves, the use of non-circular sections or other equivalent devices allowing translation without rotation.
  • the last hollow shaft (42) is fixed to the second bar (2) by screws or other equivalent mechanical device. The sum of the cumulative axial deflections of the various hollow shafts is calculated so that the terminal end (20) can move on the vertical axis according to the desired distance.
  • FIG. 4 represents a schematic view of an alternative variant of the kinematics of the robotic arm according to the invention where the proximal axes of actuation of the planar mechanism are no longer coaxial.
  • the gear motor (29) rotates the shaft
  • the bar (1) is integral in rotation with the shaft (17) which is a grooved or grooved shaft.
  • the gear motor (32) rotates the shaft
  • the bar (2) is integral in rotation with the shaft (18) which is a grooved or grooved shaft.
  • the geared motor (28) rotates the shaft (7) by means of, for example, a screw-nut system, causing a vertical displacement of the plate (26).
  • the plate (26) can slide freely in translation relative to the trees (17) and (18) without being constrained to rotate relative to these two trees.
  • the mechanical implementation is simplified and does not require the assembly of hollow shafts.
  • the direct and inverse geometric models which link the articular coordinates qi, q 2 , z and the operational coordinates x, y, z of the robot are more difficult to obtain, and the workspace is reduced compared to the first variant.
  • Figures 5 and 6 show two schematic views of a second alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention comprising three geared motors (28, 29, 32) fixed on the same frame (25).
  • An intermediate frame (23) is driven in translation along z by means of the geared motor (28) actuating a screw-nut system.
  • This intermediate frame (23) is also called mobile frame.
  • the two geared motors (29) and (32) actuating the proximal bars (1, 2) of the pantograph are located on two different axes, the two active pivot connections of the pantograph remaining well coaxial thanks to the pinion system (33,34) proposed.
  • the proximal bar (1) is controlled by the gear motor (32) via a splined shaft (31), while the proximal bar (2) is controlled by the gear motor (29) via the splined shaft (30) and two toothed pinions (33,34).
  • the proximal bar (2) slides freely in translation and rotation on the axis (31).
  • the toothed pinion (34) slides freely in translation along the splined shaft (30) while being constrained in rotation relative to this shaft.
  • the toothed pinion (33) slides along the splined shaft (31) without being constrained in rotation relative to this shaft; the pinion (33) is integral with the proximal bar (2) by a mechanical fixing of the screw or equivalent type.
  • the spacer (21) constrains the positioning of the pinion (34) to the same height as the pinion (33) allowing permanent contact between the teeth.
  • the intermediate frame (23) slides freely in translation and rotation on the shafts (30) and (31); its internal width ensures consistency in the placement of mechanical elements (arms, pinions, spacer ).
  • the threaded shaft (27) controlled by the geared motor (28) ensures the vertical displacement of the plate by screw-nut system.
  • FIG. 7 represents a schematic view of a third alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention where the intermediate frame (23) driving the pantograph according to z moves in translation thanks to a slide link and a motor linear (24) integral with the fixed frame (25).
  • the bar (1) is controlled by the gear motor (32) via a splined shaft (31), while the bar (2) is controlled by the gear motor (29) via the splined shaft (30) and two toothed gears (33,34).
  • FIG. 8 represents a schematic view of a fourth alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention where an intermediate frame (35) moves in rotation and the two geared motors (29) and (32) actuating the pantograph are located on the main frame (25).
  • the gearmotor (28) is integral with the intermediate frame (35) and allows, by its associated threaded shaft (27) to control the position along z of the set of bars (1) and (2) thanks to a screw-nut system between the bar (2) and the threaded shaft (27).
  • the shafts (27) and (30) make it possible to block the rotation of the bar (2) relative to the intermediate frame (35) and the orientation of the bar (2) is thus controlled by the geared motor (32) because the trees (30) and (31) are coaxial.
  • the shafts (30) and (31) may however in certain variants not be coaxial but their axes remain parallel.
  • the gearmotor (32) is fixed on the fixed frame (25) and provides control in orientation of the intermediate frame (35) by securing its output shaft (31) to the frame (35).
  • the gear motor (29) integral with the fixed frame (25) makes it possible to control the absolute orientation of the bar (1) by means of the grooved or grooved shaft (30).
  • this geared motor (29) can be secured to the intermediate frame (35) making it possible to control the relative orientation of the bar (1) relative to the bar (2).
  • FIG. 9 presents a schematic view of a fifth alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention.
  • a first actuator (32) controls the orientation of a first intermediate frame (35) pivoting along the z axis relative to the main frame (25).
  • This first intermediate frame (35) moves in rotation, carrying a second frame (23).
  • This second frame (23) moves in translation relative to the first intermediate frame (35) via a slide link via a linear motor (24). It carries a geared motor (29) for controlling the relative orientations of the two proximal bars (1,2) of the pantograph.
  • the gear motor (29) fixed on the frame (23) makes it possible to control the relative orientation of the bar (1) relative to the bar (2) thanks to the shaft (30) integral with the proximal bar (1), the proximal bar (2) being fixed relative to the frame (23).
  • the gear motor (32) rotates the intermediate frame (35) through the shaft (31).
  • the translational movement of the intermediate frame (23) can also be controlled by a screw-nut, shaft (27) and geared motor (28) system according to the same principle as in FIG. 8.
  • a variant (not shown) of the embodiment of the fifth variant only described for its differences with said variant, an embodiment is provided in which the second actuator (29) is fixed to the first intermediate frame (35) or on the main frame (25).
  • the screw-nut system proposed in the previous variants is advantageous from a safety point of view because, due to the irreversibility of the screw-nut system, it avoids having to install mechanical brakes in the if the motors are no longer supplied with energy. Such a possibility must be considered with caution because the arm is intended to carry large loads, the fall of which could constitute a risk for the users or the products to be moved, or the mechanical system itself.
  • the preferred direction of installation of this manipulator robot is that the z direction corresponds to the vertical axis.
  • the geared motor (28) is not stressed and the geared motors (29, 32) only support weak torques compared to the torques supported by anthropomorphic type robots performing the same path. Energy consumption is greatly reduced.
  • the mechanical structure is designed to withstand significant static and dynamic forces generated during the installation / removal of objects of high mass.
  • This bar structure (1, 2) uses standard components formed for example by two profiles connected periodically by spacers and allows to obtain by assembly a high resistance to bending and twisting of the complete mechanism.
  • FIG. 10 represents a schematic view of a sixth alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention.
  • pantograph proximal bars (1,2) are articulated from an intermediate frame (23).
  • the intermediate frame (23) driving the pantograph according to z moves in translation thanks to a slide link (36) and a screw-nut type drive, a geared motor (32) fixed on the main frame (25) making it possible to control the first proximal bar (1) of the pantograph by means of the splined shaft (31), while a second geared motor (29) on board the intermediate frame (23) allows the second bar (2) of the pantograph to be controlled by the 'through a shaft (30) through a gear system (33) and (34).
  • the threaded shaft (27) driven by the gearmotor (28) provides translational guiding along z of the frame (23) by screw-nut system.
  • FIG. 11 represents a schematic view of a seventh alternative embodiment of the drive mechanism of the robotic arm according to the invention where the intermediate frame (23) driving the pantograph according to z moves in translation by means of a slide link and a drive of screw-nut type, via the threaded shaft (27) and the gearmotor (28).
  • Two geared motors (29,32) fixed on the intermediate frame (23) make it possible to control the orientation of the two proximal arms of the pantograph thanks to the splined shafts (30) and (31) whose axes are coaxial.
  • the geared motor (29) controls the orientation of the bar (1) thanks to the splined shaft (30) while the geared motor (32) controls the orientation of the bar (2) thanks to the splined shaft (31) .
