FR2957014A1 - Parallel robot for moving e.g. medical measurement device, has articulation whose fixed part connects platform with mobile structure, so that center of rotation of articulation coincides with single point of sub assembly - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
La présente invention concerne un robot parallèle, doté de trois à six degrés de liberté dont trois degrés de liberté en translation. Ce robot permet de déplacer et d'orienter une plateforme dans le domaine des micro-déplacements. La plateforme peut être équipée d'un outil, d'un instrument, d'un dispositif émetteur, d'un dispositif récepteur, d'un dispositif de mesure et/ou d'un dispositif de préhension. The present invention relates to a parallel robot, having three to six degrees of freedom including three degrees of freedom in translation. This robot makes it possible to move and orient a platform in the field of micro-displacements. The platform may be equipped with a tool, an instrument, a transmitting device, a receiving device, a measuring device and / or a gripping device.
TECHNIQUE ANTERIEURE Le principal robot utilisé pour effectuer des mouvements de très grande précision dans le domaine des micro-déplacements, selon six degrés de liberté, est l'hexapode (appelé aussi Plateforme de Gough ou Plateforme de Stewart) qui bénéfice d'une grande rigidité grâce à son architecture parallèle. PRIOR ART The main robot used to carry out very precise movements in the field of micro-displacements, according to six degrees of freedom, is the hexapod (also called Gough Platform or Stewart Platform) which has a high degree of rigidity thanks to its parallel architecture.
Cependant la résolution des déplacements de sa plateforme est moins bonne que la résolution des actionneurs mettant en mouvement la plateforme. La résolution du modèle géométrique direct de ce robot, particulièrement coûteuse en temps de calcul, montre que pour un déplacement d'une unité du pas minimal de déplacement d'un des actionneurs, l'une au moins des articulations fixées sur la plateforme se déplace de plusieurs unités dudit pas minimal. Par ailleurs, l'hexapode présente des configurations singulières de type parallèle au sein de son espace de travail, qui sont la conséquence du fait que pour une même combinaison de position de la partie mobile des actionneurs, la plateforme peut présenter plusieurs postures. La trajectoire de la plateforme ne doit jamais passer par ces configurations singulières. Cette architecture présente l'inconvénient de nécessiter le déplacement de la partie fixe de l'actionneur, et donc de déplacer en plus de la masse de la plateforme la masse de l'actionneur, réduisant la force consacrée au déplacement de la plateforme et des éléments se trouvant sur la plateforme. However the resolution of the displacements of its platform is less good than the resolution of the actuators putting in motion the platform. The resolution of the direct geometric model of this robot, particularly expensive in computing time, shows that for a displacement of a unit of the minimum pitch of displacement of one of the actuators, at least one of the joints fixed on the platform moves. of several units of said minimum pitch. Moreover, the hexapod has parallel-type singular configurations within its working space, which are the consequence of the fact that for the same combination of position of the movable part of the actuators, the platform may have several postures. The trajectory of the platform must never go through these singular configurations. This architecture has the disadvantage of requiring the displacement of the fixed part of the actuator, and therefore of moving in addition to the mass of the platform the mass of the actuator, reducing the force devoted to the displacement of the platform and the elements. lying on the platform.
Afin d'obtenir des résolutions nanométriques de déplacement de la plateforme, ces robots nécessitent l'utilisation d'actionneurs piézo-électriques qui ne permettent d'obtenir que de faibles forces. 1 Dans la suite, le qualificatif "passif' appliqué à un élément, une liaison ou une articulation signifie que cet élément, cette liaison ou cette articulation ne comporte pas d'actionneur motorisé. Les liaisons pivot, cardan, sphérique et prismatique détaillées dans la suite sont toutes des liaisons passives. EXPOSE DE L'INVENTION In order to obtain nanometric resolutions of displacement of the platform, these robots require the use of piezoelectric actuators which make it possible to obtain only weak forces. 1 In the following, the qualifier "passive" applied to an element, a connection or an articulation means that this element, this link or this articulation does not comprise a motorized actuator .The pivot, cardan, spherical and prismatic links detailed in the The following are all passive links: STATEMENT OF THE INVENTION
L'invention a pour objectif de proposer un robot présentant les avantages des robots parallèles connus en éliminant leurs inconvénients. Les principaux avantages du robot de 10 la présente invention résident dans le fait que celui-ci présente une unique posture pour une combinaison donnée de position de la partie mobile des actionneurs, ne présente pas de configuration singulière de type parallèle à l'intérieur de l'espace de travail, bénéficie d'un calcul simple et rapide des modèles géométriques directe et inverse permettant le pilotage, la vérification de la conformité de la trajectoire et la modification de la 15 trajectoire de la plateforme en temps réel. De plus la partie fixe de tous les actionneurs du robot est solidaire de la base, apportant une grande rigidité et une moindre consommation d'énergie. Par ailleurs, le robot bénéficie d'un rapport de réduction entre le déplacement des actionneurs et le déplacement de la plateforme, permettant d'atteindre des résolutions de 20 mouvement de la plateforme d'une grande finesse avec des actionneurs de moyenne résolution. Ces objectifs sont atteints grâce à l'invention ayant pour objet un robot parallèle, doté de trois à six degrés de liberté dont trois degrés de liberté en translation, comprenant une base et une plateforme couplée à la base par des moyens de mise en mouvement qui 25 comportent uniquement des sous-ensembles agissant tous uniquement en parallèle depuis la base sur la plateforme et comportant tous au moins un actionneur, tous les actionneurs desdits moyens de mise en mouvement ayant leur partie mobile dotée d'un seul degré de liberté relativement à leur partie fixe respective, tous les actionneurs desdits moyens de mise en mouvement agissant uniquement en parallèle, la partie fixe de tous les 30 actionneurs desdits moyens de mise en mouvement étant solidaire de la base, la partie fixe d'au moins quatre actionneurs desdits moyens de mise en mouvement étant solidaire de la base. Lesdits moyens de mise en mouvement comprennent au moins deux sous- ensembles, dont un premier sous-ensemble comporte une seule structure mobile, trois5 actionneurs et une articulation passive, ladite structure mobile étant rigide et étant dotée de deux degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en translation, ladite articulation passive étant dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation et dotée d'au moins deux degrés de liaison en translation, la mise en mouvement selon deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation de ladite structure mobile étant obtenue au moyen desdits trois actionneurs agissant en parallèle, la partie fixe desdits trois actionneurs étant solidaire de la base, la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen d'un élément de liaison passif respectif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives, la plateforme étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de ladite articulation passive, les axes longitudinaux des liaisons prismatiques comprises dans chacun desdits trois éléments de liaison passifs, liant la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs à ladite structure mobile, étant disposés de façon à être tous concourants en un même et unique point, la partie fixe de ladite articulation passive liant la plateforme à ladite structure mobile étant fixée sur la structure mobile de telle sorte que le centre de rotation de ladite articulation passive coïncide avec ledit unique point et dont au moins un deuxième sous-ensemble, agissant sur l'orientation de la plateforme autour du centre de rotation de ladite articulation passive dudit premier sous-ensemble, comporte au moins un actionneur dont la partie fixe est solidaire de la base. The object of the invention is to propose a robot presenting the advantages of known parallel robots by eliminating their disadvantages. The main advantages of the robot of the present invention reside in the fact that it has a unique posture for a given combination of position of the movable part of the actuators, does not present a singular type configuration parallel to the inside of the robot. workspace, benefits from a simple and fast calculation of the direct and inverse geometric models allowing control, verification of the conformity of the trajectory and modification of the trajectory of the platform in real time. Moreover the fixed part of all the actuators of the robot is integral with the base, bringing a high rigidity and a lower consumption of energy. Moreover, the robot benefits from a reduction ratio between the displacement of the actuators and the displacement of the platform, making it possible to reach the movement resolutions of the platform of great fineness with actuators of medium resolution. These objectives are achieved thanks to the invention having for object a parallel robot, provided with three to six degrees of freedom, including three degrees of freedom in translation, comprising a base and a platform coupled to the base by means of movement which 25 comprise only subassemblies all acting only in parallel from the base on the platform and all comprising at least one actuator, all the actuators of said moving means having their moving part having a single degree of freedom relative to their respective fixed part, all the actuators of said moving means acting in parallel only, the fixed part of all the actuators of said moving means being integral with the base, the fixed part of at least four actuators of said means of set in motion being secured to the base. Said moving means comprise at least two subassemblies, of which a first subassembly comprises a single mobile structure, three actuators and a passive articulation, said movable structure being rigid and being provided with two degrees of freedom in rotation and rotation. a degree of freedom in translation, said passive articulation being provided with at least two degrees of freedom in rotation and provided with at least two degrees of connection in translation, the setting in motion according to two degrees of freedom in rotation and a degree translational freedom of said mobile structure being obtained by means of said three actuators acting in parallel, the fixed part of said three actuators being integral with the base, the movable part of each of said three actuators being connected to said mobile structure only by means of a respective passive link element equivalent to three pivot links and a passive prismatic link, the platfo rme being connected to said movable structure only by means of said passive articulation, the longitudinal axes of the prismatic links included in each of said three passive connecting elements, linking the movable portion of each of said three actuators to said movable structure, being arranged so as to all being concurrent in one and the same point, the fixed part of said passive articulation linking the platform to said movable structure being fixed on the movable structure so that the center of rotation of said passive articulation coincides with said single point and whose at least one second subassembly, acting on the orientation of the platform around the center of rotation of said passive joint of said first subassembly, comprises at least one actuator whose fixed part is integral with the base.
