FR2505716A1 - Ensemble de bras manipulateur commande par un systeme calculateur - Google Patents

Abstract

ENSEMBLE DE BRAS MANIPULATEUR OU ROBOT COMMANDE PAR UN SYSTEME CALCULATEUR. LE BRAS 2 COMPORTE UNE STRUCTURE SUPPORT POUR UNE EXTREMITE DE PREHENSION OU DE MESURE 3. LA CARACTERISTIQUE PRINCIPALE DE CE ROBOT RESIDE DANS LE FAIT QUE CETTE STRUCTURE COMPORTE UN SEUL CORPS DE SUPPORT ET DE GUIDAGE 4 POUR UNE SEULE COLONNE 5, CE CORPS POUVANT SE DEPLACER PAR RAPPORT A UN ELEMENT SUPPORT 6 POUR LE BRAS, L'ELEMENT SUPPORT POUVANT ETRE FIXE SUR UN CORPS FIXE 7. LA STRUCTURE COMPORTE EN OUTRE DES MOYENS 13, 15; 22, 24; 25, 27 POUR LE DEPLACEMENT RECTILIGNE DE L'EXTREMITE DE PREHENSION ET DE MESURE 3 PAR RAPPORT A L'ELEMENT SUPPORT 6 LE LONG DES DIRECTIONS X, Y, Z D'UN GROUPE DE TROIS AXES DE COORDONNEES CARTESIENNES ORTHOGONAUX.

Description

Ensemble de bras manipulateur commandé par un système cal-

culateur.

La présente invention concerne un ensemble de bras manipu-

lateur (appelé ci-après robot) commandé par un système cal-

culateur Le bras a une extrémité de préhension ou de mesure que l'on peut utiliser de façon appropriée pour effectuer une opération d'assemblage ou une phase de travail, ou de mesures dimensionnelles. Les robots développés jusqu'ici dans le but d'automatiser des opérations manuelles comportent en général une structure qui copie les mouvements du braa humain Il en résulte que

cette structure est relativement compliquée et coûteuse.

En outre, du fait que les composants de ces robots ne sont pas modulaires et du fait qu'ils sont basés sur l'idée de les substituer au bras de l'homme sans qu'ils en possèdent les sensations, les résultats obtenus jusqu'à présent ne

donnent pas entièrement satisfaction eu égard à leur fiabi-

lité et à leur capacité à fonctionner en temps réel.

En conséquence, le but de la présente invention est de pro-

curer un robot commandé par un calculateur, qui élimine les

inconvénients cités ci-dessus des robots actuels, et en par-

ticulier dont la configuration de structure soit extrêmement souple et puisse s'adapter de façon appropriée à toute application, spécifique, que l'on puisse aisément monter dans la zone de travail la plus appropriée, qui puisse s'adapter à des situations critiques ou anormales provenant, par exemple, de variations limitées de dimension, forme et

alignement, et que l'on puisse programmer.

La présente invention procure donc un robot commandé par un système calculateur, comportant une structure support pour une extrémité de préhension ou de mesure, caractérisé par le fait que cette structure comporte un corps unique pour supporter et guider une colonne unique, le corps pouvant être déplacé par rapport à un élément support du bras, cet élément support pouvant être fixé sur un corps fixe et la structure comportant des moyens de déplacement rectilignes pour ladite extrémité par rapport à l'élément support selon

les directions d'un groupe de trois axes cartésiens ortho-

gonaux,

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip-

tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple non limi-

tatif, d'une réalisation préférée on liaison avec le dessin joint, sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'un robot selon les principes de la présente invention les figures 2 et 3 sont des vues partielles et en coupe partielle, à 90 l'une de l'autre, du bras manipulateur de la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe partielle de dessus du bras de la figure 1;

la figure 5 est une vue en coupe de certaines parties d'ex-

trémité du bras de la figure 1, dans trois variantes d'as-

semblage; la figure 6 est une vue en coupe d'une partie terminale du bras de la figure 1, dans deux variantes d'assemblage; la figure 7 est une vue en coupe d'une autre réalisation de la partie terminale du bras de la figure 1;

la figure 8 est une vue en coupe prise selon la ligne VIII-

VIII de la partie terminale de la figure 7; la figure 9 est une vue en coupe prise selon la ligne IX-IX de la partie terminale de la figure 8; la figure 10 est une vue de devant d'un détecteur d'efforts pouvant étre monté sur une extrémité du bras de la figure 1; les figures 11 et 12 sont des vues en coupe prises selon les lignes XI-XI et XII-XII respectivement du détecteur d'efforts de la figure 10;

la figure 13 est une vue de devant d'une extrémité de pré-

hension du bras de la figure 1;

la figure 14 est une vue on coupe prise selon la ligne XIV-

XIV de l'extrémité de préhension de la figure 13; les figures 15 et 16 sont des vues en coupe respectivement prises selon les lignes XV-XV et XVI-XVI de l'extrémité de la figure 14;

la figure 17 est une vue latérale de l'extrémité de préhen-

sion de la figure 13; la figure 18 est un schéma-bloc du système calculateur du robot de la figure 1; et, les figures 19 et 20 sont des schémas-blocs détaillés de la

disposition de la figure 18.