  • the bar (1) moves freely in rotation relative to the shaft (31) while the bar (2) moves freely in rotation relative to the shaft (30).
  • the slide connection driving the intermediate frame takes place in a direction different from z, for example parallel to the plane of the pantograph.
  • Vertical mobility can also be added at the distal end.
  • FIG. 12 represents a schematic view of the kinematics of the invention when an additional arm (51) is added to the distal end, controlled by a geared motor (50) and supporting at its distal end a gripping means or a tool (20).
  • a geared motor 50
  • the rotation of this last segment makes it possible to work in very narrow and constrained spaces both in height and in width.
  • the terminal end or the object grasped by the gripper fixed to the end or the tool
  • the terminal end can perform movements qualified as Schôenflies in the literature, namely to move in translation along xyz and in rotation about the z axis.
  • Schônflies displacements designate the movements of rigid bodies constituted by a linear movement in a three-dimensional space plus an orientation around an axis with a fixed direction. In robotic manipulation, this is a movement suitable for operations that require moving an object or tool from one plane and placing it with a different orientation on another parallel plane.
  • SCARA manipulator was one of the first manipulators to provide a similar movement, we often speak of a SCARA type movement.
  • This version makes it possible to have a manipulator robot that can perform installation / removal, palletizing / depalletizing tasks with greater efficiency than the SCARA robots on the market.
  • the manipulator arm can place an object while mastering the three degrees of freedom in xyz and the three degrees of freedom of orientation.
  • Another alternative embodiment relates to a mechanism which differs from the previous variants in that the first two proximal bars are omitted and that the opening of the pantograph is controlled by controlling the distance between two points of the remaining kinematic chain.
  • Figures 13 and 14 show a schematic view of the kinematics of the invention.
  • the pantograph is cut off from the two proximal bars (1, 2).
  • An actuator controlling the spacing between the two proximal vertices of the truncated pantograph makes it possible to control its opening.
  • the geared motor (32) makes it possible to control the orientation of the first intermediate frame (35) via the shaft (31).
  • a slide link and a linear motor (24) make it possible to control the translation in z of the second intermediate frame (23).
  • the passive pivot articulation (13) of the bar (3) is articulated on the shafts (57) and (58) fixed on a nut (52) constrained in translation by a first shaft (59) and a second mechanical assembly constituted a threaded shaft with pitch to the right (55), a toothed pinion (54) and a threaded shaft with pitch to the left (56).
  • the nut (52) slides freely on the shaft (59) while it has an internal thread making it possible to make a screw-nut type connection with the threaded shaft (55).
  • a geared motor (29) integral with the frame (23) makes it possible to control the rotation of the mechanical assembly (54 to 56) thanks to the toothed pinions (60,54).
  • the toothed pinion (54) can only move in rotation and transmits this rotational movement to the two threaded shafts (55) and (56), which due to their screw pitch reversed bring the hinges (11) and (13) of the bars (3) and (4) closer or further apart.
  • the axis of the shaft (31) crosses the pinion (54) at a point which constitutes the middle, denoted B, of the base of the isosceles triangle formed by the projections of the joints (11 to 13).
  • the angle between the direction x and the right (BA ') is controlled by the rotation of the gear motor (32) while the distance BA' is controlled by the rotation of the gear motor (29).

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Abstract

La présente invention concerne un système robotisé, comprenant un bras articulé caractérisé en ce que ledit bras articulé (100) présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres (1 à 4) reliées par des axes de pivotement parallèles (10 à 13) pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale (12) dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, ledit système comprenant en outre deux actionneurs entrainant la rotation de deux desdites barres (1 à 4), ledit système comprenant en outre un troisième actionneur commandant le déplacement dudit ensemble déformable en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement (10 à 13).

Description

SYSTEME ROBOTISE, COMPRENANT UN BRAS ARTICULE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine des bras robotisés pour la préhension et le déplacement d'articles, la manipulation d'un outil pour des tâches de fabrication, dans des espaces restreints, par exemple dans des racks ou étagères profondes laissant peu d'espace entre la couche superficielle d'articles et une étagère ou une surface située au-dessus du contenant des articles.
Il concerne pour les applications de préhension d'objets notamment, mais non exclusivement, la logistique et les entrepôts ou les magasins en racks ou les racks de stockage de composants industriels ou la palettisation/dépalettisation...
On rappelle qu'un entrepôt est un bâtiment logistique destiné au stockage de produits en vue de leur expédition vers un client. Les principaux processus mis en œuvre au sein d'un entrepôt sont la réception de commandes, la mise en stock, la préparation de commandes, l'expédition et la gestion du stock. De manière générale, l'invention concerne les situations où il faut récupérer des produits et les placer en un autre point, avec un espace disponible qui peut être très restreint ou contraint, tant en hauteur qu'en largeur, et où la profondeur peut au contraire être importante.
Pour les applications logistiques, les flux entrants d'un entrepôt sont constitués généralement de marchandises livrées sur palettes par des camions se mettant à quai.
Des opérateurs viennent décharger les palettes des camions puis les stockent sur des racks où elles seront en attente. Les flux sortants sont constitués de palettes homogènes (une unique référence par palette) ou de palettes hétérogènes dans lesquelles sont agrégés différents types de produits référencés. Il faut alors récupérer les différents produits, opération dénommée « Picking » , à partir de palettes en cours d'exploitation généralement disposées dans un emplacement au sol sous un rack. Lorsque la palette est vide, une demande de réapprovisionnement est lancée et un opérateur manœuvre un chariot élévateur pour récupérer une palette en hauteur et la placer dans l'emplacement au sol sous un rack.
La présente invention concerne plus précisément un ensemble comprenant un poste de préparation de commandes (aussi appelé « poste de picking »), notamment mais non exclusivement dans le cas où celui-ci fait partie d'un système de stockage automatisé comprenant un magasin de stockage et un ou plusieurs postes de préparation de commandes.
La présente invention peut s'appliquer à tous types de préparation de commandes, et notamment :
• la préparation de commandes par prélèvements de produits dans des contenants de stockage : un opérateur (ou un automate, c'est-à-dire un robot) reçoit une liste de prélèvements (sur papier, sur écran d'un terminal ou encore sous forme vocale) lui indiquant, pour chaque colis à expédier (aussi appelé contenant d'expédition), la quantité de chaque type de produits qu'il doit collecter dans des contenants de stockage et regrouper dans le colis à expédier ; et
• la préparation de commandes par palettisation de contenants de stockage contenant eux-mêmes des produits : un opérateur (ou un automate) reçoit une liste de prélèvements (sur papier, sur écran d'un terminal, sous forme vocale, ou encore sous forme de mission informatique dans le cas de l'automate) lui indiquant, pour chaque palette à expédier (aussi appelée contenant d'expédition), la quantité de chaque type de contenants de stockage (par exemple des cartons) qu'il doit collecter et décharger sur la palette à expédier.
On distingue généralement deux types de postes de préparation de commandes : les postes avec mouvements et les postes fixes.
Les postes avec mouvements mettent en œuvre le principe « homme vers produit » , selon lequel le préparateur se déplace jusqu'au lieu de prélèvement et y prélève le nombre de produits commandés.
Les postes fixes mettent en œuvre le principe « produits vers homme » (ou « goods to man » en anglais), selon lequel des contenants de stockage (par exemple des cartons ou des plateaux), contenant chacun des produits d'un type donné, sont sortis automatiquement d'un magasin de stockage (sur des dispositifs de transfert appelés chariots ou navettes) et arrivent devant ou à proximité du préparateur qui doit prélever dans chacun le nombre de produits commandés .