Dans la suite, l'expression "articulation passive" désigne uniquement l'articulation passive liant la structure mobile d'un premier sous-ensemble à la plateforme. La structure mobile comporte de préférence trois barres de section circulaire, la première extrémité de chacune desdites trois barres étant solidaire du reste de ladite structure mobile. In the following, the expression "passive articulation" refers only to the passive articulation linking the mobile structure of a first subset to the platform. The mobile structure preferably comprises three bars of circular section, the first end of each of said three bars being integral with the rest of said mobile structure.
Les axes longitudinaux des trois barres sont de préférence coplanaires, forment un angle de cent vingt degrés entre eux et coïncident en un même et unique point correspondant au centre de la structure mobile. L'axe longitudinal des trois actionneurs du premier sous-ensemble est de préférence parallèle à l'axe Z, les axes longitudinaux des trois actionneurs étant de préférence placés 30 respectivement aux sommets d'un triangle équilatéral. Dans la suite, l'expression "élément de liaison passif' désigne uniquement un élément de liaison passif liant la structure mobile à la partie mobile d'un actionneur respectif. The longitudinal axes of the three bars are preferably coplanar, form an angle of one hundred twenty degrees between them and coincide in one and the same point corresponding to the center of the mobile structure. The longitudinal axis of the three actuators of the first subassembly is preferably parallel to the Z axis, the longitudinal axes of the three actuators being preferably placed respectively at the vertices of an equilateral triangle. In the following, the expression "passive connection element" designates only a passive connection element linking the mobile structure to the moving part of a respective actuator.
Dans une forme préférentielle, chaque élément de liaison passif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives est obtenu grâce à l'assemblage d'une première liaison pivot dont la partie mobile est solidaire de la partie fixe d'une deuxième liaison pivot dont la partie mobile est solidaire de la partie fixe d'une troisième liaison pivot, la troisième liaison pivot autorisant en outre une liaison prismatique et formant ainsi un pivot glissant avec une barre respective intégrée dans la structure mobile. Les axes de rotation des trois liaisons pivot d'un même élément de liaison passif sont de préférence tous concourants en même et unique point qui correspond au centre de rotation dudit élément de liaison passif. In a preferred form, each passive link element equivalent to three pivot links and a passive prismatic link is obtained by assembling a first pivot link whose movable portion is integral with the fixed portion of a second pivot link. whose movable part is secured to the fixed part of a third pivot connection, the third pivot connection also allowing a prismatic connection and thus forming a sliding pivot with a respective bar integrated in the movable structure. The axes of rotation of the three pivot links of the same passive link element are preferably all concurrent at the same and only point which corresponds to the center of rotation of said passive link element.
Le sous-ensemble comporte trois éléments de liaison passifs. La partie fixe de la première liaison pivot de chacun desdits trois éléments de liaison passifs est solidaire de la partie mobile d'un actionneur respectif. Le centre de rotation de l'articulation passive coïncide avec le centre de la plateforme. The subset has three passive link elements. The fixed part of the first pivot connection of each of said three passive connection elements is integral with the movable part of a respective actuator. The center of rotation of the passive joint coincides with the center of the platform.
La structure mobile est mise en mouvement selon deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation au moyen des trois actionneurs. Pour chaque combinaison de position de la partie mobile des actionneurs du sous-ensemble, par les trois points correspondant au centre de rotation de chacun desdits trois éléments de liaison passifs, il ne passe qu'un seul plan, correspondant aussi au plan formé par les axes longitudinaux des barres intégrées dans la structure mobile, et au sein de ce plan il n'existe qu'une seule solution géométrique pour la coïncidence des axes longitudinaux des trois barres avec ces trois points, ainsi l'articulation passive, dont le centre coïncide avec le centre de la structure mobile, fixée sur la structure mobile présente une seule position dans l'espace respective, ainsi la plateforme présente une seule position dans l'espace respective. Il en résulte que le robot ne présente pas de configuration singulière de type parallèle au sein de son espace de travail. Le degré de liberté en translation est situé suivant l'axe Z et les deux degrés de liberté en rotation sont situés respectivement autour des axes X et Y, parallèles à la base. The mobile structure is set in motion according to two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation by means of the three actuators. For each combination of position of the mobile part of the actuators of the subassembly, by the three points corresponding to the center of rotation of each of said three passive connection elements, only one plane passes, corresponding also to the plane formed by the longitudinal axes of the bars integrated in the mobile structure, and within this plane there exists only one geometric solution for the coincidence of the longitudinal axes of the three bars with these three points, thus the passive articulation, whose center coincides with the center of the movable structure, fixed on the movable structure has a single position in the respective space, so the platform has a single position in the respective space. As a result, the robot does not present a singular configuration of parallel type within its workspace. The degree of freedom in translation is located along the Z axis and the two rotational degrees of freedom are located respectively around the X and Y axes parallel to the base.
Un déplacement de la plateforme uniquement en translation est obtenu lorsque tous les actionneurs effectuent un déplacement avec la même vitesse. Une rotation de la plateforme est obtenue lorsque la vitesse de déplacement d'au moins un actionneur est différente de celle d'au moins un autre actionneur du même sous-ensemble. Movement of the platform only in translation is obtained when all the actuators move with the same speed. A rotation of the platform is obtained when the movement speed of at least one actuator is different from that of at least one other actuator of the same subset.
Lorsque la position de la partie mobile des actionneurs, relativement à leur partie fixe respective, est identique pour les trois actionneurs, la plateforme du robot est dans une position, dite de repos, horizontale et le centre de la plateforme est situé sur un axe de référence vertical. When the position of the movable portion of the actuators, relative to their respective fixed part, is identical for the three actuators, the platform of the robot is in a position, said rest, horizontal and the center of the platform is located on an axis of vertical reference.
Pour toute autre orientation de la plateforme du robot, le centre de la plateforme s'éloigne de l'axe de référence, et l'éloignement augmente avec l'augmentation de l'angle du plan de la plateforme avec un plan horizontal. Ce mouvement du centre de la plateforme en translation selon les axes horizontaux X et Y, est un mouvement couplé du mouvement selon deux degrés de liberté en rotation de la plateforme, de même un mouvement de translation couplé selon l'axe vertical Z et un mouvement de rotation couplé autour de la normale passant par le centre de la plateforme interviennent. Le centre de la plateforme peut être contraint à se déplacer uniquement dans un plan horizontal en combinant un mouvement de rotation de la plateforme avec un mouvement de translation vertical. L'amplitude des déplacements selon les axes X et Y bénéficient d'un rapport de réduction très important par rapport à l'amplitude des déplacements correspondants des actionneurs mettant en mouvement la plateforme. Le déplacement selon l'axe Z de la plateforme a la même résolution que celle des actionneurs. Ainsi la résolution des mouvements du centre de la plateforme du robot dans un plan horizontal est meilleure que la résolution des actionneurs du robot, permettant de déplacer avec une très grande précision, selon au moins trois degrés de liberté dont trois degrés de liberté en translation, des objets de masses variées pouvant être très importantes. Un deuxième sous-ensemble est couplé à la plateforme afin d'agir sur l'orientation de la plateforme autour du centre de rotation de l'articulation passive liant la structure 25 mobile du premier sous-ensemble à la plateforme. Le deuxième sous-ensemble comporte un prisme déformable et une structure mobile, dotée d'un degré de liberté en translation et de deux degrés de liberté en rotation, mise en mouvement uniquement au moyen de trois actionneurs dudit sous-ensemble agissant en parallèle sur ladite structure mobile, ledit prisme déformable étant constitué 30 d'au moins trois barres de mêmes longueurs munies chacune à leurs deux extrémités d'une liaison angulaire passive respective dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation, toutes les liaisons angulaires passives d'une même extrémité desdites barres formant une base respective dudit prisme déformable. La plateforme est liée à ladite structure mobile uniquement au moyen dudit prisme déformable. For any other orientation of the platform of the robot, the center of the platform moves away from the reference axis, and the distance increases with increasing the angle of the plane of the platform with a horizontal plane. This movement of the center of the platform in translation along the horizontal axes X and Y, is a coupled motion movement according to two degrees of freedom in rotation of the platform, likewise a translation movement coupled along the vertical axis Z and a movement rotation coupled around the normal through the center of the platform intervene. The center of the platform may be constrained to move only in a horizontal plane by combining a rotational movement of the platform with a vertical translational motion. The amplitude of the displacements according to the X and Y axes benefit from a very important reduction ratio with respect to the amplitude of the corresponding displacements of the actuators putting in motion the platform. The displacement along the Z axis of the platform has the same resolution as that of the actuators. Thus the resolution of the movements of the center of the robot platform in a horizontal plane is better than the resolution of the actuators of the robot, making it possible to move with a very great precision, according to at least three degrees of freedom, including three degrees of freedom in translation, objects of various masses that can be very important. A second subset is coupled to the platform to act on the orientation of the platform around the center of rotation of the passive joint linking the mobile structure of the first subset to the platform. The second subassembly comprises a deformable prism and a mobile structure, with a degree of freedom in translation and two degrees of freedom in rotation, set in motion only by means of three actuators of said subassembly acting in parallel on said mobile structure, said deformable prism being constituted by at least three bars of the same length each provided at their two ends with a respective passive angular connection provided with at least two degrees of freedom in rotation, all the passive angular links of one end of said bars forming a respective base of said deformable prism. The platform is linked to said mobile structure only by means of said deformable prism.