En se reportant à la figure 1, le robot selon l'invention est commandé par un système calculateur 1 et comporte une structure de bras 2 pour supporter une tête d'extrémité 3 (indiquée en tirets) qui peut être une tète de préhension ou une tête de mesure La structure 2 comporte un seul chariot 4 pour supporter une seule colonne 5, et le chariot 4 peut coulisser selon l'axe d'un élément support 6 qui est fixé sur un côté d'un banc fixe 7 La colonne 5, qui peut coulisser selon son axe, porte à son extrémité un chariot 8 qui sert à supporter et à guider un coulisseau horizontal unique 9 qui porte la tête d'extrémité 3 Cette tête 3 peut être déplacée selon une direction (X, Y et Z) d'un groupe de trois axes cartésiens orthogonaux grace aux chariots 4

et 8, ces axes étant parallèles à l'axe de l'éliment sup-

port 6, à l'axe du coulisseau horizontal 9 et à l'axe de la colonne verticale 5 respectivement Sur la structure 2, commeo il sera décrit plus en détail ci-après, on peut prévoir trois autres articulations rotativeu pour faire

tourner la téte 3 dans trois sens de rotation repérées res-

pectivement il, R 2 et R 3 autour des axes Y, X, et Z, dont deux seulement peuvent être utilisés simultanément, pour conférer au robot la configuration maximale normalement

prévue de cinq axes (trois linéaires et deux rotatifs).

En se reportant également aux figures 2, 3 et 4, on voit que l'élément support 6 a la forme d'une poutre à section an I, montée verticalement et fixée sur une plaque 10 reliée au

banc 7 par l'intermédiairo d'un bloc d'espacement 11.

Une crémaillère 13 est fixée sur un côté de l'élément 6 et elle engrène avec un pignon 14 entrainé par l'arbre de sortie d'une unité motrice 15 fixée sur le chariot 4 dan le but de déplacer celui-ci le long de l'élément 6 L'unité motrice 15 comporte (figure 19) un moteur courant continu 16 avec une dynamo tachymétrique incorporée 17 L'arbre du moteur 16 est relié au pignon 14 par un mécanisme réducteur 18 du type vis sans fin La position du chariot 4 sur l'élément 6 est détectée par un codeur optique 20 (figure 19) du type incrémentiel ayant des encoches de référence

connues, et claveté directement sur le moteur 16 en utili-

sant l'arbre, qui passe à travers, pour l'entrainer et le centrer Le chariot 4 constitue également un guide pour la colonne verticale 5 sur un côté de laquelle est fixée une crémaillère 22 qui engrène avec un pignon 23 d'une unité motrice 24 semblable à l'unité motrice 15 et fixée sur le

chariot 4.

Une crémaillère 25 est fixée sur un c 6 té du coulisseau

horizontal 9 et engrène avec un pignon 26 d'une unité motri-

ce 27 similaire à l'unité motrice 15 et fixée sur le chariot 8.

Au calculateur 1 sont raccordés un bottier 30 pour la com-

mande manuelle du déplacement de la tête 3 et un clavier vidéo 31, le calculateur 1 portant un tableau de commande 32 Ce calculateur est raccordé à la structure 2 par des

câbles de liaison 33 qui ne sont que partiellement repré-

sentés Les raccordements électriques aux diverses unités motrices 15, 24, 27 et aux autres composants du robot, sont réalisées sous forme de rubans plats 35 qui peuvent être pliés un grand nombre de fois et qui comportent une multiplicité de conducteurs électriques disposés l'un à côté de l'autre pour isoler le courant et qui sont utilisés

seulement en alternance pour se faire réciproquement écran.

on peut fixer de façon appropriée sur ces rubans 35 des canalisations d'air comprimé allant aux vérins du robot 2.

On se reporte maintenant à la figure 2, l'élément de sup-

port et de guidage 6 pour le déplacement du bras 2 selon

l'axe X est en acier trempé qui est rectifié sur les glis-

sières du chariot 4; il a une section relativement profon-

de et sa longueur permet le déplacement maximal autorisé selon l'axe X.

Le chariot 4 est, de façon appropriée, fabriqué en alumi-

nium coulé d'une seule pièce avec la partie de guidage de la colonne verticale 5 selon l'axe Z Ce chariot 4 est monté à cheval sur l'élément 6 et porte deux paires de galets supports 40 disposés avec leurs axes horizontaux au dessus et en dessous de l'élément 6, et quatre paires de galets de guidage 41 disposés avec leurs axes verticaux

à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'élé-

ment 6.

La colonne verticale 5 assurant le déplacement de la tête 3 selon l'axe z passe à travers le chariot 4 qui sert à le supporter et à le guider Cette colonne S est un tube d'acier à section carrée ayant des glissières trempées

et rectifiées pour coulisser à l'intérieur du chariot 4.

En fait, èe chariot 4 porte à sa partie supérieure et à

sa partie inférieure deux jeux de quatre ouleaux 45 dispo-

sés perpendiculairement aux surfaces de la colonne 5 et

par paires au voisinage de coins opposés de cette colonne.