Cette distinction entre postes avec mouvement et postes fixes vaut également dans le cas de la palettisation : soit le préparateur se déplace pour aller chercher les contenants de stockage à décharger sur la palette à expédier, soit ces contenants de stockage sont amenés automatiquement jusqu'au préparateur (par exemple par un transstockeur ) .
La présente invention peut être utilisée aussi bien dans le cas d'un poste fixe de préparation de commandes lorsque le bâti du bras robotique est fixé au sol, que dans le cas d'un poste avec mouvement lorsque le bâti principal du bras robotique est fixé sur un chariot ou robot mobile.
Dans la présente description, par élévateur on entend tout système permettant de prendre une ou plusieurs charges ( contenant ( s ) de stockage ou d'expédition) à un niveau donné et de la ou les déposer à un autre niveau.
Les entrepôts de stockage sont généralement structurés par des rangées de racks où sont stockés des articles.
La rangée inférieure de racks au sol est destinée au retrait des articles en fonction d'ordre de gestion. Cette opération dite « picking » se fait manuellement, ou de plus en plus à l'aide d'un bras robotisé monté sur un chariot mobile.
L'invention concerne aussi d'autres domaines applicatifs, tels que le déplacement d'un outil pour des tâches de fabrication dans des espaces restreints où l'introduction et le positionnement de l'outil ne permettent pas une grande amplitude des mouvements selon une des directions, tout en nécessitant une plus grande amplitude des déplacements dans le plan perpendiculaire à la direction limitée. Il s'agit par exemple d'intervention entre deux surfaces, par exemple sur la surface inférieure du châssis d'un véhicule posé au sol, de l'intervention entre deux plaques rapprochées, etc.
Les tâches de fabrication sont par exemple la peinture, le vissage, la soudure, l'ébavurage, le rivetage, l'usinage, l'impression 3D (fabrication additive), la gravure, la découpe laser, l'électro-érosion, etc.
Arrière-plan technologique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet W02018086748 décrivant un bras robotisé, un robot mobile, comprenant un train de roulement et un bras robotisé monté sur le train de roulement, ainsi qu'un système logistique comprenant un support de marchandises, qui est conçu pour le stockage transitoire de marchandises, et comprenant un véhicule autoguidé, qui est conçu pour transporter le support de marchandises, ainsi qu'un robot mobile correspondant.
La demande de brevet chinoise CN106112952A divulgue un double-bras de chargement et de transfert robotisé destiné au chargement rapide des colis pendant le transport aérien. Le bras robotisé comprend un module de serrage composé de bras mécaniques, un mécanisme de disque et un mécanisme de rail de guidage et un module de bande transporteuse utilisé pour le transfert .
Inconvénients de l'art antérieur
Les solutions de l'art antérieur présentent différents inconvénients.
En premier lieu, le bras robotisé doit être capable d'opérer dans un espace souvent très restreint : la hauteur entre le dessus du contenant ou article à saisir et l'étagère suivante peut être de quelques centimètres seulement. Le bras doit aussi être en mesure de se positionner latéralement entre des piles d'articles de hauteurs inégales, limitant le débattement latéral .
Par ailleurs, les bras robotisés de type série nécessitent généralement des articulations motorisées, s'étendant sur la longueur du bras. Cela se traduit par une masse mobile importante, impliquant une architecture robuste et encombrante .
Enfin, la plupart des bras manipulateurs de type série emportent des charges utiles généralement assez faibles par rapport à leur masse totale en mouvement. Comme les charges à transporter peuvent être relativement importantes, de quelques dizaines de kilogrammes, cela implique d'utiliser des moteurs puissants et lourds, et conduit à une dépense énergétique importante .
Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système robotisé, comprenant un bras articulé caractérisé en ce que ledit bras articulé présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres reliées par des axes de pivotement parallèles pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, ledit système comprenant en outre deux actionneurs entraînant la rotation de deux desdites barres, ledit système comprenant en outre un troisième actionneur commandant le déplacement dudit ensemble déformable en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement.
On entend par « interface mécanique » au sens du présent brevet un moyen déplacé par le système robotisé et prévu pour l'accouplement d'un outil tel qu'une pince ou un mécanisme de préhension d'un objet à déplacer, ou un outil pour la réalisation d'opérations de fabrication.
On entend par « barre » au sens du présent brevet une pièce longue et rigide, de faible épaisseur par rapport à sa longueur, de section transversale quelconque.
L'ensemble déformable est constitué de quadrilatères déformables qui sont préférentiellement des parallélogrammes déformables et encore plus préférentiellement des losanges déformables .
Selon des variantes de réalisation, indépendantes ou combinées entre elles, l'invention se caractérise également par les caractéristiques suivantes :
ledit bras articulé présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres reliées par des axes de pivotement parallèles pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constitué de deux barres proximales dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs, ladite extrémité proximale pouvant se mouvoir en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement grâce à un troisième actionneur;
- ledit ensemble déformable est constitué par au moins deux parallélogrammes déformables consécutifs partageant des barres communes ;
- ledit ensemble déformable est constitué par deux losanges déformables partageant des barres communes, reliés par un pivot central et constitués de six barres assemblées par des liaisons pivots d'axe z perpendiculaire au plan défini par lesdites barres ;
ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables partageant des barres communes, reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z ; - lesdites barres proximales sont commandées par trois actionneurs tous situés sur un bâti principal ;
- ledit système robotisé comprend au moins un bâti intermédiaire et lesdites barres proximales sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal ;
la hauteur du bras robotisé selon l'axe Z perpendiculaire au plan dudit ensemble déformable est ajustée par une platine actionnée par une tige filetée entraînée par un premier actionneur ;
- ladite première barre proximale est entraînée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'une série d'arbres creux pouvant coulisser librement les uns par rapport aux autres ;
- ladite première barre proximale est entraînée par un actionneur par l'intermédiaire d'un arbre et ladite deuxième barre proximale est entraînée angulairement par un autre actionneur par l'intermédiaire d'un deuxième arbre et d'un système de pignons dentés coulissants ou de courroies dentées coulissantes ;
un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un premier bâti intermédiaire, une liaison glissière motorisée placée sur le premier bâti intermédiaire assurant le placement suivant un axe z, perpendiculaire au plan défini par ledit ensemble déformable, d'un second bâti intermédiaire supportant l'extrémité proximale dudit ensemble déformable, un troisième actionneur fixé sur le second bâti intermédiaire ou sur le premier bâti intermédiaire ou sur le bâti principal contrôlant l'orientation de la barre proximale par le biais d'un arbre, la barre proximale restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire ;
un premier actionneur est fixé sur le bâti principal et assure le contrôle de l'orientation d'un bâti intermédiaire par l'intermédiaire d'un arbre, et par voie de conséquence assure le contrôle en orientation d'une des deux barres proximales, un second actionneur fixé sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire contrôlant l'orientation de la seconde barre proximale par le biais d'un arbre
- les barres proximales dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire contrôlé en translation suivant z grâce à une liaison glissière et un premier actionneur, les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs fixés sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire ;
- les barres proximales dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire contrôlé en translation grâce à une liaison glissière et un premier actionneur, les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs fixés sur le bâti intermédiaire ;
- ledit ensemble déformable est formé de barres reliées par des axes de pivotement, la distance relative entre les articulations proximales dudit ensemble déformable étant contrôlée par un actionneur, l'orientation dudit ensemble déformable dans un plan perpendiculaire auxdits axes de pivotement étant dépendante d'un bâti intermédiaire dont l'orientation est contrôlée par un actionneur ;
- lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant un organe de préhension ou un outil, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constituée de deux barres dont les axes proximaux de rotation sont parallèles et ne sont pas coïncidents et dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs ;
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur et une liaison pivot suivant un axe z et supportant un moyen de préhension ou un outil ; - l'extrémité distale du bras robotisé comporte un poignet comprenant au moins une articulation motorisée, et supportant une interface mécanique telle qu'un moyen de préhension ou un outil ;
- l'extrémité distale du bras robotisé comporte un moteur permettant de contrôler l'orientation d'un bras supplémentaire articulé suivant un axe z et supportant une interface mécanique ;
- le système robotisé comporte un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile ;
- le système robotisé comporte un bâti principal fixé au sol.