La plateforme bénéficie ainsi de cinq degrés de liberté. Dans la suite, l'expression "une liaison angulaire passive" désigne uniquement une liaison angulaire passive qui est fixée à l'extrémité d'une barre du prisme déformable. Les liaisons angulaires passives des deux bases du prisme déformable sont des cardans, ainsi le prisme déformable impose le parallélisme entre la structure mobile sur laquelle l'une des bases du prisme déformable est montée et la plateforme sur laquelle l'autre base du prisme déformable est montée, permettant ainsi de modifier l'orientation de la plateforme, autour du centre de rotation de l'articulation passive du premier sous-ensemble, grâce à une modification d'orientation de la structure mobile du deuxième sous- ensemble. Dans une variante, le deuxième sous-ensemble comporte au moins un dispositif rotatif passif, constitué d'une liaison pivot passive, un prisme déformable et une structure mobile, dotée d'un degré de liberté en translation et de deux degrés de liberté en rotation, mise en mouvement uniquement au moyen de trois actionneurs dudit sous-ensemble agissant en parallèle sur ladite structure mobile, ledit prisme déformable étant constitué d'au moins trois barres de mêmes longueurs munies chacune à leurs deux extrémités d'une liaison angulaire passive respective dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation, toutes les liaisons angulaires passives d'une même extrémité desdites barres formant une base respective dudit prisme déformable. La plateforme est liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de la chaîne cinématique constituée dudit prisme déformable dont toutes les liaisons angulaires passives d'au moins l'une des bases dudit prisme déformable sont solidaires de la partie fixe d'au moins un dit dispositif rotatif passif respectif. La plateforme bénéficie ainsi de six degrés de liberté et d'une rotation complète autour de sa normale. The platform benefits from five degrees of freedom. In the following, the expression "a passive angular connection" designates only a passive angular connection which is fixed at the end of a bar of the deformable prism. The passive angular links of the two bases of the deformable prism are gimbals, and the deformable prism imposes the parallelism between the mobile structure on which one of the bases of the deformable prism is mounted and the platform on which the other base of the deformable prism is mounted, thereby changing the orientation of the platform, around the center of rotation of the passive joint of the first subset, through a change of orientation of the movable structure of the second subset. In a variant, the second subassembly comprises at least one passive rotary device consisting of a passive pivot connection, a deformable prism and a mobile structure, with a degree of freedom in translation and two degrees of freedom in rotation. moving only by means of three actuators of said subassembly acting in parallel on said movable structure, said deformable prism being constituted by at least three bars of the same length each provided at their two ends with a respective passive angular link provided with at least two degrees of freedom in rotation, all the passive angular links of the same end of said bars forming a respective base of said deformable prism. The platform is linked to said mobile structure only by means of the kinematic chain constituted by said deformable prism, all of the passive angular links of at least one of the bases of said deformable prism are integral with the fixed part of at least one said device. respective passive rotary. The platform thus enjoys six degrees of freedom and a full rotation around its normal.
Dans une autre variante, le deuxième sous-ensemble comporte un prisme déformable et une structure mobile, dotée d'un degré de liberté en translation, mise en mouvement uniquement au moyen d'au moins un actionneur dudit sous-ensemble, ledit prisme déformable étant constitué d'au moins trois barres de mêmes longueurs munies chacune à leurs deux extrémités d'une liaison angulaire passive respective dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation, toutes les liaisons angulaires passives d'une même extrémité desdites barres formant une base respective dudit prisme déformable. La plateforme est liée à ladite structure mobile uniquement au moyen dudit prisme déformable. In another variant, the second subassembly comprises a deformable prism and a mobile structure, provided with a degree of freedom in translation, set in motion solely by means of at least one actuator of said subset, said deformable prism being consisting of at least three bars of the same length each provided at both ends with a respective passive angular connection provided with at least two rotational degrees of freedom, all the passive angular links of the same end of said bars forming a base respective of said deformable prism. The platform is linked to said mobile structure only by means of said deformable prism.
Ainsi la plateforme bénéficie d'une orientation constamment parallèle à la base. Dans une autre variante, le deuxième sous-ensemble comporte au moins un dispositif rotatif passif, constitué d'une liaison pivot passive, un prisme déformable et une structure mobile, dotée d'un degré de liberté en translation, mise en mouvement uniquement au moyen d'au moins un actionneur dudit sous-ensemble, ledit prisme déformable étant constitué d'au moins trois barres de mêmes longueurs munies chacune à leurs deux extrémités d'une liaison angulaire passive respective dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation, toutes les liaisons angulaires passives d'une même extrémité desdites barres formant une base respective dudit prisme déformable. La plateforme est liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de la chaîne cinématique constituée dudit prisme déformable dont toutes les liaisons angulaires passives d'au moins l'une des bases dudit prisme déformable sont solidaires de la partie fixe d'au moins un dit dispositif rotatif passif respectif. Ainsi la plateforme peut réaliser une rotation autour de sa normale. Thus the platform benefits from a constantly parallel orientation to the base. In another variant, the second subassembly comprises at least one passive rotary device consisting of a passive pivot connection, a deformable prism and a mobile structure, provided with a degree of freedom in translation, set in motion only by means of at least one actuator of said subassembly, said deformable prism consisting of at least three bars of the same length each provided at their two ends with a respective passive angular connection provided with at least two degrees of freedom in rotation, all the passive angular links of the same end of said bars forming a respective base of said deformable prism. The platform is linked to said mobile structure only by means of the kinematic chain constituted by said deformable prism, all of the passive angular links of at least one of the bases of said deformable prism are integral with the fixed part of at least one said device. respective passive rotary. So the platform can rotate around its normal.
La commande de la rotation de la plateforme autour de sa normale est effectuée au moyen d'un actionneur rotatif additionnel, appartenant au deuxième sous-ensemble, dont la partie fixe est solidaire de la base et dont la partie mobile est solidaire de la première extrémité d'un double cardan extensible dont la deuxième extrémité est solidaire de la plateforme. The control of the rotation of the platform around its normal is carried out by means of an additional rotary actuator, belonging to the second subassembly, whose fixed part is integral with the base and whose movable part is integral with the first end. a double extensible gimbal whose second end is secured to the platform.
La structure mobile du deuxième sous-ensemble, dotée d'un degré de liberté en translation et de deux degrés de liberté en rotation, est mise en mouvement, selon deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation, uniquement au moyen de trois actionneurs, dudit sous-ensemble, agissant en parallèle sur ladite structure mobile, la partie fixe de chacun desdits actionneurs étant solidaire de la base, la partie mobile de chacun desdits actionneurs dudit sous-ensemble étant liée à ladite structure mobile dudit sous-ensemble uniquement au moyen d'un élément de liaison passif respectif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives. Ladite structure mobile est liée à la plateforme au moyen d'une chaîne cinématique passive comprenant au moins un prisme déformable. The mobile structure of the second subassembly, with a degree of freedom in translation and two degrees of freedom in rotation, is set in motion, in two degrees of freedom of rotation and a degree of freedom in translation, only by means of three actuators, said subassembly, acting in parallel on said movable structure, the fixed part of each of said actuators being integral with the base, the movable part of each of said actuators of said subset being connected to said movable structure of said sub-assembly; together only by means of a respective passive link element equivalent to three pivotal links and a passive prismatic link. Said mobile structure is linked to the platform by means of a passive kinematic chain comprising at least one deformable prism.