Deux amortisseurs de fin de course selon l'axe Z 46 sont fixés sur la colonne 5 Deux autres amortisseurs 47, dont un seul peut être vu, définissant les positions fin de

course selon l'axe X, sont fixés aux extrémités de l'élé-

ment support 6 Un vérin d'équilibrage 49 (de type connu) est monté à l'intérieur de la colonne 5 pour éviter la

création de couples excessivement élevés lors du fonction-

nement de l'unité motrice 24 Ce vérin 49 est à simple effet et sa tige est reliée en haut à la colonne 5 par un accouplement auto-alignant 50, tandis que son corps est raccordé par un accouplement 51 à un profilé 52 fixé en dessous du chariot 4 En conséquence, on obtient ainsi un ressort pneumatique commandé par un régulateur de pression

de manière à maintenir constante la charge sur l'unité motri-

ce 24 lors du mouvement du vérin; l'évacuation du régulateur

est éliminée et la valeur de la pression maintenue constan-

te par une chambre d'équilibrage dont le volume est 100

fois celui du vérin Les câbles et les tubes pour le dépla-

cement selon l'axe Y et pour les autres composants du bras 2 sont également logés à l'intérieur de la colonne 5 Le

chariot 8, qui est fixé à la partie supérieure de la colon-

ne 5, sert de support et de guide pour le coulisseau hori-

zontal 9 qui se déplace selon l'axe Y Le chariot 8 est

également en aluminium coulé et le coulisseau 9 est égale-

ment formé d' un tube d'acier de section carrée ayant des

glissières trempées et rectifiées pour coulisser à l'inté-

rieur du chariot 8 En fait, le chariot 8 porte, en haut et en bas, au voisinage des angles opposés du coulisseau 9, deux jeux de quatre galets 55 perpendiculaires aux surfaces du coulisseau 9 lui-même Deux amortisseurs 56 sont égale- prévus sur le coulisseau 9 et délimitent les extrémités de son déplacement selon l'axe Y Une bride standardisée 58 est disposé à l'extrémité du coulisseau 9 pour le montage

d'éléments appropriés, par exemple des éléments de préhen-

sion, des éléments de mesure, des détecteurs d'efforts, ayant tous un axe de rotation, comme il sera décrit plus

en détail ci-après.

La figure 5 montre comment on obtient les rotations Rl, R 2

et R 3 de la tête 3 En fait, à la partie arrière du coulis-

seau horizontal 9 est relié un carter 59 qui contient une unité motrice 60 comportant, en se reportant à la figure 19, un moteur à courant continu 61 et un codeur optique incrémentiel 62 claveté sur l'arbre du moteur 61 Ce moteur 61 entraine un mécanisme réducteur 63 du type "entrainenent harmonique" (harmonic drive) qui entra Ine une roue dentée 64 engrenant avec une autre roue dentée 65 qui est fixée à l'arrière d'un manchon 67 monté à ses deux extrémités sur des roulements à billes et s'étendant sur toute la longueur du coulisseau 9, les diverses liaisons d'indication et de commande de la tête 3 passant au travers de ce manchon Sur la partie centrale de la figure 5, on voit la disposition préconisée pour obtenir la rotation Rl A l'extrémité du

manchon 67 se trouve en fait une bride de fixation standar-

disée 71 couplée par un raccord de manchon 70 procurant un raccordement traversant rectiligne; la bride est commandée par l'unité motrice 60 pour effectuer la rotation Rl La

partie supérieure de la figure 5 montre une variante de mon-

tage pour obtenir, toujours avec l'unité motrice 60, la rotation R 3 au lieu de la rotation Rl A la place de la bride de fixation 71, un pignon conique 73, engrenant avec

un autre pignon conique 74, est relié au raccord 70 Le pi-

gnon conique 74 est solidarisé d'un plateau coaxial 75 per-

pendiculaire à cet axe L'unité constituée par le pignon 74 et le plateau 75 est monté par des roulements à billes sur un corps support 76 qui est fixé à une bride terminale 77 du coulisseau 9 En conséquence, la rotation de l'unité motrice

provoque la rotation du manchon 67, du raccord 70, du pi-

gnon 73, du pignon 74 et du plateau 75, ce dernier effectuant

donc la rotation R 3.

La partie inférieure de la figure 5 montre une variante de montage, celleci étant représentée à 900 de la disposition précédente, pour obtenir la rotation R 2 toujours au moyen de l'unité motrice 60 Sur le pignon conique 74, qui est monté par l'intermédiaire de roulements à billes sur une chape fixe fixée aur la bride terminale 77 du coulisseau 9, est fixée une chape mobile 81 qui décrit la rotation R 2 en étant

entraînée par l'unité motrice 60 et par la rotation résul-

tante du pignon conique 74.

La figure 6 montre deux variantes de montage qui rendent possible une combinaison de deux rotations, par exemple Ri et R 3 ou Ri et R 2 La première combinaison, représentée dans la partie supérieure, comporte la disposition (entourée en tirets) représentée dans la partie centrale de la figure 5; dans cette combinaison, la rotation Rl de la bride 71 provient de l'unité motrice 60 et une boite 85 est fixée sur cette bride 71, cette botte contenant une unité motrice 86 similaire à l'unité motrice 60, et dont l'axe correspond à l'axe Z. Une bride de fixation 89 est raccordée à l'arbre de sortie

de l'unité motrice 86 par l'intermédiaire d'un mécanisme ré-

ducteur 88 du type "entraînement harmonique", cette bride

décrivant la rotation R 3 lorsqu'elle est entraînée par l'u-

nité motrice 86 En outre, la boite 85 décrit la rotation Ri

lorsqu'elle est entraînée par l'unité motrice 60.

La partie inférieure de la figure 6 représente une chape fixe 90 raccordée à la bride 71 et portant une unité motrice 92 semblable à l'unité motrice 86 Par l'intermédiaire d'un mécanisme réducteur 93 semblable au mécanisme réducteur 88,

l'unité motrice 92, qui est positionnée selon l'axe X, com-

mande la rotation R 2 d'une chape mobile 95 qui est portée par des roulements sur la chape fixe 90 Au lieu d'être obtenue par des unités motrices à commande électrique comme il a été

décrit, la commande des rotations Ri, R 2 et R 3 peut être ob-

tenue par commande pneumatique Les figures 7, 8, et 9 re-

présentent une commande de la rotation Ri par une unité 100.

