FR2590560A1 - Device for mechanically controlling, by means of a cable, the spatial displacement of an object - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE COMMANDE MECANIQUE PAR CABLE DU
DEPLACEMENT D'UN OBJET DANS L'ESPACE.CABLE MECHANICAL CONTROL DEVICE
MOVING AN OBJECT INTO SPACE.
L'invention concerne un dispositif permettant la commaie mécanique par cable, notamment à distance et en atmosphère contrôlée,de la translation d'un objet dans l'espace,et de l'animation de ses mouvements propres. The invention relates to a device for mechanical control by cable, in particular from a distance and in a controlled atmosphere, of the translation of an object in space, and of the animation of its own movements.
On connait des dispositifs tels que les ponts roulants qui permettent le déplacement dans l'espace d'un objet quelconque. Ils présentent une motorisation dite embarquée, c'est-à-dire placée au sein du dit pont. We know devices such as overhead cranes which allow the movement in space of any object. They have a so-called on-board motorization, that is to say placed within said bridge.
Ces dispositifs présentent des inconvénients de plusieurs sortes à savoir
- les actionneurs doivent être déplacés avec le pont, d'où une augmentation des masses mobiles, due non seulement à la masse propre des actiqnneurs, mais aussi aux renforcements de structure que cette conception rend necessaire ; il en résulte un dimensionnement général plus important ,d'où des coûts de construction accrus, ainsi qu'une surconsommation d'énergie , notamment pour de faibles charges ; de plus l'alimentation en énergie de ces actionneurs présente souvent des difficultés
- lorsque l'on travaille en milieu hostile, les actionneurs doivent être protégés contre la corrosion et la contamination , et leur maintenance subit des contraintes
- il est très délicat avec un tel dispositif de travailler en milieu hors poussière du fait de la pollution due au dispositif d'activation
L'invention pallie ces inconvénients.Elle propose un dispositif destiné à la commande mécanique par câble de la translation d'un objet dans l'espace comprenant
- un chassis présentant des éléments de guidage rectilignes le long de l'une de ses deux dimensions principales, constituant ainsi une première direction principale ;
- un mobile se déplaçant en translation suivant les dits éléments de guidage rectilignes du chassis suivant la dite première direction principale et présentant des éléments de guidage rectilignes dirigés dans une direction parallèle à l'autre dimension principale du chassis,constituant ainsi une seconde direction principale, guidage sur lequel l'objet se déplace ;
- un ensemble de poulies mobiles ayant un support mobile par rapport au chassis et fixé sur le mobile ;
- un deuxième ensemble de poulies à support fixe par rapport au chassis ;;
- une pluralité de cables s'appuyant sur. les dites poulies. mobiles et poulies à support fixe et dont les extrémités sont fixées sur l'objet à déplacer ;
- des actionneurs destinés à entrainer l'objet par l'intermédiaire des câbles.These devices have drawbacks of several kinds, namely
- the actuators must be moved with the bridge, hence an increase in mobile masses, due not only to the mass of the actuators, but also to the structural reinforcements that this design makes necessary; this results in a larger overall dimensioning, hence increased construction costs, as well as an overconsumption of energy, in particular for low loads; moreover the energy supply of these actuators often presents difficulties
- when working in a hostile environment, the actuators must be protected against corrosion and contamination, and their maintenance is subject to constraints
- it is very delicate with such a device to work in a dust-free environment due to the pollution due to the activation device
The invention overcomes these drawbacks. It proposes a device intended for the mechanical control by cable of the translation of an object in space comprising
- A frame having rectilinear guide elements along one of its two main dimensions, thus constituting a first main direction;
a mobile moving in translation along said straight guide elements of the frame in said first main direction and having straight guide elements directed in a direction parallel to the other main dimension of the frame, thus constituting a second main direction, guidance on which the object moves;
- A set of movable pulleys having a support movable relative to the chassis and fixed on the mobile;
- a second set of pulleys with fixed support relative to the chassis;
- a plurality of cables resting on. the said pulleys. mobiles and pulleys with fixed support and whose ends are fixed on the object to be moved;
- actuators intended to drive the object via cables.
L'invention se caractérise :
- en ce que tous les câbles forment une boucle fermée et présentent une longueur constante ,
- il existe au plus un câble par degré de liberté du déplacement ;
- la direction des brins de câble tendus entre deux poulies susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre est parallèle à l'une des directions principales.The invention is characterized:
- in that all the cables form a closed loop and have a constant length,
- there is at most one cable per degree of freedom of movement;
- The direction of the strands of cable stretched between two pulleys capable of moving relative to each other is parallel to one of the main directions.
