De tels dispositifs constituent des éléments de bras de

5 télémaπipulation ou de robots, ils sont cependant d'usage bien plus général, car toute liaison compreπnant une articulation .à pivot cylindrique ou sphérique et des moyens pour faire varier les positions et orientations relatives des deux parties de l'articulation, peut, dans certains cas au moins, être remplacée par

10 un dispositif conforme à l'invention.

Les bras de télémaπipulation ou robot usuels, plus généralement dénommés bras robotiques, comprennent une série d'éléments rigides reliés par des articulations et des moyens d'actioππe ent associés à chaque articulation, pour changer sa con iguration. Ces bras

15 permettent d'obtenir une bonne précision et une bonne stabilité de l'extrémité du bras robotique, même si cette extrémité est soumise à des forces variables. En revanche, les inconvénients de ces structures sont le poids, dû à la masse nécessaire pour assurer une bonne rigidité des éléments, la faible résistance des articulations

20 aux chocs et à l'usure, et la transmission intégrale des vibrations d'une extrémité à l'autre du bras.

Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de faible poids, peu sensible aux chocs et à l'usure, et capable d'absorber les vibrations.

ZB Dans ce but, l'invention fournit un dispositif destiné à relier deux objets et à faire varier leur position et leur orientation relatives, caractérisé en ce qu'il comprend:

- un tube étanche, deformable, élastique, et pourvu de moyens interdisant ou contrôlant d'une part, la torsion,- le cisaillement,

30 et le gonflement du tube, et autorisant d'autre part, la flexion, l'allongement ou le raccourcissement du tube,

- des moyens pour relier un premier objet à une première extrémité du tube et, des moyens pour relier un second objet à une seconde extrémité du tube,

3Ξ - une série d'éléments flexibles à longueur réglable, répartis sur le pourtour du tube et associés au tube de manière à ce que leur profil longitudinal épouse sensiblement le profil longitudinal local du tube, et reliant lesdits objets entre eux, ou bien l'un des objets à un point quelconque du tube, ou encore deux points quelconques du

40 tube, et capables enfin de s'opposer par une résistance suffisante à

la traction, à un allongement du profil longitudinal local du tube qu'ils épousent,

- des moyens pour faire varier la longueur desdits éléments flexibles, solidairement et/ou indépendamment l'un de l'autre, - des moyens pour créer et/ou maintenir une pression à l'intérieur du tube. Si les éléments flexibles sont réglés pour avoir la même longueur, le dispositif, sous l'effet de la pression à l'intérieur du tube, prend une forme rectiligπe. Si on augmente la pression dans le tube sans laisser varier la longueur des éléments flexibles, c'est à dire en exerçant sur eux une tension tendant à annuler l'effet d'allongement du tube, la position des deux objets ne varie pas, mais la rigidité de la liaison est augmentée. Si au contraire, on augmente la pression du tube en faisant croître simultanément la longueur des éléments flexibles, on obtient un déplacement relatif des deux objets dans le sens de l'axe du tube, puisque le gonflement du tube est contrarié par les moyens prévus à cet effet. Par ailleurs, si on fait varier la longueur des éléments flexibles les uns par rapport aux autres, le tube prend une forme incurvée, et l'orientation relative des objets est modifiée en même temps que leur position. Là encore, des variations simultanées de la pression dans le tube et de la longueur des éléments flexibles permettent de modifier la rigidité du dispositif, f. cet égard, les moyens dont est pourvu le tube pour interdire et/ou contrôler sa torsion, son cisaillement et son gonflement, ont pour objet d'assurer la stabilité de forme du tube et coπséque ment sa rigidité, et ceci quelle que soit la con iguration géométrique adoptée et quels que soient les chargements pour lesquels le dispositif est conçu. Suivant des modalités particulièrement avantageuses: - les objets sont des plaques métalliques fixées aux extrémités du tube, et servant à relier le dispositif à un support ou à un outil ou autre accessoire porté par le dispositif, ou encore à un autre dispositif analogue,

- le tube est en caoutchouc et pourvu d'une carcasse, constituée d'armatures métalliques, disposées obliquement le long du tube, de pré érence à 35 ^* ,

- ladite carcasse du tube est constituée d'une ou plusieurs nappes de câbles, de préférence deux, formant un réseau de spires hélicoïdales

- s'eπroulant le long de la paroi du tube, - ladite carcasse est incorporée au caoutchouc du tube,