Celle-ci comporte un corps 101 dans lequel est logé un vé-

rin pneumatique à double effet 102 qui porte une crémaillè-

re 103 engrenant avec un pignon 104 Ce dernier est monté sur des roulements et se projette axialement du corps 101

et porte une bride de fixation 105 Le pignon 104 est axia-

lement percé pour laisser passer les connexions à d'autres

composants Le contrôle du mouvement de rotation ne s'effec-

tue qu'à l'extrémité de la course en utilisant deux détec-

teurs de proximité 110.

Dans la fixation de la tête 3, on peut de façon appropriée intercaler un détecteur d'efforts 120 (figures 10, 11 et 12)

pour évaluer les efforts de montage disà des obstacles im-

prévus et des forces anormales provenant d'un montage in-

correct des composants Le détecteur d'efforts comporte un dispositif sensible dans deux direction (Z et X) comportant un double curseur dont les déplacements sont lus par une résistance inductive associée 121 et 122 En particulier,

le détecteur 120 comporte une bride 123 pouvant être raccor-

dée à une bride terminale 124 du coulisseau 9 et qui porte un cylindre extérieur 124 ' sur lequel sont disposées, en opposition deux paires d'éléments élastiques empilés 125 et

126 qui exercent une action élastique, pouvant être étalon-

née par des coupelles de montage, sur de petits pistons 127 et 128 situés respectivement le long des axes Z et X Ces pistons 127 et 128 passent à travers le cylindre 124 ' et attaquent respectivement les plateaux circulaires 130 et 131 raccordés coaxialement par des billes 132 logées dans des cavités respectives à angle aigu; le plateau extérieur est raccordé à une bride extérieure 133 pour être raccordé à la tête 3 Lorsqu'une force est appliquée sur la tête 3, il s'ensuit un déplacement relatif entre les brides 133 et 123 contre l'action antagoniste des éléments élastiques 125 et 126, et ce déplacement est détecté par les résistances inductives 121 et 122 montées pour détecter de telles variations dans

les positions relatives des éléments.

La tète 3 constitue l'élément spécifique à l'application à laquelle est destiné le robot Ce peut être une pince pour effectuer des opérations d'assemblage ou ce peut être une tête de mesure Un type courant de pince est représenté sur les figures 13 à 17 et est repéré dans son ensemble en Il comporte un corps 151, qui a une bride arrière 152

pour être fixée sur le coulisseau horizontal 9, et à l'inté-

rieur duquel est logé un vérin pneumatique à double effet 153, qui porte une crémaillère 154 engrenant avec un pignon , dans une zone avant, ce dernier engrène sur deux côtés opposés avec deux crémaillères 157 logées dans un volume 158 Deux éléments de préhension 160 sont fixés à l'avant de ces crémaillères, ces éléments ayant la forme d'un L avec une base 161 (les deux bases sont opposées l'une à l'autre) se projetant vers l'avant pour constituer deux doigts de préhension Ces éléments 160 sont fixés sur les

crémaillères 157 par deux vis 163 portant des corps respec-

tifs 164 qui coulissent dans des fentes de guidage 165 for-

mées dans un plateau avant 166 de la pince 150 En conséquence,

cette pince peut saisir des pièces, par exemple des cylin-

dres, de l'intérieur ou de l'extérieur, en faisant varier

la distance entre les doigts de préhension 160 sous l'ac-

tion du vérin pneumatique 153 Les deux doigts de préhension sont actionnés avec une force, par exemple de 12 kg et leur course de séparation est, par exemple de 30 mm, le mouvement étant parallèle, simultané et auto-centrant Un

tranaducteur de positions 170, de type connu, avec une ré-

sistance inductive dans une transmission mécanique, détec-

te la course, détectant ainsi la présence de la pièce et

permettant de connaître ses dimensions.

Ci-après, on donne plusieurs valeurs, à titre d'exemple, des caractéristiques mécaniques fondamentales du robot: A/ déplacement selon les divers axes: socm l'axe X: jusqu'à 1300 mm selon l'axe Y: jusqu'à 300 mu il selon l'axe Z: jusqu'à 250 mm

rotation Ri: 360-

rotation R 2: 196-

rotation R 3: 3600 B/ définition du déplacement: selon les axes X, Y et Z: 0,02 mm en rotation: 0,020 C/ précision (en l'absence de forces de montage ou de poids supportés): position sur tout le domaine: + 0,25 mm position sur 100 mm de déplacement: + 0,1 mm D/.répétitivité ou fidélité de positionnement à tout point

en provenance d'une direction prédéterminée avec une char-

ge prédéterminée à l'intérieur de limites prédéterminées et en l'absence de forces de montage: + 0,025 mm E/ rigidité de la structure dans les conditions les plus critiques (bras complètement sorti): 0,025 mm par kg F/ vitesse maximale de translation: selon chaque axe X, Y, Z: 40 m/minute en rotation Ri, R 2, R 3: 90 par seconde

G/ poids maximal supportable à la vitesse maximale: 2,5 kg.

