Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ACTUATOR HAVING AN OFFSET MOTOR USING A FLEXIBLE TRANSMISSION, AND ROBOTIC ARM USING SUCH AN ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/167396
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a flexible transmission (1 and 1') intended to be disposed between a motor member imposing a rotation movement and a receiving member receiving the rotation movement via the flexible transmission, the transmission comprising a flexible sheath (2) in which a flexible shaft (3) extends, bearings (4) with rolling elements being regularly interposed between the flexible sheath and the flexible shaft to guide the latter in rotation in the flexible sheath. The invention also concerns robotic arms provided with such a flexible transmission, and a cable actuator having a motor offset using such a flexible transmission.

Inventors:
GARREC, Philippe (3 Résidence les Fonds-Fanette, Gif-sur-Yvette, F-91190, FR)
Application Number:
EP2013/058720
Publication Date:
November 14, 2013
Filing Date:
April 26, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (25 rue Leblanc - Bâtiment le Ponant D, Paris, F-75015, FR)
International Classes:
F16C1/06; B25J18/00; F16C1/28; F16D3/06
Domestic Patent References:
WO2002057640A12002-07-25
Foreign References:
FR551944A1923-04-17
FR2852265A12004-09-17
US4424045A1984-01-03
US4424045A1984-01-03
FR551944A1923-04-17
Attorney, Agent or Firm:
PARZY, Benjamin et al. (16 rue Médéric, Paris, F-75017, FR)
Download PDF:
Claims:
REVENDICATIONS

1. Vérin à câble comportant un câble et un ensem¬ ble vis/écrou (20, 21) dont l'un des éléments est attelé au câble (17) et l'autre des éléments est entraîné en ro¬ tation par un organe moteur (23), de sorte qu'une rota¬ tion de l'élément rotatif entraîne un défilement du c⬠ble, caractérisé en ce que le moteur est relié à l'élément à entraîner par au moins une transmission flexible qui comporte une gaine flexible (2) dans la¬ quelle s'étend un arbre flexible (3), des paliers (4) à éléments roulants étant régulièrement interposés entre la gaine flexible et l'arbre flexible pour guider ce dernier en rotation dans la gaine flexible en évitant tout contact entre arbre et gaine.

2. Vérin à câble selon la revendication 1, dans lequel le câble est tendu sans fin entre deux poulies (18, 19) .

3. Vérin à câble selon la revendication 1, dans lequel le câble passe autour d'une poulie qui définit un premier brin du câble attelé à l'un des éléments de l'ensemble vis/écrou et un deuxième brin du câble associé à un ressort de rappel et tendu par ledit ressort de rap¬ pel .

4. Bras robotisé comportant au moins des pre¬ mière, deuxième et troisième parties (11, 12, 14) articu¬ lées entre elles, le mouvement de la troisième partie (14) relativement à la deuxième partie (12) étant action¬ né par un vérin à câble (16) selon la revendication 1 disposé sur la deuxième partie, l'organe moteur (23) du vérin à câble étant disposé sur la première partie (11) et relié au vérin à câble par la transmission flexible (1) ·

5. Bras robotisé selon la revendication 4, dans lequel sont disposées au moins deux transmissions flexi- bles (Ι,Ι') en série entre l'organe moteur (23) et l'organe récepteur (16), les deux transmissions flexibles étant accouplées au moyen d'un organe d'accouplement (30) comportant un arbre cannelé (31) monté tournant sur un support, et une douille cannelée (33) montée sur l'arbre cannelé pour y coulisser tout en étant solidaire en rota¬ tion de l'arbre cannelé, l'arbre flexible de l'une des transmissions flexibles étant attelé à l'arbre cannelé, tandis que l'arbre flexible de l'autre transmission est attelé à la douille.

Description:
Vérin à moteur déporté utilisant une transmission flexible, et bras robotisé utilisant un tel vérin.