- ladite carcasse constitue une enveloppe extérieure au caoutchouc du tube,

- le caoutchouc du tube est renforcé par un cerclage constitué d'anneaux métalliques en nombre suffisant et de résistance suffisante, pour empêcher le pliage du tube sous les charges pour lesquelles le dispositif est conçu,

- certains desdits anneaux de cerclage constituent un ancrage pour une extrémité de certains desdits éléments flexibles,

- le second objet est relié à un troisième objet par un dispositif du même type, certains desdits éléments flexibles reliant le premier objet au second, d'autres desdits éléments flexibles reliant le premier ob et au troisième objet à travers le deuxième,

- les éléments flexibles comprennent des câbles montés de manière coulissante dans des passages de câbles solidaires des parois du tube,

- les passages de câbles sont constitués par des tubes flexibles et/ou extensibles, mais de diamètre sensiblement constant,

- les passages de câbles sont incorporés à la paroi du tube,

- les moyens pour faire varier la longueur des éléments flexibles comprennent des vérins attaquant chacun l'extrémité d'un câble et solidaires de l'un des objets, l'autre extrémité du câble étant solidaire de l'autre objet ou d'un point quelconque du tube,

- l'intérieur du tube est divisé en plusieures chambres, parallèles à l'axe du tube, et de section sensiblement circulaire, - la section du tube est dotée d'une forme aplatie, pour laquelle le rapport des dimensions transversales correspond au rapport des effets de flexion plane pour lequel le dispositif est conçu. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée en s'aidant d'un exemple pratique, non limitatif, illustré à l'aide des dessins parmi lesquels:

Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble, en perspective, avec arraché, d'un dispositif selon l'invention, Fig. 2 est une vue d'un dispositif semblable à celui de la Fig.1 , à échelle réduite, et en position courbée, Fig. 3 est une vue en perspective, avec arraché, d'une portion de tube dans une autre réalisation de l'invention, Fig. 4 est une demi-coupe, en perspective, d'une forme particulière du socle, Fig. 5 est une demi-coupe, en perspective, d'une autre forme de socle,

Fig. 6 est une vue schématique en perspective d'une autre réalisation de 1' invention, Fig. 7 est encore une vue schématique en perspective, avec arraché, d'une autre réalisation de l'invention, Fig. 8 est une section schématique de tube, dans une réalisation particulière de l'invention, Fig. 9 est une vue en perspective partielle, avec arrachement, d'un autre mode de réalisation de l'invention, Fig. 10 est une vue partielle en élévation, avec arrachements, d'une autre réalisation de l'invention.

Le dispositif décrit à la figure 1 est formé d'un tube (1), d'un socle (2) contenant les organes mécaniques de commande, d'une tête <3), et d'un ensemble (4) de canalisations ou conduits destinés notamment à l'alimentation en énergie et à la commande d«s organes mécaniques du socle.

La section du tube < 1 ) est circulaire et de diamètre constant tout au long de l'axe du tube, mais dans d'autres applications, elle peut être de forme aplatie et/ou variable le long de l'axe. Dans le dispositif décrit à la figure 1, les éléments flexibles comprennent des tubes-guides ou gaines (S) et des câbles (7) pouvant coulisser librement à l'intérieur des tubes-guides (6), et reliant l'extrémité terminale du dispositif aux moyens de mise en tension des câbles. Le tube lui-même est essentiellement constitué par un tube de caoutchouc souple (5), et d'une tunique externe (8) formant la carcasse du tube et entourant le tube en caoutchouc (5).

Dans le dispositif décrit à la figure 1, l'épaisseur du tube en caoutchouc (5) est suffisante pour enrober les tubes-guides ou gaines (B). Les tubes-guides sont donc contenus à l'intérieur de la carcasse (8), toutefois, il peut être envisagé des réalisations dans lesquelles les tubes-quides sont situés à l'extérieur de carcasse (8), mais il est clair que, dans tous les cas, la résistance du tube sera d'autant meilleure que les liaisons mécaniques entre la carcasse (8) et les tubes-guides seront nombreuses et résistantes. C'est la raison pour laquelle, il peut s'avérer particulièrement judicieux, dans certaines applications, de doter le tube de deux carcasses, l'une intérieure aux tubes-guides, et l'autre extérieure.