Le système calculateur 1 commandant le robot comprend (figu-

re 18) un premier calculateur de gestion central 200 adapté

pour dialoguer avec le robot par l'intermédiaire d'un ta-

bleau de commande 32, du clavier video 31 et d'un bloc 201 pour la commande manuelle d'équipements 202 (par exemple postes de travail ou postes d'alimentation en pièces amenant

des pièces au robot) Le calculateur central 200 est égale-

ment adapté pour gérer les équipements extérieurs 202 au moyen d'éléments d'entrée et de sortie, pour recevoir des informations à partir des détecteurs sur le bras 2 et pour une surveillance générale Le système comporte également un deuxième calculateur 210 spécialement adapté pour commander et contrôler le mouvement selon chaque axe linéaire et en rotation du bras 2, sous la surveillance du calculateur central 200 en étant monté en série avec lui Le bottier 30

de commande manuelle du bras 2 est, en conséquence, raccor-

dé au calculateur 210 Le calculateur central 200 comporte un microprocesseur, par exemple du type LS-I 11 et le calculateur 210 comporte un microprocesseur, par exemple

du type INTEL 8080.

Le calculateur 200 comporte les mobules suivants (figure ) raccordés à une barre omnibus (BUS) associée: unité de traitement centrale (CPU) bloc 215; bloc d'interface 216 se raccordant avec le bloc de mémoire central 203; bloc chargeur EPROM 217 = mémoire permanente programmable et effaçable, pour charger les programmes de la mémoire centrale 203 dans un module de mémoire vive ou à accès direct (RAM) 219; blocs d'interface logique et analogique 220 et 221 se reliant aux détecteurs du bras 2; bloc d'interface 222 se reliant au clavier video 31; blocs d'entrée et de sortie logique et analogique 223 et 224 pour les équipements fixes et mobiles 202 avec des unités supplémentaires fonction de la nécessité d'entrées et de sorties du tableau de commande 32 et du bloc 201 de commande manuelle des équipements 202; bloc de mémoire tampon 227 pour se raccorder à la barre

omnibus du calculateur 210.

Le tableau de commande 32 comporte trois sections séparées a) une section %puissancen avec un bouton poussoir à lampe

témoin pour démarrer le robot, un bouton poussoir pour arrê-

ter le robot et un bouton poussoir de secours pour mettre hors de service le robot tout en le laissant sous tension; b) une section ncycleu avec des boutons poussoirs pour démarrer le cycle de fonctionnement, pour effectuer le cycle pas-à-pas, pour arrêter le robot après la fin du cycle de travail et pour réinitialiser la position du robot; c) une section "sélecteurs" pour sélectionner la commande du robot par le claculateur 1, la commande manuelle du bras 2 par le boîtier 30 et pour modifier la vitesse de travail

du bras 2.

Le calculateur 210 comporte les modules suivants (figure 19) raccordés à une barre omnibus associée: bloc d'unité centrale de traitement (CPU) 240;

bloc d'inter-face en série 241 pour la boîtier 30 de com-

mande manuelle du bras 2, en particulier, ce bloc comprend les éléments principaux suivants: un levier pour commander le mouvement du bras 2 selon les axes X et Y; un levier pour commander le mouvement du bras selon l'axe Z et selon l'une des rotations possibles (Rl, R 2, R 3) en fonction de la position d'un sélecteur rotatif à trois positions; un bouton poussoir d'acquisition des données avec une lampe témoin incorporée; un indicateur acoustique; un sélecteur rotatif à trois positions qui, lorsqu'il est déplacé vers la gauche en sens inverse des aiguilles d'une montre permet le mouvement selon l'axe Z; dans la position centrale permet la première rotation et lorsqu'il est déplacé vers la droite dans le sens des aiguilles d'une montre, permet la deuxième rotation;

blocs de commande et de surveillance 245 pour les dépla-

cements rectilignes du bras 2 selon les axes X, Y, Z;

blocs de commande et de surveillance 246 pour les rota-

tions Rl, R 2 et R 3 du bras 2; blocs mémoires RAM EPROM 248; bloc commande "modulateur" 249 avec une forme d'ondes triangulaire pour les blocs 245 et 246 afin d'obtenir une faible consommation de puissance lors de la commande et une réponse de fréquence rapide nécessaire du fait qe la

dynamique considérable des mouvements.

Il existe des blocs 245 et 246 pour chaque unité motrice

pour les axes X, Y et Z et pour les rotations RI, R 2 et R 3.

Chaque bloc 245 comporte un bloc de surveillance 251 qui reçoit un signal du codeur 20 pour détecter la position absolue de la tête 3 du bras 2 selon l'axe associé et, sur la base des données de vitesse procurées par le programme, commande le bloc 252 pour régler la puissance du moteur 16

et reçoit le signal du générateur tachymétrique 17.

Chaque bloc 146 comporte également des blocs 251 et 252 qui,

cependant, ne reçoivent pas de signal du générateur tachy-

métrique, lequel n'est pas prévu dans ce cas Il existe un module (non représenté) pour limiter les surtensions, qui permet de programmer le couple maximal d'un moteur 16 ou 61 en permettant de réduire automatiquement la poussée dans le

cas d'un impact sur des obstacles pendant le mouvement.

En ce qui concerne le fonctionnement général du programme

il doit permettre une utilisation extrêmement souple du ro-

bot et la possibilité d'une programmation simple et effica-

ce des cycles opératoires On utilise en conséquence un langage de programmation de haut niveau supporté par un

système opérationnel approprié pour la commande des diver-

ses fonctions possibles, y compris les mouvements automati-

ques pour l'exécution des cycles.

