articulaire augmenté

L' invention concerne un vérin à câble permettant un débattement angulaire augmenté.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

On connaît des vérins à câble, comportant un ensemble vis/écrou dont la vis est entraînée en rotation par un moteur électrique, et dont l'écrou est mobile en translation. L'élément mobile est attelé à un ou des câbles pour exercer une traction sur ceux-ci.

On connaît du document FR2809464 un tel vérin à câble, dans lequel l'élément en translation est la vis, alors que l'écrou est mobile en rotation sous l'action d'un moteur. Le câble passe dans un perçage de la vis et est attelé au moyen d'une attache tolérante aux désalignements du câble.

Un tel vérin à câble peut être utilisé pour actionner un segment de bras robot, ou une phalange d'un doigt. Dans ces articulations, l'élément mobile est solidaire d'un arbre tournant qui comporte une poulie sur laquelle le câble est enroulé. Pour augmenter le débattement d'une telle articulation au-delà d'un tour de l'arbre, il convient d'autoriser l'enroulement du câble sur lui-même, ce qui a pour inconvénient d'augmenter le rayon primitif de l'enroulement. On peut envisager l'utilisation d'une poulie à gorge hélicoïdale pour laquelle le rayon primitif d'enroulement reste constant, mais une telle poulie entraîne un désalignement progressif du câble au fur et à mesure de l'enroulement du câble, ce qui génère des efforts transversaux qui perturbent le fonctionnement de l'ensemble vis/écrou.

Par ailleurs, dans certaines applications, notamment dans des applications robotiques, l'encombrement du vérin est très critique, et il importe de faire en sorte que cet encombrement soit le plus petit possible. Il est connu à cet égard des vérins à câble comportant une vis montée à rotation et entraînée par un moteur électrique, un écrou coopérant avec la vis et associé à des moyens d' anti-rotation de sorte qu'une rotation de la vis sous l'action du moteur provoque un déplacement axial de l' écrou, et deux câbles sensiblement parallèles attelés à l' écrou de part de d'autre de celui- ci .

Ce dispositif permet, pour une même course, de diminuer l'encombrement du vérin à câble. En effet, dans les vérins à câble connus dans lesquels le ou les câbles sont attelés à la vis qui se déplace, il convient de prévoir un dépassement de la vis de part et d'autre du vérin. Ainsi, l'encombrement général serait au moins de 2C+L, où C est la course du vérin, et L l'encombrement de 1' écrou. Dans le vérin à écrou déplaçable, cet encombrement minimal n'est plus que de C+L.

OBJET DE L'INVENTION

L'invention a pour objet de proposer un vérin à câble du type précité, permettant un débattement augmenté de l'articulation associée.

RESUME DE L'INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un vérin à câble comportant une vis montée à rotation et entraînée par un moteur électrique, un écrou coopérant avec la vis et associé à des moyens d' anti ^¬ rotation de sorte qu'une rotation de la vis sous l'action du moteur provoque un déplacement axial de l' écrou, et deux câbles attelés à l' écrou de part de d'autre de celui-ci pour s'étendre symétriquement par rapport à un axe de rotation de la vis, les deux câbles s' enroulant sur des poulies respectives solidaires toutes deux d'un même arbre tournant et dans lequel les poulies sont du type à gorge hélicoïdale, les gorges hélicoïdales des poulies s 'étendant selon des sens opposés. L'utilisation d'un vérin à deux câbles associé à deux poulies à gorge hélicoïdale montées en sens opposés permet de garder le rayon d'enroulement constant, tout en annulant par symétrie les efforts latéraux engendrés par la disposition non parallèle des câbles.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de divers modes de réalisation de l'invention, en référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquelles :

- La figure 1 est une vue en perspective partielle d'un vérin à câble selon un mode particulier de réalisation de l'invention ;

- la figure 2 est une vue en perspective du vérin de la figure 1 montrant l'arbre tournant de l'articulation ;

- les figures 3A et 3B sont des vues de dessus du vérin des figures 1 et 2 pour deux positions axiales de l'écrou ;