Dans le dispositif décrit à la igure 1 , les tubes-guides sont formés d'une spirale métallique à bords non jointifs. Ces tubes-guides sont dits semi-rigides, c'est à dire flexibles perpendiculairement à leur axe, extensibles ou compressibles dans le sens de leur axe, mais

: i présentant une bonne résistance à un écrasement qui réduirait leur section interne. Leur réalisation sous forme d'une spirale métallique à spires non joiπtives est la plus simple, mais on pourrait concevoir une série d'anneaux successifs séparés les uns des autres et maintenus en place par le caoutchouc du tube, par exemple. En effet, leur fonction essentielle est d'assurer le libre coulissemeπt de câbles. Un lubrifiant peut être introduit à l'intérieur des tubes-guides afin de limiter les pertes de tension par frottement des câbles, et afin de réduire de ce fait l'usure des matériaux. Sur les figures 1 et 3, les câbles sont au nombre de six, mais il est clair qu'il peut y en avoir plus ou éventuellement moins dans des cas simples, comme par exemple, pour le dispositif décrit à la figure 2. En théorie, pour une section circulaire du tube, trois câbles suffisent pour obtenir une orientation donnée de la tête (3), par rapport au socle (2). En fait, pour que le tube présente une bonne stabilité de forme, un nombre tel que six a été reconnu convenable, ce nombre pouvant être augmenté pour de fortes sollicitations tranversales ou pour contrôler de façon plus précise la courbure du tube tout au long de son axe. Il est à noter qu'avec plus de trois câbles arrêtés dans une même section, une même orientation de la tête du tube peut être obtenue de plusieures manières différentes, c'est à dire par plusieures répartition différentes des tensions entre les câbles (7). Pour une bonne distribution des contraintes dans la paroi du tube, et en particulier, pour atténuer les effets des sollicitations locales transmises au matériau du tube, depuis les câbles tendus par l'intermédiaire des tubes-guides, tout écart important de tension entre des câbles adjacents assurant une fonction similaire, devra être évité. Cela peut être obtenu par un algorithme adapté des commandes des moyens de tension des câbles (7), ou bien par des moyens mécaniques créant une certaine solidarité entre les câbles. La figure 3 montre de façon plus détaillée une autre réalisation possible du tube (1). Une enveloppe souple en caoutchouc (9) entoure la carcasse (8) formée de deux séries de spires hélicoïdales qui s'enroulent en sens inverse le long de la paroi du tube en caoutchouc. Ces spires sont formées de fils résistants à faible taux d'allongement. L'angle d'incidence des spires avec un plan perpendiculaire à l'axe du tube (1) est d'environ 35 ^* . Une tunique interne, non représentée, analogue à la tunique externe, peut être prévue sur la face intérieure du tube en caoutchouc (5), pour assurer une meilleure distribution des efforts locaux de poussée

I au vide induits par la courbure des cables en tension.

Dans l'exemple, a été prévue une enveloppe interne souple (10), de faible épaisseur, en élastomère à haute étanchéïté résistant au fluide sous pression qui est envoyé à l'intérieur du tube. Des anneaux ou cerces (11) inclus dans l'épaisseur du tube, permettent à la section du tube de conserver une forme sensiblement constante au cours du fonctionnement du dispositif. En effet, elles s'opposent principalement aux poussées au vide locales induites par la courbure éventuelle des câbles en tension et assurent une bonne liaison mécanique entre les tubes-guides (B) et la carcasse (8). Des passages (12) disposés dans le prolongement des tubes-guides (B), permettent de ne pas entraver le coulissemeπt des câbles, mais ils peuvent également servir de base d'ancrage de l'une des extrémités de certains câbles. Une pièce d'ancrage particulière (28), non représentée sur la figure 3, doit alors être placée à cet endroit, de manière à fixer l'extrémité du câble (7) sur l'anneau (11).

Le socle (Z), représenté sur la figure 4, comprend une embase (13), comportant une collerette de fixation (14) sur un support, et d'un coté des moyens (1B) de fixation étaπche de l'extrémité du tube (1) et du coté opposé des vérins (16) de commande de câbles (7). Un seul de ces vérins est représenté à la figure 1. L'embase (13) est traversée d'une part, par un conduit axial (17) destiné à la mise en pression de l'intérieur du tube et accessoirement au passage d'une ou plusieures canalisations de commande de la tête (3), et d'autre part, par une série de passages (18) plus petits pour les câbles. Chaque vérin (1B) est situé dans le prolongement d'un passage (18) et est muni d'une pièce d'accrochage (13) pour le câble (7) correspondant. L'alimentation de chaque vérin (1B) se fait au moyen d'un orifice (20). Sur la figure 1 , on a représenté le conduit (21) d'alimentation du vérin (16), le conduit (22) d'alimentation du tube ( 1 ) en fluide sous pression, et des vannes (23) et (24) de commande des conduits (21) et (22). Il est clair que ces vannes peuvent être placées à une certaine distance du socle. Dans l'exemple, un conduit auxiliaire (25) destiné à une alimentation énergétique et une commande supplémentaires, a été prévu.

