L'invention concerne un dispositif mo¬ bile de liaison entre un élément porteur et un élément por¬ té. Un tel dispositif permet de faire subir à l'élément por¬ té des déplacements suivant plusieurs degrés de liberté par rapport à l'élément porteur. Dans l'état actuel de la technique, la robotique utilise différents types de bras manipulateurs (hydrauliques, pneumatiques, électriques) constituant l'élé¬ ment porteur, l'élément porté étant constitué par un outil, généralement outil de préhension. La puissance du bras se trouve difficilement compatible avec la rapidité et surtout avec la précision de ses déplacements : les bras manipula¬ teurs à câbles ou à rubans ont une bonne précision mais leur puissance est limitée tandis que les bras à action hydrauli¬ que sont puissants mais manquent souvent de précision. On a résolu partiellement ce problème en dotant le bras manipula¬ teur d'un organe de liaison souple, par exemple poignet de Nevins, apte à se déformer sous une contrainte dont il donne la grandeur et la direction. Il faut également que le bras puisse effectuer des déplacements de faible amplitude avec une grande précision en vue de réaliser l'assemblage souhai¬ té. On a également envisagé la construction de bras dotés de poignets effectuant des déplacements de faible amplitude avec précision, mais ceux-ci nécessitent un grand nombre de moteurs munis de réducteurs lourds et encombrants qui réduisent d'autant la puissance du bras.

Par ailleurs, le brevet EP publié sous le n° 017016 et le brevet US n° 3 28 26 décrivent des dispositifs en forme de "trompe d'éléphant", qui peuvent être mus hydrauliquement ; ces dispositifs présentent tou- tefois le défaut de nécessiter la présence de systèmes exté¬ rieurs de mise en pression tels que compresseurs ou autres, la position des divers éléments de ces dispositifs étant dé¬ pendante d'une pression extérieure dont le contrôle précis

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est toujours délicat.

L'objectif essentiel de la présente invention est de pallier les inconvénients des dispositifs connus, en fournissant un dispositif mobile de liaison per¬ mettant des mouvements puissants et de bonne précision.

Un autre objectif de la présente invention est de fournir un dispositif de liaison bénéfi¬ ciant d'un poids réduit par rapport à ceux de l'art anté¬ rieur.

Un autre objectif est de fournir un dispositif de liaison permettant des déplacements qui présen¬ tent une résolution suffisamment fine pour être monté sur un bras manipulateur quelconque (donc de prix de revient peu élevé) .

Un autre objectif est de fournir un dispositif de liaison permettant des déplacements d'amplitu¬ de suffisante de l'élément porté par rapport à l'élément por¬ teur, avec une puissance, une rapidité et une précision su¬ périeures à celles obtenues avec les bras manipulateurs de l'art antérieur.

Le dispositif mobile de liaison visé par l'invention comprend :

- une membrure-support adaptée pour être fixée sur l'élément porteur (bras manipulateur),

- une membrure mobile adaptée pour permettre la fixation de l'élément porté (organe terminal),

- une pluralité de vérins souples comportant chacun une paroi déformable s 'étendant autour ^" d'un axe dit longitudinal et des parois rigides de fixation situées à chaque extrémité de ladite paroi déformable, les- dits vérins souples étant agencés entre la membrure-support et la membrure mobile de façon à maintenir ladite membrure mobile par rapport à ladite membrure-support dans une posi- tion relative fonction de l'ensemble des états de déforma;

tion desdits vérins souples,

- et des moyens de commande à dis¬ tance des vérins souples.

Selon une caractéristique de la pré¬ sente invention, les moyens de commande à distance compren¬ nent un réservoir de capacité variable associé et connecté à chacun desdits vérins souples et formant avec ledit vérin souple un circuit de fluide fermé, lesdits moyens de comman¬ de étant adaptés pour imposer à l'ensemble des réservoirs de capacité variable des capacités déterminant un ensemble d'états de déformation des vérins souples permettant d'obte¬ nir la position désirée de la membrure mobile.

Un tel dispositif permet donc, grâce à son agencement, de donner à l'élément porté une position précise, à partir d'une position approximative de l'extrémi¬ té de l'élément porteur, par déplacements obtenus en action¬ nant l'ensemble des vérins souples. Le fonctionnement des vé-

_* rins est produit par variation de la capacité des réservoirs associés à chaque vérin. Il est essentiel de noter que le circuit de fluide fermé étanche auquel chaque vérin souple est associé, évite la mise en oeuvre de systèmes extérieurs de mise en pression et confère au dispositif une position d'équilibre neutre indépendante de toute pression extérieure.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque vérin souple est muni de moyens de mesu¬ re de l'état de sa déformation reliés aux moyens de commande à distance précités, en vue d'obtenir un ajustement en bou¬ cle fermée du déplacement de la membrure mobile par rapport à la membrure-support.

