WO2022228823A1 - Dispositif de positionnement de type robot à câbles - Google Patents

Dispositif de positionnement de type robot à câbles Download PDF

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WO2022228823A1
WO2022228823A1 PCT/EP2022/058635 EP2022058635W WO2022228823A1 WO 2022228823 A1 WO2022228823 A1 WO 2022228823A1 EP 2022058635 W EP2022058635 W EP 2022058635W WO 2022228823 A1 WO2022228823 A1 WO 2022228823A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
platform
positioning device
cables
cable
mobile
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/058635
Other languages
English (en)
Inventor
Gabriel Abba
Jean-François ANTOINE
Atal Anil KUMAR
Original Assignee
Universite De Lorraine
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0078—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics actuated by cables

Definitions

  • the present invention relates to the field of positioning devices of the cable robot type.
  • Cable robots consist of a mobile platform connected to its environment by cables at anchor points on the platform side and on the environment side.
  • Positioning devices are known in particular comprising a platform suspended along a work surface and controlled using a limited number of cables, in particular four cables, each cable having a first anchor point, on the environment side. , with a winding system, and a second anchor point, platform side, fixed to said platform.
  • Such devices are only used to move the platform along a work surface, not in a three-dimensional work volume.
  • Devices for positioning platforms suspended by gravity and movable in three-dimensional spaces according to 6 degrees of freedom by means of at least 6 cables are also known.
  • the cables can in particular be parallel two by two, or distributed in the diagonals for example.
  • a large number of cables is in this case necessary in order to control the movements of the platform according to 6 degrees of freedom.
  • Some of these cables are necessary to manage the movement of the platform, and some others are intended to manage the balance of the platform, that is to say its orientation with respect to the ground.
  • the present invention proposes a positioning device of the cable robot type comprising a mobile suspended platform in a volume (V) defined by a reference mark R 0 (x, y, z), said platform being mobile in the directions ( x, y, z) and being connected to its environment by N cables with N greater than or equal to 3, said cables being fixed on the one hand at the level of anchor points on the platform side and on the other hand at the level of points d anchoring on the environment side, the positioning device comprising for each cable a fixed actuator positioned between one of the ends of the cable and the adjacent anchoring point and making it possible to control the length of the given cable, the said platform comprising for each cable a mobile actuator allowing to check the position of the anchor point on the platform side with respect to said platform.
  • the presence of at least three cables is required to control the mobility of the platform, in particular according to at least three degrees of freedom, namely, at least in translation according to x, y and z.
  • the mobile actuators controlling the position of the anchor point on the platform side make it possible to manage the balance of the platform, i.e. its orientation with respect to the plane (x, y) assimilated to the ground. Said mobile actuators therefore make it possible to increase the number of degrees of freedom of the platform without adding cables.
  • the positioning device according to the present invention makes it possible on the one hand to obtain finer mobility than existing systems for the same number of cables, and on the other hand to obtain mobility equivalent to existing systems for a fewer cables.
  • the invention may also include any of the following features, taken individually or in any technically possible combination:
  • the platform defines a reference R p (x P , y P , z P ), said platform-side anchor points being movable in said reference R p (x P , y P , z P ) according to at least one of directions ,
  • the fixed actuator includes a translation device
  • the fixed actuator includes a winding device
  • the winding device includes a winding guide ("synchronous player")
  • the mobile actuators comprise translation means, in particular cylinders or endless screws,
  • the mobile actuators comprise means of rotation, in particular rotary arms,
  • the mobile actuators include a cable outlet guide means
  • the mobile actuators are positioned on the surface of the platform
  • the mobile actuators are positioned outside the surface of the platform ,
  • the mobile actuators are positioned partly on the surface of the platform and partly outside the surface of the platform,
  • the platform comprises a lower base and an upper base
  • the mobile actuators connect the lower base and the upper base of the platform
  • the cables are made of steel
  • the cables are made of polymer materials
  • the present invention relates to a positioning device 1 of the cable robot type.
  • the positioning device 1 comprising a platform 10 suspended mobile in a volume (V) defined by a reference R 0 (x, y, z), the platform 10 being mobile in the directions (x, y, z) .
  • the platform 10 is able to move in the volume (V), along each of the x, y and z axes of R 0 .
  • the volume (V) corresponds to the direct environment of the platform 10. This environment can in particular correspond to a workshop, the plane (x, y) of the volume (V) then being able to be likened to the floor of the workshop.
  • the platform 10 is connected to the volume (V) by N cables 20.
  • the number N of cables 20 is greater than or equal to 3, so as to make it possible to control the mobility of the platform 10 according to at least three degrees of freedom, namely , at least in translation along x, y and z.
  • the cables 20 arranged above the platform 10 are, at least partially, tensioned by the weight of the platform under the effect of gravity.
  • gravity applies to the platform 10 a force F along the z axis and in the direction of the ground.
  • the cables 20 are fixed on the one hand at the level of anchor points on the platform side 21 and on the other hand at the level of anchor points on the environment side 22.
  • the positioning device 1 comprises for each cable 20 a fixed actuator 31 positioned between one end of the cable 20 and the anchor point 21, 22 adjacent and allowing to control the length of the cable 20 given.
  • the fixed actuator 31 makes it possible to control the length of the cable 20 between the platform-side anchor point 21 and the environment-side anchor point 22.
  • the platform 10 For each cable 20, the platform 10 comprises a mobile actuator 11 making it possible to control the position of the anchor point on the platform 21 side with respect to said platform 10.