La figure 5 montre une disposition du vérin (1B), dans laquelle celui-ci n'a pas son axe parallèle à celui du tube, comme à la figure Z, mais fait un angle de B0 ^* environ avec l'axe du tube (1). Dans le cas d'une inclinaison du vérin avec l'axe du tube, le passage (18)

correspondant est en arc de cercle de façon à guider le câble (7) avec un frottement et une usure réduits. Il est clair qu'une telle disposition permet d'augmenter, à diamètre de tube constant, soit le nombre de vérins et donc de câbles, soit le diamètre des vérins et donc leur puissance. Dans certaines applications, il pourra s'avérer utile de disposer chacun des vérins (16) selon une inclinaison adéquate de façon à augmenter leur nombre tout en limitant l'encombrement du socle (Z). La tête (3) comprend une collerette (ZB) pour fixation d'un objet dont on veut commander l'orientation et la position. Cette collerette porte un bouchon (Z7> pour l'obturation étaπche du tube (1), et des pièces d'arrêt (Z8) pour les extrémités des câbles (7). La figure B montre un bras à double courbure obtenu à l'aide de deux dispositifs selon l'invention, disposés à la suite mais avec un socle (2) commun et deux têtes (3) et (3a>. certains des câbles (7) sont ancrés sur la tête (3) et d'autres sur la tête (3a), leur extrémité opposée étant reliée à chaque fois sur un vérin du socle (2). Si la pression du fluide est la même dans les deux dispositifs, le bouchon (27) de la tête intermédiaire peut être supprimé. On peut alors aussi bien considérer qu'il s'agit d'un seul dispositif avec une frette intermédiaire portant une partie des points d'ancrage des câbles (7). En effet, on a noté que des anneaux de frettage (11) du tube (1), disposés le long de son axe, peuvent également assurer le rôle d'ancrage de câbles (7) s'arrêtant avant l'extrémité terminale. Un tel dispositif permet, si le nombre de têtes ou de frettes intermédiaires sur lesquelles sont arrêtés des câbles est important, d'obtenir pour le bras, des configura ions géométriques à plusieures courbures. Un outil (29), porté par la tête terminale (3a) du dispositif, peut recevoir des signaux de commande et une alimentation en énergie au moyen d'un conduit (Z5) situé à l'intérieur même du tube ( 1 ).

Il est possible en outre, de réaliser un bras en disposant en série plusieurs dispositifs selon l'invention, de telle façon que la tête du premier dispositif constitue le socle du suivant et ainsi de suite. Dans ce cas, les vérins de tension des câbles du second dispositif ou des suivants peuvent être placés, par exemple, dans le premier socle ou en un autre endroit, et reliés au socle correspondant par un dispositif à câble et gaîπe iπcompresssible, du type des freins de bicyclette, c'est à dire qu'une gaîne flexible mais incompressible dans le sens de sa longueur, à la différence des

tubes guides, relie le corps du vérin à un point fixe du socle correspondant, alors que le câble qui traverse cette gaîne relie le piston du même vérin à un point fixe de la tête ( ou de la cerce ) correspondante. 5 La figure 7 montre une réalisation particulière du dispositif selon l'invention, ftdapté à la propulsion navale, le tube (1) est à section allongée dans le sens vertical, si bien que les mouvements ont lieu essentiellement dans un plan horizontal. On peut ainsi obtenir de façon simple, une propulsion sur un mode

10 analogue à celui des poissons, avec une grande économie d'énergie. Des applications analogues peuvent être envisagés dans le domaine aéronautique, en vue de modifier la con iguration géométrique d'un élément de voilure. Pour des sections de tube (1) particulièrement allongées et/ou pour

15 des pressions de fluide élevées à l'intérieur du tube, la résistance à la rupture et à l'instabilité de forme peut être accrue de façon significative, lorsque l'intérieur de ce dernier est divisé ou compartimenté en cellules ou chambres d'axe parallèle à celui du tube et de section sensiblement circulaire. La figure 8 montre de façon

Z0 schématique une section de tube dans un tel cas. Dans l'exemple, six cellules alignées sont représentées, mais il est clair qu'il peut y en avoir plus ou moins selon les cas, de même, elles peuvent être de tailles différentes et disposées de toute autre façon sans pour autant modifier en aucune manière, le fonctionnement du dispositif

Z5 selon l'invention.