En ce qui concerne le programme de gestion général, on

adopte le langage orientable "Help 11 N pour le microproces-

seur 200 En ce qui concerne le programme pour la commande

des mouvements, il existe des sous-programmes pour la com-

mande des mouvements selon chaque axe En conséquence, le programme commande simultanément les mouvements selon les axes rectilignes X, Y et Z et les axes de rotation Rl, P 2 et R 3 avec une commande du type point à point et avec des accélérations et décélérations commandées on peut utiliser des détecteurs de position et/ou d'efforts; en l'absence de la pièce et/ou si une valeur de seuil prédéterminée est atteinte, on peut mettre en oeuvre d'autres segments du programme pour effectuer des cycles de récupération ou d'évacuation et pour donner des indications à l'utilisateur, etc Les données nécessaires pour le programme utilisateur sont habituellement obtenues par une phase d'apprentissage De cette manière, les coordonnées des points significatifs

sont apprises, par exemple les points pour saisir et dépo-

ser les pièces ainsi que les valeurs des détecteurs (dimen-

sions de la pièce à manipuler par exemple) Le programme utilisateur est stocké dans la mémoire centrale 203 et est automatiquement transféré à la mémoire du calculateur 200 lors de la mise en route Le programme dans lerobot permet deux modes opératoires séparés: le premier peut, de façon générale, être appelé préparation du programme, tandis que

le second peut être appelé généralement exécution du pro-

gramme Après la procédure de mise en route nécessaire, le système opérationnel du robot se place lui-même dans l'un des deux modes en fonction de la position de l'interrupteur,

en utilisant deux programmes différents logés dans la mé-

moire de travail permanent EPRON.

En outre, il existe un programme pour permettre la détec-

tion des pannes et de défauts de fonctionnements éventuels

des divers composants Les possibilités d'une telle détec-

tion sont divisées en deux phasea opératoires distinctes:

a) un premier programme de système général prévu pour indi-

quer le mauvais fonctionnement des composants fonctionnels principaux: unités motrices 15, 24, 27, 92, 86, 60; tableau de commande 32; tableau de commande d'équipements 202; bottier de manettes 30; imprimante 31;

b) un programme de système spécifique, comportant un con-

trôle effectif du fonctionnement des modules individuels, avec la possibilité d'identifier les blocs fonctionnant mal dans le module, Il y a pratiquement trois modes possibles de fonctionnement

du robot: automatique, apprentissage et manuel.

Dans le mode automatique, il est nécessaire de disposer d'un programme déjà préparé pour le cycle Le fonctionnement dans ce mode est déclenché à partir du tableau de commanda 32 et permet à l'utilisateur plusieurs types d'intervention par

l'utilisation de boutons poussoirs ou d'interrupteurs sé-

lecteurs.

L'apprentissage s'effectue lorsqu'on dispose d'un programme

guide d'apprentissage et qu'il est souhaitable de faire va-

rier les coordonnées des points du cycle et/ou les valeurs de référence des détecteurs Dans ce mode de fonctionnement, il est nécessaire d'utiliser le bottier 30 et le terminal 31 pour permettre la communication entre l'utilisateur et le robot La manière dont progresse l'apprentissage dépend du programme qui a été écrit Dans tous les cas, il est pos- sible de déplacer les chariots du bras 2, un seul à la fois, en utilisant les leviers du bottier 30 et de mémoriser

les données intéressantes au moyen d'un bouton poussoir ap-

proprié. En fonctionnement manuel, il n'y a pas de programme, et dans ce mode de fonctionnement, il est possible d'utiliser le tableau de commande 32, le bottier à manettes 30 ou le

dispositif 201 pour commander manuellement l'équipement.

Lorsqu'on a terminé l'analyse du problème, on peut écrire

le programme et l'introduire dans la mémoire centrale 203.

Le programme correspondant au cycle de fonctionnement peut, à ce moment, être compilé et transféré dans la mémoire de

travail, et, s'il y a des données à apprendre, le progrm-

me d'apprentissage peut être suivi Les conditions attein-

tes sont maintenant: présence dans la mémoire principale 219 du programme de cycle opérationnel; présence dans la mémoire centrale 203 du programme de

mise en place des données.

Ces deux conditions sont nécessaires de sorte qu'on peut suivre le programme de mise en place et par la suite le cycle opérationnel Du fait que la mémoire de travail 219 est du type volatil, il est nécessaire, chaque fois que la machine est mise en route, de compiler le programme du

cycle en le transférant ensuite dans la mémoire et en exé-

cutant le programme de mise en place des données avant

d'entrer dans le cycle proprement dit.

Comme il apparaît de ce qui précède, la structure du robot

comporte le bras 2, ses parties optionnelles (tête de tra-

vail ou tête de mesure 3, unités motrices 60, 92 et 86 pour effectuer les rotations Ri, R 2 et R 3, détecteur de forces

), et l'élément support 6 sur lequel coulisse le bras 2.

Le module mécanique de base est la structure du bras 2 avec les chariots 4 et 8, la colonne 5 et le coulisseau 9 coulis-

sant respectivement à l'intérieur de ces chariots 4 et 8.

Le bras 2 n'est lié à aucune position fixe, mais il peut se déplacer dans un guide principal (élément support 6) qui peut être fixé sur tout support fixe, de façon appropriée

un banc support 7, en fonction des spécifications de fonc-

tionnement Sur la structure du bras 2, on peut facultati-

vement monter deux unités pour procurer la rotation RI de la tête 3 et le pivotement dans un plan horizontal (R 3) ou

vertical (R 2).