L' invention est relative à un vérin à câble à mo ¬ teur déporté utilisant une transmission flexible, et un bras robotisé utilisant un tel vérin.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

Les transmissions flexibles comportent en général un arbre de transmission flexible qui s'étend dans une gaine également flexible. Les extrémités de l'arbre flexibles sont attelées d'une part à un organe moteur adapté à faire tourner l'arbre, et d'autre part à un or ¬ gane récepteur qui exploite la rotation de l'arbre flexi ¬ ble. De telles transmissions sont en général utilisées lorsqu'un mouvement relatif est envisagé entre l'organe moteur et l'organe récepteur. Le contact glissant entre l'arbre et la gaine conduit à des frottements de glisse ¬ ment importants et de plus très variable avec le rayon de courbure, même avec utilisation de lubrifiant.

On connaît des transmissions flexibles comportant un arbre flexible s' étendant dans une gaine flexible, l'arbre ayant des extrémités solidaires d'embouts qui sont guidés en rotation par des roulements à billes in ¬ terposés entre chaque embout et la gaine. L'utilisation de roulements à billes pour guider les extrémités amé- liore le rendement de l'ensemble, qui reste néanmoins pé ¬ nalisé par les frottements entre l'arbre et la gaine.

On connaît par ailleurs du document US4424045 une transmission à gaine rigide composée de segments courbes successifs orientables entre eux. La gaine reçoit un ar- bre flexible qui est guidé par des paliers en matière plastique, par exemple en résine polyimide, disposés à chaque liaison entre deux segments successifs. La gaine rigide ne permet pas de suivre des mouvements entre l'organe moteur et l'organe récepteur. De plus, un frot- tement de glissement intervient entre les paliers et l'arbre, ce qui conduit encore à un mauvais rendement.

On connaît du document FR 551944 des transmis ¬ sions flexibles destinées à être disposées entre un or- gane moteur imposant un mouvement de rotation et un or ¬ gane récepteur recevant le mouvement de rotation via la transmission flexible, de telles transmissions comportant une gaine flexible qui reçoit un arbre flexible avec des paliers à éléments roulants régulièrement interposés en- tre la gaine flexible et l'arbre flexible pour guider ce dernier en rotation dans la gaine.

Bien entendu, la gaine est suffisamment flexible pour suivre les mouvements relatifs entre l'organe moteur et l'organe récepteur, mais néanmoins suffisamment rigide pour imposer sa courbure à l'arbre flexible au travers des paliers.

La transmission de l'invention combine à la fois flexibilité et un frottement faible (rendement élevé) et régulier, qui dépend très peu du rayon de courbure, ce qui permet une éventuelle compensation par la commande de l'actionneur qui en est équipé. Bien sûr, on fera en sorte d'espacer les paliers de sorte que la portion d'arbre flexible entre deux paliers successifs ne puisse ni conduire à une instabilité statique (par exemple par torsadage) , ni entrer dans un mode instable compte tenu de la vitesse de rotation imposée à l'arbre flexible. In ¬ versement, pour un espacement de paliers donné, on déter ¬ minera un couple critique et une vitesse de rotation maximale sous lequel les portions d' arbres flexibles ne puissent entrer dans un mode instable, les deux phénomè ¬ nes pourront conduire à créer des points de contact, donc à une augmentation brutale du frottement entre l'arbre flexible et la gaine flexible.

OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de proposer un vérin à câble à moteur déporté, une transmission flexible de ren ¬ dement amélioré ainsi qu'un bras robotisé.

RESUME DE L'INVENTION

L' invention est relative à un vérin à câble com ¬ portant un câble tendu et un ensemble vis/écrou dont l'un des éléments est attelé au câble et l'autre des éléments est entraîné en rotation par un organe moteur, dans le ¬ quel le moteur est relié à l'élément à entraîner par au moins une transmission flexible qui comporte une gaine flexible dans laquelle s'étend un arbre flexible, des pa ¬ liers à éléments roulants étant régulièrement interposés entre la gaine flexible et l'arbre flexible pour guider ce dernier en rotation dans la gaine flexible en évitant tout contact entre arbre et gaine.

