Titre : Appareil de prélèvement ou de saisie au moyen d'un outil déformable

L'invention présente est relative à un appareil de prélèvement ou de saisie au moyen d'un outil déformable.

Les outils de prélèvement et de saisie existants sont de genres nombreux et variés ; ils reposent le plus souvent soit sur une préhension par un outil solide, soit par une aspiration contre une surface de l'appareil. De tels appareils donnent souvent satisfaction, mais ils présentent en général l'inconvénient d'être limités à certains genres seulement de produits à prélever. Un autre de leurs inconvénients est que-de tels appareils-doivent être rendus nettement plus complexes si la préhension doit être rendue sûre. L'invention a au contraire pour but de pouvoir prélever des objets ou des échantillons très variés, par exemple friables, dotés d'une surface très irrégulière ou même liquides, avec une grande fiabilité et une construction simple de l'appareil.

L'art antérieur connexe comprend le document WO 2016 / 146 140 Al, qui décrit un appareil de saisie et de préhension à outil composé d'une membrane déformable sous l'action d'un vérin, et qui saisit de petit objets dans un repli de la membrane formé grâce à la rétraction du vérin. Ce dispositif est encombrant.

Un autre document est EP 1731452 A2, qui décrit un appareil auquel les remarques précédentes s'appliquent.

Sous une forme générale, l'invention concerne un appareil de prélèvement ou de saisie, comprenant un support ayant une paroi latérale et une face arrière, et un outil monté sur le support, l'outil étant déformable et comprenant un manchon ayant une paroi latérale, et une face d'extrémité et un bord entre lesquels s'étend la paroi latérale de l'outil, le bord étant fixé au support et la face d'extrémité s'étendant à distance du support à un état déployé du manchon où la paroi latérale du support, la paroi latérale du manchon, la face arrière et la face d'extrémité enclosent un volume intérieur, et l'appareil comprenant encore un actionneur de rétraction du manchon ramenant la face d'extrémité dans le volume intérieur et repliant la paroi latérale du manchon jusqu'à un état replié, caractérisé en ce que l'outil comprend encore au moins une couronne de plaquettes attachées au manchon et rayonnant autour du manchon à l'état déployé, l'au moins une couronne de plaquettes est entourée par la paroi latérale du manchon à l'état replié, et l'appareil comprend en outre un moyen de guidage de la rétraction du manchon par l'actionneur de rétraction, s'étendant dans le volume intérieur depuis la face d'extrémité de l'outil jusqu'à la face arrière du support.

Le support est avantageusement une gaine dans laquelle le manchon est contenu à l'état replié.

Le manchon peut être conique en s'effilant vers la face d'extrémité, ce qui facilite son repliement.

Dans une réalisation particulière, le volume intérieur contient un soufflet délimitant une chambre et guidant la rétraction du manchon par l'actionneur de rétraction, et qui constitue le moyen de guidage.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le volume intérieur et/ou la chambre est un volume hermétique et l'actionneur de rétraction est un moyen d'aspiration du volume hermétique.

Selon une autre variante de réalisation, l'actionneur de rétraction est un vérin dont la tige est fixée à la face d'extrémité.

Le manchon garni de plaquettes qui caractérise l'invention est apte à se refermer sur un objet ou un échantillon à prélever ou saisir, après avoir été posé sur lui, en rétractant le manchon ; les plaquettes se rapprochent les unes des autres en basculant sur elles-mêmes quand le repli du manchon arrive à leur niveau, leur couronne se referme à l'intérieur de l'outil, délimitant ainsi un compartiment renfermant l'objet ou l'échantillon à l'intérieur du support à l'état final.

Il est avantageux que les plaquettes soient souples, afin de faciliter la prise des objets saisis et d'éviter de les endommager. Il est encore avantageux, dans ce cas de plaquettes souples, qu'elles forment avec le manchon une structure unitaire moulée.

Le manchon, avec les plaquettes le cas échéant, peut être par exemple en silicone ou en polyuréthane ; le manchon peut comporter d'ailleurs un matériau principal tel que ceux-ci, et une feuille de renfort du matériau principal, en Kevlar par exemple. La couronne, ou chaque couronne, de plaquettes est aussi avantageusement continue et étanche à l'état replié. Elle peut alors retenir un échantillon pouvant être liquide dans un compartiment qu'elle délimite avec d'autres parties de l'appareil.

