La présente invention concerne un dispositif de préhension à déclenchement automatique passif. Elle se situe dans le domaine de la saisie et la dépose d’objets sur des lignes d’assemblage. Elle s’applique par exemple pour les opérations automatisées dites de « pick & place » dans des boîtes de conditionnement ou sur des convoyeurs.

Les opérations de prise et dépose d’objets automatiques nécessitent l’utilisation de préhenseurs particulièrement adaptés aux différentes exigences opérationnelles.

On rencontre généralement plusieurs types de problèmes techniques lors de la saisie et de la dépose d’un objet.

Un premier problème à surmonter est la précision de positionnement du préhenseur par rapport à l’objet et la connaissance de l’erreur de positionnement. La garantie de prise n’est pas optimale excepté si le préhenseur, ainsi que le robot qui le manipule, sont très précis. Cela conduit généralement à des coûts d’investissements importants.

Un deuxième problème est la coordination entre la phase d’approche et le déclenchement de la prise de l’objet. Une mauvaise coordination conduit à un nombre important de mauvaises prises ou de détérioration de produits et réduit ainsi le rendement d’une ligne de production.

La grande variabilité des produits à manipuler pose un autre problème. En effet, il faut s’adapter aux différentes rigidités et formes possibles, ce qui impose des modifications importantes du préhenseur voire un préhenseur différent pour chaque catégorie d’objet.

Un autre problème est d’ordre énergétique. Le robot manipulateur est souvent limité à des charges utiles assez faibles alors que le préhenseur est composé de systèmes de préhension mais aussi de systèmes d’actionnement de chaque unité fonctionnelle. Cela nécessite un approvisionnement en énergie externe (de l’air comprimé en général) et le poids supplémentaire ajoute de l’inertie et limite la dynamique du robot et donc l’efficacité de la ligne de production. Plusieurs solutions de préhension sont connues, mais celles-ci ne résolvent pas l’ensemble des problèmes exposés ci-dessus. Parmi ces solutions de l’art antérieur, on peut citer :

- La préhension par aspiration pneumatique qui propose des systèmes de type « tout ou rien » qui appliquent des efforts inconnus de préhension et ne résolvent pas les problèmes d’erreur de positionnement et de prise d’objets poreux. Le rendement est faible à la prise d’un objet en raison de la grande variabilité des produits. Un préhenseur est adapté à un seul type de produit, chaque préhenseur étant spécifique d’un produit ;

- La préhension par simple pince qui nécessite un appareillage important ;

- La préhension par éléments flexibles. Un but de l’invention est notamment de permettre la manipulation d’objets fragiles aux formes diverses, avec précision, simple à mettre en oeuvre et sans nécessité d’apport d’énergie externe. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de préhension d’au moins un objet, ledit dispositif comportant au moins : un support mécanique ;

une plaque bistable fixée sous contrainte sur ledit support, ladite plaque étant composée d’une partie centrale circulaire et de lames flexibles reliées radialement à ladite partie centrale, lesdites lames flexibles étant fixées sur ledit support formé d’un cadre circulaire, chaque lame flexible étant équipée d’une lame, dite lame de pince, formant un mors d’une pince de saisie dudit objet ;

un élément de déclenchement faisant saillie sur ladite partie centrale, apte à entrer en contact avec ledit objet à saisir, placé entre lesdites lames, de longueur inférieure à celle-ci et s’étendant dans la même direction ; en phase d’approche dudit objet la face convexe de la dite plaque étant orientée vers ledit objet de sorte que lesdites lames sont en position ouverte, la mise en contact dudit élément de déclenchement avec ledit objet provoquant le changement d’état stable de ladite plaque, la face orientée vers ledit objet passant en position concave de sorte que lesdites lames se referment sur ledit objet.

Dans un mode de réalisation particulier, ledit élément de déclenchement est composé d’une partie rigide liée à ladite plaque et d’un plateau de déclenchement surmontant ladite partie, ledit plateau étant apte à entrer en contact avec ledit objet.

Lesdites lames de pince s’étendent par exemple perpendiculairement à ladite plaque. Elles sont par exemple flexibles.

Dans un mode de réalisation particulier, ladite plaque comporte au moins trois lames flexibles.

Ledit élément de déclenchement est par exemple composé d’une tige liée à ladite partie centrale et d’un plateau circulaire surmontant ladite tige et apte à entrer en contact avec ledit objet.