En d'autres teries,l'invention propose une commande par cable adaptée à la translation de toutes charges et ce,en tout milieu et permettant le concours simultané de l'ensemble des cables,par le jeu de poulies au mouvement désiré
Un autre objet de l'invention consiste à disposer d'une commande mécanique par cable de la translation d'un objet dans l'espace tridimensionnel.Un tel dispositif comprend
- un second mobile se déplaçant par rapport au premier mobile sur les dits éléments de guidage du premier mobile, suivant la seconde direction principale
- un troisième mobile se déplaçant par rapport au second mobile suivant une troisième direction principale indépendante des deux premières
Avantageusement, en pratique
- le dispositif de commande mécanique comprend trois cables,chacun de longueur constante, le parcours pour chacun des cabines étant analogue,à savoir que partant de l'une des extrémités de l'un des cables fixé sur l'objet, le dit cable suit une direction parallèle à la troisième direction principale jusqu'à une poulie mobile;;liée au second mobile, puis il suit une direction parallèle à la deuxième direction principale et s'appuie sur une seconde poulie mobile,liée au dit premier mobile, puis il suit une direction parallèle à la première direction principale,et s'appuie sur une première poulie à support fixe par rapport au chassis, enfin il rejoint par l'intermédiiaire d'une ou de plusieurs poulies dont les supports sont fixes par rapport au chassis une dernière poulie à support fixe par rapport au chassis, les positions relatives des deux dites première et dernière poulies à support fixe par rapport au chassis étant liées au débattement souhaité selon les deux premières directions principales, le retour à l'objet du dit cable afin de réaliser une boucle s'opérant par un système de poulie analogue, l'autre extrémité du cable étant fixée en fonction du débattement désiré, selon la troisième direction principale
- le dispositif de commande mécanique comporte deux poulies libres en rotation, fixées sur le troisième mobile,sur lesquelles viennent s'appuyer deux renvois de chacun des cables,ces poulies étant placées de telle façon que leur position resepctive définisse le débattement désiré suivant la troisième direction principale ;;
- le dispositif de commande mécanique ne comprend qu'un seul cable formant deux, respectivement trois boucles suivant que l'on considère une translation suivant deux ou trois degrés de liberté, l'une des extrémités du dit cable étant fixée à l'objet,stappuyant sur une poulie de renvoi liée à l'objet, constituant ainsi le point de départ d'une seconde boucle, et se termine alors par un point fixé sur l'objet dans le cas d'un déplacement suivant deux degrés de liberté, mais s'appuyant sur une autre poulie de renvoi, liée à l'objet, dans le cas d'un déplacement suivant trois degrés de liberté, la dite poulie constituant le point de départ de la troisième boucle se terminant enfin par un point de fixation sur l'objet, matérialisant ainsi la seconde extrémité du cable unique, réalisant à lui seul l'ensemble des trois boucles de commande.In other series, the invention proposes a cable control adapted to the translation of all loads and this, in any environment and allowing the simultaneous assistance of all the cables, by the set of pulleys with the desired movement.
Another object of the invention consists in having a mechanical control by cable of the translation of an object in three-dimensional space. Such a device comprises
- a second mobile moving relative to the first mobile on said guide elements of the first mobile, in the second main direction
- a third mobile moving relative to the second mobile in a third main direction independent of the first two
Advantageously, in practice
the mechanical control device comprises three cables, each of constant length, the route for each of the cabins being similar, namely that starting from one of the ends of one of the cables fixed to the object, the said cable follows a direction parallel to the third main direction up to a movable pulley; linked to the second movable, then it follows a direction parallel to the second main direction and rests on a second movable pulley, linked to said first movable, then it follows a direction parallel to the first main direction, and is based on a first pulley with a fixed support relative to the chassis, finally it is joined by one or more pulleys whose supports are fixed relative to the chassis a last pulley with fixed support with respect to the chassis, the relative positions of the two said first and last pulleys with fixed support with respect to the chassis being linked to the desired clearance in the first two directions pri ncipales, the return to the object of the said cable in order to produce a loop operated by a similar pulley system, the other end of the cable being fixed according to the desired travel, in the third main direction
- The mechanical control device comprises two free pulleys in rotation, fixed on the third mobile, on which two references from each of the cables come to rest, these pulleys being placed in such a way that their respective position defines the desired travel according to the third. main direction ;;
the mechanical control device only comprises a single cable forming two, respectively three loops depending on whether one considers a translation along two or three degrees of freedom, one end of said cable being fixed to the object, pressing on a deflection pulley linked to the object, thus constituting the starting point of a second loop, and then ends with a point fixed on the object in the case of a displacement according to two degrees of freedom, but leaning on another return pulley, linked to the object, in the case of a displacement according to three degrees of freedom, said pulley constituting the starting point of the third loop finally ending with a fixing point on the object, thus materializing the second end of the single cable, producing by itself all of the three control loops.
- le dispositif de commande mécanique comprend un équivalent cinématique des points fixes des cables sur l'objet à déplacer,constitué d'une crémaillère actionnée par une roue dentée,elle-même solidaire de poulies actionnées par les trois cables responsables de la translation de l'objet . -
Un autre objet de l'invention consiste à munir le dispositif précédent d'une structure animée de mouvements propres, telle qu'un bras manipulateur.the mechanical control device comprises a kinematic equivalent of the fixed points of the cables on the object to be moved, consisting of a rack actuated by a toothed wheel, itself secured to pulleys actuated by the three cables responsible for the translation of the object. -
Another object of the invention consists in providing the preceding device with a structure driven by its own movements, such as a manipulator arm.