L' invention est encore relative à un bras roboti ¬ sé comportant au moins des première, deuxième et troi ¬ sième parties articulées entre elles, le mouvement de la troisième partie relativement à la deuxième partie étant actionné par un vérin à câble disposé sur la deuxième partie, le vérin à câble comportant un organe moteur dis ¬ posé sur la première partie et relié au vérin à câble par au moins une transmission flexible selon l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit en référence aux figures des des ¬ sins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une transmission flexible utilisable dans le cadre de l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique d'une ap ¬ plication de la transmission flexible de la figure 1 à 1 ' actionnement d'un segment de bras robotisé ; - la figure 2bis est une vue de détail d'un mon ¬ tage possible de l'organe moteur sur le bras robotisé de la figure 2 ;

- la figure 3 est une vue schématique d'une ap- plication de la transmission flexible de la figure 1 à

1 ' actionnement d'un segment de bras robotisé ;

- la figure 4 est une vue schématique d'une autre utilisation de la transmission de l'invention pour 1 ' actionnement d'un segment de bras robotisé, où deux transmissions sont accouplées en série.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, la transmission flexible 1 utilisable dans le cadre de l'invention com ¬ prend une gaine flexible 2 dans laquelle un arbre flexi- ble 3 s'étend pour tourner. Des paliers à éléments rou ¬ lants, ici des roulements à billes 4 sont interposés en ¬ tre l'arbre flexible 3 et la gaine flexible 2 pour guider l'arbre flexible 3 en rotation et l'empêcher de toucher la gaine flexible 2.

L'espacement des paliers est choisi, compte tenu des caractéristiques de rigidité de l'arbre flexible 3 de couple à transmettre et de la vitesse de rotation maxi ¬ male imposée à l'arbre flexible 3, pour que les portions de l'arbre flexible 3 s' étendant entre deux paliers 4 ne puissent ni se torsader ni entrer dans un mode instable.

Selon les besoins, on pourra prévoir de faire saillir les extrémités de l'arbre flexible de la gaine flexible pour les accoupler directement à l'organe moteur et à l'organe récepteur. On pourra encore prévoir de solidariser en ro- tation les extrémités de l'arbre flexible 3 à des embouts montés tournants aux extrémités de la gaine flexible à l'aide de paliers à éléments roulants.

La figure 2 illustre une application de l'invention à 1 ' actionnement d'un segment de bras roboti- sé. Le bras robotisé 10 illustré comporte une base 11 sur lequel un premier segment 12 est articulé selon une liaison pivot 13. Un deuxième segment 14 est articulé à l'extrémité du premier segment 12 par une autre liaison pivot 15. Les mouvements du deuxième segment 14 par rap- port au premier segment 12 sont actionnés par un vérin à câble 16 qui comporte un câble 17 monté tendu sans fin entre une poulie 18 pivotante selon l'axe de la liaison pivot 15 en étant solidaire du deuxième segment 14 et une poulie de renvoi 19 montée tournante sur le premier seg- ment 12. L'un des brins du câble 17 est solidaire d'une vis 20 qui est déplaçable axialement sous l'effet d'une rotation d'un écrou 21 associé. L'écrou 21 est muni de dents pour son entraînement en rotation par une roue den ¬ tée 22 qui est elle-même entraînée par un organe moteur 23 disposé sur la base 11. Une transmission flexible 1 selon l'invention est installée entre l'organe moteur 23 et la roue dentée 22 pour permettre l'entraînement en ro ¬ tation de la roue dentée 22 par l'organe moteur 23. On remarquera qu'entre l'organe moteur 23 et l'organe récep- teur, en l'occurrence la roue dentée 22, des mouvements de pivotement sont autorisés par la liaison pivot 13.

On remarquera que l'organe moteur 23 est rigide ¬ ment monté sur la base 11. La figure 2bis illustre une variante de montage sur laquelle le moteur 23 est monté libre de se déplacer selon un axe X à l' encontre d'un ef ¬ fort de rappel élastique vers une butée 24. Ce type de montage permet d'accommoder les efforts de tension qui pourraient être imposés à la transmission du fait des mouvements du premier segment 12 relativement à la base 11.

Bien entendu, la partie du bras qui porte l'organe moteur et la partie du bras qui porte l'organe récepteur peuvent être éloignés entre eux de plus d'une articulation, comme dans l'exemple illustré à la figure 3, dans lequel un segment intermédiaire 24 est interposé entre la base 11 et le premier segment 12.