Lesdites lames flexibles disposées radialement autour de ladite partie centrale sont par exemple encastrées dans une rainure réalisée dans ledit cadre circulaire.

Ledit cadre circulaire a par exemple un diamètre réglable, la contrainte exercée sur lesdites lames flexibles étant fonction dudit diamètre.

Dans un autre mode de réalisation particulier, parmi lesdites lames flexibles disposées radialement autour de ladite partie centrale, au moins trois lames flexibles sont équipées de lames rigides, pour chacune desdites trois lames flexibles une lame rigide est liée en parallèle à la lame de pince, les deux lames étant parallèles dans leur petites dimensions, lesdites lames rigides transmettant à ladite plaque bistable la force de réaction produite par une surface avec laquelle elles entrent en contact, ladite force de réaction provoquant un changement d’état stable de ladite plaque.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent :

- La figure 1 , un élément de réalisation d’un dispositif de préhension selon l’invention ; - Les figures 2a à 2c, une illustration du principe de fonctionnement d’un dispositif selon l’invention ;

- Les figures 3a et 3b, un exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention ;

- La figure 4, une illustration d’un mode de liaison sous contrainte entre une plaque bistable et un cadre ;

- La figure 5, un autre exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention.

La figure 1 illustre, par une vue en perspective, un élément de réalisation d’un dispositif de préhension selon l’invention, permettant d’illustrer le fonctionnement d’un dispositif selon l’invention. Ce dispositif de préhension élémentaire, illustré par la figure 1 , comporte au moins :

- Une plaque bistable 1 , rectangulaire dans l’exemple de la figure 1 ;

- Un déclencheur 2, ayant un profil en T et s’étendant sur toute la largeur de la plaque dans cet exemple, constitué ainsi d’un plateau 2” surmontant une plaque 2’ solidaire mécaniquement de la plaque 1 ;

- Deux lames 3 faisant office de pince, s’étendant perpendiculairement de part et d’autre du déclencheur vers les extrémités 1’, 1” de la plaque, les lames étant par exemple courbes et flexibles, plus particulièrement ayant une première partie plane 3’ prolongée d’une deuxième partie 3” repliée vers l’intérieur de la pince dans l’exemple de la figure 1. Ces deux lames seront appelée par la suite mors. Les mors 3 ne sont pas nécessairement flexibles, un avantage de la flexibilité étant notamment de ne pas déformer les objets saisis.

Toutes ces parties 1 , 2, 3 sont par exemple regroupées en une seule pièce formant un bloc monolithique.

La plaque bistable 1 est fixée à ses extrémités à un support non représenté. Ce support est mobile avec la plaque. Ce support et l’ensemble des parties 1 , 2, 3 peuvent également former un bloc monolithique.

Les figures 2a, 2b et 2c illustrent le principe de fonctionnement d’un dispositif de préhension selon l’invention en se basant sur l’exemple de la figure 1. Elles montrent notamment l’utilisation astucieuse des propriétés mécaniques d’une plaque bistable par l’invention. Ce principe de fonctionnement est illustré avec le dispositif de la figure 1 , représenté schématiquement, de profil.

La plaque bistable 1 est fixée à un support dont seules les parties 21 , 22 solidaires mécaniquement de la plaque sont représentées.

Le dispositif de préhension est représenté en regard d’un objet 20 à saisir.

La figure 2a illustre la phase d’approche de l’objet 20. La plaque est dans un premier état stable (face convexe dirigée vers l’objet). L’ensemble du dispositif 1 , 2, 3, 21 , 22 est dirigé vers l’objet. Dans cet état, les mors 3, en saillie sur la face convexe, sont éloignés l’un de l’autre et forment une pince ouverte.

La figure 2b illustre la prise de contact du déclencheur 2 avec l’objet 20. Dans l’exemple de réalisation présenté, la prise de contact se fait par le plateau 2”. Simultanément à cette prise de contact, une force F est dirigée vers la face convexe de la plaque 1. Cette force est provoquée par la poussée exercée par l’objet. Elle est très faible mais suffisante pour déclencher le changement d’état de la plaque 1 , passant alors dans son deuxième état stable. Elle est réglable selon les besoins des applications au travers de la pré-charge mécanique axiale de la plaque bistable 1.