Description détaillée d'exemples non limitatifs de l'invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés illustrant des exemples non limitatifs de mise en œuvre où :
- la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une première variante de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente une vue schématique de dessus d'une deuxième variante de 1 ' invention comportant deux losanges déformables partageant des barres communes,
- la figure 3 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de l'invention, avec un mécanisme d'entraînement du bras robotisé mettant en œuvre trois motoréducteurs fixés sur le même bâti, les deux motoréducteurs actionnant l'ensemble déformable étant situés sur le même axe,
- la figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes des articulations des extrémités proximales de l'ensemble déformable ne sont plus coaxiaux, - les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention
- la figure 7 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention,
- la figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention
- la figure 9 représente une vue schématique d'une cinquième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement de l'ensemble déformable selon l'invention
- la figure 10 représente une vue schématique d'une sixième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention,
- la figure 11 représente une vue schématique d'une septième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention,
- la figure 12 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention lorsqu'un bras supplémentaire est ajouté à l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil
- les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique d'une variante particulière de l'invention.
Contexte de l'invention
Le manipulateur robotisé selon l'invention présente 3 degrés de liberté, avec :
- un déplacement dans le plan d'un bras (100) formé par un ensemble articulé déformable présentant à son extrémité distale une interface mécanique telle qu'un outil ou un préhenseur (20) un déplacement, notamment selon un axe perpendiculaire au bras (100), par rapport à un support (200).
Le manipulateur robotisé selon l'invention présente une architecture permettant d'obtenir les avantages suivants :
il peut emporter des charges importantes, il consomme très peu d'énergie, notamment il ne consomme pratiquement aucune énergie pour maintenir un objet lourd lorsque la translation verticale est assurée par un système vis-écrou irréversible, le manipulateur n'a alors pas besoin de frein pour assurer la sécurité du manipulateur. Le bras est en effet notamment destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs, ce qui nécessite un frein dans un manipulateur selon l'art antérieur ,
- au moins deux (1, 2) barres, de préférence toutes les barres, de la pluralité de barres (1 à 4), peuvent être chacune constituée d'un assemblage de deux profilés reliés par une entretoise ; cela diminue le coût de réalisation et optimise l'usage de la matière,
deux profilés d'une barre (1) peuvent être entourés, selon la direction parallèle aux axes de pivotement, par deux profilés d'une autre barre (2) ; cette nouvelle conception mécanique permet de limiter fortement la déformation du mécanisme déformable plan dû aux efforts de flexion lorsqu'il est soumis à une charge verticale importante à son extrémité distale, ainsi que de diminuer les longueurs des portées des liaisons pivot des barres proximales grâce à l'espacement important entre les deux portées de chacune des barres obtenu du fait de cette conception mécanique ; les phénomènes d'arc- boutement sont ainsi maîtrisés et les forces de réaction sur chacune des portées sont beaucoup plus faibles que dans l'art antérieur pour une charge utile équivalente;
- un bâti principal en forme de U, dont chacune des branches latérales reprend (directement ou indirectement) les efforts des axes de pivotements parallèles ; ceci assure une meilleure rigidité, ce qui permet de déplacer le bâti intermédiaire, ou directement l'interface mécanique, en obtenant beaucoup plus de précision pour l'extrémité distale, car à charge équivalente verticale sur l'extrémité distale, les déformations du bâti intermédiaire résultant des efforts de flexion sur la liaison glissière verticale sont moindres que dans un manipulateur selon l'art antérieur,
un bâti principal et au moins deux desdits actionneurs sont disposés sur ledit bâti principal ; on améliore ainsi la performance dynamique du manipulateur : lorsque le bâti principal supporte au moins deux actionneurs, le rapport « masse utile » sur « masse en mouvement » est beaucoup plus favorable que celui selon l'art antérieur ;
les zones atteignables par l'extrémité du bras (100) dans un plan de travail sont importantes comparés aux bras robotisés anthropomorphes usuels,
l'encombrement est réduit lorsque le bras (100) est replié,
la commande du dispositif est simple et le modèle géométrique inverse peut se résoudre analytiquement.
En particulier, ce dispositif est très avantageux pour la réalisation d'opérations de palettisation / dépalettisation, du fait que son espace de travail est étendu et qu'il peut se déployer dans des zones à espace libre réduit pour réaliser les tâches de prise et dépose.
En particulier, le bras est très avantageux pour la réalisation d'opérations de « pick and place » (désignation anglaise) devant être opérées à partir d'un robot mobile du fait du grand espace de travail, de sa maniabilité et de la faible consommation d'énergie.
Ce dispositif selon l'invention est également particulièrement adapté au déplacement dans un espace restreint d'un outil fixé à l'extrémité distale du bras (100), pour des interventions dans des contextes difficiles, par exemple avec une faible hauteur disponible et la nécessité d'un positionnement de l'outil de manière précise et reproductible sur une surface importante.
L'outil supporté par le bras (100) peut être une buse de pulvérisation pour des applications de peinture, une tête d'impression additive, ou un outil d'usinage ou d ' assemblage .
Exemples simplifiés
La figure 1 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention avec un bras articulé (100) en forme de pantographe limité à un quadrilatère déformable.
Le pantographe est constitué de quatre corps rigides ou « barres » (1 à 4) reliés par des articulations pivots (10 à 13) perpendiculaires audit plan défini par le pantographe, pour former un quadrilatère plan déformable.
Dans la présente description, « pantographe » désignera un ensemble articulé de barres définissant une succession de quadrilatères plans déformables ou un ensemble de quadrilatères déformables coplanaires consécutifs assemblés par des liaisons pivot d'axe perpendiculaire audit plan. Dans ce dernier cas, deux quadrilatères consécutifs possèdent un sommet commun et partagent deux barres communes pivotant par rapport à ce sommet commun.
On entendra par « proximale » la partie du bras (100) la plus proche du support (200) et par « distale » ou « terminale » la partie la plus éloignée, où se trouve l'interface mécanique (20) dont on commande le déplacement.
Les trois articulations pivot (11 à 13) sont passives et l'articulation pivot (10) est motorisée et intègre deux actionneurs commandant de manière indépendante le déplacement angulaire de chacune des barres proximales respectivement (1, 2). L'extrémité proximale du quadrilatère déformable se déplace en translation selon l'axe (7) perpendiculaire au plan permettant le positionnement de l'extrémité distale du quadrilatère déformable en hauteur, selon l'axe Z. Le bras (100) présente à son extrémité distale un moyen de préhension (20), par exemple une ventouse ou un outil.
Les deux barres proximales (1, 2) sont entraînées indépendamment en rotation par des actionneurs. Dans la présente description, « actionneur » désignera un dispositif assurant un déplacement, généralement angulaire de moins de 360°, commandé par un signal électrique transmis de manière filaire ou par radio-fréquence .
De manière non limitative, seront considérés comme actionneur au sens du présent brevet un moteur électrique rotatif ou linéaire, notamment de type électromagnétique, hydraulique, pneumatique, piézo-électrique , un actionneur électromagnétique, un motoréducteur .