L'exemple représenté à la figure 9 concerne un autre mode de montage et de réglage des câbles (7). La carcasse (8) est constituée d'éléments montés en série, terminés chacun par une cerce (11), à chaque extrémité. Les deux cerces (11) de chaque élément sont reliées

30 l'une à l'autre par une série de câbles (7) s'étendant axialemeπt entre deux dispositifs d'ancrage (28). Chaque câble est situé à l'extérieur de la carcasse (8) et comporte deux câbles élémentaires en série, entre lesquels est interposé un vérin hydraulique ou électromagnétique travaillant en traction.

35 Dans la figure 9, les deux cerces appartenant à deux éléments adjacents sont représentées écartées pour des raisons de clarté du dessin, mais en service de telles cerces sont serrées l'une contre l'autre, au moyen de dispositifs de serrage (non représentés) du type boulon, engagés dans des encoches (34) des cerces. Les éléments 0 de carcasse (8) solidaires des cerces (11), sont montés coulissant sur le tube en caoutchouc (5).

En service, la longueur des câbles est réglée par la plus ou moins grande traction exercée sur eux par les vérins (1B), à laquelle s'oppose la force longitudinale résultant de la pression régnant dans le tube (5). L'exemple représenté à la figure 10 ne sera décrit qu'en ce qui concerne ses différences par rapport à celui de la figure 9. . Chaque câble est remplacé par une chaîne de vérins (30) articulés entre eux, au moyen d'une articulation (31) et travaillant en traction. Les vérins d'extrémité de la chaîne sont accrochés aux cerces (33), analogues aux cerces (11) de la figure 9. Les chaînes de vérins sont intercalées entre la carcasse (8) à l'intérieur, et une carcasse (8a) à l'extérieur dont la fonction est d'associer les chaînes de vérins au tube de manière que leur profil longitudinal épouse sensiblement le profil longitudinal local du tube. Par profil longitudinal local, on entend le profil du tube sensiblement le long de la génératrice concernée.

Une enveloppe souple (9), par exemple en caoutchouc, recouvre extérieurement la carcasse extérieure (8a). Comme déjà exposé, les vérins (30) sont associés à la paroi du tube en étant interposés entre les deux carcasses (8) et (8a), mais ils sont d'autre part butés dans la direction circonférentielle au moyen d'un dispositif d'écartemeπt qui n'entrave pas la flexion du tube. Dans l'exemple, il s'agit de billes métalliques ( Z> , interposées entre deux vérins adjacents appartenant à deux chaînes adjacentes. Afin de ne pas entraver la flexion du tube, les billes (32) interposées entre 2 chaînes adjacentes de vérins sont elles-mêmes maintenues écartées entre elles dans le sens longitudinal, au moyen par exemple de ressorts hélicoïdaux (non représentés), de faible rigidité, dont les extrémités s'appuient sur deux billes adjacentes. Cependant, on pourrait tout aussi bien envisager d'autres dispositifs d'écarte ent des chaînes de vérins adjacentes, tels que par exemple des gaines extensibles et flexibles, analogues dans leur fonction aux tubes-guides (B) pour câbles décrits dans le dispositif de la figure 1 , et à l'intérieur desquelles chaque chaîne de vérins est guidée en coulissant.

Comme on l'a indiqué plus haut, les avantages de l'invention sont le faible poids, dû à la structure creuse et à l'emploi de matières de faible densité: gaz comprimé et caoutchouc, la résistance aux chocs et la non-transmission des vibrations qui découlent également de sa structure et des propriétés d'auto-amortissement propres au gaz

comprimé et au caoutchouc. On notera à ce propos qu'il est encore possible d'améliorer les caractéristiques d'amortissement des vibrations ou de modifier les fréquences propres, en prévoyant, à l'intérieur du tube, des masses d'absorption des vibrations, par exemple en mousse flexible et poreuse, à condition qu'elles ne s'opposent pas aux changements de pression.