  • the coordinates of point 1, fixed on the mobile platform, are given by (x1, y1, z1).
  • the coordinates of point 2, the end point of the tilted actuator, are given by (x2, y2, z2).
  • R represents the length of the actuator that the attachment point of a given cable can pass through.
  • d1-4 is the distance from the moving point on the actuator (compared to the fixed point) to be calculated so that the moving platform is in static equilibrium.
  • x2 x1 + R*cos( ⁇ 1)
  • y2 y1 + R*cos( ⁇ 2)
  • z2 z1 + R*cos( ⁇ 3)
  • ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 represents the angle between R and the x-axis, y-axis and z-axis respectively.
  • angle between the actuator and the x, y and z axes may vary depending on the embodiment of the present invention.
  • r 1-4 A value between 0-1 which is then used to calculate the distance on the tilted actuator that the attachment point should move. For example, for cable 1, the parameter is r1. The location of the moving point is then given as follows:
  • the four cable forces (F 1-4 ) are defined such that Fmin ⁇ F1-4 ⁇ Fmax, where Fmin and Fmax are the minimum and maximum values of the cable forces for the study.
  • the platform orientation angles ⁇ , ⁇ , ⁇ such that: ⁇ min ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ max; ⁇ min ⁇ ⁇ ⁇ max; ⁇ min ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ max.
  • the distance d1 and the corresponding coordinates can be calculated as follows.
  • R is the total length of the actuator
  • ⁇ 1x, ⁇ 1y, ⁇ 1z are the angles between the actuator and the x, y and z axes respectively.
  • the angle between the actuator and the x, y and z axes may vary depending on the embodiment of the present invention.
  • the positioning device 1 it is particularly important to ensure a good balance of the platform 10. Indeed, when equipment or people are on the platform 10, the latter must be substantially horizontal, that is to say parallel to the plane (x, y) of the volume (V), in order to avoid any risk of falling. Moreover, depending on the tools, the merchandise or the people on the platform, the center of gravity of the platform 10 can be modified. The mobile actuators 11 then make it possible to modify the center of gravity of the platform and therefore to control the balance of the platform 10 according to its load.
  • the positioning device 1 according to the invention thus makes it possible to adapt to the use of the platform 10 and to obtain finer mobility than existing systems for the same number of cables.
  • the shape and type of fixed actuators 31 according to the positioning device 1 of the present invention are in no way limited to the examples presented below. Indeed, any means making it possible to control the length of the cable 20 between the two anchor points 21, 22 can be suitable for forming a fixed actuator 31 according to the present invention.
  • the fixed actuator 31 can thus have different shapes and cause different movements of the cable 20.
  • the fixed actuator 31 comprises a translation device.
  • One end of the cable can then follow a translational movement under the action of the translation device of the fixed actuator, in order to control the length of the cable 20 between the platform side anchor point 21 and the anchor point environment side 22.
  • the fixed actuator 31 comprises a winding device 32.
  • winding device 32 is meant a winch-type device making it possible to control the winding and unwinding of a cable.
  • the fixed actuator 31 illustrated in Figures 1 to 4 includes a winding device 32.
  • the fixed actuator 31 comprises a winding guide 33 positioned between the winding device 32 and the anchor point 21, 22 adjacent.
  • the winding guide 33 performs a translational movement parallel to the axis of rotation of the winding device 32, such as a screw/nut system, and makes it possible to deposit the cable 20 at the location of the winding device 32 where it must roll up. This makes it possible not to have any problem of winding of the cable 20, slippage or overlapping.
  • the fixed actuator 31 is on the environment side.
  • the fixed actuator 31 can be fixed in an upper corner of the volume (V), for example at the level of the ceiling of a workshop.
  • This configuration has the advantage of limiting the weight of the platform 10 which will then be able to support more equipment or people.
  • the fixed actuator 31 is on the platform 10 side.
  • the fixed actuator 31 can be fixed at the level of the platform 10.
  • the fixed actuator 31 can be fixed to the surface of the platform 10.
  • the fixed actuator 31 can be housed in the platform 10 so as to maximize the upper surface available for receiving goods or people.
  • the platform 10 can have different shapes depending on the use of the positioning device 1 and the needs of the user.
  • the platform 10 can in particular have the shape of a parallelepiped.
  • the platform 10 defines a reference R p (x P , y P , z P ).
  • the platform side anchor points 21 are movable in said reference R p (x P , y P , z P ) in at least one of the directions .
  • the anchor points on the platform side 21 are movable in said reference R p (x P , y P , z P ) in several of the directions .
  • the shape and type of mobile actuators 11 according to the positioning device 1 of the present invention is in no way limited to the examples presented below. Indeed, any means making it possible to move an anchor point on the platform side 21 with respect to the platform 10 may be suitable for forming a mobile actuator 11 according to the present invention.
  • the mobile actuators 11 are configured so as to allow movement of the anchor points on the platform side 21 in all directions. either simultaneously or separately.
  • the different degrees of freedom of the mobile actuator 11 are represented by bold arrows on the .
  • This type of mobile actuator 11 having numerous degrees of freedom can in particular be of the robotic arm type.
  • the type of displacement of the platform-side anchor points 21 in the reference R p depends on the type of mobile actuator 11. Indeed, depending on the type of mobile actuator 11, the platform-side anchor point 21 may be mobile in different directions.
  • the mobile actuators 11 comprise translation means 12.
  • translation means 12 is meant any means making it possible to move the anchor point on the platform side 21 by performing a rectilinear movement.