Dans une variante la plateforme du robot bénéficie de six degrés de liberté avec seulement six actionneurs grâce au fait l'articulation passive liant la plateforme à la structure mobile du premier sous-ensemble, est liée à la partie mobile d'au moins un actionneur du deuxième sous-ensemble, modifiant l'orientation de la plateforme, uniquement au moyen de la chaîne cinématique formée par une première liaison pivot passive dont la partie fixe est solidaire d'un élément de liaison passif équivalent à trois liaisons pivot et une liaison prismatique passives. L'articulation passive est articulée à la partie mobile de deux actionneurs permettant de modifier l'orientation de l'articulation passive et de la plateforme selon deux degrés de liberté en rotation, la rotation de la plateforme autour de sa normale étant obtenue au moyen d'un actionneur rotatif additionnel par l'intermédiaire d'un double cardan extensible. Ainsi, les rotations de chacun des trois degrés de liberté en rotation sont obtenues de façon découplée au moyen d'un actionneur respectif. In one variant, the platform of the robot has six degrees of freedom with only six actuators thanks to the fact that the passive articulation linking the platform to the mobile structure of the first subassembly is linked to the moving part of at least one actuator of the second subassembly, modifying the orientation of the platform, only by means of the kinematic chain formed by a first passive pivot link whose fixed part is integral with a passive link element equivalent to three pivot links and a passive prismatic linkage . The passive articulation is articulated to the movable part of two actuators for modifying the orientation of the passive articulation and the platform in two degrees of freedom in rotation, the rotation of the platform around its normal being obtained by means of an additional rotary actuator via a double expandable gimbal. Thus, the rotations of each of the three rotational degrees of freedom are obtained decoupled by means of a respective actuator.
Dans une variante, lesdits moyens de mise en mouvement comprennent au moins deux sous-ensembles comportant chacun une seule structure mobile, trois actionneurs et une articulation passive, ladite structure mobile étant rigide et étant dotée de deux degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en translation, ladite articulation passive étant dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation et dotée d'au moins deux degrés de liaison en translation, la mise en mouvement selon deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation de ladite structure mobile étant obtenue au moyen desdits trois actionneurs agissant en parallèle, la partie fixe desdits trois actionneurs étant solidaire de la base, la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen d'un élément de liaison passif respectif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives, la plateforme étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de ladite articulation passive, les axes longitudinaux des liaisons prismatiques comprises dans chacun desdits trois éléments de liaison passifs, liant la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs à ladite structure mobile, étant disposés de façon à être tous concourants en un même et unique point, la partie fixe de ladite articulation passive liant la plateforme à ladite structure mobile étant fixée sur la structure mobile de telle sorte que le centre de rotation de ladite articulation passive coïncide avec ledit unique point. In a variant, said moving means comprise at least two subassemblies each comprising a single mobile structure, three actuators and a passive articulation, said mobile structure being rigid and having two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation, said passive articulation being provided with at least two degrees of freedom in rotation and provided with at least two degrees of translation connection, the setting in motion according to two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation of said mobile structure being obtained by means of said three actuators acting in parallel, the fixed part of said three actuators being integral with the base, the movable part of each of said three actuators being connected to said mobile structure only by means of an element each of three passive links and a passive prismatic link, the platform both linked to said mobile structure only by means of said passive articulation, the longitudinal axes of the prismatic links included in each of said three passive connection elements, linking the movable part of each of said three actuators to said movable structure, being arranged so as to be all concurrent in one and the same point, the fixed part of said passive articulation linking the platform to said movable structure being fixed on the movable structure so that the center of rotation of said passive joint coincides with said single point.
Le robot bénéficie de cinq degrés de liberté et d'une très bonne résolution angulaire. The robot has five degrees of freedom and a very good angular resolution.
Dans une variante, l'amplitude angulaire est augmentée grâce au fait que le deuxième sous-ensemble comporte une articulation passive dotée de trois degrés de liberté en rotation et dotée d'au moins deux degrés de liaison en translation, une structure mobile, dotée uniquement de deux degrés de liberté en translation, mise en mouvement au moyen de deux actionneurs dudit sous-ensemble agissant en parallèle sur ladite structure mobile. La plateforme est liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de ladite articulation passive. Afin d'obtenir un rapport de réduction selon les trois axes X, Y et Z, lesdits moyens de mise en mouvement comprennent au moins trois sous-ensembles comportant chacun une seule structure mobile, trois actionneurs et une articulation passive, ladite structure mobile étant rigide et étant dotée de deux degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en translation, ladite articulation passive étant dotée d'au moins deux degrés de liberté en rotation et dotée d'au moins deux degrés de liaison en translation, la mise en mouvement selon deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation de ladite structure mobile étant obtenue au moyen desdits trois actionneurs agissant en parallèle, la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen d'un élément de liaison passif respectif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives, la plateforme étant liée à ladite structure mobile uniquement au moyen de ladite articulation passive, les axes longitudinaux des liaisons prismatiques comprises dans chacun desdits trois éléments de liaison passifs, liant la partie mobile de chacun desdits trois actionneurs à ladite structure mobile, étant disposés de façon à être tous concourants en un même et unique point, la partie fixe de ladite articulation passive liant la plateforme à ladite structure mobile étant fixée sur la structure mobile de telle sorte que le centre de rotation de ladite articulation passive coïncide avec ledit unique point. La plateforme bénéficie ainsi de six degrés de liberté en étant liée au moyen de trois articulations passives à trois structures mobiles respectives bénéficiant chacune d'un rapport de réduction selon deux axes. Dans cette configuration, le robot est particulièrement adapté au positionnement de charges très importante avec une extrême précision, tout en bénéficiant d'une très grande rigidité puisque la partie fixe de tous les actionneurs est solidaire de la base. De plus, des dispositifs de mesure de grande précision peuvent être aisément installés pour effectuer la mesure de la position de la partie mobile des actionneurs, afin de déterminer avec précision la posture de la plateforme, grâce au calcul du modèle géométrique direct. Les actionneurs des sous-ensembles peuvent être des actionneurs à mouvement rotatif et la partie mobile de chacun des actionneurs peut prendre alors une forme d'équerre. Ainsi, le robot bénéficie d'une dynamique importante. In one variant, the angular amplitude is increased by virtue of the fact that the second subassembly comprises a passive articulation provided with three degrees of freedom of rotation and provided with at least two degrees of translation connection, a mobile structure provided only with two degrees of freedom in translation, set in motion by means of two actuators of said subassembly acting in parallel on said mobile structure. The platform is linked to said mobile structure only by means of said passive articulation. In order to obtain a reduction ratio along the three axes X, Y and Z, said moving means comprise at least three subassemblies each comprising a single mobile structure, three actuators and a passive articulation, said mobile structure being rigid. and being provided with two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation, said passive articulation being provided with at least two degrees of freedom in rotation and provided with at least two degrees of translation connection, the setting in motion according to two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation of said movable structure being obtained by means of said three actuators acting in parallel, the moving part of each of said three actuators being connected to said mobile structure only by means of a respective passive link element equivalent to three passive links and a passive prismatic link, the platform being linked to the adite mobile structure only by means of said passive joint, the longitudinal axes of the prismatic links included in each of said three passive connecting elements, linking the movable portion of each of said three actuators to said movable structure, being arranged so as to all be concurrent in a single point, the fixed part of said passive joint linking the platform to said movable structure being fixed on the movable structure so that the center of rotation of said passive joint coincides with said single point. The platform thus benefits from six degrees of freedom by being linked by means of three passive joints to three respective mobile structures, each benefiting from a reduction ratio along two axes. In this configuration, the robot is particularly suitable for the positioning of very large loads with extreme precision, while enjoying a very high rigidity since the fixed part of all the actuators is integral with the base. In addition, high-precision measuring devices can be easily installed to measure the position of the moving part of the actuators, in order to accurately determine the posture of the platform, thanks to the calculation of the direct geometric model. The actuators of the subassemblies may be rotational actuators and the movable portion of each of the actuators may then take a square shape. Thus, the robot enjoys an important dynamic.