Avantageusement, .en pratique , ce dispositif de commande mécanique est caractérisé
- en ce que l'on couple un ou plusieurs arbres de transmission à un ou plusieurs des actionneurs
- en ce que l'on relie-les deux entrées d'un différentiel respectivement à l'un de ces arbres de transmission et à un actionneur auxiliaire
- eh ce qu'un cable commandé par la sortie du dit différentiel , suive un itinéraire parallèle au câble correspondant à l'actionneur, auquel l'arbre de transmission est couplé
- en ce que le câble est relié à l'objet, soit directement , soit par l'intermédiaire d'un organe recepteur tel qu'une poulie ou une bielle,le dit objet étant susceptible de se mouvoir suivant un degré de liberté indépendant des deux ou trois degrés de liberté correspondant aux trois directions principales
Avantageusement, en pratique:
- le dispositif de commande mécanique dispose d'autant de différentiels que de degrés de liberté indépendants des trois degrés de liberté correspondant aux trois directions'principales, l'une des entrées du différentiel étant reliée à l'un des arbres de transmission et l'autre entrée étant reliée à autant d'actionneurs auxiliaires qu'il y a de différentiels
- les actionneurs sont du type linéaire ou rotatif
- les cables peuvent être remplacés par des rubans, des chaînes et des courroies.Advantageously, in practice, this mechanical control device is characterized
- in that one or more drive shafts are coupled to one or more of the actuators
- in that we connect the two inputs of a differential respectively to one of these transmission shafts and to an auxiliary actuator
- in that a cable controlled by the output of said differential, follows a route parallel to the cable corresponding to the actuator, to which the transmission shaft is coupled
- in that the cable is connected to the object, either directly, or via a receiving member such as a pulley or a connecting rod, the said object being capable of moving according to a degree of freedom independent of two or three degrees of freedom corresponding to the three main directions
Advantageously, in practice:
the mechanical control device has as many differentials as there are degrees of freedom independent of the three degrees of freedom corresponding to the three main directions, one of the inputs of the differential being connected to one of the drive shafts and the other input being connected to as many auxiliary actuators as there are differentials
- the actuators are of the linear or rotary type
- cables can be replaced by ribbons, chains and belts.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. The manner in which the invention can be implemented and the advantages which result therefrom will emerge more clearly from the example of embodiment which follows, given by way of indication and without limitation in support of the appended figures.
La figure 1 est une représentation schématique du dispositif à deux degrés de liberté selon l'invention. Figure 1 is a schematic representation of the device with two degrees of freedom according to the invention.
La figure 2 est une autre forme de réalisation de l'invention décrite - dans la figure 1, dans laquelle on il ne subsiste plus qu'un seul cable. Figure 2 is another embodiment of the invention described - in Figure 1, in which there remains only one cable.
La figure 3 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de l'invention suivant trois degrés de liberté, à laquelle on a adjoint un bras manipulateur. FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of the invention according to three degrees of freedom, to which a manipulator arm has been added.
La figure 4 est une représentation schématique partielle de l'une des formes de réalisation selon l'invention. Figure 4 is a partial schematic representation of one of the embodiments according to the invention.
La figure 5 est une représentation schématique partielle de la forme de réalisation décrite dans la figure 4, dans laquelle on a schématisé le parcours total d'une seule boucle de cable. FIG. 5 is a partial schematic representation of the embodiment described in FIG. 4, in which the total path of a single loop of cable has been diagrammed.
La figure 6 est une représentation schématique illustrant la démonstration mathématique visant à établir la relation entre le déplacement des cables et le mouvement de l'objet
La figure 7 est une représentation schématique partielle d'une autre forme de réalisation de l'invention.Figure 6 is a schematic representation illustrating the mathematical demonstration aimed at establishing the relationship between the movement of the cables and the movement of the object
Figure 7 is a partial schematic representation of another embodiment of the invention.
La figure 8 est une représentation schématique partielle d'une autre forme de réalisation de l'invention. Figure 8 is a partial schematic representation of another embodiment of the invention.
La figure 9 est une représentation schématique du fonctionnement du dispositif selon l'invention,muni d'une structure animée de mouvements propres dans laquelle on a représenté les différentiels. Figure 9 is a schematic representation of the operation of the device according to the invention, provided with a structure driven by its own movements in which the differentials have been shown.
