WO2003035336A1 - Dispositif de prehension d'une piece, et procede pour sa fabrication - Google Patents

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WO2003035336A1
WO2003035336A1 PCT/FR2002/003615 FR0203615W WO03035336A1 WO 2003035336 A1 WO2003035336 A1 WO 2003035336A1 FR 0203615 W FR0203615 W FR 0203615W WO 03035336 A1 WO03035336 A1 WO 03035336A1
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WO
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frame
interface
gripping
arm
fixed
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/003615
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English (en)
Inventor
Dominique Moule
Laurent Berthellemy
Francesco Di Mino
Original Assignee
Bema Ingenierie
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/41Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to the field of gripping devices used for handling parts.
  • a gripping device of the type comprising a frame which has an interface suitable for being fixed to a displacement member and which supports at least one gripping member suitable for holding the part in a geometrical position defined with respect to the frame.
  • gripping devices also called grippers
  • Such gripping devices are used mainly on industrial assembly lines to move a part from a first location, for example a storage location, to a second location, for example a final mounting location.
  • the frame of such a device is generally fixed, via its interface, to a robot arm or to a similar displacement member to move the frame and the part that it supports between the two locations mentioned.
  • the frame supports one or more gripping members, such as clamps or clamps, suction cups, etc., which serve to grip the workpiece and hold it in a geometrical position defined precisely with respect to the frame, during all displacement.
  • gripping members such as clamps or clamps, suction cups, etc.
  • One of the essential requirements is to ensure precision when the part is removed and especially when it is put in place, so that it can be placed in a specific location, especially when it comes to positioning a part on a vehicle during assembly. This therefore supposes to ensure jointly a precision of the displacement member and a precision of the gripping device.
  • the precision required is generally of the order of tenths of a millimeter.
  • the frame is produced by different means, for example from mechanically welded metal elements, steel or aluminum, produced specifically according to the given definition plane.
  • each gripping device constitutes a specific element, the frame of which is also produced in a specific way to allow the gripping member (s) to be supported in well-defined geometric positions relative to the frame, and therefore relative to the gripping member. displacement (robot or the like).
  • the object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the frame comprises at least one shaped element made of a sintered material obtained by localized melting of a powdered material by the addition of heat.
  • the frame of the device of the invention is radically different from the traditional frames made by assembling mechanical elements.
  • the frame of the invention is made from at least one shaped element, that is to say made to the shape, by a sintering technique using a powder material capable of being sintered thermally.
  • such a sintering technique consists in depositing a first thin layer of a polymerizable powder material, sintering the material of this first layer along a defined surface by means of a laser beam which comes to sweep this first layer, depending of data stored in a computer. Next, a second layer is deposited which is sintered under the same conditions, and according to another defined surface, and so on.
  • a part can be produced in three dimensions, possibly with hollow parts, the shape of which exactly corresponds to a shape whose characteristics have been digitized, recorded and stored in a computer.
  • Such a technique makes it possible to produce parts of complex shape which are difficult, if not impossible, to be produced by traditional techniques.
  • each frame constitutes a very specific specific element which is generally produced in one copy, or in a very small number of copies.
  • the sintered material is chosen from polyamides, sinterable metallic materials, aluminum and polymerizable carbon.
  • the frame comprises at least one arm connected to the interface and supporting at least one gripping member.
  • the arm can be connected to the interface by fixing means, for example mechanical means and / or bonding means.
  • These bonding means in this case use an adhesive adapted to the sintered material used.
  • the arm is formed in one piece with the interface, the latter then also being made of sintered material.
  • the arm can be completely full. It is advantageous, however, to reduce the weight of the arm, to make it hollow, possibly with internal spacers. This makes it possible to save material, while designing an arm of sufficient mechanical strength.
  • the frame is surrounded by a protective coating, for example a metallized coating, or even by an added coating, to allow the device to resist an aggressive environment (for example oil splashes, sparks, etc.).
  • a protective coating for example a metallized coating, or even by an added coating, to allow the device to resist an aggressive environment (for example oil splashes, sparks, etc.).
  • the frame comprises at least one passage accessible from the outside made in an element shaped to receive a cable or a conduit Power.
  • the sintering technique makes it possible to produce selected shapes, and this is the case for a passage accessible from the outside.
  • each gripping member is produced in the form of a clamp comprising a fixed part connected to the frame and a mobile part capable of displacement relative to the fixed part.
  • the fixed part of the clamp can be fixed to the frame or it can also be made in one piece with the frame.
  • the interface of the device of the invention is susceptible of numerous variants. It may especially be an open box with several faces, at least one of which is provided with cable passage means.
  • This interface is arranged to be fixed to the end of a robot arm or the like.