  • such translation means 12 can in particular be cylinders or endless screws.
  • the mobile actuators 11 perform a displacement of the anchor point on the platform side 21 by carrying out a linear stroke in the plane (x P , y P ) according to a pre-established orientation.
  • the orientation of the direction of movement in translation of the anchor point can be optimized according to the applications and the load expected when using the robot. It is also possible that the orientation of the translation means 12 with respect to the platform 10 can be controlled simultaneously with the linear travel of the anchor point 21. The platform side anchor point 21 will then have two degrees of freedom with respect to to the platform.
  • the mobile actuators 11 comprise means of rotation 13.
  • rotation 13 is meant any means making it possible to move the anchor point on the platform side 21 by performing a circular movement.
  • rotation means 13 can in particular be rotary arms.
  • a mobile actuator 11 has the form of a rotary arm and that the platform-side anchor point 21 positioned on said rotary arm is movable in translation along said arm. Such a mobile actuator 11 then comprises both rotation means 13 and translation means 12.
  • the mobile actuators 11 comprise a cable outlet guide means 14.
  • a cable outlet means 14 is advantageously located at the level of the platform side anchor point 21.
  • the orientation of the cable 20 at the output of the mobile actuator 11 can vary.
  • Such a cable outlet means allows the cable 20 to adopt all orientations while limiting the risk of the cable jamming.
  • such cable outlet means 14 may in particular be pulleys mounted to move in rotation around the axis z p , or possibly an O-ring made of sufficiently resistant material.
  • the movable actuators 11 are positioned on the surface of the platform 10.
  • the platform-side anchor points 21 are movable between a plurality of positions on the surface of the platform 10.
  • the movable actuators 11 are positioned outside the surface of the platform 10.
  • the platform-side anchor points 21 are movable between a plurality of positions outside the surface of the platform 10.
  • the movable actuators 11 are positioned partly on the surface of the platform 10 and partly outside the surface of the platform 10.
  • the platform-side anchor points 21 are movable between a plurality of positions for some on the surface of the platform 10 and for others outside the surface of the platform.
  • This configuration also corresponds to the embodiment shown in wherein the movable actuators 11 include rotation means 13.
  • the platform 10 has a flat surface. All of the mobile actuators 11 are therefore in the same plane (x p , y p ). However, as mentioned above, the platform 10 is not necessarily a parallelepiped but can have different shapes depending on the use of the positioning device 1 and the needs of the user. Thus, it is entirely possible that the various mobile actuators 11 are not in the same plane.
  • the platform 10 comprises a lower base 15 and an upper base 16. This configuration can in particular make it possible to increase the surface available for receiving goods or people.
  • the mobile actuators 11 connect the lower base 15 and the upper base 16 of the platform 10 according to this configuration.
  • the movement of the anchor points on the platform side 21 here comprises a component along the z p axis.
  • the cables 20 of the positioning device 1 according to the invention must have sufficient strength to support the weight of the platform 10 as well as of the goods or people intended to take place on said platform 10.
  • the cables 20 are made of steel.
  • the cables 20 can also be made of polymer materials or any other material suitable for this type of use.
  • the presence of at least three cables 20 is required to control the mobility of the platform 10, in particular according to at least three degrees of freedom, namely, at least in translation along x, y and z.
  • the number of cables 20 will partly determine the number of degrees of freedom of the platform 10.
  • the number N of cables 20 may vary depending on the use of the platform 10 and the environment in which it is located.
  • a configuration of the positioning device 1 with a specific number of cables 20, as described below, is compatible with all the embodiments presented above.
  • the number N of cables 20 of the positioning device 1 according to the present invention is less than 6.
  • the platform 10 can only be connected to the volume (V) by 5 maximum cables.
  • This limited number of cables makes it possible to limit the weight of the device and to facilitate its installation.
  • the positioning device 1 according to the invention makes it possible to move a suspended platform 10 in three-dimensional spaces according to 6 degrees of freedom using a number of cables less than 6. , this improved mobility being enabled in particular by the presence of mobile actuators 11 controlling the position of the platform-side anchor point 21.
  • the number N of cables 20 of the positioning device 1 according to the present invention is equal to 4.
  • the examples of positioning device 1 represented in FIGS. 1 to 9 each have 4 cables 20.
  • the present invention is not not limited to a positioning device 1 having 4 cables.
  • the number N of cables 20 of the positioning device 1 according to the present invention is equal to 3. This even smaller number of cables makes it possible to further limit the weight of the device and to facilitate advantage of its installation.

Abstract

Dispositif de positionnement de type robot à câbles comprenant une plateforme suspendue mobile dans un volume (V) définit par un repère R0 (x, y, z), la plateforme étant mobile selon les directions (x, y, z), ladite plateforme étant mobile selon les directions (x, y, z) et étant reliée au volume (V) par N câbles avec N supérieur ou égal à 3, lesdits câbles étant fixés d'une part au niveau de points d'ancrage coté plateforme et d'autre part au niveau de points d'ancrage coté environnement, le dispositif de positionnement comprenant pour chaque câble un actionneur fixe positionné entre un des bouts du câble et le point d'ancrage adjacent et permettant de contrôler la longueur d'un câble donné, ladite plateforme comprenant pour chaque câble un actionneur mobile permettant de contrôler la position du point d'ancrage coté plateforme par rapport à ladite plateforme.

Description

Dispositif de positionnement de type robot à câbles
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de positionnement de type robots à câble.