La figure 2c illustre ce deuxième état stable correspondant à la prise de l’objet 20. La face comportant les mors 3 passant de l’état convexe à l’état concave provoque un rapprochement des mors 3 et donc la fermeture de la pince. Les dimensions et la forme des mors 3 sont définies de telle sorte qu’à l’état fermé, la pince enserre l’objet, totalement ou partiellement. Dans tous les cas, la fermeture est suffisante pour maintenir l’objet sous l’emprise de la pince.

Le déclencheur peut avoir une autre forme que celle présentée aux figures 1 et 2. En particulier, le plateau n’est pas nécessaire. Il suffit d’un contact déclenchant le changement d’état de la plaque bistable 1. A cet effet, le déclencheur peut être constitué d’une simple pointe apte à entrer en contact avec l’objet à saisir. Le plateau 2” a cependant l’avantage d’entrer plus facilement au contact de l’objet, sans problème de précision de positionnement. Par ailleurs, le plateau ne détériore pas les objets mous, contrairement à une partie saillante.

Dans l’un ou l’autre état, la plaque est maintenue courbée sous contrainte. Cette contrainte est exercée sur la plaque 1 et elle est réglée classiquement par la force F exercée au niveau de ses fixations 21 , 22 sur le support, parallèlement à la déformation de la plaque. Cette force peut être exercée par exemple en encastrant les extrémités 1’, 1” de la plaque dans un cadre. La sensibilité du déclenchement dépend du réglage de la contrainte.

Le principe de fonctionnement illustré par les figures 2a à 2c montre qu’il n’y a pas besoin d’énergie pour fermer la pince 3. Avantageusement, la fermeture est simplement enclenchée par la mise en contact du plateau 2”, plus généralement du déclencheur 2, sur l’objet 20 qui fait passer la plaque dans son deuxième état. La solution de préhension selon l’invention économise donc un actionneur et également un capteur de présence d’objet pour déclencher la prise de celui-ci. Le déclencheur 2 exerce la fonction d’actionneur et de capteur. Le mode de déclenchement est passif, ne nécessitant pas d’actionnement extérieur. Il n’est donc pas nécessaire d’embarquer un actionneur dans le dispositif de préhension. Le déclenchement se fait automatiquement au contact de l’objet 20 et du déclencheur 2. En d’autres termes, la présence du déclencheur 2, cinématiquement synchronisé au mouvement d’ouverture des mors 3, permet de déclencher la fermeture de la pince autour de l’objet, puis d’exercer un effort de préhension pour assurer la prise pendant le transport. Le plateau 2” permet de recentrer l’objet dans le dispositif de préhension. Il sert aussi à déposer correctement l’objet lors de la dépose.

Pour la dépose de l’objet, une simple poussée sur la face convexe (alors orientée vers le haut comme illustré par la figure 2c) inverse l’état de la plaque bistable dont la face inférieure redevient alors bistable, provoquant l’ouverture des mors.

Les figures 3a et 3b présentent un premier mode de réalisation possible d’un dispositif de préhension selon l’invention. La figure 3a présente une vue en perspective du dispositif et la figure 3b présente une vue en coupe, partielle et schématique.

Dans le mode de réalisation des figures 3a et 3b, la plaque bistable a une forme différente que les dispositifs élémentaires illustrés par les figures précédentes. La plaque 1 est une plaque circulaire composée d’un plateau 31 et de six lames flexibles 32 disposées radialement autour de ce plateau, et de préférence régulièrement. L’ensemble 31 , 32 est mis sous contrainte grâce à un cadre circulaire 33, ouvert, dont le diamètre peut être modifié pour appliquer une force F plus ou moins importante sur les lames, celles-ci étant courbées sous l’effet de la contrainte. Le cadre circulaire 33 sert à la fois de support à la plaque et de dispositif de contrainte.

Pour mettre en oeuvre cette contrainte, le cadre est par exemple formé de deux demi-cercles dont les extrémités sont prolongées chacune vers l’extérieur par une partie taraudée 331 , 332, 331’, 332’. Les deux demi- cercles sont rendus solidaires mécaniquement au moyen ces partie fixées entre elles par une tige filetée dont le parcours permet de rapprocher ou d’éloigner les deux demi-cercles, jouant ainsi sur la contrainte appliquée aux lames 32.

Pour maintenir les lames solidaires du cadre, une rainure est prévue dans laquelle son engagées les extrémités de lames, l’extrémité engagée étant opposée à l’extrémité lié au plateau 31.