Lesdits moyens de mesure permettent, après un positionnement approximatif de l'élément porteur, de déterminer la grandeur et la direction des contraintes auxquelles est soumis l'élément porté et de commander les moyens d'entraînement des vérins souples en vue de réaliser OT. MPI

l ' as semblage souh ai té par un positionnement précis de l ' élé¬ ment porté .

Une autre caractéristique du dispo¬ sitif selon l'invention réside dans le fait que chaque réser¬ voir à capacité variable comporte une pluralité d'éléments à paroi déformable entraînée par des électro-aimants, les dimensions de chacun de ces éléments étant adaptées pour que les variations de capacité soient dans un rapport binaire, en vue de leur commande par un système numérique.

Selon une autre caractéristique, les vérins souples peuvent présenter une hauteur de grande di¬ mension par rapport à leur diamètre.

On peut ainsi obtenir des déplace- ments de grande amplitude de l'élément porté par rapport à l'élément porteur. Un tel dispositif constitue alors en soi un bras manipulateur alliant la puissance des systèmes hy¬ drauliques à la précision du dispositif décrit dans les pa¬ ragraphes précédents. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés qui en présentent, à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation préférentiels.

Sur ces dessins qui font partie in- tégrante de l'invention :

- la figure 1 représente une coupe radiale d'un poignet d'assemblage selon l'invention,

- la figure 2 représente une coupe transversale du même poignet d'assemblage, - la figure 3 représente une vue en perspective d'un vérin souple utilisé dans l'invention,

- la figure représente une coupe schématique d'un réservoir de capacité variable selon l'in¬ vention, La figure 5 représente une coupe schématiqαe d'un ensemble vérins souples- réservoirs de capacité variable

travaillant en mode différentiel,

- la figure 6 représente une coupe longitudi nale d'un bras hydraulique selon l'invention, - la figure 7 ^" représente une coupe transvers du même bras, et

- la figure 8 représente une vue du même bras en position déformée.

Le poignet d'assemblage représenté sur les fi gures 1 et 2 comporte une membrure-support 1 destinée à être fixée par tout moyen connu en soi à l'extrémité d'un élément porteur, par exemple un bras manipulateur (non représenté). comprend également une membrure mobile 2 ( ou plateau mobile sur laquelle peut être fixé de manière connue en soi un élém porté, par exemple un outil d'assemblage ou une pince de pré hension (non représenté). Entre ces deux membrures sont agen cés une pluralité de vérins souples 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6, 7, 7', 8, 8' , 9 et 9' .

Comme on peut le voir sur la figure 3, ces vérins sont constitués par un corps sensiblement cylindrique 10, à paroi flexible en forme d'accordéon, solidaire, à chaqu extrémité d'une bague 12 rigide de fixation. Au repos, la paroi flexible s'étend, autour d'un axe longitudinal 11. Ces vérins sont de préférence hydrauliques et fonctionnent de la manière suivante : lorsque l'on introduit à l'intérieur du vérin un volume d'huile supérieur au volume dudit vérin à l'état rie repos, la paroi déformable 10 s'étire, entraînant u éloigne ent des bagues de fixation 12. Inversement, le retrai d'un volume provoque un tassement de la paroi déformable 10 entraînant un rapprochement des bagues 12 de fixation.

Des moyens de commande 13 permettent d'action ner les vérins. Ces moyens de commande 13 comprennent, associ et connecté à chaque vérin, un réservoir de capacité variable (représenté figure 4) comprenant un récipient 14 à paroi rigi de auquel est relié au moins un élément à paroi déformable semblable aux vérins souples décrits ci-dessus mais dont la bague de fixation d'une extrémité est fermée. Ces éléments à paroi déformable sont munis de moyens d'entraînement solidaire de l'extrémité fermée. Un déplacement de cette extrémité pro- voque donc une variation de la capacité du réservoir.