  • the invention relates to a method of manufacturing a gripping device as defined above, this method comprising the operations consisting in:
  • a) establish a three-dimensional digital model of the device, in particular of the frame, to constitute a data file; and b) making the frame, from the data in this file, by a sintering technique using a powder material capable of being sintered thermally.
  • this sintering technique is a laser technique.
  • the laser used is advantageously a C0 2 laser or a YAG laser.
  • FIG. 1 is a simplified perspective view showing a gripping device according to the invention fixed on a robot arm and used to move a part;
  • - Figure 2 is a perspective view of the gripping device, without its holding members;
  • - Figure 3 is a plan view of the gripping device of Figure 2;
  • FIG. 4 is a side view of the gripping device of Figures 2 and 3;
  • FIG. 5 is another side view of the gripping device of Figures 2 and 3;
  • FIG. 7 shows the detail VII of Figure VI, on an enlarged scale.
  • FIG. 1 shows a gripping device 10 according to the invention, comprising a frame 12 fixed to a displacement member 14, here a robot (shown diagrammatically).
  • the device 10 comprises, in the example, two gripping members 16 for supporting a workpiece P.
  • the gripping members 16 each consist of any suitable member, for example a clamp or clamp, a suction cup , etc.
  • each of the gripping members is produced in the form of a clamping clamp comprising a fixed part 16a and a movable part 16b capable of being moved relative to the fixed part.
  • the function of the gripping device is to take a part P from a first location, for example a storage location, in order to move it to a second location, for example a mounting location.
  • the part P can be a component of a motor vehicle which is taken from a storage reserve and is then precisely positioned on a vehicle during assembly.
  • the frame 12 comprises two shaped elements 18 and 20 (also called arms) which are connected to an interface 22 intended to be fixed, in a specific location, to the end of the robot 14.
  • the interface 22 is produced in the form of an open box, of generally parallelepipedal shape, comprising a bottom face 24 on which four lateral faces depend, namely two large faces 26 and 28 and two small faces 30 and 32.
  • the bottom face 24 is designed to be fixed to the end of the robot arm 14 and for this purpose it comprises suitable fixing means, in particular holes 31 and positioning grooves 33 ( Figure 3). This allows the interface 22 to be locked in a precise position on a mounting interface (not shown) carried by the robot 14.
  • the frame is formed exclusively from shaped elements made of sintered material by a rapid prototyping technique, by a laser technique .
  • the sintered material is advantageously chosen from polyamides, sinterable metallic materials, aluminum and polymerizable carbon.
  • polyamide 6-6 is essentially considered.
  • all the elements, including the interface 22, are made of sintered material.
  • the arm 18 first comprises two branches 34 and 36, the ends of which are connected to the large face 26. These two branches 34 and 36 are produced in a single piece with the interface. As can be seen in Figure 2, the branches 34 and 36 are hollow and are provided with internal braces 38 which extend over their entire length to impart better rigidity. The branches 34 and 36 thus have two respective ends 40 and 42 which are attached to the large face 26. They also have two bent ends 44 and 46 on which is stuck an attached element 48 which is advantageously produced by laser sintering, but which could also be produced in a part molded from another material, for example aluminum. Bonding is carried out with an adhesive suitable for the sintered material used. In the case of a material of the polyamide type, an acrylic adhesive is advantageously used.
  • This insert 48 is formed by two half-shells 48a and 48b and it comprises two cylindrical ends 50 and 52 in which the bent ends 44 and 46 are fitted respectively, and another cylindrical end 54 which receives an end arm 56 having an evolutive shape and ending with an interface 58 on which one of the gripping members 16 can be fixed.
  • this interface is made flat and has a certain number of holes 60 for screws or the like, which serve, in the example to the fixing of the fixed part 16a of a gripping member.
  • the interface 58 could itself constitute a part of the holding member.
  • the holding member is a collet having a fixed part 16a and a movable part 16b
  • this fixed part 16a can be made in one piece with the arm 18, that is to say here with the end arm 56.
  • the arm 20 is also produced by a laser sintering technique using a sintered material.
  • the arm 20 comprises two branches 62 and 64, generally parallel, each terminated by a base 66, respectively 68, of generally square shape.
  • Each of these bases is intended to be fixed on the large face 28, for example by mechanical fixing and / or bonding.
  • Each of these bases includes four holes which allow the installation of screwed elements.
  • the branches 62 and 64 are reinforced by internal braces 65 ( Figures 6 and 7) and are extended by an end arm 70 which is made in one piece with these branches.
  • This end arm is reinforced by internal braces and it has an end 72 in which is fitted an elbow element 74 having internal braces 75 ( Figures 5 and 6) and terminated by an interface 76.