La partie mobile des actionneurs peut être mise en mouvement au moyen de moteur électrique, pneumatique, hydraulique, linéaire, piézo-électrique ou entre des champs magnétiques variables. Dans l'ensemble des modes de réalisation du robot, les mouvements de la partie mobile des actionneurs peuvent être rotatifs ou linéaires. Dans le cas d'actionneurs à mouvement rotatif, l'expression "la position de la partie mobile d'un actionneur" désigne l'angle de rotation de la partie mobile d'un actionneur. Les différentes liaisons peuvent être réalisées au moyen d'articulations flexibles, constituées de lames flexibles. The moving part of the actuators can be set in motion by means of electric, pneumatic, hydraulic, linear, piezoelectric or between variable magnetic fields. In all embodiments of the robot, the movements of the movable portion of the actuators can be rotatable or linear. In the case of rotary actuators, the expression "the position of the moving part of an actuator" designates the angle of rotation of the moving part of an actuator. The different connections can be made by means of flexible joints, consisting of flexible blades.
Chaque actionneur peut être constitué de deux actionneurs dont la partie fixe est solidaire de la base, à savoir un actionneur primaire et un actionneur secondaire, le mouvement de la partie mobile de l'actionneur primaire étant recopié au moyen d'un dispositif, autorisant un rapport de similitude, sur la partie mobile de l'actionneur secondaire, la structure mobile étant liée aux parties mobiles respectives des actionneurs secondaires. Each actuator may consist of two actuators whose fixed part is integral with the base, namely a primary actuator and a secondary actuator, the movement of the movable portion of the primary actuator being copied by means of a device, allowing a similarity ratio, on the movable part of the secondary actuator, the movable structure being connected to the respective moving parts of the secondary actuators.
Le robot est pourvu de moyens de commande destinés à commander les moteurs des actionneurs de façon à commander les mouvements de la plateforme. Les actionneurs peuvent être passifs, dans le cas d'un robot servant à effectuer des mesures de déplacement, et être constitués de capteur de déplacement linéaire et/ou de déplacement rotatif. Le robot peut être muni d'une pince, de caméras et de dispositif de mesure de la position et de l'orientation dans l'espace de la base et/ou de la plateforme. The robot is provided with control means for controlling the motors of the actuators so as to control the movements of the platform. The actuators may be passive, in the case of a robot for performing displacement measurements, and consist of linear displacement sensor and / or rotational displacement. The robot can be provided with clamps, cameras and device for measuring the position and orientation in the space of the base and / or the platform.
DESCRIPTION DES DESSINS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des figures annexées faisant partie intégrante de ladite description et qui sont pour les figure 1 à 8 des vues en perspective, parmi lesquelles : - la figure 1 présente un robot, doté de six degrés de liberté, comportant deux sous-ensembles, dont un premier sous-ensemble comprend une structure mobile (5) et dont un deuxième sous-ensemble comporte une structure mobile (25) munie d'un prisme déformable (30, 31, 32) lié à un dispositif rotatif passif (41) et d'un actionneur rotatif (33) articulé à la plateforme (100) au moyen d'un double cardan extensible (35), - la figure 2 présente le premier sous-ensemble du robot, - la figure 3 présente un robot, doté de trois degrés de liberté en translation, dont la plateforme (100) est constamment parallèle à la base (1), - la figure 4 présente un robot, doté de six degrés de liberté, utilisant seulement six actionneurs (2, 22, 33), - la figure 5 présente un robot, doté de cinq degrés de liberté, - la figure 6 présente une variante du robot précédent, doté de cinq degrés de liberté, bénéficiant d'une amplitude angulaire supérieure, - la figure 7 présente un robot, doté de six degrés de liberté, constitué de trois sous-ensembles, - la figure 8 présente le déplacement du centre de la plateforme (100) par rapport à l'axe de référence (200) pour une position donnée de la partie mobile (3) des actionneurs (2), - la figure 9 présente une vue en projection selon l'axe Z du premier sous-ensemble. Dans les figures, seule la partie fixe des liaisons constituant les éléments de liaison est représentée, la partie mobile étant solidaire d'un autre élément et donc confondue avec cet autre élément. Un élément de liaison, constitué de plusieurs liaisons, est numéroté de façon globale 25 avec un nombre entier. Une liaison intégrée dans un élément de liaison est numéroté avec un indice supplémentaire constitué d'une lettre de l'alphabet. Un indice numérique ajouté au nombre désignant un élément de liaison identifie l'élément de liaison au sein du sous-ensemble. Le signe prime (') ajouté à un élément désigne un élément optionnel. Plusieurs traits partant d'un même numéro sont dirigés vers 30 les différentes liaisons ou groupe de liaisons constituant un même élément. Le numéro désignant un actionneur est porté sur sa partie fixe. Other features and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of illustrative and nonlimiting example, and the appended figures forming an integral part of said description and 1 to 8 are perspective views, among which: FIG. 1 shows a robot, equipped with six degrees of freedom, comprising two subassemblies, a first subassembly of which comprises a mobile structure (5); and of which a second subassembly comprises a mobile structure (25) provided with a deformable prism (30, 31, 32) connected to a passive rotary device (41) and a rotary actuator (33) articulated to the platform ( 100) by means of an expandable double gimbal (35), - Figure 2 shows the first subset of the robot, - Figure 3 shows a robot, with three degrees of freedom in translation, including the platform (100) is constantly parallel at the base (1), - Figure 4 shows a robot, with six degrees of freedom, using only six actuators (2, 22, 33), - Figure 5 shows a robot, with five degrees of freedom, FIG. 6 shows a variant of the preceding robot, equipped with five degrees of freedom, benefiting from a greater angular amplitude; FIG. 7 shows a robot, equipped with six degrees of freedom, consisting of three subassemblies; FIG. 8 shows the displacement of the center of the platform (100) with respect to the reference axis (200) for a given position of the movable part (3) of the actuators (2), - FIG. 9 shows a projection view. along the Z axis of the first subset. In the figures, only the fixed part of the links constituting the connecting elements is shown, the movable part being secured to another element and thus merged with this other element. A link element, consisting of several links, is globally numbered with an integer. An integrated link in a link element is numbered with an additional index consisting of a letter of the alphabet. A numerical index added to the number designating a link element identifies the link element within the subset. The premium sign (') added to an element designates an optional element. Several lines starting from the same number are directed to the different links or group of links constituting the same element. The number designating an actuator is carried on its fixed part.