Il est connu des robots à câbles constitués d’une plateforme mobile reliée à son environnement par des câbles au niveau de points d’ancrage côté plateforme et côté environnement. Il est connu notamment des dispositifs de positionnement comprenant une plateforme suspendue le long d’une surface de travail et contrôlée à l’aide d’un nombre limité de câbles, notamment quatre câbles, chaque câble ayant un premier point d’ancrage, côté environnement, avec un système d’enroulement, et un deuxième point d’ancrage, côté plateforme, fixé à ladite plateforme. Cependant, de tels dispositifs ne sont utilisés que pour déplacer la plateforme le long d’une surface de travail, et non pas dans un volume de travail en trois dimensions. Il existe en effet un besoin d’un dispositif de positionnement d’une plateforme mobile dans un volume. Ceci est notamment utile pour déplacer une plateforme dans un atelier encombré au sol.
Il est connu également des dispositifs de positionnement de plateformes suspendues par gravité et déplaçables dans des espaces en trois dimensions selon 6 degrés de liberté au moyen d’au moins 6 câbles. Les câbles peuvent notamment être parallèles deux à deux, ou bien répartis dans les diagonales par exemple. Un grand nombre de câbles est dans ce cas nécessaire afin de contrôler les déplacements de la plateforme selon 6 degrés de liberté. Certains de ces câbles sont nécessaires pour gérer le déplacement de plateforme, et certains autres sont destinés à gérer l’équilibre de la plateforme, c’est-à-dire son orientation par rapport au sol. Plus la plateforme est mobile selon un grand nombre de degrés de liberté, plus le nombre de câbles est important. Ce grand nombre de câble implique un grand nombre d’enrouleurs et une installation pouvant être sensiblement lourde et complexe.
Il existe donc un besoin d’une plateforme suspendue à la mobilité améliorée, déplaçable notamment dans des espaces en trois dimensions selon 6 degrés de liberté, à l’aide d’un nombre limité de câbles.
A cette fin, la présente invention propose un dispositif de positionnement de type robot à câbles comprenant une plateforme suspendue mobile dans un volume (V) définit par un repère R0 (x, y, z), ladite plateforme étant mobile selon les directions (x, y, z) et étant reliée à son environnement par N câbles avec N supérieur ou égal à 3, lesdits câbles étant fixés d’une part au niveau de points d’ancrage coté plateforme et d’autre part au niveau de points d’ancrage coté environnement, le dispositif de positionnement comprenant pour chaque câble un actionneur fixe positionné entre un des bouts du câble et le point d’ancrage adjacent et permettant de contrôler la longueur du câble donné, ladite plateforme comprenant pour chaque câble un actionneur mobile permettant de contrôler la position du point d’ancrage coté plateforme par rapport à ladite plateforme.
La présence d’au moins trois câbles est requise pour contrôler la mobilité de la plateforme, notamment selon au moins trois degrés de liberté, à savoir, au moins en translation selon x, y et z. Les actionneurs mobiles contrôlant la position du point d’ancrage coté plateforme permettent quant à eux de gérer l’équilibre de la plateforme, c’est-à-dire son orientation par rapport au plan (x, y) assimilé au sol. Lesdits actionneurs mobiles permettent donc d’augmenter le nombre de degrés de liberté de la plateforme sans ajouter de câbles. Ainsi, le dispositif de positionnement selon la présente invention permet d’une part d’obtenir une mobilité plus fine que des systèmes existants pour un même nombre de câbles, et d’autre part d’obtenir une mobilité équivalente à des systèmes existants pour un nombre inférieur de câbles.
L’invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toute combinaison techniquement possible :
- la plateforme définit un repère Rp (xP, yP, zP), lesdits points d’ancrage côté plateforme étant mobiles dans ledit repère Rp (xP, yP, zP) selon au moins l’une des directions
Figure pctxmlib-appb-M000001
,
- l’actionneur fixe comprend un dispositif de translation,
- l’actionneur fixe comprend un dispositif d’enroulement,
- le dispositif d’enroulement comprend un guide d’enroulement (« baladeur synchrone »)
- l’actionneur fixe est côté environnement,
- l’actionneur fixe est côté plateforme,
- les actionneurs mobiles comprennent des moyens de translation, notamment des vérins ou des vis sans fin,
- les actionneurs mobiles comprennent des moyens de rotation, notamment des bras rotatifs,
- les actionneurs mobiles comprennent un moyen de guidage de sortie de câble,
- les actionneurs mobiles sont positionnés sur la surface de la plateforme,
- les actionneurs mobiles sont positionnés en dehors de la surface de la plateforme,
- les actionneurs mobiles sont positionnés en partie sur la surface de la plateforme et en partie en dehors de la surface de la plateforme,
- la plateforme comprend une base inférieure et une base supérieure,
- les actionneurs mobiles relient la base inférieure et la base supérieure de la plateforme,
- les câbles sont en acier,
- les câbles sont en matériaux polymère,
- le nombre de câbles N est inférieur à 6,
- le nombre de câbles N est égal à 3,
- le nombre de câbles N est égal à 4.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue en perspective d’un dispositif de positionnement selon l’invention,
la est une vue en perspective d’un autre dispositif de positionnement selon l’invention,
la illustre de façon schématique un actionneur fixe d’un dispositif de positionnement selon l’invention,
la illustre de façon schématique une partie d’un dispositif de positionnement selon l’invention,
la est une vue du dessus d’un dispositif de positionnement selon un mode de réalisation de l’invention,
la est une vue du dessus d’un dispositif de positionnement selon un autre mode de réalisation de l’invention,
la est une vue du dessus d’un dispositif de positionnement selon un autre mode de réalisation de l’invention,
la est une vue du dessus d’un dispositif de positionnement selon un autre mode de réalisation de l’invention,
la est une vue en perspective d’un dispositif de positionnement selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Comme illustré à la , la présente invention concerne un dispositif de positionnement 1 de type robot à câbles. Le dispositif de positionnement 1 selon l’invention comprenant une plateforme 10 suspendue mobile dans un volume (V) définit par un repère R0 (x, y, z), la plateforme 10 étant mobile selon les directions (x, y, z). Ainsi, la plateforme 10 est capable de se déplacer dans le volume (V), le long de chacun des axes x, y et z de R0. Le volume (V) correspond à l’environnement direct de la plateforme 10. Cet environnement peut notamment correspondre à un atelier, le plan (x, y) du volume (V) pouvant alors être assimilé au sol de l’atelier.