La préhension ou la saisie d'objets peut aussi être améliorée si les plaquettes sont garnies de moyens facilitant la prise des objets. Il peut s'agir par exemple d'aimants pour faciliter la prise d'objets magnétiques ou d'une surface rugueuse améliorant la prise par frottement.

Dans une autre possibilité de construction, les plaquettes sont creuses à une face orientée vers la face d'extrémité à l'état déployé, afin de pouvoir facilement recueillir des échantillons liquides.

Un aspect important de l'invention est toutefois que la rétraction du manchon souple à partir de l'état déployé est faite par un moyen dit de guidage qui est lui-même rétractile, lié à ses extrémités opposées à la face arrière du support et à la face d'extrémité du manchon. De tels moyens de guidage rétractiles ont la propriété d'occuper peu de volume à l'état replié et de rester contre la face arrière du support en toutes circonstances, ce qui réduit le volume de l'appareil par rapport à des moyens de guidage coulissants tels que des tiges de vérin ou des pistons.

Dans certaines réalisations particulièrement appréciées où le support est en forme de gaine, le moyen de guidage reste contenu dans la gaine et protégé par elle en toutes circonstances, et le manchon est lui aussi contenu dans la gaine à l'état replié, avec le même bénéfice. Il est alors particulièrement apprécié que l'actionneur soit un moyen d'aspiration, qu'on peut relier avantageusement à la face arrière du support par un conduit souple d'aspiration du volume intérieur délimité par le manchon et le support, ou d'aspiration de la chambre hermétique délimitée par le soufflet ou un moyen de guidage comparable, quand cette chambre est présente : l'aspiration produit la rétraction du manchon et du moyen de guidage dans les deux cas. On dispose alors d'un appareil particulièrement maniable, car l'outil peut être déplacé indépendamment du moyen d'aspiration, éventuellement à la main si le support est (par exemple) une gaine portative. Parmi les moyens de guidage utilisables et particulièrement appréciés, on doit aussi mentionner les mécanismes dits télescopiques, composés de sections glissant les unes sur ou dans les autres. De tels mécanismes ont une bonne rigidité, notamment envers des déflexions accidentelles du manchon en direction latérale.

Les déploiements et les repliements du mécanisme télescopique peuvent être limités uniquement par des mécanismes de butée établis entre des sections voisines, donc avec une grande simplicité.

D'après certains aspects de ces réalisations :

- les sections sont des tubes concentriques, dont un tube extérieur forme la gaine en étant fixé à la face arrière du support, et un tube intérieur est fixé à la face d'extrémité de l'outil ;

- lesdites sections sont pourvues de butées limitant des déploiements desdites sections par rapport à des sections voisines ;

- les sections comprennent des verrous d'arrêt des déploiements ou des repliements desdites sections par rapport à des sections voisines ;

- les verrous comprennent chacun un perçage traversant une paroi d'une première des sections, un élément mobile dans le perçage et ayant une dimension, dans une direction de longueur du perçage, plus grande que la longueur du perçage, et des empreintes creusées dans une deuxième et une troisième des sections, les empreintes venant séparément devant des extrémités opposées du perçage pendant des mouvements, et ayant chacune des faces inclinées de manière à repousser l'élément dans le perçage.

Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits au moyen des figures suivantes, qui en illustrent certaines réalisations données à titre purement illustratif :

Figure 1 est une vue générale de l'appareil ;

Figure 2 une coupe de la figure 1 ;

Figure 3 une vue de face de l'outil ;

Figure 4 homologue de la figure 1, à un état partiellement replié du manchon ; Figure 5 homologue de la figure 2, à l'état partiellement replié ;

Figure 6 homologue de la figure 3, à l'état partiellement replié ;

Figure 7 homologue de la figure 1, à un état complètement replié du manchon ;

Figure 8 homologue de la figure 2, à l'état complètement replié ;

Figure 9 homologue de la figure 3, à l'état complètement replié ;

Figure 10 vue en perspective du manchon à l'état déployé, en préliminaire à une saisie ;

Figure 11 le manchon en perspective à un état partiellement replié, ayant saisi l'objet ;