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La figure 4 montre plusieurs formes de réali¬ sation de ces moyens d'entraînement. Un moteur pas à pas 15 entraîne l'extrémité fermé libre de l'élément à paroi défor- mable 16. Celui-ci a de préférence un volume au repos égal à celui du vérin souple associé. Un déplacement de l'extrémité libre fermée de l'élément 16, causé par le moteur 15 entraîn une variation de la capacité du réservoir. Une quantité d'hu le en plus ou en moins dans le rçservoir entraîne une qυanti té d'huile en moins ou en plus dans le vérin souple et actio ne celui-ci. On peut également actionner le vérin souple au moyen d'une pluralité d'éléments à paroi déformable 17, 18, 19, 20 dont les volumes sont dans un rapport binaire, c'est- à-dire que le volume de l'élément 17 est moitié de celui de l'élément 18, lui-même moitié de celui de l'élément 19 qui e lui-même moitié de l'élément 20. Ces éléments, ici au nombre de quatre donné à titre d'exemple non limitatif, sont action nés par des électro-aimants 21 dont l'alimentation est comma dée par un système numérique. Si l'élément 17 a un volume égal au quinzième du volume du vérin souple associé, la comm de des électro-aimants 21 suivant un système numérique bina re permet le déplacement pas à pas de l'élément porté 2 par rapport à l'élément porteur 1 avec un pas correspondant au quinzième de l'amplitude possible de déplacement. Les liquides n'étant pas entièrement incompre sibles et étant susceptibles de variations de volume fonctio de variations de température, on peut prévoir un petit éléme à paroi déformable 22 commandé par une vis 23 permettant d'e fectuer un réglage de compensation. Chaque vérin souple est muni de moyens rie mes re (non représentés) de l'état de sa déformation. Ces moyens de mesure permettent de déterminer avec précision la positio exacte de l'élément porté. Reliés aux moyens de commande 13 des moyens d'entraînement 15, 21 des éléments à paroi défor- mable, il permettent également d'effectuer, en boucle fermée une commande en dimension extrêmement précise. Ces moyens de mesure peuvent par exemple utiliser une détection capacitive ou un système optique comportant des fibres optiques ou des cellules photo-électriques, ou encore un système à ultra-son travaillant en phase ou en mode impulsionnel. Il

dent que ces moyens de mesure, connus en soi, sont donnés à titre d'exemple non limitatif et que d'autres moyens de mesu peuvent être utilisés. II peut être particulièrement intéressant de travailler en mode différentiel, l'ensemble pouvant être, à l'équilibre déjà sous précontrainte ce qui minimise l'effet déformations parasites.

Un tel ensemble est représenté figure 5. Sur cette figure, deux vérins souples 3, 3' sont actionnés par deux réservoirs de capacité variable 14, 14' comportant au moins un élément à paroi déformable 17, 17' actionnés par un électro-aimant à double action muni de deux enroulements d'e citation. L'alimentation d'un de ces enroulements provoque u augmentation de la capacité de l'un des réservoirs et une di minution de la capacité de l'autre réservoir. Ces variations de capacité entraînent une diminution de la hauteur du vérin associé au premier réservoir et une augmentation de la haute du vérin associé au second réservoir. La membrure mobile 2, solidaire des extrémités voisines des deux vérins se déplace donc sous l'effet des variations de hauteurs des deux vérins

En plus des moyens de mesure de l'état des dé formations de chaque vérin adapté pour commander les moyens d'entraînement des éléments à paroi déformable _. des réservoir à capacité variable, on dispose entre les deux réservoirs un détecteur rie pression 33 dont le rôle est le suivant : si la membrure mobile 2 est soumise à une contrainte, il se crée à l'intérieur des réservoirs une différence de pression foncti de la grandeur et du sens de la contrainte. Les vérins 3 et étant agencés pour provoquer un déplacement de la membrure m bile 2 dans une direction donnée, la différence de pression détectée entre les réservoirs indique également la direction de la contrainte. Cette indication permet la commande des moy ens d'entraînement et lorsque la différence de pression devie nulle, on est assuré que la membrure mobile a atteint la posi tion désirée.

Dans la forme de réalisation du poignet d'ass blage représenté sur les figures 1 et 2, on a prévu une membr re intermédiaire 24. La membrure-support 1 comporte un corps creux 25 dont les faces internes sont munies de moyens de fix

tion 26 pour les parois rigides de vérins souples. Sur la fi¬ gure 2, on peut voir que ces moyens de fixation sont au nombr de Huit formant quatre paires agencées à 90°. Sur ces moyens de fixation est assujettie une extrémité des vérins souples 3, 3', 4, 4', 5, 5', 6 et 6'. La membrure intermédiaire 24 comporte également un corps creux 27 et ses faces externes sont munies de moyens de fixation 28 pour les parois rigides de vérins souples. Sur la figure 2, on peut voir que ces moy- ens de fixation sont au nombre de quatre répartis à 90°. La membrure intermédiaire 24 est agencée à l'intérieur du corps creux 25 de la membrure support 1 de façon que les moyens de fixations 28 viennent s'intercaler entre l es vérins souples 3 et 3* , 4 et 4' , 5 et 5' , 6 et 6' . La membrure mobile 2 comporte une platine 29 de chaque côté de laquelle est fixée l'une des parois rigides des vérins souples souples 7, 7', 8, 8', 9, 9'. L'autre paroi rigide de ces vérins est fixée à l'intérieur du corps creux 2 de la membrure intermédiaire 24. Ces vérins sont répartis de part et d'autre de la platine 29 selon un angle de 120°.