Lorsque le quadrilatère forme un losange et lorsque les deux barres (1, 2) sont déplacées d'un même angle, en sens opposés, l'extrémité distale (20) se déplace sur une trajectoire rectiligne reliant les points d'intersection des axes (10) et (12) avec le plan horizontal ce qui permet de positionner le moyen de préhension (20) au-dessus de l'article à saisir.
Lorsque l'angle de déplacement d'une barre proximale
(1) diffère de l'angle de déplacement de l'autre barre proximale
(2), l'extrémité distale (20) se déplace selon un mouvement courbe avec une composante latérale.
Il est ainsi possible de balayer une surface de travail du moyen de préhension ou de l'outil en ajustant les angles des barres proximales (1, 2) dans un espace réduit et de faible hauteur.
La figure 2 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention où le pantographe comporte deux quadrilatères déformables (110, 120) adjacents, en l'occurrence des losanges, reliés par un pivot central (12) d'axe z. La chaîne cinématique est constituée de six barres (1 à 6) assemblées par des liaisons pivots d'axe z ; les barres (1, 2, 5, 6) sont de même longueur L ; les barres (3 et 4) communes aux deux quadrilatères déformables (110, 120) sont de longueur 2L.
L'ensemble se déforme suivant deux losanges identiques, la déformation étant contrôlée par commande mécanique des angles qi et q2 que font les barres (1) et (2) par rapport à l'axe longitudinal X du bâti principal.
Bien sûr, le nombre de motifs quadrilatères du pantographe peut être augmenté.
Dans une version alternative du mécanisme plan, le dépliement de la chaîne cinématique du pantographe peut être obtenu en associant un mécanisme de rotation sur l'axe (7) et un mécanisme de translation inséré entre deux points quelconques de la chaîne cinématique du pantographe judicieusement choisis par exemple par une commande de la distance entre les pivots (11, 13) obtenue par mécanisme de moteur et vis et système vis- écrou. Il est possible même de supprimer les deux barres proximales (1 et 2) ainsi qu'il sera détaillé dans une variante ultérieure .
Fonctionnement de l'invention
Le bras manipulateur robotisé est constitué d'une chaîne cinématique et d'un système de commande.
La chaîne cinématique assure deux fonctionnalités :
1) positionnement d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en translation notés xyz ;
2) orientation d'une interface mécanique suivant les 3 degrés de liberté de l'espace en rotation pour les objets lorsqu'un poignet motorisé supportant cette interface mécanique est ajouté à l'extrémité de la chaîne cinématique.
Par interface mécanique, on entend un outil, un poignet, un préhenseur ou un effecteur.
La première fonctionnalité est obtenue à l'aide des principes suivants : a) la translation suivant un axe z d'un mécanisme plan de type pantographe permettant de positionner en z l'extrémité distale de la chaîne cinématique
b) un mécanisme plan de type pantographe permettant de positionner dans le plan xy l'extrémité terminale grâce à la commande en rotation des deux premières barres 1 et 2 et une chaîne cinématique constituée de 4 barres dans sa version la plus simple, de 6 barres dans sa version usuelle et de 2N barres dans des versions plus élaborées.
Variante de réalisation
La figure 3 représente une variante de réalisation où les deux barres ( 1 , 2 ) sont commandées par deux moteurs (29,32) positionnés sur le même bâti (25). Ce bâti (25) est appelé bâti principal ou bâti fixe. Il peut être fixé au sol ou fixé sur un chariot ou robot mobile.
La hauteur du bras (100) est ajustée par une platine (26) actionnée par une tige filetée (27) entraînée par un premier motoréducteur (28) grâce à un mécanisme de vis-écrou. Du fait que la platine (26) coulisse librement sur l'arbre (30) et est contrainte par la tige filetée (27), son orientation dans le plan xy est constante et matérialise un axe longitudinal.
La première barre ( 1 ) est entraînée par un deuxième motoréducteur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30). Dans l'exemple décrit, cet arbre (30) est solidaire de la première barre ( 1 ) pour entraîner son déplacement angulaire par rapport au référentiel attaché au bâti (25). Le support du bras (100) peut coulisser le long de l'arbre (30) par liaison glissière mais ne peut pas subir de rotation relative par rapport à l'axe (30) du fait que la liaison mécanique est contrainte par une cannelure ou un dispositif clavette/rainure ou par l'emploi d'une section non circulaire pour l'arbre (30) ou tout autre dispositif équivalent. L'arbre (30) se prolonge jusqu'à la flasque alésée (40), assure le positionnement de l'extrémité de la platine (26), supporte la deuxième barre (2) et un ensemble d'arbres creux (41 à 42), libres de coulisser librement sur cet arbre ( 30 ) .
La deuxième barre (2) est entraînée angulairement par un troisième motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un deuxième arbre (31). Ce deuxième arbre (31) est solidaire en rotation de la barre (2) grâce à une série d'arbres creux (40 à 42) libres de coulisser axialement entre eux dans la limite d'un débattement axial maximal limité par un système de butées, les rotations relatives desdits arbres creux étant empêchées par des systèmes de clavettes/rainures, de cannelures, l'emploi de sections non circulaire ou autres dispositifs équivalents permettant une translation sans rotation. Le dernier arbre creux (42) est fixé sur la deuxième barre (2) par des vis ou autre dispositif mécanique équivalent. La somme des débattements axiaux cumulés des différents arbres creux est calculée pour que l'extrémité terminale (20) puisse se déplacer sur l'axe vertical suivant la distance voulue.
Variante de réalisation avec deux axes proximaux de rotation non coaxiaux
La figure 4 représente une vue schématique d'une variante alternative de la cinématique du bras robotisé selon l'invention où les axes proximaux d ' actionnement du mécanisme plan ne sont plus coaxiaux.
Le motoréducteur (29) entraîne en rotation l'arbre
(17). La barre (1) est solidaire en rotation de l'arbre (17) qui est un arbre cannelé ou rainuré.
Le motoréducteur (32) entraîne en rotation l'arbre
(18). La barre (2) est solidaire en rotation de l'arbre (18) qui est un arbre cannelé ou rainuré.
Le motoréducteur (28) entraîne en rotation l'arbre (7) par l'intermédiaire par exemple d'un système vis-écrou, provoquant un déplacement vertical de la platine (26). La platine (26) peut coulisser librement en translation par rapport aux arbres (17) et (18) sans être contrainte en rotation par rapport à ces deux arbres. Dans cette variante, la mise en œuvre mécanique est simplifiée et ne nécessite pas l'assemblage d'arbres creux. Cependant les modèles géométriques direct et inverse qui lie les coordonnées articulaires qi, q2, z et les coordonnées opérationnelles x, y, z du robot sont plus difficiles à obtenir, et l'espace de travail est réduit par rapport à la première variante.
Variante de réalisation comportant une transmission de couple sur l'un des bras par l'intermédiaire de pignons dentés
Les figures 5 et 6 représentent deux vues schématiques d'une seconde variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention comportant trois motoréducteurs (28, 29, 32) fixés sur le même bâti (25). Un bâti intermédiaire (23) est entraîné en translation suivant z grâce au motoréducteur (28) actionnant un système vis-écrou. Ce bâti intermédiaire (23) est également appelé bâti mobile. Les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant les barres proximales (1, 2) du pantographe sont situés sur deux axes différents, les deux liaisons pivot actives du pantographe restant bien coaxiales grâce au système de pignons (33,34) proposé. La barre proximale (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé (31), tandis que la barre proximale (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34). La barre proximale (2) coulisse librement en translation et rotation sur l'axe (31). Le pignon denté (34) coulisse librement en translation le long de l'arbre cannelé (30) tout en étant contraint en rotation par rapport à cet arbre. Le pignon denté (33) coulisse le long de l'arbre cannelé (31) sans être contraint en rotation par rapport à cet arbre ; le pignon (33) est solidaire de la barre proximale (2) par une fixation mécanique de type vis ou équivalent. L'entretoise (21) contraint le positionnement du pignon (34) à la même hauteur que le pignon (33) permettant une mise en contact permanente des dents. Le bâti intermédiaire (23) coulisse librement en translation et rotation sur les arbres (30) et (31) ; sa largeur intérieure permet d'assurer la cohérence du placement des éléments mécaniques (bras, pignons, entretoise...). L'arbre fileté (27) commandé par le motoréducteur (28) permet d'assurer le déplacement vertical de la platine par système vis- écrou .