MEILLEURES MANIERES DE REALISER L'INVENTION BEST WAYS TO REALIZE THE INVENTION
La figure 1 présente un robot, doté de six degrés de liberté, dont les moyens de mise en mouvement de la plateforme (100) sont composés d'un premier sous-ensemble et d'un 5 deuxième sous-ensemble. Le premier sous-ensemble comporte une structure mobile (5), rigide et dotée de deux degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en translation, mise en mouvement au moyen de trois actionneurs (2), dont la partie fixe est solidaire de la base (1) et dotés d'un seul degré de liberté et dont les axes de déplacement sont de 10 préférence parallèles entre eux, agissant en parallèle sur ladite structure mobile (5). La structure mobile (5) comporte de préférence trois barres de section circulaire, la première extrémité de chacune desdites trois barres étant solidaire du reste de ladite structure mobile. Les axes longitudinaux des trois barres sont de préférence coplanaires, forment un 15 angle de cent vingt degrés entre eux et coïncident en un même et unique point correspondant au centre de la structure mobile (5). La partie mobile (3) de chacun desdits trois actionneurs (2) étant liée à ladite structure mobile (5) uniquement au moyen d'un élément de liaison passif respectif (4.1, 4.2, 4.3) équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives. 20 Un élément de liaison passif (4) est présenté dans la figure 1 sous la forme d'un assemblage de deux liaisons pivot (4.a, 4.b) montées en série avec une troisième liaison pivot (4.c), la troisième liaison pivot (4.c) autorisant en outre une liaison prismatique et formant ainsi un pivot glissant. Chaque barre intégrée dans la structure mobile (5) est liée à un élément de liaison passif (4) respectif au moyen de la liaison pivot glissant (4.c) 25 intégrée dans ledit élément de liaison passif (4) respectif. La partie fixe de la première liaison pivot (50.a) intégrée dans l'articulation passive (50), liant la plateforme (100) à la structure mobile (5), est solidaire de la structure mobile (5) et la partie mobile de la première liaison pivot (50.a) est liée à la partie fixe de la deuxième liaison pivot (50.b) dont la partie mobile est solidaire de la 30 partie fixe de la troisième liaison pivot (50.c) dont la partie mobile est solidaire de la plateforme (100). Le centre de rotation de la plateforme (100) coïncide avec le centre de rotation de l'articulation passive (50). Afin d'augmenter la rigidité de la liaison entre la structure mobile (5) et la plateforme (100), l'articulation passive (50) est liée à la structure mobile (5) au moyen d'une liaison pivot (50.a') optionnelle dont l'axe de rotation coïncide avec celui de la première liaison pivot (50.a). Le deuxième sous-ensemble comporte une structure mobile (25), rigide et dotée de deux degrés de liberté en rotation et d'un degré de liberté en translation, mise en mouvement au moyen de trois actionneurs (22), dont la partie fixe est solidaire de la base (1) et dotés d'un seul degré de liberté, agissant en parallèle sur ladite structure mobile (25). La partie mobile (23) de chacun desdits trois actionneurs (22) étant liée à ladite structure mobile (25) uniquement au moyen d'un élément de liaison passif (24) respectif équivalent à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives, présenté dans la figure sous la forme d'un assemblage identique aux éléments de liaison passifs (4) liant la structure mobile (5) du premier sous-ensemble à la partie mobile (3) des actionneurs (2) respectifs du premier sous-ensemble. Un prisme déformable (30, 31 ,32) est monté sur la structure mobile (25) du deuxième sous-ensemble. Le prisme déformable (30, 31, 32) est constitué d'au moins trois barres (30) de mêmes longueurs. A la première extrémité de chaque barre (30) du prisme déformable (30, 31, 32) est fixée la partie fixe d'une liaison angulaire passive (31) de type cardan dont la partie mobile est solidaire de la structure mobile (25). A la deuxième extrémité de chaque barre passive (32) du prisme déformable (30, 31, 32) est fixée la partie fixe d'une liaison angulaire (32) de type cardan dont la partie mobile est solidaire de la partie fixe du dispositif rotatif (41) comprenant une liaison pivot dont la partie mobile est solidaire de la plateforme (100). Ainsi, la plateforme (100) et la structure mobile (25) du deuxième sous-ensemble disposent de la même orientation, quelle que soit l'orientation de ladite structure mobile (25), puisque la plateforme (100) et ladite structure mobile (25) sont constamment parallèles, grâce aux contraintes imposées par le prisme déformable (30, 31, 32). La meilleure disposition des actionneurs (2, 22) des deux sous-ensembles est obtenue lorsque ceux-ci sont placés aux sommets d'un hexagone régulier, les sommets successifs étant alternativement occupés par un actionneur (2) du premier sous-ensemble et par un actionneur (22) du deuxième sous-ensemble. Figure 1 shows a robot with six degrees of freedom, the means for moving the platform (100) are composed of a first subset and a second subset. The first subassembly comprises a mobile structure (5), rigid and provided with two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation, set in motion by means of three actuators (2), whose fixed part is integral with the base (1) and provided with a single degree of freedom and whose axes of movement are preferably parallel to each other, acting in parallel on said movable structure (5). The mobile structure (5) preferably comprises three bars of circular section, the first end of each of said three bars being integral with the rest of said mobile structure. The longitudinal axes of the three bars are preferably coplanar, form an angle of one hundred twenty degrees between them and coincide in one and the same point corresponding to the center of the movable structure (5). The movable part (3) of each of said three actuators (2) being connected to said movable structure (5) only by means of a respective passive link element (4.1, 4.2, 4.3) equivalent to three pivot links and a link passive prismatic. A passive connecting element (4) is shown in FIG. 1 in the form of an assembly of two pivot links (4.a, 4.b) connected in series with a third pivot connection (4.c), the third pivot connection (4.c) also allowing a prismatic connection and thus forming a sliding pivot. Each bar integrated in the mobile structure (5) is connected to a respective passive connection element (4) by means of the sliding pivot connection (4.c) integrated in said respective passive connection element (4). The fixed part of the first pivot connection (50.a) integrated in the passive joint (50), linking the platform (100) to the mobile structure (5), is integral with the movable structure (5) and the movable part the first pivot connection (50.a) is connected to the fixed part of the second pivot connection (50.b) whose movable part is integral with the fixed part of the third pivot connection (50.c), the part of which mobile is secured to the platform (100). The center of rotation of the platform (100) coincides with the center of rotation of the passive articulation (50). In order to increase the rigidity of the connection between the movable structure (5) and the platform (100), the passive joint (50) is connected to the movable structure (5) by means of a pivot connection (50.a. ') whose axis of rotation coincides with that of the first pivot connection (50.a). The second subassembly comprises a mobile structure (25), rigid and provided with two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation, set in motion by means of three actuators (22), the fixed part of which is secured to the base (1) and provided with a single degree of freedom, acting in parallel on said movable structure (25). The movable portion (23) of each of said three actuators (22) being bonded to said movable structure (25) only by means of a respective passive link element (24) equivalent to three pivotal links and a passive prismatic link, presented in the figure in the form of an assembly identical to the passive connection elements (4) linking the mobile structure (5) of the first subassembly to the movable part (3) of the respective actuators (2) of the first subassembly. A deformable prism (30, 31, 32) is mounted on the movable structure (25) of the second subassembly. The deformable prism (30, 31, 32) consists of at least three bars (30) of the same length. At the first end of each bar (30) of the deformable prism (30, 31, 32) is fixed the fixed portion of a passive angular connection (31) cardan type whose movable portion is integral with the movable structure (25). . At the second end of each passive bar (32) of the deformable prism (30, 31, 32) is fixed the fixed portion of an angular connection (32) of cardan type whose movable portion is secured to the fixed portion of the rotary device (41) comprising a pivot connection whose movable portion is integral with the platform (100). Thus, the platform (100) and the mobile structure (25) of the second subassembly have the same orientation, whatever the orientation of said mobile structure (25), since the platform (100) and said mobile structure (25) 25) are constantly parallel, thanks to the constraints imposed by the deformable prism (30, 31, 32). The best arrangement of the actuators (2, 22) of the two subassemblies is obtained when they are placed at the vertices of a regular hexagon, the successive vertices being alternately occupied by an actuator (2) of the first subassembly and by an actuator (22) of the second subassembly.
Le deuxième sous-ensemble comporte un actionneur rotatif additionnel (33) dont la partie fixe est solidaire de la base (1). La partie mobile (34) de l'actionneur rotatif additionnel (33) est solidaire de la première extrémité d'un double cardan extensible (35) dont la deuxième extrémité est solidaire de la plateforme (100). Ainsi la plateforme (100) peut être entraînée en rotation autour de sa normale. The second subassembly comprises an additional rotary actuator (33) whose fixed part is integral with the base (1). The movable portion (34) of the additional rotary actuator (33) is integral with the first end of a double extensible gimbal (35) whose second end is integral with the platform (100). Thus the platform (100) can be rotated around its normal.
La structure mobile (25) du deuxième sous-ensemble peut comporter en son centre un orifice traversé par le double cardan extensible (35). La figure 2 présente le premier sous-ensemble du robot dont l'articulation passive (50), fixée au centre de la structure mobile (5), est constitué d'un assemblage de liaisons pivot montées en série, l'une des liaisons pivot pouvant être de type pivot glissant La figure 3 présente un robot, doté de trois degrés de liberté, dont la plateforme (100) bénéficie d'une orientation constamment parallèle à la base (1). Le premier sous-ensemble est similaire au premier sous-ensemble présenté dans la figure 2 dont l'articulation passive (50) est constituée de trois liaisons pivot montées en série. Le deuxième sous-ensemble comporte un prisme déformable monté sur une structure mobile (25), disposant d'un degré de liberté en translation, solidaire de la partie mobile (23) d'un actionneur (22), doté d'un degré de liberté en translation, dont la partie fixe est solidaire de la base (1). Pour obtenir une rotation de la plateforme (100) autour de sa normale, un actionneur rotatif additionnel (33) et un dispositif rotatif passif (41) peuvent être ajoutés. La structure mobile (25) peut être guidée en translation au moyen de plusieurs actionneurs (22) d'axe parallèle, disposant chacun d'un degré de liberté en translation, qui peuvent être passifs ou motorisés avec éventuellement un dispositif de recopie de mouvement entre ces actionneurs. The mobile structure (25) of the second subassembly may comprise in its center an orifice through which the double extensible gimbal (35) passes. FIG. 2 shows the first subset of the robot whose passive articulation (50), fixed in the center of the mobile structure (5), consists of an assembly of pivot links connected in series, one of the pivot links The Figure 3 shows a robot with three degrees of freedom, whose platform (100) has a constantly parallel orientation to the base (1). The first subassembly is similar to the first subassembly shown in FIG. 2, the passive joint (50) of which consists of three pivot links connected in series. The second subassembly comprises a deformable prism mounted on a mobile structure (25), having a degree of freedom in translation, integral with the movable part (23) of an actuator (22), provided with a degree of freedom in translation, the fixed part of which is secured to the base (1). To rotate the platform (100) about its normal, an additional rotary actuator (33) and a passive rotary device (41) may be added. The mobile structure (25) can be guided in translation by means of several actuators (22) of parallel axis, each having a degree of freedom in translation, which can be passive or motorized with possibly a device for copying movement between these actuators.