La transmission flexible de l'invention permet de déporter les moteurs en préservant une orientation longiligne de ceux-ci le long de la portion du bras robotisé qui porte les moteurs. En outre, une telle transmission peut être conçue sans jeu de fonctionnement, ce qui amé ¬ liore la répétabilité de la transmission de mouvement. En outre, l'inertie introduite par une telle transmission est très faible en regard de l'inertie apportée par une transmission à arbre et renvoi d'angle. En outre, une telle transmission est d'un coût faible comparée à des solutions entièrement rigides.

On peut citer divers exemples d'application d'une telle transmission flexible en robotique, comme par exem- pie 1 ' actionnement d'une phalange d'un doigt d'une main robotisée au moyen d'un vérin à câble disposé dans la paume, le vérin à câble étant lui-même relié à un organe moteur disposé dans l'avant-bras au moyen d'une transmis ¬ sion flexible selon l'invention. On peut encore citer 1 ' actionnement d'une jambe d'un exosquelette inférieur au moyen d'un vérin à câble disposé sur la cuisse, le vérin à câble étant lui-même relié à un organe moteur disposé sur le bassin de 1 ' exosquelette au moyen d'une transmis ¬ sion flexible selon l'invention.

II peut exister des situations dans lesquelles la distance entre l'organe moteur et l'organe récepteur est telle qu'elle pourrait rendre la transmission flexible instable sous l'action de son poids, ou encore amener la transmission flexible à sortir d'un gabarit donné autour des segments du bras robotisé lors des mouvements de ce ¬ lui-ci. Dans ce cas, on peut bien utiliser des supports solidaires des différents segments du bras robotisé pour guider la transmission flexible et la contraindre à sui ¬ vre les mouvements des segments du bras robotisé le long desquels la transmission flexible s'étend. Cette disposi- tion impose cependant des contraintes sur la partie cou ¬ rante de la gaine flexible, risquant de provoquer des contacts non désirés entre l'arbre flexible et la gaine flexible .

Selon un mode préféré de mise en œuvre, on pré ¬ voit dans ce cas l'utilisation de plusieurs transmissions flexibles mises en série et reliées entre elles par un organe accouplement fixé au bras robotisé. Ainsi, sur l'exemple illustré à la figure 4, deux transmissions flexibles 1 et l' sont utilisées pour connecter la roue dentée d'un vérin à câble à un organe moteur. Les deux transmissions flexibles sont reliées à un organe d'accou ¬ plement 30 comprenant d'une part un arbre cannelé 31 mon ¬ té à rotation sur un support 32 solidaire du bras roboti- sé, et d'autre part une douille cannelée 33 montée sur l'arbre cannelé pour pouvoir coulisser sur ce dernier tout en étant solidaire en rotation de l'arbre cannelé. Ici, l'extrémité de l'arbre flexible de la transmission flexible 1 est accouplé à la douille 33, tandis que l'extrémité de l'arbre flexible de la transmission flexi ¬ ble l' est accouplé à l'arbre cannelé 32. Ainsi cet ac ¬ couplement permet de limiter la longueur de chaque trans ¬ mission flexible utilisée, tout en laissant une liberté axiale pour accommoder les éventuelles tensions pouvant affecter la transmission flexible 1. Par ailleurs, la partie courante de la gaine flexible de chaque transmis ¬ sion flexible n'est soumise à aucune contrainte.

L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que les paliers de la transmission flexible décrite ici soient des roulements à billes, on pourra utiliser d'autres paliers à éléments roulants, tels que des paliers à aiguilles, du moment que ceux-ci soient compatibles avec la courbure de l'arbre flexible. Bien qu'ici le vérin à câble utilisant la liaison flexible de l'invention comporte un câble monté tendu sans fin entre deux poulies, on pourra bien entendu uti ¬ liser l'invention avec un vérin à effet unilatéral dans lequel le câble passe autour d'une poulie qui définit ainsi un premier brin du câble solidaire d'un des élé ¬ ments de l'ensemble vis/écrou et un deuxième brin du câ ¬ ble associé à un ressort de rappel de sorte à être tendu par ledit ressort de rappel.