  • the elbow element 74 and l 'interface 76 are made in one piece by laser sintering.
  • the interface 76 includes a number of holes 78 to allow the fixing of the fixed part 16a of the other gripping member.
  • the interface 78 could constitute a part of a gripping member, in particular in the case where this comprises a fixed part 16a and a mobile part 16b.
  • the elbow element 74 and the interface 76 are made in one piece, while the element 74 is attached and glued to the end 72 of the end arm 70. It is conceivable that the elbow element 74 and the arm end 70 have complementary nesting shapes which allow, during assembly, precise positioning of the element 74 relative to the arm 20.
  • the bonding is carried out with a suitable adhesive, here an acrylic adhesive.
  • the side faces of the interface have different openings 80 forming cable passage to allow power electric and / or pneumatic of the gripping members.
  • the frame shown in Figures 2 to 6 is one example among others of a frame capable of being produced according to the invention.
  • the basic principle is to produce the frame from at least one shaped element, that is to say having a precise shape, made of a sintered material.
  • the interface can, depending on the case, either be made of sintered material, or be made of a traditional material.
  • the rest of the frame may, in some cases, be made in one piece with this interface for reasons of simplification.
  • a three-dimensional (3D) digital model of the device and in particular of the frame is established.
  • These gripping members can be constituted, for example, by clamping members, pliers, multifunction pilots, linear pilots, pivoting flanges, suction cups, etc.
  • the shape of the elements is chosen to have sufficient rigidity to ensure the grip of the part to be handled, without deformation, ensuring repeatability.
  • the shape is defined using finite element calculation software to optimize its inertia, its weight and its mechanical strength.
  • the profile of this link does not take into account a conventional embodiment on a machine but allows impossible embodiments according to traditional techniques. It allows in particular to produce elements with hollow bodies ribs of progressive shape having, for example, a cylindrical shape at one end and a parallelepiped section at another.
  • the frame is then produced by sintering a sinterable material according to a rapid prototyping technique from the data in this file.
  • Sintering is carried out layer by layer by providing thermal energy each time on a precisely defined surface.
  • Various types of prototyping machines operating by laser sintering are commercially available which may be suitable for implementing the invention. These known machines most often operate with a C0 2 laser or with a YAG laser. They use a sinterable powder material which is spread out to form a first thin layer on which a laser beam is swept along a defined surface whose characteristics are stored in a computer, and then we proceed in the same way, layer by layer to make the desired piece.
  • the shape made allows, among other things, to include the passage of cables or conduits protected by the shape itself.
  • Figures 6 and 7 show the section of an arm, here the arm 64, made hollow and having a groove 82 accessible from the outside to form a passage for a cable or a conduit 84 extending along the arm. It is also possible to form projecting elements to ensure the maintenance of such a cable or conduit in a defined position.
  • the cable or conduit can be for example an electric cable, a compressed air conduit, etc.
  • Polyamide for example polyamide 6-6, preferably loaded, will be used very particularly.
  • the advantage of the invention is the total absence of stock.
  • a single digitization allows the identical production of an infinite number of gripping devices.
  • a possible modification of an assembly produced can be integrated by gluing on the existing elements.
  • the invention finds particular application in the field of gripping devices used in the automotive industry.

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Abstract

Le dispositif de préhension de l'invention comprend un bâti (12) qui présente une interface (22) propre à être fixée à un organe de déplacement (14) et qui supporte au moins un organe de préhension (16) pour maintenir une pièce (P) dans une position géométrique définie par rapport au bâti. Le bâti (12) comprend au moins un élément conformé (18, 20) réalisé en un matériau fritté obtenu par fusion localisée d'un matériau en poudre par apport de chaleur. Le dispositif de préhension de l'invention trouve une application notamment sur les chaînes de montage des véhicules automobiles.

Description

Dispositif de préhension d'une pièce, et procédé pour sa fabrication
L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de préhension utilisés pour la manipulation de pièces .
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de préhension du type comprenant un bâti qui présente une interface propre à être fixée à un organe de déplacement et qui supporte au moins un organe de préhension propre à maintenir la pièce dans une position géométrique définie par rapport au bâti.
De tels dispositifs de préhension, appelés aussi préhenseurs, sont utilisés principalement sur les chaînes de montage industrielles pour déplacer une pièce depuis un premier emplacement, par exemple un emplacement de stockage, jusqu'à un deuxième emplacement, par exemple un emplacement définitif de montage.
C'est ainsi que ces dispositifs trouvent une application préférentielle dans les chaînes de montage des véhicules automobiles pour mettre en place une pièce sur un véhicule en cours de montage.