La plateforme 10 est reliée au volume (V) par N câbles 20. Le nombre N de câbles 20 est supérieur ou égal à 3, de sorte à permettre de contrôler la mobilité de la plateforme 10 selon au moins trois degrés de liberté, à savoir, au moins en translation selon x, y et z.
Par suspendue, on entend que les câbles 20 disposés au-dessus de la plateforme 10 sont, au moins partiellement, mis en tension par le poids de la plateforme sous l’effet de la gravité. En d’autres termes, la gravité applique sur la plateforme 10 une force F le long de l’axe z et en direction du sol.
Les câbles 20 sont fixés d’une part au niveau de points d’ancrage coté plateforme 21 et d’autre part au niveau de points d’ancrage coté environnement 22. Le dispositif de positionnement 1 comprend pour chaque câble 20 un actionneur fixe 31 positionné entre un des bouts du câble 20 et le point d’ancrage 21, 22 adjacent et permettant de contrôler la longueur du câble 20 donné. En d’autres termes, l’actionneur fixe 31 permet de contrôler la longueur du câble 20 entre le point d’ancrage côté plateforme 21 et le point d’ancrage côté environnement 22.
Pour chaque câble 20, la plateforme 10 comprend un actionneur mobile 11 permettant de contrôler la position du point d’ancrage coté plateforme 21 par rapport à ladite plateforme 10.
Le principe fondamental de la dynamique permet de déduire l’équation d’équilibre de la plateforme 10 dans le cas où l’on a N câbles de liaison et le champ de gravité terrestre dans la direction z. Les équations d’équilibre statique présentées ci-après sont données à titre d’illustration et ne sauraient nullement être interprétées comme limitatives.
Dans le cas de la présente invention, la seule accélération étant g, correspondant à la pesanteur se manifestant par le poids, les équations d’équilibre statique sont celles qui permettent de trouver les 4 forces et la position du dispositif de positionnement qui répondent aux conditions : somme(F/plateforme)= 0 et somme(moment/plateforme) = 0.
Les coordonnées du point 1, fixé sur la plate-forme mobile, sont données par (x1, y1, z1). Les coordonnées du point 2, le point final de l'actionneur incliné, sont données par (x2, y2, z2). R représente la longueur de l'actionneur que le point d'attache d’un câble donné peut traverser. d1-4 est la distance du point mobile sur l'actionneur (par rapport au point fixe) à calculer pour que la plate-forme mobile soit en équilibre statique.
L'équation pour l'un des actionneurs est donnée ci-dessous :
x2 = x1 + R*cos(Θ1), y2 = y1 + R*cos(Θ2), z2 = z1 + R*cos(Θ3)
où, Θ1, Θ2, Θ3 représente l'angle entre R et l'axe x, l'axe y et l'axe z respectivement.
Il est à noter que l’angle entre l'actionneur et les axes x, y et z peut varier en fonction du mode de réalisation de la présente invention.
Afin de résoudre la condition d'équilibre statique, les paramètres suivants sont utilisés pour l'optimisation.
r1-4 : Une valeur entre 0-1 qui est ensuite utilisée pour calculer la distance sur l'actionneur incliné que le point d'attache doit déplacer. Par exemple, pour le câble 1, le paramètre est r1. L'emplacement du point mobile est alors donné comme suit :
xmoving = x1 + r1 * R*cos(Θ1)
ymoving = y1 + r1 * R*cos(Θ2)
zmoving = z1 + r1 * R*cos(Θ3)
Les quatre forces du câble (F1-4) sont définies de telle sorte que Fmin < F1-4 < Fmax, où Fmin et Fmax sont les valeurs minimales et maximales des forces du câble pour l'étude.
Les angles d'orientation de la plate-forme α, β, γ tels que : αmin < α < αmax ; βmin < β < βmax ; γmin < γ < γmax.
En utilisant les valeurs de r1, la distance d1 et les coordonnées correspondantes peuvent être calculées comme suit.
d1x = r1 * R * cos(Θ 1x), d1y = r1 * R * cos(Θ1y), d1z = r1 * R * cos(Θ1z)
où d1x, d1y, d1z sont les coordonnées x, y et z à déplacer pour le point de fixation 1, R est la longueur totale de l'actionneur, et Θ1x, Θ1y, Θ1z sont les angles entre l'actionneur et les axes x, y et z respectivement.
Comme mentionné plus haut, l’angle entre l'actionneur et les axes x, y et z peut varier en fonction du mode de réalisation de la présente invention.