Dans une variante des figures 1 et 3, les liaisons angulaires fixées à au moins l'une des extrémités de toutes les barres (30) du prisme déformable (30, 31, 32) peuvent être constituées de liaisons sphériques (31, 32), et ainsi le mouvement de torsion du prisme déformable (30, 31, 32) modifie l'orientation de la plateforme (100) selon trois degrés de liberté en rotation sans l'adjonction du moteur rotatif additionnel. In a variant of FIGS. 1 and 3, the angular links fastened to at least one of the ends of all the bars (30) of the deformable prism (30, 31, 32) may consist of spherical connections (31, 32), and thus the torsion movement of the deformable prism (30, 31, 32) changes the orientation of the platform (100) according to three degrees of freedom in rotation without the addition of the additional rotary motor.
La figure 4 présente un robot, doté de six degrés de liberté, qui est composé de deux sous-ensembles, le premier sous-ensemble étant similaire au premier sous-ensemble du robot présenté dans la figure 1. Le deuxième sous-ensemble comporte deux actionneurs (22) dont la partie mobile (23) est liée à l'articulation passive (50) au moyen d'une chaîne cinématique passive respective formée d'une première liaison pivot (44) dont la partie fixe est solidaire d'un élément de liaison passif (24) équivalent à trois liaisons pivot et une liaison prismatique passive. La partie fixe de l'une des liaisons pivot intégrée dans chaque élément de liaison passif (24) est solidaire de la partie mobile (23) d'un actionneur (22) respectif. Figure 4 shows a robot, with six degrees of freedom, which is composed of two subsets, the first subset being similar to the first subset of the robot shown in Figure 1. The second subset has two actuators (22) whose movable part (23) is connected to the passive joint (50) by means of a respective passive kinematic chain formed of a first pivot connection (44) whose fixed part is integral with an element passive link (24) equivalent to three pivot links and a passive prismatic link. The fixed part of one of the pivot links integrated in each passive connection element (24) is integral with the movable part (23) of a respective actuator (22).
Les premières liaisons pivot (44) des deux chaînes cinématiques passives ont le même axe de rotation, qui est normal à la plateforme et qui coïncide avec l'axe de rotation de la troisième liaison pivot de l'articulation passive (50) et passe par le centre de la plateforme (100). The first pivot links (44) of the two passive kinematic chains have the same axis of rotation, which is normal to the platform and which coincides with the axis of rotation of the third pivot connection of the passive articulation (50) and passes through the center of the platform (100).
Ainsi l'articulation passive (50) et la plateforme (100) sont mises en rotation selon deux degrés de liberté et un troisième degré de liberté en rotation de la plateforme (100) autour de sa normale est obtenu en liant la plateforme (100) à la partie mobile (34) d'un actionneur rotatif additionnel (33), appartenant au deuxième sous-ensemble, au moyen d'un double cardan extensible (35). Thus the passive articulation (50) and the platform (100) are rotated in two degrees of freedom and a third degree of freedom in rotation of the platform (100) around its normal is obtained by linking the platform (100). to the movable portion (34) of an additional rotary actuator (33), belonging to the second subassembly, by means of a double expandable cardan (35).
La figure 5 présente un robot, doté de cinq degrés de liberté, qui est composé de deux sous-ensembles similaires au premier sous-ensemble du robot présenté dans la figure 2. L'articulation passive (50), dotée de trois degrés de liberté en rotation et d'au moins deux degrés de liaison en translation, de chaque sous-ensemble lie la structure mobile (5) de ce sous-ensemble à la plateforme (100), comportant par exemple une broche d'usinage comme cela est présenté dans la figure. La figure 6 présente une variante du robot précédent, bénéficiant d'une plus grande amplitude d'orientation, qui est composé de deux sous-ensembles, le premier sous-ensemble étant similaire au premier sous-ensemble du robot présenté dans la figure 2, le deuxième sous-ensemble étant constitué d'un dispositif cartésien parallèle dont la structure mobile (55) comporte une articulation passive (50) permettant de lier la structure mobile du deuxième sous-ensemble à la plateforme (100). La structure mobile (25) est mise en mouvement au moyen de la partie mobile (23) des deux actionneurs (22). L'élément de liaison passif (4) est présenté selon une variante dans laquelle il est monté d'une part sur la partie mobile (3) de son actionneur (2) et d'autre part sur la partie mobile (3') d'un dispositif de guidage linéaire (2') au moyen d'une liaison pivot passive supplémentaire dont l'axe de rotation coïncide avec l'axe de rotation de la liaison pivot passive, intégrée dans l'élément de liaison passif (4), dont la partie fixe est solidaire de la partie mobile (3) de son actionneur (2). Figure 5 shows a robot, with five degrees of freedom, which is composed of two subsets similar to the first subset of the robot shown in Figure 2. The passive joint (50), with three degrees of freedom in rotation and at least two degrees of connection in translation, each subset links the mobile structure (5) of this subassembly to the platform (100), for example comprising a machining spindle as is presented in the figure. FIG. 6 shows a variant of the preceding robot, benefiting from a greater amplitude of orientation, which is composed of two subsets, the first subset being similar to the first subset of the robot presented in FIG. 2, the second subassembly being constituted by a parallel Cartesian device whose mobile structure (55) comprises a passive articulation (50) making it possible to link the mobile structure of the second subassembly to the platform (100). The mobile structure (25) is moved by means of the movable part (23) of the two actuators (22). The passive connection element (4) is presented in a variant in which it is mounted on the mobile part (3) of its actuator (2) and on the mobile part (3 ') of the other part. a linear guiding device (2 ') by means of an additional passive pivot connection whose axis of rotation coincides with the axis of rotation of the passive pivot link integrated in the passive connection element (4), whose fixed part is secured to the movable part (3) of its actuator (2).
L'axe du dispositif de guidage linéaire (2') est parallèle à l'axe de l'actionneur (2) qui est un vérin sans tige. Ainsi le robot bénéficie d'une grande rigidité. La figure 7 présente un robot, doté de six degrés de liberté, qui est composé de trois sous-ensembles similaires au premier sous-ensemble du robot présenté dans la figure 2. The axis of the linear guiding device (2 ') is parallel to the axis of the actuator (2) which is a rodless cylinder. Thus the robot has a high rigidity. Figure 7 shows a robot, with six degrees of freedom, which is composed of three subsets similar to the first subset of the robot shown in Figure 2.
La plateforme (100) comporte de préférence trois barres de section circulaire, la première extrémité de chaque barre étant solidaire du reste de la plateforme (100). La deuxième extrémité de chaque barre étant liée à la structure mobile (5) d'un sous-ensemble respectif au moyen de l'articulation passive (50) du sous-ensemble respectif L'articulation passive (50), dotée de trois degrés de liberté en rotation et d'au moins deux degrés de liaison en translation, d'un sous-ensemble lie la structure mobile (5) de ce sous-ensemble à la plateforme (100). Les axes de référence des trois sous-ensembles sont disposés sur trois axes respectifs appartenant à un même plan et formant un angle de cent-vingt degrés entre eux. The platform (100) preferably comprises three bars of circular section, the first end of each bar being secured to the rest of the platform (100). The second end of each bar being connected to the movable structure (5) of a respective subassembly by means of the passive joint (50) of the respective sub-assembly The passive joint (50), having three degrees of freedom in rotation and at least two degrees of translation linkage, a subset links the mobile structure (5) of this subset to the platform (100). The reference axes of the three subassemblies are arranged on three respective axes belonging to the same plane and forming an angle of one hundred twenty degrees between them.
L'articulation passive (50) d'un sous-ensemble bénéficie d'un rapport de réduction selon deux degrés de liberté en translation selon deux axes orthogonaux situés dans un plan ayant pour normale l'axe de référence dudit sous-ensemble. Chaque articulation passive (50) liant une structure mobile (5) à une barre respective de la plateforme (100) peut-être déplacée selon deux degrés de liberté avec un rapport de réduction dans un plan respectif Les trois plans forment un angle de cent-vint degrés entre eux, il en résulte que la plateforme (100) est déplacée selon six degrés de liberté tout en bénéficiant d'un rapport de réduction important dans chacun des axes X, Y et Z. Chacun des plans peut par ailleurs être aussi déplacé en translation le long de son axe de référence respectif (200). The passive joint (50) of a subset has a reduction ratio according to two degrees of freedom in translation along two orthogonal axes situated in a plane having as normal the reference axis of said subset. Each passive hinge (50) linking a movable structure (5) to a respective bar of the platform (100) can be moved in two degrees of freedom with a reduction ratio in a respective plane. The three planes form an angle of As a result, the platform (100) is displaced in six degrees of freedom while benefiting from a significant reduction ratio in each of the X, Y and Z axes. Each of the planes can also be moved as well. in translation along its respective reference axis (200).