Le bâti d'un tel dispositif est généralement fixé, par l'intermédiaire de son interface, à un bras de robot ou à un organe de déplacement analogue pour déplacer le bâti et la pièce qu'il supporte entre les deux emplacements mentionnés.
Le bâti supporte un ou plusieurs organes de préhension, tels que des pinces de serrage ou de bridage, des ventouses, etc., qui servent à saisir la pièce et a la maintenir dans une position géométrique définie de façon précise par rapport au bâti, pendant tout le déplacement.
Un des impératifs essentiels est d'assurer une précision lors du prélèvement de la pièce et surtout lors de sa mise en place, pour qu'elle puisse être placée dans un endroit précis, notamment lorsqu'il s'agit de positionner une pièce sur un véhicule en cours de montage. Ceci suppose par conséquent d'assurer conjointement une précision de l'organe de déplacement et une précision du dispositif de préhension. A titre d'exemple, sur une chaîne de montage de véhicules automobiles, la précision demandée est généralement de l'ordre du dixième de millimètre.
Dans les dispositifs de préhension connus, le bâti est réalisé par différents moyens, par exemple à partir d'éléments métalliques mécano-soudés, en acier ou en aluminium, réalisés de façon spécifique en fonction du plan de définition donné.
Il est connu aussi de réaliser le bâti par assemblage de modules standard gérés en stock et par réalisation de parties spécifiques .
De plus, il est connu de réaliser le bâti par assemblage de profilés divers (tubes extrudés, tubes cylindriques coupés à longueur) à l'aide d'éléments de jonction standard par vissage, pincement ou autre moyen, et par réalisation de parties spécifiques d'interface et de fixation pour les éléments de maintien.
En effet, chaque dispositif de préhension constitue un élément spécifique dont le bâti est réalisé également de façon spécifique pour permettre de supporter le ou les organes de préhension dans des positions géométriques bien définies par rapport au bâti, et donc par rapport à l'organe de déplacement (robot ou analogue).
Cette conception traditionnelle des dispositifs de préhension nécessite de gérer en stock un certain nombre de pièces, puis d'assembler ces pièces, éventuellement avec des éléments spécifiques, pour réaliser un bâti de profil géométrique bien défini.
Ceci nécessite par conséquent un temps de réalisation et d'assemblage important.
De plus, il peut arriver, de manière accidentelle, que le bâti soit faussé en service.
Ceci nécessite alors de démonter le bâti pour soit le réparer, soit le remplacer par un autre bâti identique ou similaire.
Il en résulte des temps d'immobilisation importants, pendant lesquels la chaîne de montage, n'est pas opérationnelle.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.
Elle propose à cet effet un dispositif de préhension du type défini en introduction, dans lequel le bâti comprend au moins un élément conformé réalisé en un matériau fritte obtenu par fusion localisée d'un matériau en poudre par apport de chaleur.
Ainsi, le bâti du dispositif de l'invention se différencie radicalement des bâtis traditionnels réalisés par assemblage d'éléments mécaniques.
Le bâti de l'invention est réalisé à partir d'au moins un élément conformé, c'est-à-dire réalisé à la forme, par une technique de frittage utilisant un matériau en poudre susceptible d'être fritte par voie thermique.
A ce titre on envisage de manière préférentielle un matériau fritte par un rayon laser.
Jusqu'à présent, ces matériaux frittes sont utilisés essentiellement pour le prototypage rapide, c'est-à-dire pour la réalisation de prototypes, qui peuvent avoir des formes très complexes, par une technique de frittage par voie thermique, et tout particulièrement une technique de frittage au laser.
On rappellera qu'une telle technique de frittage consiste à déposer une première couche fine d'un matériau polymérisable en poudre, de fritter le matériau de cette première couche suivant une surface définie grâce à un rayon laser qui vient balayer cette première couche, en fonction de données stockées dans un ordinateur. On procède ensuite au dépôt d'une deuxième couche que l'on fritte dans les mêmes conditions, et selon une autre surface définie, et ainsi de suite.
De cette manière, on peut réaliser une pièce en trois dimensions, éventuellement avec des parties creuses, dont la forme correspond exactement à une forme dont les caractéristiques ont été numérisées, enregistrées et stockées dans un ordinateur. Une telle technique permet de réaliser des pièces de forme complexe qui sont difficiles, voire impossibles à réaliser par des techniques traditionnelles.
Cependant, cette technique n'a jusqu'à présent pas été utilisée pour réaliser des pièces industrielles en grande série, car elle se prête essentiellement à la réalisation de prototypes.
Or, dans un dispositif de préhension, du type défini précédemment, chaque bâti constitue un élément spécifique bien précis qui est généralement réalisé en un exemplaire, ou en un très faible nombre d'exemplaires.