La figure 10 est une représentation schématique partielle du dispositif précédent,dans laquelle on montre le parcours d'un cable commandant la translation de l'objet et le parcours analogue d'un cable commandant un mouvement propre à l'objet
En se référant à la figure 1, on observe un chassis fixe (1) représenté par une plaque plane recevant un é- lément de -guidage rectiligne (2) selon la dimension principale du chassis (1), cet élément de guidage (2) permettant la translation rectiligne d'un premier mobile (3) (on l'appellera poutre), translation qui s'effectue dans un plan parallèle au chassis (1).La poutre (3) reçoit elle-même un élément de guidage (4) rectiligne parallèle à la seconde dimension principale du chassis constituant ainsi la seconde direction principale, cet élément de guidage rectiligne (4) permettant le déplacement rectiligne de l'objet (5) suivant cette dite seconde direction principale. Les mouvements de la poutre (3) et de l'objet (5) sont commandés par un jeu de poulies et de câbles disposés comme suit.FIG. 10 is a partial schematic representation of the preceding device, in which the route of a cable controlling the translation of the object is shown and the similar route of a cable controlling a movement specific to the object
Referring to Figure 1, there is a fixed frame (1) represented by a flat plate receiving a rectilinear guide element (2) according to the main dimension of the frame (1), this guide element (2) allowing the rectilinear translation of a first mobile (3) (we will call it beam), translation which takes place in a plane parallel to the chassis (1). The beam (3) itself receives a guide element (4 ) rectilinear parallel to the second main dimension of the chassis thus constituting the second main direction, this rectilinear guide element (4) allowing the rectilinear movement of the object (5) in this said second main direction. The movements of the beam (3) and the object (5) are controlled by a set of pulleys and cables arranged as follows.
Le châssis (1) reçoit deux poulies motrices (6) et (7) et deux axes fixes (8) et (9) portant chacun respectivement deux poulies libres en rotation (10) et (11) d.'une part et (12) et (13) d'autre part. Les poulies (6) et (7) et les axes (8) et (9) sont disposés au sommet d'un parallélogramme de directions parallèles aux dites directions principales. La poutre (3) reçoit quatre poulies (14,15,16 et 17), libres en rotation et disposées de telle sorte que les cables qui passent sur ces poulies aient des parcours droits parallèles à l'une ou l'autre des deux translations. The chassis (1) receives two drive pulleys (6) and (7) and two fixed axes (8) and (9) each carrying two freely rotating pulleys (10) and (11) respectively. On the one hand and (12 ) and (13) on the other hand. The pulleys (6) and (7) and the axes (8) and (9) are arranged at the top of a parallelogram of directions parallel to said main directions. The beam (3) receives four pulleys (14,15,16 and 17), free in rotation and arranged so that the cables which pass over these pulleys have straight paths parallel to one or the other of the two translations .
Un premier câble (18) part d'une attache (19) sur l'objet (5), puis passe successivement sur les poulies (14,10,12,7 et 16) et se termine par une attache (20) sur le dit objet (5). Tout ce parcours s'effectue dans un plan parallèle au chassis (1). Un second cable (21) contenu dans un plan parallèle au plan du cable (18), part d'une attache (22), puis passe successivement sur les poulies (17,13,11,6 et 15), et se termine. par une attache (23) sur le dit objet (5). A first cable (18) starts from a fastener (19) on the object (5), then passes successively over the pulleys (14,10,12,7 and 16) and ends with a fastener (20) on the said object (5). This entire route takes place in a plane parallel to the chassis (1). A second cable (21) contained in a plane parallel to the plane of the cable (18), starts from a fastener (22), then passes successively over the pulleys (17,13,11,6 and 15), and ends. by a fastener (23) on said object (5).
Lorsque les deux poulies motrices (6j et (7), supposées de même diamètre, tournent dans le même sens et à la même vitesse, la poutre (3) se déplace sur son guidage (2), mais l'objet (5) reste immobile par rapport à son élément de guidage (4). La trajectoire résultante pour l'objet est donc une droite parallèle à l'élément de guidage (2). When the two drive pulleys (6j and (7), assumed to be of the same diameter, rotate in the same direction and at the same speed, the beam (3) moves on its guide (2), but the object (5) remains stationary relative to its guide element (4), the resulting trajectory for the object is therefore a straight line parallel to the guide element (2).
Lorsque les poulies (6) et (7) tournent à une vitesse opposée, la poutre (3) reste immobile et l'objet (5) se déplace sur son élément de guidage (4). Le mouvement résultant pour l'Objet est donc parallèle au guidage (4),c'est-à-dire à la seconde direction principale. When the pulleys (6) and (7) rotate at an opposite speed, the beam (3) remains stationary and the object (5) moves on its guide element (4). The resulting movement for the Object is therefore parallel to the guide (4), that is to say to the second main direction.
Lorsque l'une ou l'autre des poulies motrices tourne seule,les deux mobiles se déplacent sur leurs guides respectifs et il en résulte pour l'objet un déplacement parallèle à l'une ou l'autre des bissectrices des directions principales. When one or the other of the driving pulleys rotates alone, the two mobiles move on their respective guides and the result is for the object a displacement parallel to one or the other of the bisectors of the main directions.
I1 apparat ainsi que chacune des poulies motrices agit indépendamment l'une de l'autre sur les coordonnées respectives d'un repère, le dit repère ayant pivoté d'un certain angle par rapport aux directions principales. I1 est donc ainsi possible de faire décrire à l'objet une trajectoire quelconque,cette trajectoire constituant la résultante d'une combinaison de translations rectilignes. I1 thus appears that each of the drive pulleys acts independently of each other on the respective coordinates of a reference frame, the said reference frame having pivoted by a certain angle relative to the main directions. It is therefore thus possible to have the object describe any trajectory, this trajectory constituting the result of a combination of rectilinear translations.