Chaque lame 32 est prolongée perpendiculairement par une autre lame flexible 3, à l’image du dispositif élémentaire de la figure 1. L’ensemble des lames 3 forme une pince circulaire et ces lames 3 pourront également être appelées par la suite mors. Les deux lames 32, 3 sont pas exemple formées dans un même bloc de matière, et constituent une même pièce monolithique. Il est également possible de réaliser en un seul bloc monolithique le plateau 31 et l’ensemble des lames 32, 3.

Le déclencheur 2 est fixé sous le plateau 31. Dans l’exemple de réalisation des figures 3a et 3b, le déclencheur 2 est composé d’une tige 21 1 et d’un plateau de déclenchement 212, par exemple circulaire, destiné à entrer en contact avec l’objet 20 à saisir. Le mode de fonctionnement pour la saisie de cet objet est identique à celui décrit aux figures 2a à 2c, la différence étant que l’ensemble du dispositif est circulaire avec un nombre plus important de mors, ce qui permet de mieux saisir l’objet.

Comme la plaque 1 du dispositif élémentaire de la figure 1 , la plaque 31 , 32 des figures 3a et 3b est un système bistable caractérisé par deux états de déformation stables, où le passage d’un état à l’autre permet l’ouverture ou la fermeture des mors en synchronisation avec la mise en contact du déclencheur 2 sur l’objet à saisir. Cette plaque 31 , 32 peut être assimilée à une coque, bistable, ayant une forme particulière.

La saisie d’un objet est ainsi assurée de manière automatique sans autre apport d’énergie que le mouvement d’approche (voir la figure 2a). Dès que l’objet entre en contact avec le plateau 212, les lames flexibles (mors) se referment, passent sous l’objet et le plaquent contre le plateau pour le garder emprisonné et assurer la prise lors du transport.

Une simple poussée sur la face convexe de la coque bistable, formée du plateau 31 et des lames 32, permet ensuite d’inverser son état et de provoquer l’ouverture des mors et de déposer l’objet.

Le plateau 31 pourrait être remplacé par toute autre structure permettant d’assembler les lames 32 radialement autour de cette structure. Une forme plane facilite cependant l’interface avec d’autres organes. En fonction de la dimension du dispositif et de l’application envisagée, le nombre de lames 32 utilisées peut varier. On peut prévoir au moins trois lames flexibles 32 disposées radialement.

Les lames inférieures 3 faisant fonction de mors ont été illustrées avec une forme analogue à celles de la figure 1. D’autres formes sont bien sûr possibles dès lors qu’elles permettent de maintenir l’objet lorsque la pince est fermée.

La figure 4 illustre plus précisément la liaison entre les lames 32 et le cadre circulaire 33. Dans cette figure, la lame supérieure 32, prolongée perpendiculairement vers le bas par la lame inférieure 3, entre dans la rainure du cadre 33 qui charge la lame sous la pression de la force F dont on a décrit précédemment à titre d’exemple comment elle peut être exercée. Pour faciliter l’engagement de la lame dans la rainure, celle-ci peut être terminée par un méplat 321 non flexible, ce méplat étant introduit dans la rainure.

La figure 5 présente un autre mode de réalisation possible d’un dispositif de préhension selon l’invention. Ce dernier reprend le mode de réalisation des figures 3a et 3b complété par un dispositif permettant la dépose sans apport d’énergie extérieur.

Le dispositif illustré par les figures 1 et 3a, 3b ne nécessitent pas d’énergie pour la prise de l’objet (déclenchement automatique de la fermeture des mors sous l’effet de la mise en contact du déclencheur avec l’objet). En revanche, une énergie extérieure (même faible) est nécessaire pour la dépose de l’objet, pour faire passer la coque bistable 1 , 31 , 32 dans l’autre état correspondant à la position écartée des mors. L’exemple de réalisation de la figure 5 économise cet apport d’énergie extérieure.