La Demanderesse a été trouvé qu'une telle technique de prototypage pouvait être utilisée pour réaliser un bâti à partir d'un ou plusieurs éléments conformés, c'est-à-dire réalisés avec des formes bien spécifiques, en matériau fritte, sans compromettre les propriétés mécaniques du bâti.
Avantageusement, le matériau fritte est choisi parmi les polyamides, les matériaux métalliques frittables, l'aluminium et le carbone polymérisable.
On envisage tout particulièrement un polyamide fin, éventuellement chargé, en particulier par des billes de verre.
Dans une forme de réalisation de l'invention, le bâti comprend au moins un bras relié à l'interface et supportant au moins un organe de préhension. Le bras peut être relié à l'interface par des moyens de fixation, par exemple des moyens mécaniques et/ou des moyens de collage. Ces moyens de collage font en ce cas appel à une colle adaptée au matériau fritte utilisé.
Il est envisageable aussi que le bras soit formé d'une seule pièce avec l'interface, cette dernière étant alors réalisée aussi en matériau fritte. Le bras peut être complètement plein. Il est avantageux cependant, pour diminuer le poids du bras, de le réaliser creux, éventuellement avec des entretoises internes. Ceci permet de faire une économie de matière, tout en concevant un bras de résistance mécanique suffisante.
Cela n'empêche pas que le bras lui-même puisse être réalisé en une seule pièce, ou éventuellement en plusieurs pièces.
Dès lors, toutes les combinaisons sont possibles. On peut, par exemple, avoir deux bras fixés à l'interface, un bras fixé à l'interface et un autre réalisé monobloc avec celle-ci, deux bras réalisés monobloc avec l'interface, etc.
Il est avantageux que le bâti soit entouré d'un revêtement de protection, par exemple d'un revêtement métallisé, ou encore d'un revêtement rapporté, pour permettre au dispositif de résister à un environnement agressif (par exemple des projections d'huile, d'étincelles, etc.).
Selon une autre caractéristique de l'invention, le bâti comprend au moins un passage accessible de l'extérieur réalisé dans un élément conformé pour recevoir un câble ou un conduit d'alimentation. La technique de frittage permet en effet de réaliser des formes choisies, et c'est le cas pour un passage accessible de l'extérieur.
Dans une forme de réalisation de l'invention, chaque organe de préhension est réalisé sous la forme d'une pince comprenant une partie fixe reliée au bâti et une partie mobile capable de déplacement par rapport à la partie fixe.
En pareil cas, la partie fixe de la pince peut être fixée au bâti ou elle peut aussi être réalisée d'une seule pièce avec le bâti.
L'interface du dispositif de l'invention est susceptible de nombreuses variantes. Il peut s'agir notamment d'un boîtier ouvert avec plusieurs faces dont l'une au moins est dotée de moyens de passage de câbles.
Cette interface est aménagée pour être fixée à l'extrémité d'un bras de robot ou analogue.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de préhension tel que défini précédemment, ce procédé comprenant les opérations consistant à :
a) établir une maquette numérique en trois dimensions du dispositif, notamment du bâti, pour constituer un fichier de données ; et b) réaliser le bâti, à partir des données de ce fichier, par une technique de frittage utilisant un matériau en poudre susceptible d'être fritte par voie thermique.
De préférence, cette technique de frittage est une technique au laser. Le laser utilisé est avantageusement un laser au C02 ou un laser YAG. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue en perspective simplifiée montrant un dispositif de préhension selon l'invention fixé sur un bras de robot et utilisé pour déplacer une pièce ;
- la Figure 2 est une vue en perspective du dispositif de préhension, sans ses organes de maintien ; - la Figure 3 est une vue en plan du dispositif de préhension de la Figure 2 ;
- la Figure 4 est une vue de côté du dispositif de préhension des Figures 2 et 3 ;
- la Figure 5 est une autre vue de côté du dispositif de préhension des Figures 2 et 3 ;
- la Figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la
Figure 3 ; et
- la Figure 7 représente le détail VII de la Figure VI, à échelle agrandie.
On se réfère d'abord à la Figure 1 qui montre un dispositif de préhension 10 selon l'invention, comportant un bâti 12 fixé à un organe de déplacement 14, ici un robot (représenté schématiquement) . Le dispositif 10 comporte, dans l'exemple, deux organes de préhension 16 pour supporter une pièce P. Les organes de préhension 16 sont constitués chacun de tout organe approprié, par exemple d'une pince de serrage ou de bridage, d'une ventouse, etc. Dans l'exemple chacun des organes de préhension est réalisé sous la forme d'une pince de bridage comprenant une partie fixe 16a et une partie mobile 16b susceptible d'être déplacée par rapport à la partie fixe.