I1 est évident par ailleurs que les poulies motrices pourraient également être réceptrices et se comporter donc comme capteurs de position de l'objet (5). It is also evident that the drive pulleys could also be receiving and therefore behave as position sensors of the object (5).
Dans une autre forme de réalisation représentée dans la figure 2, on a remplacé les deux points fixes (19) et (22) (par exemple), par un renvoi du cable sur une poulie (24), libre en rotation. I1 n'y a alors plus qu'un seul cable pour assurer la commande des deux mouvements. Le fonctionnement reste le même. Seul le comportement hyperstatique du système est modifié. En effet, pour différentes raisons liées à. la qualité des éléments de guidage (2) et (4) ainsi qu'à la valeur relative des efforts réels appliqués (charge, inertie et frottements..), il peut être avantageux d'utiliser un tel.système. In another embodiment shown in Figure 2, we replaced the two fixed points (19) and (22) (for example), by a return of the cable on a pulley (24), free to rotate. There is then only one cable left to control the two movements. The operation remains the same. Only the hyperstatic behavior of the system is modified. Indeed, for different reasons related to. the quality of the guide elements (2) and (4) as well as the relative value of the actual forces applied (load, inertia and friction, etc.), it may be advantageous to use such a system.
I1 est à noter que l'on pourrait aisément incorporer un différentiel dans la circuiterie des cables,de telle sorte à munir le dispositif d'une troisième dimension,indépendante des deux premières.On obtiendrait ce que l'on dénomme communément chez l'homme de l'art, un système à deux dimensions plus une. I1 it should be noted that one could easily incorporate a differential in the circuitry of the cables, so as to provide the device with a third dimension, independent of the first two. We would obtain what is commonly known in humans of art, a two-dimensional system plus one.
Dans la figure 3 ,on peut observer une forme de réalisation,dans laquelle l'objet peut se déplacer suivant trois degrés de liberté.Le dispositif est constitué d'un chassis (1) rectangulaire,comportant des éléments de guidage rectilignes (2),parallèles à la dimension principale du chassis,qui supportent un premier mobile (3),(que l'on appelera la poutre), susceptible de se déplacer le long de ces dits éléments de guidage.Cette poutre (3) comportent également des éléments de guidage (4),perpendiculaires aux précédents, et supportant un second mobile (30),(que l'on appelera chariot),susceptible de se déplacer suivant la seconde dimension principale du chassis (l).Un fourreau (31), solidaire du chariot (30),permet les translations de l'objet (5) suivant une troisième direction, perpendiculaire au plan défini par les deux premières, l'objet (5) étant alors constitué d'une colonne (32) pouvant coulisser dans le fourreau (31) . Un bras manipulateur (33) est fixé à la colonne (32) par tout moyen approprié,et est actionné par un dispositif,qui sera décrit plus en détail ultérieurement. In FIG. 3, an embodiment can be observed, in which the object can move according to three degrees of freedom. The device consists of a rectangular frame (1), comprising rectilinear guide elements (2), parallel to the main dimension of the chassis, which support a first mobile (3), (which will be called the beam), capable of moving along these so-called guide elements. This beam (3) also include elements of guide (4), perpendicular to the previous ones, and supporting a second mobile (30), (which will be called a carriage), capable of moving along the second main dimension of the chassis (l). A sheath (31), integral with the carriage (30), allows translations of the object (5) in a third direction, perpendicular to the plane defined by the first two, the object (5) then consisting of a column (32) which can slide in the sheath (31). A manipulator arm (33) is fixed to the column (32) by any suitable means, and is actuated by a device, which will be described in more detail later.
La figure 4 représente le trajet partiel des trois cables,permettant le déplacement dans l'espace de l'objet (5).Ce déplacement est obtenu par la conjugaison de trois translations rectilignes élémentaires .Le point (35) correspond au point de concours de trois axes (36),(37) et (38),parallèles aux trois directions de translation élémentaire ,et définissant un repère.Un premier cable (39),partant d'un point (40) situé sur l'axe (36),parallèlement à l'axe (37),s'appuie successivement sur les poulies (41) et (42) parallèlement aux axes (36) puis (38),et se termine par une attache (43) sur l'objet (5) .De façon similaire, un second cable (44) partant d'un point (45) situé sur l'axe (37),parallèlement à cet axe,s'appuie successivement sur les poulies (46) et (47), parallèlement aux axes (36) et (38) et se termine par une attache (48) sur l'objet (5).Un dernier cable (49),partant d'un point (50),situé sur l'axe (38),parallèlement à l'axe (37) , s'appuie sur les poulies (51) et (52),parallèlement aux axes (36) et (38),et' sè termine par une attache (53) sur l'objet (5) .Dans ce schéma, les poulies (41),(46) et (51) , d'axes -parallèles à l'axe (38),sont liées à la poutre (3), et les poulies (42),(47) et (52),d'axes parallèles à l'axe (37),sont liées au mobile (30). Figure 4 represents the partial path of the three cables, allowing the displacement in the space of the object (5). This displacement is obtained by the conjugation of three elementary rectilinear translations. The point (35) corresponds to the point of competition of three axes (36), (37) and (38), parallel to the three elementary directions of translation, and defining a reference point. A first cable (39), starting from a point (40) located on the axis (36) , parallel to the axis (37), rests successively on the pulleys (41) and (42) parallel to the axes (36) then (38), and ends with a fastener (43) on the object (5 Similarly, a second cable (44) starting from a point (45) located on the axis (37), parallel to this axis, rests successively on the pulleys (46) and (47), parallel axes (36) and (38) and ends with a fastener (48) on the object (5) .A last cable (49), starting from a point (50), located on the axis (38) , parallel to the axis (37), rests on the pulleys (51) and (52), parallel ment to axes (36) and (38), and ends with a fastener (53) on the object (5). In this diagram, the pulleys (41), (46) and (51), of axes - parallel to the axis (38), are linked to the beam (3), and the pulleys (42), (47) and (52), with axes parallel to the axis (37), are linked to the mobile (30).