Figure 12 le manchon replié ayant saisi l'objet ;

Figure 13 une autre réalisation de l'invention ;

Figure 14 des pièces de moulage d'une réalisation du manchon ;

Figure 15 une réalisation particulière de plaquettes ;

Figure 16 une autre réalisation particulière de plaquettes ;

Figure 17 représentation d'un mécanisme télescopique de commande du déploiement du manchon à un état rétracté ;

Figure 18 ce mécanisme à l'état complètement déployé ;

Figure 19 vue d'une des sections du mécanisme ;

Figure 20 un moment de processus de repliement du mécanisme ;

Figure 21 un moment immédiatement suivant.

La description porte d'abord sur les figures 1, 2 et 3. La réalisation de l'appareil qui y est représentée se compose principalement d'un support 1, d'un outil 2 et d'un actionneur 3. Le support 1 est une pièce rigide, ici en forme de gaine cylindrique ouverte à une extrémité avant 4 et fermée à une extrémité arrière 5 par une plaque. L'outil 2 est en matériau souple, éventuellement élastique, et il se compose d'un manchon 6 et de plaquettes 7. Le manchon 6 a une extrémité arrière 8 sertie à l'extrémité avant 4 du support 1. Le manchon 6 est principalement constitué d'une paroi latérale conique en s'effilant de l'extrémité arrière 8 ouverte à une extrémité avant, qui est fermée par une face d'extrémité 9. Dans toute cette description, « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction de mouvement de l'actionneur de l'outil 2, qui est déployé vers l'avant et replié ou rétracté vers l'arrière. L'appareil est à peu près axisymétrique autour de cette direction, qui peut donc aussi aider à le décrire commodément, l'outil 2 étant en avant du support 1 et de l'actionneur 3.

Les plaquettes 7 sont réparties en groupes formant des couronnes superposées sur la hauteur du manchon 6, autour de l'axe du cône, et ces couronnes sont ici au nombre de cinq, sans que leur nombre soit critique.

La figure 3 montre que les plaquettes 7 ont une forme trapézoïdale s'amincissant vers l'extérieur. Elles sont avantageusement souples, tout comme le manchon 6, et elles sont aussi avantageusement construites d'un bloc avec lui, et donc du même matériau de base. Il est toutefois possible de renforcer le manchon, s'il est par exemple jugé trop souple, par une feuille de renfort 10 qui peut être disposée sur sa paroi intérieure. Des matériaux de base convenant à la fabrication du manchon 6 et éventuellement des plaquettes 7 sont le silicone, le polyuréthane, et quand elle existe, la feuille de renfort 10 peut être en Kevlar (marque déposée).

Le support 1 et le manchon 2, à l'état déployé qui est représenté sur les figures 1 à 3, enclosent un volume intérieur lia qui s'étend de la face d'extrémité 9 à la face arrière 5. L'actionneur 3 est ici constitué d'une prise d'aspiration 13 établie à la face arrière 5 et débouchant dans le volume intérieur lia.

Dans une réalisation préférentielle en référence à la figure 2, le volume intérieur lia comprend un soufflet 12 fixé à la face d'extrémité 9 et à la face arrière 5 par ses extrémités, dont le volume intérieur forme la chambre 11b. La prise d'aspiration 13 débouche alors dans la chambre 11b.

Les figures 4 à 6 illustrent l'appareil à un état partiellement rétracté de l'outil 2, et les figures 7 à 9, l'appareil à un état complètement rétracté. Cela est accompli en aspirant le volume de la chambre 11b par un dispositif non représenté raccordé à la prise d'aspiration 13. La face d'extrémité 9 s'enfonce dans le manchon 6 et entraîne progressivement la partie antérieure du manchon 6 en formant un pli (14 à la figure 5, 15 à la figure 8) sur le manchon 6. Quand le pli 14 atteint les couronnes de plaquettes 7, celles-ci s'inclinent et se referment peu à peu, jusqu'à ce que leurs extrémités deviennent adjacentes (cela est représenté pour la couronne 16 des figures 4 à 6), puis, les couronnes de plaquettes 7 continuant à se refermer, leurs plaquettes 7 deviennent jointives, voire se superposent en formant une surface plane éventuellement continue et étanche vis-à-vis de l'extérieur (c'est le cas des couronnes 17 des figures 5, 8 et 9), et qui cloisonne l'intérieur de la partie repliée du manchon 6 en formant des compartiments 18 hermétiques. Dans la réalisation représentée, le manchon 6 est presque complètement logé dans le volume interne du support 1 et protégé par ce dernier à l'état complètement replié.