La fonction du dispositif de préhension est de prélever une pièce P sur un premier emplacement, par exemple un emplacement de stockage, pour la déplacer jusqu'à un deuxième emplacement, par exemple un emplacement de montage. A titre d'exemple, la pièce P peut être un composant d'un véhicule automobile qui est prélevé sur une réserve de stockage et est ensuite positionné de manière précise sur un véhicule en cours de montage.
On se réfère maintenant conjointement aux Figures 2 à 6 pour décrire la structure du bâti 12 du dispositif 10 précité. Dans l'exemple de réalisation représenté, le bâti 12 comprend deux éléments conformés 18 et 20 (encore appelés des bras) qui sont reliés à une interface 22 destinée à être fixée, dans un emplacement précis, à l'extrémité du robot 14. Dans l'exemple représenté, l'interface 22 est réalisée sous la forme d'un boîtier ouvert, de forme générale parallélépipédique, comprenant une face de fond 24 dont dépendent quatre faces latérales, à savoir deux grandes faces 26 et 28 et deux petites faces 30 et 32. La face de fond 24 est aménagée pour être fixée à l'extrémité du bras de robot 14 et elle comprend à cet effet des moyens de fixation appropriés en particulier des trous 31 et des rainures de positionnement 33 (Figure 3). Cela permet à l'interface 22 d'être bloquée dans une position précise sur une interface de montage (non représentée) que porte le robot 14.
Les faces 26 et 28 servent à la fixation respectivement des bras 18 et 20. Dans l'exemple de réalisation, le bâti est formé exclusivement à partir d'éléments conformés réalisés en matériau fritte par une technique de prototypage rapide, par une technique au laser. Le matériau fritte est choisi avantageusement parmi les polyamides, les matériaux métalliques frittables, l'aluminium et le carbone polymérisable.
Dans l'exemple, on utilise avantageusement un polyamide fin, éventuellement chargé, en particulier par des billes de verre. A ce titre, on envisage essentiellement du polyamide 6-6. Dans l'exemple représenté, tous les éléments, y compris l'interface 22, sont en matériau fritte. Cependant, il est envisageable aussi de réaliser l'interface de manière traditionnelle par moulage ou usinage d'un matériau métallique approprié.
Dans l'exemple représenté, le bras 18 comprend d'abord deux branches 34 et 36 dont les extrémités sont reliées à la grande face 26. Ces deux branches 34 et 36 sont réalisées de manière monobloc avec l'interface. Comme on peut le voir sur la Figure 2, les branches 34 et 36 sont creuses et sont dotées de croisillons internes 38 qui s'étendent sur toute leur longueur pour conférer une meilleure rigidité. Les branches 34 et 36 ont ainsi deux extrémités respectives 40 et 42 qui se rattachent à la grande face 26. Elles possèdent en outre deux extrémités coudées 44 et 46 sur lesquelles est collé un élément rapporté 48 qui est avantageusement réalisé par frittage au laser, mais qui pourrait aussi être réalisé dans une pièce moulée en un autre matériau, par exemple en aluminium. Le collage est effectué avec une colle adaptée au matériau fritte utilisé. Dans le cas d'un matériau du type polyamide, on uilise avantageusement une colle acrylique.
Cet élément rapporté 48 est formé de deux demi-coquilles 48a et 48b et il comprend deux embouts cylindriques 50 et 52 dans lesquels sont emmanchées respectivement les extrémités coudées 44 et 46, et un autre embout cylindrique 54 qui reçoit un bras d'extrémité 56 présentant une forme évolutive et se terminant par une interface 58 sur laquelle peut être fixé l'un des organes de préhension 16. A cet effet, cette interface est réalisée plane et comporte un certain nombre de trous 60 pour des vis ou analogue, qui servent, dans l'exemple à la fixation de la partie fixe 16a d'un organe de préhension.
Dans une variante de réalisation, l'interface 58 pourrait constituer elle-même une partie de l'organe de maintien. Ainsi, dans le cas où l'organe de maintien est une pince de serrage comportant une partie fixe 16a et une partie mobile 16b, cette partie fixe 16a peut être réalisée monobloc avec le bras 18, c'est-à-dire ici avec le bras d'extrémité 56.
Le bras 20 est réalisé également par une technique de frittage laser en utilisant un matériau fritte. Le bras 20 comprend deux branches 62 et 64, généralement parallèles, terminées chacune par une embase 66, respectivement 68, de forme générale carrée. Chacune de ces embases est destinée à être fixée sur la grande face 28, par exemple par une fixation mécanique et/ou un collage. Chacune de ces embases comprend quatre trous qui permettent la mise en place d'éléments vissés. Bien entendu, il est envisageable de réaliser les deux branches 62 et 64 monobloc avec la face 28.