Compte tenu du fait qu'un cable ne peut travailler qu'en traction,il est nécessaire de prévoir un brin de cable antagoniste pour chacun des cables (39),(44) et (49).La figure 5 représente la disposition du cable (39) sur son trajet intégral.Il est clair que les points (40) (45) et (50) sont des points virtuels, constituant des artifices de compréhension,destinés à simplifier le schéma explicatif t et qu'en fait , les cables correspondants se poursuivent par les brins antagonistes des dits cables.Le cable (39),part d'une attache (55) liée à l'objet (5), parallèlement à l'axe (38),puis successivement sur les poulies (56),(57) et (58) avec des parcours parallèles aux axes (36) et (37).La poulie (57) comme la poulie (41) est liée à la poutre (3).La poulie (58) est une poulie à support fixe à partir de laquelle le cable revient au point virtuel (40),en s'appuyant sur d'autres poulies à support fixe telles que les poulies (59) et (60) .I1 est à noter que la position da la poulie (59) dans l'espace est absolument quelconque .La seule contrainte réside dans le fait que entre les poulies (60) et (41),et entre les poulies (57) et (58.) ,le cable doit être parallèle à l'axe (37).La configuration des autres cables antagonistes est similaire. Taking into account the fact that a cable can only work in traction, it is necessary to provide a strand of antagonistic cable for each of the cables (39), (44) and (49). Figure 5 represents the disposition of the cable (39) on its full path. It is clear that the points (40) (45) and (50) are virtual points, constituting artifices of understanding, intended to simplify the explanatory diagram t and that in fact, the cables correspondents are continued by the opposing strands of said cables. The cable (39) starts from a fastener (55) linked to the object (5), parallel to the axis (38), then successively on the pulleys (56 ), (57) and (58) with paths parallel to the axes (36) and (37) .The pulley (57) like the pulley (41) is linked to the beam (3) .The pulley (58) is a fixed support pulley from which the cable returns to the virtual point (40), based on other fixed support pulleys such as pulleys (59) and (60). It should be noted that the position da the pulley (59) in the space is absolutely arbitrary. The only constraint lies in the fact that between the pulleys (60) and (41), and between the pulleys (57) and (58.), the cable must be parallel to the axis (37 The configuration of the other counter cables is similar.
La figure 6 permet d'expliciter les propriétés de ce dispositif,en montrant que chacun des trois cables de la figure précédante agit, et ce de façon indépendante sur les coordonées de l'objet (5),définies dans un nouveau repère,par rapport à celui défini par les trois axes (36),(37) et (38) .On reconnait dans cette figure, le parcours du cable (39).Désignons par x , y et z,les coordonnées du point (43),par rapport aux axes (36),(37) et (38).Le calcul de la longueur L1 du cable (39) entre le point virtuel (40) et le point (43) est le suivant L1 =A-x-r1 -r2 +y-r1 +z-r2 +a1 +a2
L1 A + au + a2 - 2(rl + r2) - x + Y + z L1 =K-x+y+z avec
A : distance séparant les points (35) et (40) al et a2 arcs constants enroulés sur les poulies (41) et (42) rl et r2 : rayons des poulies (41) et (42)
K s al + a2 - 2(r +e),arallélisme + r2 )aux
1 2
Si la longueur L1 et le parallélisme des brins aux trois axes sont conservés,le point (43) est assujetti à se déplacer dans le plan d'équation :
-x + y + z = L1 - K
Si la longueur L1 varie,ce plan reste parallèle à lui-même : il admet pour vecteur directeur ,le vecteur de coordonnées (-1 , 1 , 1).FIG. 6 makes it possible to explain the properties of this device, by showing that each of the three cables of the preceding figure acts, and this independently on the coordinates of the object (5), defined in a new reference, with respect to to that defined by the three axes (36), (37) and (38). We recognize in this figure, the path of the cable (39). Let us designate by x, y and z, the coordinates of the point (43), by relation to the axes (36), (37) and (38). The calculation of the length L1 of the cable (39) between the virtual point (40) and the point (43) is as follows L1 = Ax-r1 -r2 + y-r1 + z-r2 + a1 + a2
L1 A + au + a2 - 2 (rl + r2) - x + Y + z L1 = K-x + y + z with
A: distance separating points (35) and (40) al and a2 constant arcs wound on the pulleys (41) and (42) rl and r2: radii of the pulleys (41) and (42)
K s al + a2 - 2 (r + e), arallelism + r2) aux
1 2
If the length L1 and the parallelism of the strands to the three axes are preserved, the point (43) is subject to displacement in the plane of equation:
-x + y + z = L1 - K
If the length L1 varies, this plane remains parallel to itself: it admits as directing vector, the vector of coordinates (-1, 1, 1).