La figure 7 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière et un moteur linéaire (24) solidaire du bâti fixe ( 25 ) .
La barre (1) est commandée par le motoréducteur (32) par l'intermédiaire d'un arbre cannelé (31), tandis que la barre (2) est commandée par le motoréducteur (29) par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (30) et de deux pignons dentés (33,34).
Variantes comportant un bâti intermédiaire commandé en
rotation à partir du bâti fixe
La figure 8 représente une vue schématique d'une quatrième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention où un bâti intermédiaire (35) se meut en rotation et les deux motoréducteurs (29) et (32) actionnant le pantographe sont situés sur le bâti principal (25).
Le motoréducteur (28) est solidaire du bâti intermédiaire (35) et permet par son arbre fileté associé (27) de contrôler la position suivant z de l'ensemble des barres (1) et (2) grâce à un système vis-écrou entre la barre (2) et l'arbre fileté (27). Les arbres (27) et (30) permettent de bloquer la rotation de la barre (2) par rapport au bâti intermédiaire (35) et l'orientation de la barre (2) est ainsi contrôlée par le motoréducteur (32) du fait que les arbres (30) et (31) sont coaxiaux. Les arbres (30) et (31) peuvent cependant dans certaines variantes ne pas être coaxiaux mais leurs axes restent parallèles .
Le motoréducteur (32) est fixé sur le bâti fixe (25) et assure le contrôle en orientation du bâti intermédiaire (35) grâce à la solidarisation de son arbre de sortie (31) au bâti (35).
Le motoréducteur (29) solidaire du bâti fixe (25) permet de contrôler l'orientation absolue de la barre (1) par le biais de l'arbre cannelé ou rainuré (30). Dans certaines variantes, ce motoréducteur (29) peut se trouver solidaire du bâti intermédiaire (35) permettant de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2).
La figure 9 présente une vue schématique d'une cinquième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Un premier actionneur (32) contrôle l'orientation d'un premier bâti intermédiaire (35) pivotant suivant l'axe z par rapport au bâti principal (25). Ce premier bâti intermédiaire (35) se meut en rotation, emportant un second bâti (23). Ce second bâti (23) se déplace en translation par rapport au premier bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire d'une liaison glissière par l'intermédiaire d'un moteur linéaire (24). Il emporte un motoréducteur (29) permettant de commander les orientations relatives des deux barres proximales (1,2) du pantographe .
Le motoréducteur (29) fixé sur le bâti (23) permet de contrôler l'orientation relative de la barre (1) par rapport à la barre (2) grâce à l'arbre (30) solidaire de la barre proximale (1), la barre proximale (2) étant fixe par rapport au bâti (23). Le motoréducteur (32) commande en rotation le bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31). Le déplacement en translation du bâti intermédiaire (23) peut aussi être commandé par un système de vis-écrou, arbre (27) et motoréducteur (28) selon le même principe que la figure 8. Selon une variante (non représentée) du mode de réalisation de cinquième variante, uniquement décrite pour ses différences avec ladite variante, il est prévu un mode de réalisation dans lequel le second actionneur (29) est fixé sur le premier bâti intermédiaire (35) ou sur le bâti principal (25).
D'une manière générale, le système vis-écrou proposé dans les variantes précédentes est intéressant d'un point de vue sécurité car en raison de l'irréversibilité du système vis- écrou, il évite de devoir mettre en place des freins mécaniques dans le cas où les moteurs ne seraient plus alimentés en énergie. Une telle éventualité se doit d'être considérée avec circonspection car le bras est destiné à emporter des charges importantes dont la chute pourrait constituer un risque pour les utilisateurs ou les produits à déplacer, ou le système mécanique lui-même .
Cependant, un autre système de translation de type vis à billes, ou moteur linéaire sur liaison glissière peut être mis en œuvre pour gérer la translation des bras suivant z.
La direction privilégiée d'installation de ce robot manipulateur est que la direction z corresponde à l'axe vertical.
Ainsi durant le déplacement de charges lourdes dans un mouvement horizontal, le motoréducteur (28) n'est pas sollicité et les motoréducteurs (29, 32) ne supportent que des couples faibles par rapport aux couples supportés par des robots de type anthropomorphe effectuant la même trajectoire. La consommation énergétique s'en trouve fortement réduite.
La structure mécanique est conçue pour supporter des efforts statiques et dynamiques importants générés lors des tâches de pose / dépose d'objets de masses élevées.
Les moments quadratiques des sections des barres (1, 2 ) sont calculés de manière à pouvoir supporter des charges importantes, en particulier la géométrie des bras telle que décrite schématiquement sur la figure 9 permet un dimensionnement optimal. Cette structure des barres (1, 2) utilise des composants standards formés par exemple par deux profilés reliés périodiquement par des entretoises et permet d'obtenir par assemblage une forte résistance à la flexion et à la torsion du mécanisme complet.
Variantes de réalisation comportant un bâti intermédiaire commandé en translation par rapport au bâti fixe
La figure 10 représente une vue schématique d'une sixième variante de réalisation du mécanisme d'entraînement du bras robotisé selon l'invention.
Les barres proximales du pantographe (1,2) sont articulées à partir d'un bâti intermédiaire (23).
Le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière (36) et un entrainement de type vis-écrou, un motoréducteur (32) fixé sur le bâti principal (25) permettant de commander la première barre proximale (1) du pantographe par l'intermédiaire de l'arbre cannelé (31), tandis qu'un second motoréducteur (29) embarqué sur le bâti intermédiaire (23) permet de contrôler la seconde barre (2) du pantographe par l'intermédiaire d'un arbre (30) grâce à un système d'engrenages (33) et (34).
L'arbre fileté (27) entraîné par le motoréducteur (28) assure un guidage en translation suivant z du bâti (23) par système vis-écrou.
Le système de pignons dentés (33) et (34) peut éventuellement être remplacé par des systèmes équivalents de type courroie, courroie crantée ou autre, destiné à transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres non coaxiaux. Selon une variante (non représentée) du mode de réalisation de la sixième variante, uniquement décrite pour ses différences avec ladite variante, il est prévu un mode de réalisation dans lequel le second actionneur (29) est fixé sur le bâti principal (25). La figure 11 représente une vue schématique d'une septième variante de réalisation du mécanisme d'entrainement du bras robotisé selon l'invention où le bâti intermédiaire (23) entraînant le pantographe suivant z se meut en translation grâce à une liaison glissière et un entrainement de type vis-écrou, via l'arbre fileté (27) et le motoréducteur (28). Deux motoréducteurs (29,32) fixés sur le bâti intermédiaire (23) permettent de commander l'orientation des deux bras proximaux du pantographe grâce aux arbres cannelés (30) et (31) dont les axes sont coaxiaux.
Le motoréducteur (29) commande l'orientation de la barre (1) grâce à l'arbre cannelé (30) tandis que le motoréducteur (32) commande l'orientation de la barre (2) grâce à l'arbre cannelé (31). La barre (1) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (31) tandis que la barre (2) se meut librement en rotation par rapport à l'arbre (30).