* Le montage des unités pour obtenir des rotations s'effectue

d'une manière extrêmement simple et rapide Si l'on ne pré-

voit qu'une seule rotation, on peut monter sur le bras l'une

quelconque des trois unités représentées sur la figure 5.

En fait, on peut aisément relier à l'extrémité avant du coulisseau 9 une unité qui remplace la bride 71 tournant selon RI qui transforme, au moyen de deux pignons coniques,

le mouvement RI en R 2 ou R 3.

Comme le montre la figure 6, les rotations R 2 ou R 3 peuvent être obtenues avec deux unités motrices associées 92 et 86, qui peuvent être montées sur la bride avant 71, laquelle, à son tour, peut ou non être entraînée par l'unité motrice 60 pour procurer la rotation Rl Si l'on n'a besoin que de la rotation R 2 ou R 3, on peut en conséquence les obtenir à partir d'un entraînement de l'arrière par l'unité motrice

ou par un entraînement de l'avant par les unités motri-

ces associées 92 et 86.

En réalisant les chariots 4 èt 8 en un-alliage d'aluminium convenablement renforcé, on dispose d'une unité de poids limité (de façon appropriée inférieure à 40 kg) avec des

performances dynamiques considérables et une bonne préci-

sion de positionnement L'utilisation de glissières pris-

matiques pour la colonne 5 et le coulisseau 9, en tubes d'acier, permet une rigidité statique importante avec un

poids limité.

Le robot peut être équipé d'éléments de préhension ayant des détecteurs, de forme spéciale pour tenir compte des pièces à manipuler, ou il peut être réalisé de façon moins spécifique pour manipuler plusieurs pièces de formes et de dimensions similaires On peut en conséquence l'utiliser à la fois pour d'importantes productions en série, car le bras 2 est rapide, agile et léger et garantit ainsi une productivité élevée, ou pour des productions de moyennes séries ou par lots, car sa programmation et sa faculté d'adaptation garantissent son fonctionnement avec différents

produits et différents cycles; la production est sophisti-

quée et de grande qualité, car la précision et la fidélité du bras 2 et la sensibilité de la pince 150 et du détecteur d'efforts 120 garantissent qualité et précision au montage

avec un faible pourcentage de rebuts.

La structure du robot de la présente invention est également avantageuse du fait que toutes les opérations sont effectuées selon trois axes de coordonnées cartésiennes X, Y, Z, la commande est simple (non continue), il existe un nombre

variable et minimal d'axes commandés (jusqu'à trois), la pré-

cision des mouvements rectilignes obtenus par coulissement de la colonne et du coulisseau à l'intérieur de chariots uniques associés est plus grande, ainsi que la rigidité et la précision en ce qui concerne les dispositions du type

cylindrique ou articulé; par ailleurs, il y a une distinc-

tion fonctionnelle entre le support (procuré par les galets

à faible frottement sur les axes X et Y ou par le disposi-

tif d'équilibrage pour l'axe Z) et le mouvement (qui est produit par des unités motrices qui, en conséquence, ne

doivent vaincre que le frottement et l'inertie).

L'adoption de dispositions modulaires, à la fois au niveau mécanique et au niveau électronique, permet de réaliser des ensembles spécifiques pouvant néanmoins être complétés et aisément adaptés à des variantes futures éventuelles En conséquence, on peut obtenir dans tous les cas la solution la mieux adaptée à la satisfaction des spécifications

compte tenu de la structure d'organisation la plus appro-

priée pour l'orientation appropriée de l'utilisateur Les configurations du robot peuvent différer de façon notable de l'une à l'autre dans la structure du bras 2 et dans le nombre et le type des détecteurs utilisés (détecteurs de

forces 120 sur un des axes X et Z ou sur les deux, et dé-

tecteurs de position dans les pinces 150), ainsi que dans le type des éléments de préhension L'unité de traitement 1, disposée dans une armoire, peut suivre les mouvements simultanés selon les axes X, Y et Z et les rotations Rl, R 2 et R 3 pour surveiller les détecteurs et les pinces et,

en conséquence, tenir compte de l'ensemble des spécifica-

tions Les opérations nécessitées par une application dé-

terminée, déterminent le nombre de degrés de liberté qui

peut normalement varier dans le robot entre trois et cinq.

En outre, compte de la modularité, le robot peut avoir des formes variées en utilisant les mêmes éléments et avec un

degré d'intégration réduisant le nombre de composants.

Le robot décrit est caractérisé par une grande modularité de réalisation et une grande souplesse d'utilisation, ses dimensions et son volume sont limités (les coulisseaux 9 sont contenus à l'intérieur des chariots et le dispositif d'équilibrage est contenu à l'intérieur de la colonne 5), on peut l'utiliser de façon appropriée pour le montage, le couplage et l'introduction de précision, pour saisir et déposer de façon sélective, et pour toutes autres opérations technologiques habituelles dans l'assemblage d'éléments de

petite dimension ou pour des mesures de dimensions.

Finalement, il est clair que les réalisations décrites et

représentées de l'invention peuvent être modifiées sans s'é-

carter du domaine de l'invention proprement dite; par exem-

ple, les calculateurs 200 et 210 peuvent être remplacés par

un calculateur unique.

Claims (17)

Revendications.