L’équation d’équilibre statique basique s’énonce comme suit :
Figure pctxmlib-appb-M000002
,
Figure pctxmlib-appb-M000003
 ,
Figure pctxmlib-appb-M000004
 ,
Figure pctxmlib-appb-M000005
 ,
Figure pctxmlib-appb-M000006
 ,
Figure pctxmlib-appb-M000007
.
Avec (
Figure pctxmlib-appb-M000008
, correspondant à la somme des forces agissant sur la plateforme en mouvement le long des directions x, y, z ; et (
Figure pctxmlib-appb-M000009
, correspondant à la somme des moments agissant sur la plateforme mobile le long respectivement des directions x, y et z.
Ces relations montrent le couplage qui existe entre la position cartésienne (x, y, z) de la plateforme 10 dans un repère fixe R0 (x, y, z), et les tensions sur les câbles 20. La ou les solutions d’équilibre dépendent de la position
Figure pctxmlib-appb-M000010
 des N câbles 20, donc de la position des points d’ancrage côté plateforme 21 par rapport à ladite plateforme. En déplaçant ces points d’ancrage côté plateforme 21 par rapport à ladite plateforme 10, il est donc possible de contrôler plus de degrés de libertés de la plateforme 10 et ainsi de déplacer la plateforme dans de meilleures conditions pour l’utilisateur ou pour la production. En d’autres termes, les actionneurs mobiles 11 contrôlant la position du point d’ancrage coté plateforme 21 permettent de gérer l’équilibre de la plateforme, c’est-à-dire son orientation par rapport au plan (x, y) assimilé au sol. Lesdits actionneurs mobiles 11 permettent donc d’augmenter le nombre de degrés de liberté de la plateforme sans ajouter de câbles.
En cours d’utilisation du dispositif de positionnement 1 selon l’invention, il est particulièrement important d’assurer un bon équilibre de la plateforme 10. En effet, lorsque du matériel ou des personnes se trouvent sur la plateforme 10, cette dernière doit être sensiblement horizontale, c’est-à-dire parallèle au plan (x, y) du volume (V), afin d’éviter tout risque de chute. De plus, en fonction des outils, de la marchandise ou des personnes sur la plateforme, le centre de gravité de la plateforme 10 peut être modifié. Les actionneurs mobiles 11 permettent alors modifier le centre de gravité de de la plateforme et donc de contrôler l’équilibre de la plateforme 10 en fonction de sa charge. Le dispositif de positionnement 1 selon l’invention permet ainsi de s’adapter à l’utilisation de la plateforme 10 et d’obtenir une mobilité plus fine que des systèmes existants pour un même nombre de câbles.
La forme et le type d’actionneurs fixe 31 selon le dispositif de positionnement 1 de la présente invention ne sont nullement limités aux exemples présentés ci-après. En effet, tout moyen permettant de contrôler la longueur du câble 20 entre les deux points d’ancrage 21, 22 peut convenir pour former un actionneur fixe 31 selon la présente invention. L’actionneur fixe 31 peut ainsi présenter différentes formes et entrainer différents mouvements du câble 20.
Selon un mode de réalisation non représenté, l’actionneur fixe 31 comprend un dispositif de translation. Une extrémité du câble peut alors suivre un mouvement de translation sous l’action du dispositif de translation de l’actionneur fixe, et ce afin de contrôler la longueur du câble 20 entre le point d’ancrage côté plateforme 21 et le point d’ancrage côté environnement 22.
Préférentiellement, l’actionneur fixe 31 comprend un dispositif d’enroulement 32. On entend par dispositif d’enroulement 32 un dispositif de type treuil permettant de commander l'enroulement et le déroulement d'un câble. L’actionneur fixe 31 illustré aux figures 1 à 4 comprend un dispositif d’enroulement 32.
Préférentiellement encore, comme illustré à la , l’actionneur fixe 31 comprend un guide d’enroulement 33 positionné entre le dispositif d’enroulement 32 et le point d’ancrage 21, 22 adjacent. Le guide d’enroulement 33 effectue un mouvement de translation parallèle à l’axe de rotation du dispositif d’enroulement 32, tel un système vis/écrou, et permet de déposer le câble 20 à l’endroit du dispositif d’enroulement 32 où il doit s’enrouler. Ceci permet de ne pas avoir de problème d’enroulement du câble 20, de glissement ou de chevauchement.
Selon un mode de réalisation représenté aux figures 1 et 4 à 9, l’actionneur fixe 31 est côté environnement. Ainsi, l’actionneur fixe 31 peut être fixé dans un coin supérieur du volume (V), par exemple au niveau du plafond d’un atelier. Cette configuration a l’avantage de limiter le poids de la plateforme 10 qui sera alors capable de supporter plus de matériel ou de personnes.
Selon un autre mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, l’actionneur fixe 31 est côté plateforme 10. Ainsi, l’actionneur fixe 31 peut être fixé au niveau de la plateforme 10. En particulier, l’actionneur fixe 31 peut être fixé à la surface de la plateforme 10. Avantageusement, l’actionneur fixe 31 peut être logé dans la plateforme 10 de sorte à maximiser la surface supérieure disponible pour l’accueil de marchandise ou de personne.
La plateforme 10 peut présenter différentes formes en fonction de l’usage du dispositif de positionnement 1 et des besoins de l’utilisateur. La plateforme 10 peut notamment présenter la forme d’un parallélépipède.