Quand un objet 19 doit être saisi (figure 10), l'appareil avec le manchon 2 à l'état déployé est approché de lui, et le volume de la chambre 11b est progressivement aspiré tout en maintenant une légère pression du manchon 6 sur l'objet 19. Les couronnes de plaquettes 7 se referment petit à petit sur l'objet 19 (figure 11, qui représente l'appareil à peu près à l'état des figures 4 à 6), et l'objet 19 est progressivement amené à l'intérieur du support 1 à mesure que le manchon 6 se replie (figure 12). Il y est alors naturellement retenu.

L'appareil, illustré ici pour saisir un objet 19 solide, pourrait aussi bien être utilisé pour prélever un échantillon d'un produit pulvérulent, liquide ou autre, dans les réalisations où les plaquettes 7 se refermant délimitent les compartiments 18 de façon hermétique.

D'autres modes de réalisations de l'invention sont évidemment possibles. C'est ainsi que le moyen d'aspiration constituant l'actionneur de rétraction pourrait être remplacé par un vérin 20 (figure 13), dont une extrémité mobile est aussi fixée à la face d'extrémité 9, et qui s'étend en arrière de l'appareil en traversant la face arrière 5. Le soufflet peut avantageusement être conservé en association avec le vérin puisqu'il permet le guidage de la rétraction du manchon.

L'outil 2 peut être fabriqué par moulage. Un exemple d'ensemble de moulage est représenté à la figure 14 et comprend un cylindre 21 extérieur, un groupe de secteurs de moulage 22 et un noyau central 23. Les plaquettes 7 sont moulées dans des entailles de formes correspondantes des secteurs de moulage 22, et le manchon 6 est moulé dans un intervalle qui subsiste entre les secteurs de moulage 22 et le noyau central 23 quand ils ont tous été placés dans le cylindre 21. La fabrication des secteurs de moulage 22 et du noyau central 23 peut s'effectuer par une impression tridimensionnelle ou par un moulage à partir de contre-moules.

Les plaquettes 7 peuvent être perfectionnées pour favoriser la préhension ou l'accrochage de certaines catégories d'objets ou de produits. Elles peuvent par exemple (figure 15) être munies d'aimants 24 permanents, ou avoir (figure 16) leur face orientée vers l'extrémité 9 munie d'une concavité 25 qui permet le prélèvement d'un produit liquide.

On aborde à présent les figures 17 et suivantes pour décrire un mode de réalisation particulièrement apprécié pour l'invention. Il repose sur l'emploi d'un mécanisme télescopique 26 pour commander les déploiements et les repliements du manchon 6. Ses extrémités opposées sont fixées respectivement à la face arrière 5 du support 1 et à la face d'extrémité 9 du manchon 6. Il se compose de tubes 27 concentriques et glissant les uns dans les autres dans la direction de déploiement du manchon 6. Les tubes 27 sont ici au nombre de cinq et notés de 27a à 27e de leur plus grand rayon à leur plus petit rayon. Le tube 27a extérieur est fixe et fait en réalité partie du support 1 ; c'est lui qui, fixé à la face arrière 5 par son extrémité arrière, forme la gaine. Les trois tubes 27b, 27c et 27d suivants sont des tubes intermédiaires composés chacun d'une paroi cylindrique comme le tube 27a extérieur ; et le tube 27e intérieur est composé d'une paroi cylindrique et d'une face frontale 28 à l'avant, à laquelle l'extrémité avant 9 du manchon 6 est fixée. Les tubes 27b à 27e sont mobiles par rapport au support 1. Les tubes 27a à 27e sont successivement saillants les uns hors des autres vers l'avant à l'état déployé (figure 18), et ils sont contenus les uns dans les autres à l'état replié (figure 17), où ils touchent, ou presque, la face arrière 5 du support 1. Un embout 29 d'aspiration, qui retient l'extrémité d'un conduit d'aspiration non représenté, peut alors s'étendre dans le creux du tube 27e intérieur. Comme dans la réalisation précédente, la rétraction du manchon 6, en même temps que celle du mécanisme télescopique 26, se fait en aspirant le contenu gazeux du volume intérieur lia par un perçage 30 de l'embout 29. Comme le tube 27a extérieur formant la gaine du support 1 est beaucoup plus long que les autres, une grande longueur de repli à l'intérieur de la gaine est offerte au manchon 6 à l'état replié.