- la figure 4 est un schéma de principe du vérin à câble de l'invention, les angles des câbles ayant été exagérés ;

la figure 5 est un schéma de principe d'une variante du vérin à câble de l'invention, avec des poulies de renvoi à gorge hélicoïdale, les angles des câbles ayant été exagérés.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le vérin à câble de l'invention comprend un châssis 1 sur lequel une vis 2 est montée tournante selon un axe X en étant entraînée en rotation, ici par un moteur électrique 3. Un écrou 4 coopère avec la vis 2 et est associé à un dispositif d' anti-rotation 5 comportant deux bras 6 qui s'étendent de part et d'autre de l'écrou 4 pour porter des galets 7 (un seul est ici visible) qui sont montés tournants selon un axe Y normal à l'axe X. Les galets 7 sont engagés dans des lumières longitudinales 8 qui sont ménagées dans le châssis et qui s'étendent parallèlement à l'axe X. L'axe Y passe sensiblement au centre de l'écrou 4. Ainsi, l'écrou se déplace axialement sous l'effet de la rotation de la vis, sans tourner autour de l'axe X. Cependant, des déviations angulaires sont permises autour de l'axe Y, mais également autour d'un axe Z normal aux axes X et Y.

L'écrou 4 comporte des moyens d'attelage 9 de deux câbles 10 s' étendant de part et d'autre de l'écrou 4 sensiblement symétriquement par rapport à l'axe X. Ici, les moyens d' attelage comportent deux chapes doubles (une seule est visible ici) qui s'étendent de part et d'autre de 1 ' écrou 4.

Comme cela est illustré à la figure 2, les câbles 10 sont chacun enroulés autour des poulies 11 respectives à gorge hélicoïdale, les deux poulies 11 étant solidaires d'un même arbre 12 monté tournant en rotation selon un axe parallèle à l'axe Z. Dans l'exemple illustré, l'arbre 12 est monté tournant directement sur le châssis 1, mais il pourrait être distant de celui-ci. L'arbre 12 forme l'axe d'une articulation (par exemple d'une phalange ou d'un segment de bras) . Les poulies 11 sont ainsi nommées poulies articulaires

Conformément à l'invention, les gorges hélicoïdales des poulies articulaires 11 s'étendent selon des sens opposés, ainsi que cela est plus visible aux figures 3A et 3B sur lesquelles on observe que les câbles ne sont pas tout à fait parallèles à l'axe X, mais sont inclinés par rapport à l'axe X d'un petit angle a correspondant à l'angle φ des gorges hélicoïdales. Cependant, les deux câbles 10 étant inclinés selon des angles opposés, les efforts latéraux engendrés par les deux câbles 10 s'annulent par symétrie.

Il convient de faire en sorte que cet angle soit constant lors des déplacements de l'écrou 4, afin de garantir l'alignement du câble avec la gorge de la poulie articulaire 11 associée au point d'enroulement, de sorte à minimiser les risques d'usure du câble et des flasques de la gorge. On veillera en particulier à ce que l'angle CC soit égal à l'angle d'hélice φ de la poulie hélicoïdale associée, au moyen du calage initial (m ₀ ,/ ₀ ) tel que sin(p=m ₀ // ₀ , où m ₀ est le déport latéral du câble pour une longueur / ₀ donnée de câble entre son point d' attelage à l'écrou 4 et son point d'enroulement sur la poulie associée. L'angle φ y est figuré sur la figure 4. Il faut bien sûr comprendre que l'angle φ est l'angle fait par l'hélice de la gorge lorsqu'elle est déroulée. Si une telle condition est respectée, on obtient une relation linéaire entre l'angle de rotation de l'arbre 12 et la course de l'écrou 4 : C{Q) = R Q .

L'arbre 12 est ainsi entraîné en rotation dès qu'une traction est exercée sur les câbles par déplacement de l'écrou 4. De façon connue en soi, les câbles 10 sont maintenus tendus par exemple en disposant les câbles en boucle entre deux poulies (comme dans le document FR2809464), ou, si seule une action unidirectionnelle est requise, au moyen d'un ressort de tension.

Si l'on désire une action bilatérale, il convient de tendre les câbles 10 en les enroulant non seulement sur les poulies articulaires 11, mais sur des poulies de renvoi 13 toutes deux solidaires d'un même arbre de renvoi 14 monté ici tournant sur le châssis 1 (à l'opposé de l'arbre articulaire 12) autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de l'arbre articulaire 12. Comme visible à la figure 5, les poulies de renvoi 13 présentent ici des gorges hélicoïdales. Si k = R ₂ /R _l est le rapport des rayons primitifs d'enroulement d'une poulie articulaire 11 et d'une poulie de renvoi 13 d'un même câble, alors il convient que les vitesses angulaires de l'arbre articulaire 12 et de l'arbre de renvoi 14 vérifient k=(û _l /(û ₂ . On équipera alors le vérin de moyens de liaison rotative entre les deux arbres (par exemple des courroies dentées, des chaînes) réalisant la condition de proportionnalité des vitesses de rotation des deux arbres.

L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention défini par les revendications.