Il est aussi possible que les arbres de sortie des motoréducteurs ne soient pas coaxiaux et que la transmission du mouvement de rotation soit obtenue par l'intermédiaire d'un système de pignons dentés ou équivalent.
Dans cette variante, il est envisageable que la liaison glissière entraînant le bâti intermédiaire se fasse suivant une direction différente de z, par exemple parallèle au plan du pantographe. Une mobilité verticale peut aussi être ajoutée à l'extrémité distale.
Utilisation du bras robotique pour réaliser des travaux en milieu encombré
La figure 12 représente une vue schématique de la cinématique de l'invention lorsqu'un bras supplémentaire (51) est ajouté à l'extrémité distale, commandé par un motoréducteur (50) et supportant à son extrémité distale un moyen de préhension ou un outil ( 20 ) . Dans ce cas, la rotation de ce dernier segment permet de travailler dans des espaces très étroits et contraints aussi bien en hauteur qu'en largeur.
Dans le cas où le préhenseur ou l'outil est fixé directement sur le motoréducteur (50), l'extrémité terminale (ou l'objet saisi par le préhenseur fixé à l'extrémité ou l'outil) peut effectuer des mouvements qualifiés de Schôenflies dans la littérature, à savoir se déplacer en translation suivant xyz et en rotation autour de l'axe z. Les déplacements de Schônflies désignent les mouvements de corps rigides constitués par un mouvement linéaire dans un espace à trois dimensions plus une orientation autour d'un axe avec une direction fixe. Dans la manipulation robotique, il s'agit d'un mouvement adapté à des opérations nécessitant de déplacer un objet ou un outil d'un plan et de le placer avec une orientation différente sur un autre plan parallèle.
Parce que le manipulateur SCARA était l'un des premiers manipulateurs à fournir un mouvement similaire, on parle souvent de mouvement de type SCARA. Aujourd'hui, de nombreux manipulateurs robotiques, dont certains à architecture cinématique parallèle, sont utilisés dans l'industrie pour des applications allant de la fabrication de produits électroniques à l'industrie de la transformation et de l'emballage des aliments .
Cette version permet de disposer d'un robot manipulateur pouvant effectuer des tâches de pose / dépose, palettisation / dépalettisation avec une efficacité supérieure aux robots SCARA du marché.
Il est possible également d'ajouter trois liaisons mécaniques motorisées faisant office de poignet, à l'extrémité distale (20). Dans ce cas, le bras manipulateur peut placer un objet en maîtrisant les trois degrés de liberté en xyz et les trois degrés de liberté d'orientation. Autre variante de réalisation
Une autre variante de réalisation concerne un mécanisme se distinguant des variantes précédentes par le fait que les deux premières barres proximales sont supprimées et que l'ouverture du pantographe est commandée par maîtrise de la distance entre deux points de la chaîne cinématique restante.
Les figures 13 et 14 représentent une vue schématique de la cinématique de l'invention.
Le pantographe est tronqué des deux barres proximales (1, 2). Un actionneur commandant l'écartement entre les deux sommets proximaux du pantographe tronqué permet de maîtriser son ouverture.
Le motoréducteur (32) permet de contrôler l'orientation du premier bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire de l'arbre (31).
Une liaison glissière et un moteur linéaire (24) permettent de contrôler la translation en z du second bâti intermédiaire (23).
L'articulation pivot passive (13) de la barre (3) s'articule sur les arbres (57) et (58) fixés sur une noix (52) contrainte en translation par un premier arbre (59) et un deuxième ensemble mécanique constitué d'un arbre fileté avec pas à droite (55), un pignon denté (54) et un arbre fileté avec pas à gauche (56). La noix (52) coulisse librement sur l'arbre (59) tandis qu'elle possède un filetage interne permettant de faire une liaison de type vis-écrou avec l'arbre fileté (55).
Le même principe régit l'articulation de la liaison passive (11) de la barre (4) sur la noix (53).
Un motoréducteur (29) solidaire du bâti (23) permet de contrôler la rotation de l'ensemble mécanique (54 à 56) grâce aux pignons dentés (60,54). Le pignon denté (54) ne peut se mouvoir qu'en rotation et transmet ce mouvement de rotation aux deux arbres filetés (55) et (56), qui du fait de leur pas de vis inversés rapprochent ou écartent d'une longueur identique les articulations (11) et (13) des barres (3) et (4).
L'axe de l'arbre (31) traverse le pignon (54) en un point qui constitue le milieu, noté B, de la base du triangle isocèle formé par les projections des articulations (11 à 13).
L'angle entre la direction x et la droite (BA' ) est contrôlé par la rotation du motoréducteur (32) tandis que la distance BA' est contrôlée par la rotation du motoréducteur (29).

Claims

Revendications
1 — Système robotisé, comprenant un bras articulé caractérisé en ce que ledit bras articulé (100) présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres (1 à 4) reliées par des axes de pivotement parallèles (10 à 13) pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale (12) dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, ledit système comprenant en outre deux actionneurs entraînant la rotation de deux desdites barres (1 à 4), ledit système comprenant en outre un troisième actionneur commandant le déplacement dudit ensemble déformable en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement (10 à 13).
2 — Système robotisé selon la revendication 1, comportant un bâti principal et dans lequel au moins deux desdits actionneurs sont disposés sur ledit bâti principal.
3 — Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel le déplacement en translation est assurée par un système vis-écrou irréversible.
4 — Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel chacune des barres de la pluralité de barres (1 à 4) peut être constituée d'un assemblage de deux profilés reliés par une entretoise .
5 — Système robotisé selon la revendication précédente, dans lequel deux profilés d'une barre (1) sont entourés, selon la direction parallèle aux axes de pivotement, par deux profilés d'une autre barre (2).
6 — Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel le système comporte un bâti principal en forme de U, dont chacune des banches latérales reprend les efforts des axes de pivotements parallèles.
7 — Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ledit bras articulé (100) présente un ensemble déformable constitué d'une pluralité de barres (1 à 4) reliées par des axes de pivotement parallèles (10 à 13) pour former au moins une structure déformable, l'extrémité distale (12) dudit ensemble déformable supportant une interface mécanique, l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constitué de deux barres proximales (1, 2) dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs, ladite extrémité proximale pouvant se mouvoir en translation selon une direction parallèle auxdits axes de pivotement (10 à 13) grâce à un troisième actionneur .
8 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble déformable (100) est constitué par au moins deux quadrilatères déformables consécutifs partageant des barres ( 3 , 4 ) communes .
9 - Système robotisé selon la revendication 1 dans lequel ledit ensemble déformable (100) est constitué par deux losanges déformables partageant des barres communes, reliés par un pivot central (12) et constitués de six barres (1 à 6) assemblées par des liaisons pivot d'axe z perpendiculaire au plan défini par lesdites barres (1 à 6).
10 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble déformable est constitué d'un assemblage de N losanges déformables partageant des barres communes,, reliés par des pivots centraux et constitués de 2N+2 barres assemblées par des liaisons pivot d'axe z. 11 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel lesdites barres proximales (1, 2) sont actionnées par trois actionneurs tous situés sur un bâti principal.
12 - Système robotisé selon la revendication 1, comprenant au moins un bâti intermédiaire et dans lequel lesdites barres proximales (1, 2) sont commandées par des actionneurs tous situés sur un bâti principal.
13 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel la hauteur du bras robotisé selon l'axe Z perpendiculaire au plan dudit ensemble déformable est ajustée par une platine (26) actionnée par une tige filetée (27) entraînée par un premier actionneur (28).
14 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel ladite première barre proximale (1) est entraînée par un actionneur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30) et ladite deuxième barre proximale (2) est entraînée angulairement par un autre actionneur (32) par l'intermédiaire d'une série d'arbres creux (40 à 42) pouvant coulisser librement les uns par rapport aux autres.