Le même raisonnement s'applique aux deux autres cables (44) et (49); on obtient deux plans de vecteur directeur respectifs (1 , -1 , 1) et (1 , 1 , -1) .La position dans l'espace de l'objet (5) en translation est donc totalement définie par les trois longueurs L1 ,L2 et L3.The same reasoning applies to the other two cables (44) and (49); two respective directing vector planes are obtained (1, -1, 1) and (1, 1, -1). The position in space of the object (5) in translation is therefore totally defined by the three lengths L1 , L2 and L3.
Si on fait varier une seule longueur ,l'objet (5) se déplacera suivant la direction de l'intersection des deux plans fixes définis par les deux longueurs constantes.Le vecteur directeur de la direction de ce déplacement s'obtient en effectuant le produit vectoriel des vecteurs directeurs des plans fixes.On observe ainsi que si la longueur d'un seul cable varie,le déplacement de l'objet (5) s'effectuera dans la direction de la bissectrice des deux axes portant les points fixes virtuels des deux cables de longueur fixe,c'est à dire
- si L1 varie seule,deplacement selon la bissectrice
des axes (37) et (38);
- si L2 varie seule,déplacement selon la bissectrice
des axes (36) et (38);
- si L3 varie seule,déplacement selon la bissectrice
des axes (36) et (37).If a single length is varied, the object (5) will move in the direction of the intersection of the two fixed planes defined by the two constant lengths. The directing vector of the direction of this movement is obtained by carrying out the product vector of the direct vectors of the fixed planes. We thus observe that if the length of a single cable varies, the object (5) will move in the direction of the bisector of the two axes carrying the virtual fixed points of the two fixed length cables, i.e.
- if L1 varies alone, displacement according to the bisector
axes (37) and (38);
- if L2 varies alone, displacement according to the bisector
axes (36) and (38);
- if L3 varies alone, displacement according to the bisector
axes (36) and (37).
Pour obtenir un déplacement selon l'un des axes de référence (36),(37) ou (38),il faut et il suffit que la longueur de l'élément de cable ayant son point fixe virtuel sur cet axe varie d'une certaine quantité et que, simultanément,les longueurs des deux autres éléments de cable varient de la même quantité
On peut observer au sein de la figure 7 une autre forme de réalisation de l'invention ,dans laquelle,en plus du dispositif décrit dans les figures précédentes,on fixe deux poulies de renvoi (61) et (62) sur le troisième mobile de façon à assurer une meilleure stabilité au déplacement de l'objet (5).Ces deux poulies de renvoi sont positonnées de façon à définir le débattement souhaité selon la troisième direction principale.To obtain a displacement along one of the reference axes (36), (37) or (38), it is necessary and sufficient that the length of the cable element having its virtual fixed point on this axis varies by certain quantity and that, simultaneously, the lengths of the two other cable elements vary by the same quantity
One can observe within FIG. 7 another embodiment of the invention, in which, in addition to the device described in the preceding figures, two pulleys (61) and (62) are fixed on the third mobile of so as to ensure better stability in the movement of the object (5). These two pulleys are positioned so as to define the desired travel in the third main direction.
Dans une autre forme de réalisation représentée dans la figure 8 ,on a remplacé les points fixes des trois cables (39) , (44) et (49) par un équivalent cinématique ,constitué d'une crémaillère (75) fixée sur l'objet (5).0n a représenté le trajet partiel du cable (39).Celui-ci,après passage sur la poulie (4l),s'appuie sur une poulie (76), parallèlement à l'axe (36), solidaire d'une roue dentée (77),susceptible de coopérer avec la crémaillère (75).Puis il s'appuie sur une poulie (78),coplanaire avec la poulie (76),la distance d'embarrage séparant les poulies (76) et (78) étant d'autant plus importante que l'on désire augmanter la motricité de l'ensemble.Puis le cable (39) rejoint après passage sur une nouvelle poulie (79),le trajet analogue à celui représenté dans les figures 1 à 7
On peut observer dans la figure 9,un schéma explicatif de l'animation du bras manipulateur selon un certain nombre de dégrés de liberté indépendants des degrés de libertés definis par les trois directions de translations élémentaires Le dispositif d'actionnement comprend une chaine cinématique (70) comportant une série de différentiels (71) entrainés d'une part par des actionneurs spécifiques (72),(73),(74) et (85.) des mouvements auxiliaires considérés,et d'autre part un actionneur (86) d'un des cables (39),(44),ou (49) par l'intermédiaire d'un axe de transmission solidaire de cet actionneur (86).Le cable (87) issu du différentiel (71) suit un trajet analogue au cable correpondant à l'actionneur (86),en l'occurence,il s'agit du cable (39).Si l'actionneur spécifique (72) n'est pas activé,il n'y aura pas de mouvements auxiliaires.Par contre,si cet actionneur spécifique est mise en mouvement,on observera un mouvement auxiliaire,indépendant des mouvements de translation de l'objet (5) .In another embodiment shown in Figure 8, we replaced the fixed points of the three cables (39), (44) and (49) by a kinematic equivalent, consisting of a rack (75) fixed on the object (5) .0 shows the partial path of the cable (39). This, after passing over the pulley (4l), rests on a pulley (76), parallel to the axis (36), integral with '' a toothed wheel (77) capable of cooperating with the rack (75). Then it rests on a pulley (78), coplanar with the pulley (76), the mooring distance separating the pulleys (76) and (78) being all the more important as one wishes to increase the motricity of the assembly. Then the cable (39) joined after passing over a new pulley (79), the path similar to that shown in FIGS. 1 to 7