Avantageusement, la plateforme 10 définit un repère Rp (xP, yP, zP). Les points d’ancrage côté plateforme 21 sont mobiles dans ledit repère Rp (xP, yP, zP) selon au moins l’une des directions
Figure pctxmlib-appb-M000011
. Avantageusement encore, les points d’ancrage côté plateforme 21 sont mobiles dans ledit repère Rp (xP, yP, zP) selon plusieurs des directions
Figure pctxmlib-appb-M000012
.
La forme et le type d’actionneurs mobiles 11 selon le dispositif de positionnement 1 de la présente invention n’est nullement limité aux exemples présentés ci-après. En effet, tout moyen permettant de déplacer un point d’ancrage côté plateforme 21 par rapport à la plateforme 10 peut convenir pour former un actionneur mobile 11 selon la présente invention.
Selon un mode de réalisation représenté à la figure 4, les actionneurs mobiles 11 sont configurés de sorte à permettre un déplacement des points d’ancrage côté plateforme 21 selon toutes les directions
Figure pctxmlib-appb-M000013
 et ce simultanément ou séparément. Les différents degrés de liberté de l’actionneur mobile 11 sont représentés par des flèches en gras à la . Ce type d’actionneur mobile 11 présentant de nombreux degrés de liberté peut notamment être du type bras robotique.
Le type de déplacement des points d’ancrage côté plateforme 21 dans le repère Rp dépend du type d’actionneur mobile 11. En effet, en fonction du type d’actionneur mobile 11, le point d’ancrage côté plateforme 21 pourra être mobile selon différentes directions.
Selon un mode de réalisation représenté aux figures 5 à 7 les actionneurs mobiles 11 comprennent des moyens de translation 12. Par moyens de translation 12, on entend tout moyen permettant de déplacer le point d’ancrage côté plateforme 21 en effectuant un mouvement rectiligne. A titre d’exemple, de tels moyens de translation 12 peuvent notamment être des vérins ou des vis sans fin.
Selon les modes de réalisations représentés aux figures 5 à 7, les actionneurs mobiles 11 réalisent un déplacement du point d’ancrage côté plateforme 21 en effectuant une course linéaire dans le plan (xP, yP) selon une orientation pré établie. L’orientation de la direction de déplacement en translation du point d’ancrage peut être optimisée selon les applications et la charge prévue lors de l’utilisation du robot. Il est également possible que l’orientation des moyens de translation 12 par rapport à la plateforme 10 puisse être contrôlée simultanément à la course linéaire du point d’ancrage 21. Le point d’ancrage côté plateforme 21 présentera alors deux degrés de liberté par rapport à la plateforme.
Selon un mode de réalisation représenté à la , les actionneurs mobiles 11 comprennent des moyens de rotation 13. Par moyens de rotation 13, on entend tout moyen permettant de déplacer le point d’ancrage côté plateforme 21 en effectuant un mouvement circulaire. A titre d’exemple, de tels moyens de rotation 13 peuvent notamment être des bras rotatifs.
Ces modes de réalisation peuvent également être combinés entre eux. En effet, il est envisageable qu’un actionneur mobile 11 présente la forme d’un bras rotatif et que le point d’ancrage côté plateforme 21 positionné sur ledit bras rotatif soit mobile en translation le long dudit bras. Un tel actionneur mobile 11 comprend alors à la fois un moyen de rotation 13 et un moyen de translation 12.
Avantageusement, les actionneurs mobiles 11 comprennent un moyen de guidage de sortie de câble 14. Un tel moyen de sortie de câble 14 est avantageusement localisé au niveau du point d’ancrage côté plateforme 21. En fonction de la position du point d’ancrage côté plateforme 21, l’orientation du câble 20 à la sortie de l’actionneur mobile 11 peut varier. Un tel moyen de sortie de câble permet au câble 20 d’adopter toutes les orientations tout en limitant le risque de blocage du câble. A titre d’exemple, de tels moyens de sortie de câble 14 peuvent notamment être des poulies montées mobiles en rotation autour de l’axe zp, ou éventuellement un joint torique en matériau suffisamment résistant.
Selon un mode de réalisation représenté à la , les actionneurs mobiles 11 sont positionnés sur la surface de la plateforme 10. Ainsi, les points d’ancrage côté plateforme 21 sont mobiles entre une pluralité de positions sur la surface de la plateforme 10.
Selon un mode de réalisation représenté à la , les actionneurs mobiles 11 sont positionnés en dehors de la surface de la plateforme 10. Ainsi, les points d’ancrage côté plateforme 21 sont mobiles entre une pluralité de positions en dehors de la surface de la plateforme 10.
Selon un mode de réalisation représenté à la , les actionneurs mobiles 11 sont positionnés en partie sur la surface de la plateforme 10 et en partie en dehors de la surface de la plateforme 10. Ainsi, les points d’ancrage côté plateforme 21 sont mobiles entre une pluralité de positions pour certaines sur la surface de la plateforme 10 et pour d’autres en dehors de la surface de la plateforme. Cette configuration correspond également au mode de réalisation représenté à la dans lequel les actionneurs mobiles 11 comprennent des moyens de rotation 13.
Dans les modes de réalisation des figures 5 à 8, la plateforme 10 présente une surface plane. L’ensemble des actionneurs mobiles 11 sont donc dans le même plan (xp, yp). Cependant, comme mentionné plus haut, la plateforme 10 n’est pas nécessairement un parallélépipède mais peut présenter différentes formes en fonction de l’usage du dispositif de positionnement 1 et des besoins de l’utilisateur. Ainsi, il est tout à fait possible que les différents actionneurs mobiles 11 ne soient pas dans le même plan.