Au moins deux sous-ensembles étant identiques, l'un des sous-ensembles est considéré comme étant le premier sous-ensemble et l'autre sous-ensemble est considéré comme étant le deuxième sous-ensemble. La numérotation des éléments de chaque sous-ensemble reprend la numérotation des éléments constitutifs (2, 3, 4, 5) du premier sous-ensemble. At least two subsets being identical, one of the subsets is considered to be the first subset and the other subset is considered to be the second subset. The numbering of the elements of each subset includes the numbering of the constituent elements (2, 3, 4, 5) of the first subset.
Dans la figure 8, les traits en pointillés matérialisent les axes longitudinaux des barres intégrées dans la structure mobile (5) coïncidents au centre de la plateforme (100), permettant de visualiser le déplacement du centre de la plateforme (100) par rapport à l'axe de référence (200) pour une position donnée de la partie mobile (3) des actionneurs (2). In FIG. 8, the dotted lines embody the longitudinal axes of the bars integrated in the mobile structure (5) coincident in the center of the platform (100), making it possible to visualize the displacement of the center of the platform (100) with respect to the reference axis (200) for a given position of the movable part (3) of the actuators (2).
L'axe de référence (200) est présenté sous forme d'une droite verticale en trait plein. Dans la figure 9, les traits pleins le long des axes longitudinaux des barres intégrées dans la structure mobile (5) matérialisent leur position en position de repos, et les traits en pointillés matérialisent les axes longitudinaux des barres intégrées dans la structure mobile (5) pour la position donnée de la partie mobile (3) des actionneurs (2) présentée dans la figure 8. Le centre de la plateforme (100), confondu avec le centre de rotation de l'articulation passive (50), coïncide avec l'intersection en un unique point des axes longitudinaux des trois barres. A titre d'exemple pour un robot dont les axes longitudinaux des actionneurs (2) sont placés au sommet d'un triangle équilatéral ayant une hauteur de longueur égale à une unité, partant d'une position de repos, le déplacement d'un seul actionneur d'une distance z=0,001 unité, le centre de la plateforme (100) se déplace d'une distance donnée par la formule d=abs(cos(atan(z/1))/3 -1/3) = 0,000 000 166 unité soit un rapport de 6000. Le calcul du modèle géométrique direct est immédiat et le calcul du modèle géométrique inverse, en dehors du cas évident précédent, est avantageusement réalisé au moyen d'un algorithme de recherche par intervalles. Les éléments de liaison passifs (4, 24) équivalents à trois liaisons pivot et à une liaison prismatique passives peuvent être agencés selon plusieurs assemblages et selon différentes combinaisons d'ordre de l'assemblage, à titre d'exemple non limitatif : rotule creuse, rotule pleine couplée à une liaison prismatique, cardan couplé à une liaison pivot glissant, cardan couplé à une liaison pivot couplée à une liaison prismatique. Les éléments de liaisons passifs (4, 24) ne comportent pas d'actionneurs. Le prisme déformable (30, 31, 32) peut comporter des barres supplémentaires permettant d'augmenter la rigidité du robot et de renforcer le parallélisme entre les 20 barres (30) du prisme déformable (30, 31, 32). Les moteurs, les outils, les instruments ou les dispositifs fixés sur la plateforme (100) sont des éléments additionnels qui ne font pas partie du robot, par conséquent leurs actionneurs et/ou leurs moteurs ne font pas partie du robot et l'élément mobile de ces moteurs ne peut être assimilé à la plateforme (100) du robot. 25 L'expression "partie fixe" et "partie mobile" des éléments tels que les liaisons pivot et les liaisons prismatiques ne servent qu'à nommer l'une des parties d'un élément par rapport à l'autre, puisque les deux parties de l'élément sont mobiles l'une par rapport à l'autre. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en ajoutant des éléments, tels que par 30 exemple des liaisons pivot ou des liaisons prismatique supplémentaires, qui ne sont pas absolument nécessaires à l'obtention des mouvements du robot. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant des éléments passifs par des éléments motorisés, tels la liaison pivot passive, intégrée dans l'articulation passive (50), dont la partie mobile est solidaire de la plateforme (100) par un moteur. The reference axis (200) is presented as a straight vertical line. In FIG. 9, the solid lines along the longitudinal axes of the bars integrated in the mobile structure (5) indicate their position in the rest position, and the dotted lines represent the longitudinal axes of the bars integrated in the mobile structure (5). for the given position of the movable part (3) of the actuators (2) shown in FIG. 8. The center of the platform (100), coinciding with the center of rotation of the passive articulation (50), coincides with the intersection at a single point of the longitudinal axes of the three bars. As an example for a robot whose longitudinal axes of the actuators (2) are placed at the top of an equilateral triangle having a height of length equal to one unit, starting from a rest position, the displacement of a single actuator with a distance z = 0.001 unit, the center of the platform (100) moves by a distance given by the formula d = abs (cos (atan (z / 1)) / 3 -1/3) = 0.000 The unit of the direct geometric model is immediate and the computation of the inverse geometric model, apart from the above obvious case, is advantageously carried out by means of an interval search algorithm. The passive connection elements (4, 24) equivalent to three pivot connections and to a passive prismatic connection can be arranged according to several assemblies and according to various combinations of order of the assembly, by way of nonlimiting example: hollow ball joint, solid ball joint coupled to a prismatic connection, gimbal coupled to a sliding pivot connection, gimbal coupled to a pivot connection coupled to a prismatic link. The passive link elements (4, 24) do not include actuators. The deformable prism (30, 31, 32) may comprise additional bars making it possible to increase the rigidity of the robot and to reinforce the parallelism between the bars (30) of the deformable prism (30, 31, 32). Engines, tools, instruments or devices attached to the platform (100) are additional elements that are not part of the robot, therefore their actuators and / or their motors are not part of the robot and the moving element of these motors can not be likened to the platform (100) of the robot. The term "stationary portion" and "movable portion" of elements such as pivot links and prismatic links serve only to name one part of an element with respect to the other, since the two parts of the element are movable relative to each other. It would not be departing from the scope of the invention to add elements, such as, for example, pivot links or additional prismatic links, which are not absolutely necessary to obtain movements of the robot. It would not be departing from the scope of the invention to replace passive elements by motorized elements, such as the passive pivot link, integrated in the passive articulation (50), the movable portion of which is integral with the platform (100) by a engine.
POSSIBILITES D'APPLICATION INDUSTRIELLE POSSIBILITIES OF INDUSTRIAL APPLICATION
Le robot peut être utilisé dans des domaines d'application très variés, notamment celui des machines-outils ou des dispositifs d'assemblage nécessitant des déplacements et des orientations de très grande précision de l'outil ou de l'objet à usiner ou à assembler, dans le domaine du micro / nano assemblage, de l'alignement de fibre optique, de l'orientation de faisceau laser ou de miroir, de la micro-lithographie, des mems. Le robot peut servir à déplacer et/ou orienter aussi bien des objets de masse infime que des objets de masse importante ou des dispositifs tels que dispositif de mesure, émetteur / récepteur de rayonnement (laser, rayon X), dispositif de déplacement d'une partie mobile d'un microscope (à effet tunnel, à balayage électronique). Le robot peut servir à constituer une machine à mesurer tridimensionnelle. Le robot est particulièrement intéressant dans le domaine de la métrologie grâce à sa très grande précision angulaire ainsi que sa très grande précision de déplacement. The robot can be used in a wide variety of application areas, such as machine tools or assembly devices requiring very precise movements and orientations of the tool or object to be machined or assembled. , in the field of micro / nano assembly, optical fiber alignment, laser beam or mirror orientation, micro-lithography, mems. The robot can be used to move and / or guide objects of low mass as well as objects of large mass or devices such as measuring device, emitter / receiver of radiation (laser, X-ray), device of displacement of a moving part of a microscope (tunnel effect, electronic scanning). The robot can be used to constitute a three-dimensional measuring machine. The robot is particularly interesting in the field of metrology thanks to its very high angular precision as well as its very high precision of displacement.
Le robot peut être monté sur un dispositif de déplacement linéaire, rotatif ou cartésien. Les secteurs d'activités susceptibles d'utiliser de tels robots sont variés : électronique, micromécanique, biotechnologies, pharmaceutique, métrologie, physique, étude des matériaux... The robot can be mounted on a linear, rotary or Cartesian displacement device. The sectors of activity likely to use such robots are varied: electronics, micromechanics, biotechnologies, pharmaceutical, metrology, physics, materials studies ...
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ST | Notification of lapse |
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