15 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel que ladite première barre proximale (1) est entraînée par un actionneur (29) par l'intermédiaire d'un arbre (30) et ladite deuxième barre proximale (2) est entraînée angulairement par un autre actionneur (32) par l'intermédiaire d'un deuxième arbre (31) et d'un système de pignons dentés coulissants (33) et (34) ou de courroies dentées coulissantes.
16 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel un premier actionneur (32) est fixé sur le bâti principal (25) et assure le contrôle de l'orientation d'un bâti intermédiaire (35) par l'intermédiaire d'un arbre (31), et par voie de conséquence assure le contrôle en orientation de la barre proximale (2), un second actionneur (29) fixé sur le bâti principal (25) ou sur le bâti intermédiaire (35) contrôlant l'orientation de la barre proximale (1) par le biais d'un arbre (30).
17 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel un premier actionneur (32) est fixé sur le bâti principal (25) et assure le contrôle de l'orientation d'un premier bâti intermédiaire (35), une liaison glissière placée sur le premier bâti intermédiaire (35) assurant le placement suivant un axe z, perpendiculaire au plan défini par ledit ensemble déformable (100), d'un second bâti intermédiaire (23) supportant l'extrémité proximale dudit ensemble déformable (100), un troisième actionneur (29) fixé sur le second bâti intermédiaire (23) ou sur le premier bâti intermédiaire (35) ou sur le bâti principal (25) contrôlant l'orientation de la barre proximale (1) par le biais d'un arbre (30), la barre proximale (2) restant fixe par rapport au second bâti intermédiaire (23).
18 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel les barres proximales (1, 2) dudit ensemble déformable sont assemblées sur un bâti intermédiaire (23) contrôlé en translation grâce à une liaison glissière (36) et un premier actionneur (28), les orientations desdites barres proximales étant contrôlées par deux actionneurs (29) et (32) fixés sur le bâti principal ou sur le bâti intermédiaire (23).
19 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel que ledit ensemble déformable est formé de barres (3 à 6) reliées par des axes de pivotement (11 à 16), la distance relative entre les articulations proximales (11,13) dudit ensemble déformable étant contrôlée par un actionneur, l'orientation dudit ensemble déformable dans un plan perpendiculaire auxdits axes de pivotement (11 à 16) étant dépendante d'un bâti intermédiaire (35) dont l'orientation est contrôlée par un actionneur.
20 - Système robotisé, selon la revendication 1, dans lequel lesdites barres articulées présentent un ensemble déformable formé de barres reliées par des axes de pivotement, l'extrémité distale dudit ensemble déformable supportant un organe de préhension ou un outil (20), l'extrémité proximale dudit ensemble déformable étant constituée de deux barres ( 1 ) et (2) dont les axes proximaux de rotation (17) et (18) sont parallèles et ne sont pas coïncidents et dont les positions angulaires sont commandées par deux actionneurs.
21 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un actionneur et une liaison pivot suivant un axe z et supportant un moyen de préhension ou un outil.
22 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un poignet comprenant au moins une articulation motorisée, et supportant un moyen de préhension ou un outil .
23 - Système robotisé selon la revendication 1, dans lequel l'extrémité distale (20) du bras robotisé comporte un actionneur permettant de contrôler l'orientation d'un bras supplémentaire (51) articulé suivant un axe z et supportant une interface mécanique.
24 - Système robotisé selon la revendication 1, comportant un bâti principal assemblé sur un chariot ou un robot mobile .
25 - Système robotisé selon la revendication 1, comportant un bâti principal fixé au sol.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112894878A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 重庆文理学院 高速重载机械臂
CN112894877A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 重庆文理学院 自锁式高负载机械臂

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6171993A (ja) * 1985-08-30 1986-04-12 ぺんてる株式会社 パンタグラフ型アームロボツトの作業軸姿勢保持装置
JPS6294286A (ja) * 1986-08-29 1987-04-30 ぺんてる株式会社 ダイレクトドライブモ−タ−を用いた関節型ロボット
JPS62150087U (fr) * 1986-03-14 1987-09-22
EP0658403A1 (fr) * 1993-12-17 1995-06-21 COMAU S.p.A. Robot industriel, en particulier pour le transfert de pièces d'une presse à une autre dans une ligne de presses
JPH08257973A (ja) * 1995-03-22 1996-10-08 Sumitomo Heavy Ind Ltd 双腕伸縮ロボット
JP2003231076A (ja) * 2002-02-08 2003-08-19 Jel:Kk 搬送アーム
JP2004296794A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Hitachi Kiden Kogyo Ltd 移載機
CN106112952A (zh) 2016-06-27 2016-11-16 北京工业大学 双臂装机搬运机器人

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62251090A (ja) * 1986-04-21 1987-10-31 株式会社東芝 産業用ロボツト
JP2659998B2 (ja) * 1988-06-08 1997-09-30 工業技術院長 リニアアクチュエータ
JP2001108051A (ja) * 1999-10-07 2001-04-20 Amada Co Ltd 低まさつ台形ねじ組立体
JP2012109536A (ja) * 2010-10-28 2012-06-07 Canon Anelva Corp 基板搬送装置、電子デバイスの製造システムおよび電子デバイスの製造方法
CN103552059B (zh) * 2013-10-28 2016-02-17 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种面向拾放操作的四自由度大工作空间并联机器人机构
CN104260083A (zh) * 2014-10-09 2015-01-07 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 一种五自由度平面关节机器人机构
CN104626114B (zh) * 2015-01-21 2016-05-18 安徽工业大学 一种多自由度可拆卸轻型分拣机器人
CN104626113A (zh) * 2015-01-21 2015-05-20 安徽工业大学 一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人
CN105437215A (zh) * 2015-12-21 2016-03-30 单家正 一种平面并联机器人
US10788264B2 (en) * 2016-04-12 2020-09-29 Vanrx Pharmasystems, Inc. Method and apparatus for loading a lyophilization system
CN107378933A (zh) * 2016-05-17 2017-11-24 王柏麟 四边形双臂驱动式机械手
WO2018086748A2 (fr) 2016-11-14 2018-05-17 Kuka Roboter Gmbh Bras robotisé, robot mobile et système logistique
CN107717959B (zh) * 2017-11-07 2020-08-14 大连理工大学 一种部分解耦的scara高速并联机械手

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6171993A (ja) * 1985-08-30 1986-04-12 ぺんてる株式会社 パンタグラフ型アームロボツトの作業軸姿勢保持装置
JPS62150087U (fr) * 1986-03-14 1987-09-22
JPS6294286A (ja) * 1986-08-29 1987-04-30 ぺんてる株式会社 ダイレクトドライブモ−タ−を用いた関節型ロボット
EP0658403A1 (fr) * 1993-12-17 1995-06-21 COMAU S.p.A. Robot industriel, en particulier pour le transfert de pièces d'une presse à une autre dans une ligne de presses
JPH08257973A (ja) * 1995-03-22 1996-10-08 Sumitomo Heavy Ind Ltd 双腕伸縮ロボット
JP2003231076A (ja) * 2002-02-08 2003-08-19 Jel:Kk 搬送アーム
JP2004296794A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Hitachi Kiden Kogyo Ltd 移載機
CN106112952A (zh) 2016-06-27 2016-11-16 北京工业大学 双臂装机搬运机器人

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112894878A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 重庆文理学院 高速重载机械臂
CN112894877A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 重庆文理学院 自锁式高负载机械臂
CN112894878B (zh) * 2021-01-19 2024-01-30 重庆文理学院 高速重载机械臂
CN112894877B (zh) * 2021-01-19 2024-01-30 重庆文理学院 自锁式高负载机械臂

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