1 Ensemble de bras manipulateur commandé par un système

calculateur, ledit bras ( 2) comportant une structure sup-

port pour une extrémité de préhension ou de mesure ( 3), caractérisé on ce que cette structure comporte un corps unique ( 4) pour supporter et guider une colonne unique ( 5), le corps ( 4) pouvant être déplacé par rapport à un élément support ( 6) dudit bras, cet élément support pouvant être fixé sur un corps fixe ( 7), ladite structure comportant des

moyens ( 13, 15; 22, 24; 25, 27) pour le déplacement rec-

tiligne de ladite extrémité ( 3) par rapport à l'élément support ( 6) selon les directions (X, Y, Z) d'un jeu de trois

axes cartésiens orthogonaux.

2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bras ( 2) a une structure de composants individuels ( 4, 5, 8, 9) dont chacun est supporté par rapport à l'autre

et par rapport audit élément support par des moyens de sup-

ports ( 6, 4, 8) et dont chacun peut être déplacé par rapport

à l'autre et par rapport audit élément support par l'inter-

médiaire desdits moyens de déplacement rectiligne.

3 Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2,

caractérisé en ce que la structure comporte un premier cha-

riot individuel ( 4) disposé à cheval sur ledit élément support ( 6) et pouvant être déplacé le long de cet élément par l'intermédiaire de premiers éléments ( 13, 15) des moyens de déplacement rectiligne, une première colonne ( 5) passant à travers ce premier chariot et pouvant être déplacée, le

long de son propre axe perpendiculairement par rapport au-

dit élément support ( 6), par l'intermédiaire de seconds éléments ( 22, 24) des moyens de déplacement rectiligne, un deuxième chariot ( 8) étant fixé au sommet de la première colonne ( 5) ou au voisinage de ce sommet, second chariot à travers lequel passe un coulisseau ( 9) pouvant être déplacé le long de son propre axe perpendiculairement par rapport

à la première colonne et audit élément support par l'inter-

médiaire de troisièmes éléments ( 25, 27) desdits moyens de déplacement rectiligne, l'extrémité de préhension ou de mesure ( 3) étant disposée au voisinage de l'extrémité de

ce coulisseau ou à cette extrémité.

4 Ensemble selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que les moyens de déplacement rectiligne comportent des éléments de guidage ( 41, 45, 55) dirigés

selon ces directions, et des unités motrices ( 15, 24, 27).

Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'alimentation électrique des unités motrices est obtenue par des rubans ( 35) supportant des conducteurs plats

souples, ces conducteurs étant alimentés en alternance.

6 Ensemble selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 49) pour

équilibrer la charge du bras sur le corps support ( 4) por-

tant la colonne ( 5) lors des variations de la position de

cette extrémité ( 3), le dispositif ( 49) étant logé à-l'in-

térieur de la colonne ( 5).

7 Ensemble selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce que la structure comporte des moyens de déplacement rotatif ( 60, 92, 86) pour permettre une rotation (Rl, R 2; R 3) de l'extrémité de préhension ou de mesure ( 3) autour d'au moins un axe coincidant avec l'un

du groupe des trois axes cartésiens orthogonaux ou paral-

lèle à celui-ci.

8 Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette structure comporte jusqu'à deux moyens de déplacement rotatif pour procurer une rotation de l'extrémité autour de

deux de ces axes -

9 Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un seul moteur ( 60) pour commander deux

moyens de déplacement rotatif différents au moyen d'un dis-

positif pour transmettre le mouvement entre ces deux moyens différents.

Ensemble s'lon l'une quelconque des revendications 7 à

9, caractérisé en ce que les moyens de déplacement rotatif

( 100) sont commandés pneumatiquement.

11 Ensemble selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, dans ledit bras, un détecteur d'efforts ( 120) sensible au déplacement de

l'extrémité ( 3) selon au moins une direction.

12 Ensemble selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pince ( 150)

à l'extrémité du bras.

13 Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce

que la pince comporte deux mâchoires ( 160) dont les mouve-

ments sont commandés pneumatiquement par des dispositifs

à double effet ( 153).

14 Ensemble selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur de

position ( 170) pour les éléments mobiles ( 160) de la pince.

Ensemble selon l'une quelconque des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce que le système calculateur ( 1) comporte un premier calculateur de gestion central ( 200) pour des opérations extérieures au bras, et un deuxième calculateur spécifique ( 210), auxiliaire du premier ( 200), pour commander et surveiller les moyens de déplacement

rectiligne et/ou rotatif du bras.

16 Ensemble selon la revendication 15, caractérisé en ce

que le premier calculateur ( 200) comporte un microproces-

seur du type LSI 11 et en ce que le deuxième calculateur

( 210) comporte un microprocesseur du type INTEL 8080.

17 Ensemble selon la revendication 15, ou la revendica-

tion 16, caractérisé en ce qu'il comporte un tableau de commande opérationnel ( 32) de cet ensemble, raccordé au premier calculateur ( 200) et un dispositif ( 30) pour la commande manuelle du déplacement de cette extrémité ( 3)

raccordé au deuxième calculateur ( 210).

18 Ensemble selon l'une quelconque des revendications

15 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte des blocs de

surveillance et de commande individuels ( 245, 246) raccor-

dés au second calculateur ( 210) pour chacun des moyens de déplacement rectiligne et/ou rotatif du bras, les blocs

( 245, 246) travaillant simultanément avec le deuxième cal-

culateur.

19 Ensemble selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le système calculateur ( 1) commande le fonctionnement de l'ensemble sélectivement

en mode automatique, en apprentissage ou en déplacement ma-

nuel.