We can observe in Figure 9, an explanatory diagram of the animation of the manipulator arm according to a number of degrees of freedom independent of the degrees of freedom defined by the three directions of elementary translations The actuating device comprises a kinematic chain (70 ) comprising a series of differentials (71) driven on the one hand by specific actuators (72), (73), (74) and (85.) of the auxiliary movements considered, and on the other hand an actuator (86) d '' one of the cables (39), (44), or (49) via a transmission axis integral with this actuator (86). The cable (87) from the differential (71) follows a path similar to cable corresponding to the actuator (86), in this case, it is the cable (39). If the specific actuator (72) is not activated, there will be no auxiliary movements. against, if this specific actuator is set in motion, an auxiliary movement, independent of the translational movements of the object (5), will be observed.
Au sein de la figure 10, on peut observer le dispositif d'animation d'un mouvement auxiliaire ,propre à la colonne(32),et indépendant des trois degrés de liberté définis par les trois directions de translation élémentaire.Ce mouvement est commandé par l'intermédiaire d'un cable (80),qui suit un mouvement pratiquement analogue au cable (39) , et qui est actionné par un différentiel (non représenté) .Ce différentiel est luimême activé par l'actionnement du cable (39),par l'intermédaire d'un arbre de transmission (non représenté) et d'un actionneur spécifique (également non représenté) .Ce cable (80) anime par l'intermédiaire d'une poulie (81), un mouvement auxiliaire quelconque,propre à la colonne (32) . Within FIG. 10, we can observe the device for animating an auxiliary movement, specific to the column (32), and independent of the three degrees of freedom defined by the three directions of elementary translation. This movement is controlled by via a cable (80), which follows a movement practically analogous to the cable (39), and which is actuated by a differential (not shown). This differential is itself activated by actuation of the cable (39), via a transmission shaft (not shown) and a specific actuator (also not shown). This cable (80) animates via a pulley (81), any auxiliary movement, clean in column (32).
De la présente invention se dégagent un certain nombre d'avantages,à savoir
- elle facilite le travail en atmosphère contrôlée du fait que les actionneurs ne sont pas embarqués.A number of advantages emerge from the present invention, namely
- It facilitates work in a controlled atmosphere because the actuators are not on board.
Inversement,l'objet ne se trpuve plus en contact avec la pollution due aux moteurs .On obtient donc un confinement réciproque
- la réalisation de l'une quelconque des translations élémentaires suppose l'utilisation des trois actionneurs,d'où un gain de puissance et une diminution sensible de l'inertie ;
- les actionneurs peuvent être identiques,alors que l'utilisation d'un actionneur pour les translations verticales suppose un apport de puissance supplémentaire
- le dispositif peut avantageusement être utilisé comme système de repérage,ou d'indexation,en inversant les roles de chacun des éléments ; ;
- le dispositif est facilement adaptable aux structures courantes
- les efforts de traction sont intégralement portés sur l'objet,ils n'ont pas de composantes sur les éléments de guidage rectilignes
- le dsipositif apporte des conditions d'utilisation avec une stabilité et un équilibre du transfert remarquables .Conversely, the object no longer finds itself in contact with pollution due to the motors. We therefore obtain reciprocal confinement
- The realization of any elementary translations supposes the use of the three actuators, from where a gain of power and a significant reduction of inertia;
- the actuators can be identical, while the use of an actuator for vertical translations supposes an additional power supply
- The device can advantageously be used as a tracking system, or indexing, by reversing the roles of each of the elements; ;
- the device is easily adaptable to current structures
- the tensile forces are fully carried on the object, they have no components on the rectilinear guide elements
- the device provides conditions of use with remarkable stability and balance in the transfer.
Outre les applications classiques d'un dispositif de transfert , cette invention est particulièrement adaptée au travail en milieu hostile,tel qu'en milieu nucléaire,ou le travail en atmosphère hors poussière.De plus,du fait de la possibilité de mouvements auxiliaires d'une grande précisio,il se prête à de nombreuses autres applications. In addition to the conventional applications of a transfer device, this invention is particularly suitable for work in a hostile environment, such as in a nuclear environment, or work in a dust-free atmosphere. In addition, due to the possibility of auxiliary movements of great precision, it lends itself to many other applications.
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