Pour permettre la dépose sans apport d’énergie extérieure, passivement donc, le dispositif de préhension de la figure 5 comporte un ensemble de lames rigides 51 positionnées en parallèle des lames flexibles 3 de la pince, à l’extérieur de la pince. Plus précisément, une lame rigide 51 est positionnée en parallèle de la lame flexible 3, formant mors, sous chaque lame supérieure 32. Les trois lames 32, 3, 51 peuvent former un même bloc monolithique. Les deux lames 51 , 3 sont parallèles suivant leur petite dimension. La lame flexible 3 et la lame rigide 51 équipant une même lame supérieure 32 peuvent partager la même zone de liaison sur cette dernière. En d’autres termes, elles sont alors reliées au même endroit de la lame 32. L’énergie extérieure est fournie par la force de réaction d’une surface plane sur ces lames rigides lors de l’opération de dépose. Lorsque les lames flexibles 3 sont en position fermée, les lames rigides touchent la surface avant ces lames flexibles. En raison de leur rigidité, l’effort de réaction est transmis aux lames supérieures 32 de la coque bistable en créant un moment de pivotement autour de chaque point d’accroche des lames sur le cadre circulaire 33 de contrainte. Ce changement d’état de la coque bistable 31 , 32 provoque l’ouverture des lames flexibles 3 permettant la dépose de l’objet.

Simultanément, lorsque la coque bistable change d’état, les lames rigides 51 pivotent et se retrouvent levées, leur mouvement évolue de telle sorte qu’elles passent au dessus des lames flexibles 3, comme illustré par la partie gauche de la figure 5. Les lames flexibles peuvent ensuite passer sous l’objet pour la prise de celui-ci sous l’effet du contact du déclencheur 2.

Avantageusement, la phase de prise et la phase de dépose peuvent s’enchaîner rapidement en faisant passer la coque bistable d’un état stable convexe à concave simultanément, et rapidement en passant d’un déclenchement par contact de l’objet sur le plateau de déclenchement 31 (fermeture pour prise) à un contact des lames rigides 51 sur une surface quelconque (ouverture pour pose).

Les lames rigides ont une terminaison courbée vers l’extérieur pour faciliter leur glissement sur la surface plane lors du contact.

D’autres modes de réalisations sont possibles d’un dispositif selon l’invention sont possible, où notamment :

- La pince est composée de plusieurs lames, flexibles ou non, venant se refermer sur l’objet pour assurer sa prise lors du transport ;

- La détection de l’objet est réalisée par contact sur l’élément de déclenchement 2 qui permet de déclencher la préhension ;

- L’énergie d’actionnement est sous forme élastique, c’est en effet directement un robot qui transporte déjà le préhenseur d’un point A vers un point B qui fournit l’énergie de retournement de la plaque bistable par contact sur l’objet.

Les différentes parties assurant cette combinaison de fonctions peuvent être formées dans un seul objet monolithique, par exemple en matériau polymère imprimable en stéréolitographie donc facilement et rapidement fabriqué, et à moindre coût.

Le matériau polymère dans lequel est fabriqué le dispositif étant souple, l’effort de préhension exercé sur l’objet à saisir est alors borné, ce qui permet de saisir également des objets souples et fragiles, de manière délicate pour ne pas dégrader la qualité visuelle des objets.

Avantageusement un dispositif selon l’invention, qu’il soit monolithique ou non, est léger et offre au robot qui le guide une dynamique importante, donc une efficacité accrue dans une ligne de production. Peu coûteux et robuste, le dispositif selon l’invention s’adapte à plusieurs formes et souplesses d’objets. Il n’est pas spécialisé pour un type d’objets donné.

Contrairement aux systèmes de préhension classiques comprenant un robot porteur embarquant un actionneur indépendant (avec sa propre énergie) qui déclenche la prise et la dépose, avec un dispositif selon l’invention seul le robot porteur est alimenté en énergie. Cette énergie sert à la fois au positionnement du dispositif de préhension et à la prise et dépose des objets. Plus généralement, étant donné qu’il n’y a ni système d’actionnement ni énergie externe apportée pour effectuer la préhension, il en résulte une diminution significative de la masse et du coût du dispositif de préhension.

Il est à noter que la synchronisation entre la position adéquate du préhenseur et la prise de l’objet se fait sans présence de capteurs. Le déclenchement se fait automatiquement lors du contact physique de l’objet sur le déclencheur 2. Ce déclenchement se fait aussi de manière indépendante entre différents dispositifs de préhension disposés en parallèle, afin d’assurer une prise maximale de plusieurs objets indépendants.

Enfin, la réalisation en matériau monolithique ne nécessite pas d’assemblage, est exempt d’encrassement, facilite le nettoyage, et permet une plus grande précision ainsi qu’une plus grande fiabilité (pas de jeu, ni de frottements). L’élasticité du matériau, la géométrie de la plaque bistable (en particulier son épaisseur transverse) et la pré-charge permettent de connaître l’effort nécessaire au retournement de la plaque (passage d’un état stable à un autre) et l’effort de préhension appliqué par les lames.