Les branches 62 et 64 sont renforcées par des croisillons internes 65 (Figures 6 et 7) et se prolongent par un bras d'extrémité 70 qui est réalisé monobloc avec ces branches. Ce bras d'extrémité est renforcé par des croisillons internes et il présente une extrémité 72 dans laquelle est emboîté un élément coudé 74 ayant des croisillons internes 75 (Figures 5 et 6) et terminé par une interface 76. L'élément coudé 74 et l'interface 76 sont réalisés d'une seule pièce par frittage au laser.
L'interface 76 comprend un certain nombre de trous 78 pour permettre la fixation de la partie fixe 16a de l'autre organe de préhension. Comme déjà indiqué, l'interface 78 pourrait constituer une partie d'un organe de préhension, notamment dans le cas où celui-ci comprend une partie fixe 16a et une partie mobile 16b.
L'élément coudé 74 et l'interface 76 sont réalisés monobloc, tandis que l'élément 74 est rapporté et collé sur l'extrémité 72 du bras d'extrémité 70. Il est envisageable que l'élément coudé 74 et le bras d'extrémité 70 aient des formes d'emboîtement complémentaires qui permettent, lors de l'assemblage, un positionnement précis de l'élément 74 par rapport au bras 20. Le collage est réalisé avec une colle adaptée, ici une colle acrylique.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur la Figure 3, les faces latérales de l'interface comportent différentes ouvertures 80 formant passage de câbles pour permettre l'alimentation électrique et/ou pneumatique des organes de préhension.
Le bâti représenté aux Figures 2 à 6 constitue un exemple parmi d'autres d'un bâti susceptible d'être réalisé selon l'invention. Le principe de base est de réaliser le bâti à partir d'au moins un élément conformé, c'est-à-dire possédant une forme précise, réalisé en un matériau fritte. Pour un bâti de faible encombrement, il est envisageable de réaliser l'ensemble du bâti d'une seule pièce. Cependant, en fonction de l'encombrement du bâti et des possibilités de la machine de prototypage, il sera souvent nécessaire de réaliser le bâti en plusieurs éléments. Ainsi, l'interface peut, selon le cas, soit être réalisée en matériau fritte, soit être réalisée en un matériau traditionnel. Le reste du bâti pourra, dans certains cas, être réalisé d'une seule pièce avec cette interface pour des raisons de simplification.
Pour fabriquer un dispositif de préhension tel que défini précédemment, on établit une maquette numérique en trois dimensions (3D) du dispositif et notamment du bâti. Ceci permet de réaliser une forme qui relie l'interface servant à la fixation sur le robot ou analogue, aux organes de préhension qui sont nécessaires pour maintenir la pièce. Ces organes de préhension peuvent être constitués, par exemple, par des organes de serrage, des pinces, des pilotes multifonction, des pilotes linéaires, des brides pivotantes, des ventouses, etc. La forme des éléments est choisie pour avoir la rigidité suffisante afin d'assurer la prise de la pièce à manipuler, sans déformation, en assurant la répétabilité.
La forme est définie grâce à un logiciel de calcul par éléments finis permettant d'optimiser son inertie, son poids et sa résistance mécanique. Le profil de cette liaison ne tient pas compte d'une réalisation classique sur machine mais permet des réalisations impossibles suivant les techniques traditionnelles. Il permet notamment de réaliser des éléments avec des corps creux nervures de forme évolutive présentant, par exemple, une forme cylindrique à une extrémité et une section parallélépipédique à une autre.
La réalisation des éléments est possible après numérisation 3D en CAO (conception assistée par ordinateur) du modèle et par exploitation directe du fichier de données ainsi obtenu, dans une machine de prototypage, et cela sans réaliser de plan de définition. Ceci élimine les risques d'erreurs de cote sur les plans, en réalisation d'usinage ou en montage.
Le bâti est ensuite réalisé par frittage d'un matériau frittable selon une technique de prototypage rapide à partir des données de ce fichier. Le frittage s'effectue couche par couche par apport d'énergie thermique à chaque fois sur une surface définie précisément. On trouve dans le commerce différents types de machines de prototypage fonctionnant par frittage au laser qui peuvent convenir à la mise en oeuvre de l'invention. Ces machines connues fonctionnent le plus souvent avec un laser au C02 ou avec un laser YAG. Elles utilisent un matériau frittable en poudre qui est étalé pour former une première couche de faible épaisseur sur laquelle on vient balayer un rayon laser suivant une surface définie dont les caractéristiques sont stockées dans un ordinateur, et on procède ensuite de la même façon, couche par couche pour réaliser la pièce désirée.