Les parois cylindriques des tubes 27 sont pourvues (figure 19) d'abord de cannelures 31 orientées dans la direction de rétraction, et dans certaines desquelles glissent des pions 32 (ici formés par des vis visibles sur la figure 20) du tube 27 voisin, afin de maintenir les tubes 27 à des positions angulaires invariables. Les cannelures 31 correspondantes ont une face de butée 33 à leur extrémité avant, afin d'arrêter le pion 32 correspondant et le déploiement du tube 27 qui le porte.

Un système de verrouillage notable est proposé afin de garantir un repliement échelonné et progressif du mécanisme télescopique 26 ; son fonctionnement sera mieux compris au moyen des figures 20 et 21. Chacun des tubes 27b, 27c et 27d intermédiaires est pourvu d'un perçage 34 radial qui traverse toute l'épaisseur de sa paroi cylindrique, et qui contient une pièce de verrouillage telle qu'une bille 35 qui y est mobile radialement et a un diamètre plus grand que l'épaisseur de la paroi cylindrique. Le tube 27 voisin extérieur (27a, 27b ou 27c) est creusé d'une empreinte 36 en portion de sphère dans laquelle la bille 35 peut pénétrer quand elle arrive devant cette empreinte 36. De plus, le tube 27 voisin intérieur (27c, 27d ou 27e) comporte une empreinte 37 en rainure courte limitée à l'avant par une face droite 38 (perpendiculaire à la direction de rétraction) et à l'arrière par une face biseautée 39 (oblique, inclinée vers l'arrière en direction radiale extérieure). A l'état de déploiement, les billes 35 s'étendent à la fois dans les perçages 34 et les empreintes 36, où elles sont maintenues par les tubes 27 immédiatement intérieurs, alors que les empreintes 37 en rainures courtes sont nettement en avant. Quand la rétraction commence, le tube 27e intérieur recule d'abord seul vers l'arrière, jusqu'à ce que son empreinte 37 en rainure courte arrive devant la bille 35 logée dans le tube 27d immédiatement voisin. La bille 35 passe dans l'empreinte 37 en rainure courte en glissant hors de l'empreinte 36, ce qui libère le tube 27d du tube 27c immédiatement extérieur et lui permet de reculer avec le tube 27e intérieur, et de conserve avec lui, dès que la bille 35 a touché la face droite 38. La bille 35 est maintenue dans l'empreinte 37 en rainure courte dès qu'elle est descendue au-dessous de l'empreinte 36. Le processus se répète ensuite successivement pour chacun des systèmes de verrouillage. Les billes 35 sont toutes dans les empreintes 37 en rainures courtes à l'état de repli complet du mécanisme télescopique 26 et du manchon 6, et elles sont toutes dans les empreintes 36 à leur état complètement déployé. Les mouvements de repliement commencent toujours par le tube 27e intérieur, dont la face frontale 28 subit les pressions différentielles produites par le dispositif d'aspiration. Le déploiement du système télescopique 26 est cinématiquement identique en sens inverse, c'est-à-dire que le tube 27e intérieur entraîne d'abord tous les tubes 27b à 27d intermédiaires, jusqu'à ce que les billes 35 pénètrent successivement dans les empreintes 36 des tubes 27a à 27c immédiatement extérieurs, en y étant poussées par les faces biseautées 39 : les tubes 27b, 27c, 27d et 27e s'arrêtent alors.

Ce mécanisme télescopique offre donc un fonctionnement ordonné, une grande stabilité dans les états de déploiement et de repliement, et une rigidité certaine contre des déflexions latérales accidentelles du manchon 6 à l'état déployé. Sa structure est simple et robuste. Il peut être actionné autrement que par des pressions de gaz, malgré les avantages offerts par ce moyen.