Selon un mode de réalisation représenté à la , la plateforme 10 comprend une base inférieure 15 et une base supérieure 16. Cette configuration peut notamment permettre d’augmenter la surface disponible à l’accueil de marchandises ou de personnes.
Avantageusement, les actionneurs mobiles 11 relient la base inférieure 15 et la base supérieure 16 de la plateforme 10 selon cette configuration. Ainsi, le mouvement des points d’ancrage côté plateforme 21 comprennent ici une composante selon l’axe zp.
Les câbles 20 du dispositif de positionnement 1 selon l’invention doivent présenter une résistance suffisante afin de supporter le poids de la plateforme 10 ainsi que de la marchandise ou des personnes destinées à prendre place sur ladite plateforme 10. Avantageusement, les câbles 20 sont en acier. Les câbles 20 peuvent également être en matériaux polymère ou tout autre matériau adapté pour ce type d’usage.
Comme mentionné plus haut, dans le dispositif de positionnement 1 selon l’invention, la présence d’au moins trois câbles 20 est requise pour contrôler la mobilité de la plateforme 10, notamment selon au moins trois degrés de liberté, à savoir, au moins en translation selon x, y et z. Le nombre de câbles 20 va en partie déterminer le nombre de degrés de liberté de la plateforme 10. Le nombre N de câbles 20 peut varier en fonction de l’utilisation de la plateforme 10 et de l’environnement dans lequel elle se trouve. Une configuration du dispositif de positionnement 1 avec un nombre spécifique de câbles 20, tel que décrit ci-dessous, est compatible avec l’ensemble des modes de réalisations présentés ci-dessus.
Avantageusement, le nombre N de câbles 20 du dispositif de positionnement 1 selon la présente invention est inférieur à 6. Ainsi, selon ce mode de réalisation du dispositif de positionnement 1, la plateforme 10 ne peut être reliée au volume (V) que par 5 câbles au maximum. Ce nombre restreint de câbles permet de limiter le poids du dispositif et de faciliter son installation. Contrairement aux dispositifs de positionnement de plateformes bien connus, le dispositif de positionnement 1 selon l’invention permet de déplacer une plateforme 10 suspendue dans des espaces en trois dimensions selon 6 degrés de liberté à l’aide d’un nombre de câbles inférieur à 6, cette mobilité améliorée étant notamment permise par la présence d’actionneurs mobiles 11 contrôlant la position du point d’ancrage coté plateforme 21.
Avantageusement encore, le nombre N de câbles 20 du dispositif de positionnement 1 selon la présente invention est égal à 4. Les exemples de dispositif de positionnement 1 représentés au figures 1 à 9 présentent chacun 4 câbles 20. Cependant, la présente invention n’est pas limitée à un dispositif de positionnement 1 présentant 4 câbles. Selon un mode de réalisation non représenté, le nombre N de câbles 20 du dispositif de positionnement 1 selon la présente invention est égal à 3. Ce nombre encore plus restreint de câbles permet de limiter d’avantage le poids du dispositif et de faciliter d’avantage son installation.

Claims (11)

  1. Dispositif de positionnement (1) de type robot à câbles comprenant une plateforme (10) suspendue mobile dans un volume (V) définit par un repère R0 (x, y, z), ladite plateforme étant mobile selon les directions (x, y, z) et étant reliée au volume V par N câbles (20) avec N supérieur ou égal à 3, lesdits câbles (20) étant fixés d’une part au niveau de points d’ancrage coté plateforme (21) et d’autre part au niveau de points d’ancrage coté environnement (22), le dispositif de positionnement (1) comprenant pour chaque câble (20) un actionneur fixe (31) positionné entre un des bouts du câble (20) et le point d’ancrage (21, 22) adjacent et permettant de contrôler la longueur du câble (20) donné, caractérisé en ce que ladite plateforme (10) comprend pour chaque câble (20) un actionneur mobile (11) permettant de contrôler la position du point d’ancrage coté plateforme (21) par rapport à ladite plateforme (10).
  2. Dispositif de positionnement (1) selon la revendication précédente, dans lequel la plateforme (10) définit un repère Rp (xP, yP, zP), lesdits points d’ancrage côté plateforme (21) étant mobiles dans ledit repère Rp (xP, yP, zP) selon au moins l’une des directions
    Figure pctxmlib-appb-M000014
    .
  3. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur fixe (31) comprend un dispositif d’enroulement (32) et un guide d’enroulement (33) positionné entre ledit dispositif d’enroulement (32) et le point d’ancrage (21, 22) adjacent.
  4. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur fixe (31) est côté environnement.
  5. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les actionneurs mobiles (11) sont configurés de sorte à permettre un déplacement des points d’ancrage côté plateforme 21 selon toutes les directions
    Figure pctxmlib-appb-M000015
     et ce simultanément ou séparément.
  6. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les actionneurs mobiles (11) comprennent des moyens de translation (12), notamment des vérins.
  7. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les actionneurs mobiles (11) comprennent des moyens de rotation (13), notamment des bras rotatifs.
  8. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les actionneurs mobiles (11) comprennent un moyen de guidage de sortie de câble (14) localisé au niveau du point d’ancrage côté plateforme (21).
  9. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre de câble N est inférieur à 6.
  10. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre de câble N est égal à 4.
  11. Dispositif de positionnement (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le nombre de câble N est égal à 3.
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