Ces machines ont des capacités limitées en termes de dimensions des pièces à réaliser. C'est la raison pour laquelle, pour des bâtis de grande dimension, il sera nécessaire de les réaliser en plusieurs parties et de les assembler ensuite par des techniques d'assemblage mécanique et/ou collage.
La forme réalisée permet entre autres d'inclure le passage de câbles ou de conduits protégés par la forme elle-même. Les Figures 6 et 7 montrent la section d'un bras, ici le bras 64, réalisé creux et comportant une gorge 82 accessible de l'extérieur pour former un passage pour un câble ou un conduit 84 s 'étendant le long du bras. Il est possible aussi de former des éléments en saillie pour assurer le maintien d'un tel câble ou conduit dans une position définie. Le câble ou conduit peut être par exemple un câble électrique, un conduit d'air comprimé, etc.
Les matériaux utilisés pour les différents éléments sont variables suivant les mécaniques désirées. On utilisera tout particulièrement du polyamide, par exemple du polyamide 6-6, de préférence chargé.
Après réalisation du bâti, il est envisageable de le protéger par un revêtement approprié, afin de limiter les risques entraînés par les projections de matériau de toute nature, par exemple les projections d'huile ou projections d'étincelles. Comme revêtements, on envisage en particulier un revêtement métallisé, par exemple un chromage, ou encore un revêtement rapporté formant gaine de protection.
L'avantage de l'invention est l'absence totale de stock. Une seule numérisation permet la réalisation à l'identique d'un nombre infini de dispositifs de préhension. Une modification éventuelle d'un ensemble réalisé peut être intégrée par collage sur les éléments existants.
En cas d'endommagement du bâti, par exemple à la suite d'un choc, il est envisageable de remplacer purement et simplement ce bâti par un nouveau bâti, ou encore une partie du bâti par une nouvelle pièce en matériau fritte. L'avantage est que l'on dispose d'un fichier numérisé des caractéristiques du bâti qui permet de réaliser un nouveau bâti strictement identique au bâti initial.
L'invention trouve une application particulière dans le domaine des dispositifs de préhension utilisés dans l'industrie automobile .

Claims

Revendications
1. Dispositif pour la préhension d'une pièce, du type comprenant un bâti (12) qui présente une interface (22) propre à être fixée à un organe de déplacement (14) et qui supporte au moins un organe de préhension (16) pour maintenir la pièce (P) dans une position géométrique définie par rapport au bâti,
caractérisé en ce que le bâti (12) comprend au moins un élément conformé (18, 20) réalisé en un matériau fritte obtenu par fusion localisée d'un matériau en poudre par apport de chaleur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est fritte par un rayon laser.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau fritte est choisi parmi les polyamides, les matériaux métalliques frittables, l'aluminium et le carbone polymérisable.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau fritte est un polyamide fin, éventuellement chargé, en particulier par des billes de verre.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bâti comprend au moins un bras (18, 20) relié à l'interface (22) et supportant au moins un organe de préhension (16).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un bras (20) est relié à l'interface (22) par des moyens de fixation (66, 68).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des moyens mécaniques et/ou des moyens de collage.
8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un bras (18) est formé d'une seule pièce avec l'interface (22).
9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le bras (18, 20) est creux.
10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le bâti (12) comprend deux bras (18, 20) reliés à l'interface (22) et deux organes de préhension (16) portés respectivement par les deux bras.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le bâti (12) est entouré d'un revêtement de protection.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le bâti (12) comprend au moins un passage (82) accessible de l'extérieur réalisé dans un élément conformé pour recevoir un câble ou un conduit d'alimentation.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque organe de préhension (16) est réalisé sous la forme d'une pince comprenant une partie fixe (16a) reliée au bâti et une partie mobile (16a) capable de déplacement par rapport à la partie fixe.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la partie fixe (16a) de la pince est fixée au bâti (12).
15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la partie fixe (16a) de la pince est réalisée d'une seule pièce avec le bâti (12).
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'interface (22) est un boîtier ouvert avec plusieurs faces (26, 28, 30, 32) dont l'une au moins est dotée de moyens de passage de câbles (82).
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'interface (22) est aménagée pour être fixée à l'extrémité d'un bras de robot (14) ou analogue.
18. Procédé de fabrication d'un dispositif de préhension selon l'une des revendications l à 17, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à :
a) établir une maquette numérique en trois dimensions du dispositif, notamment du bâti, pour constituer un fichier de données ; et b) réaliser le bâti par frittage d'un matériau frittable selon une technique de prototypage rapide, à partir des données de ce fichier.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le frittage de l'opération b) est un frittage au laser.
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