Dans l'exemple de réalisation décrit sur les

_* figures 1 et 2, un vérin portant une référence et le vérin po tant la même référence accompagnée du signe ' constituent un ensemble différentiel tel qu'il a été décrit en regard de la figure 5.

Les vérins souples sont répartis en trois gro pes dont nous allons expliciter le fonctionnement : un premie groupe Gx, constitué des vérins 3, 3', 4, 4', un deuxième gro pe Gy, constitué des vérins 5, 5', 6, 6' et un troisième grou pe Gz, constitué ries vérins 7, 7', 8, 8', 9, 9'. Lorsque tous les vérins du groupe Gx sont actionnés de façon que les vérin 3 et 4, respectivement 3' et 4' subissent une déformation de même sens, la membrure intermédiaire 24 portant la membrure mobile 2 se déplace suivant une direction marquée X sur la fi gure 2. De même, lorsque tous les vérins du groupe Gy sont ac tionnés de façon que les vérins 5 et 6, respectivement 5' et subissent une déformation de même sens, la membrure intermé¬ diaire 24 se déplace suivant une direction marquée Y sur la figure 2. De même, lorsque les trois vérins 7, 8, 9 respecti- veinent 7',' 8', 9', sont actionnés de façon à subir des déf_ox___

mations de même sens, la membrure mobile 2 se déplace dans un direction marquée Z sur la figure 1. Les déplacements suivant les directions X, Y, Z sont des déplacements linéaires. En actionnant, .simultanément les vérins des groupes Gx et Gy de façon que les déformations subies par les vérins 3, 6, 4', 5', respectivement 3', 6', 4, 5 soit de même sens, alors que la membrure intermédiaire effectue par rappor à la membrure support 1 un mouvement de rotation indiqué par sur la figure 2. De même, un actionne ent différencié des vé¬ rins du groupe Gz entraîne un déplacement oscillatoire de la membrure mobile 2 par rapport à la membrure intermédiaire 24 suivant trois directions dont une est indiquée par 9 sur la figure 1. On obtient ainsi un système de liaison mobile à sep degrés de liberté ce qui permet, par une commande individuell de chaque système différentiel de vérins, d'obtenir des dépla cements dans toutes les directions.

Dans le cas du poignet mobile d'assemblage qu vient d'être décrit, les déplacements nécessaires de l'élé ment porté par rapport à l'élément porteur ne sont que de fai ble amplitude. La grandeur des déplacements étant déterminée par la déformation de la paroi latérale des vérins.dans le sens de leur hauteur, celle-ci sera faible et en tout cas in¬ férieure au diamètre desdits vérins. En référence aux figures 6 à 8, il est décrit un dispositif mobile de liaison permettant de faire subir à l'élément porté des déplacements de grande amplitude par rapport à l'élément porteur. Un tel dispositif constitue un bras hydraulique de manutention. Sur la figure 6, on peut voir la membrure sup¬ port 1 et la membrure mobile 2 constituée toutes deux par une platine circulaire. La membrure 1 est destinée à être fixée sur un châssis porteur (non représenté). Un outil de travail (élément porté non représenté) est fixé sur la membrure mobile 2. Trois vérins 30, 31, 32 sont fixés par leurs bagues de fixa tion entre les membrures 1 et 2. A chaque vérin est associé et connecté un réservoir à capacité variable semblable à celui dé crit ci-dessus. Chaque vérin est également muni de moyens de mesure. Ces trois vérins sont répartis sur les membrures sui- vant un angle de 120° de façon que leurs axes soient au repos

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10 parallèles à une même direction. Les déplacements souhaités étant ici de grande amplitude, les vérins 30, 31, 32 présen une hauteur nettement plus grande que leur diamètre. L'actionnement' différencié de chacun des tro vérins provoque des déplacements fonction de l'état des déf mations de chaque vérin. On peut obtenir ainsi un grand nom de positions dans l'espace.

Il est évident que l'on peut agencer entre l membrure support 1 et la membrure mobile 2 une ou plusieurs membrures intermédiaires, un groupe de trois vérins étant a cé entre deux membrures voisines, ce qui augmente d'autant nombre de positions qu'il est possible de donner à l'élémen porté. Un grand avantage des dispositifs de liaison mobile décrits ci-dessus réside dans le fait que les vérins peuvent être commandés à distance, ceux-ci étant reliés aux moyens de commande par un faisceau de conduites hydraulique et de câbles électriques de mesure. II est à noter que le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé pour manoeuvrer en rotation d bras manipulateurs (ou tout autre organe) en permettant un traînement de charges importantes ; il suffit d'asservir un point de la membrure mobile de façon à lui imposer un mouve circulaire.

Il est également possible de conférer à la membrure mobile un mouvement alternatif de va-et-vient, par commande cyclique des vérins.