EP0219439A1 - Vérin à arrêt en tout point - Google Patents

Vérin à arrêt en tout point Download PDF

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EP0219439A1
EP0219439A1 EP86420245A EP86420245A EP0219439A1 EP 0219439 A1 EP0219439 A1 EP 0219439A1 EP 86420245 A EP86420245 A EP 86420245A EP 86420245 A EP86420245 A EP 86420245A EP 0219439 A1 EP0219439 A1 EP 0219439A1
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EP
European Patent Office
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rod
cylinder
reversible screw
rotation
cylinder according
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Withdrawn
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EP86420245A
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German (de)
English (en)
Inventor
Robert Barthe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Parker Hannifin Rak SA
Original Assignee
Parker Hannifin Rak SA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F15B15/262—Locking mechanisms using friction, e.g. brake pads
    • F15B15/264—Screw mechanisms attached to the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B2015/1495—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type with screw mechanism attached to the piston

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder of the type comprising a cylinder rod which consists of a tube sliding on a fixed piston, a casing and at least one guide element.
  • the guide element is a reversible screw driven in rotation during the movements of exit and re-entry of the jack rod and this can be stopped at any point along its travel.
  • the cylinder of great precision, finds an advantageous use in manipulators and robots.
  • Cylinders are known where the rod is movable and slides on a fixed piston.
  • at least one guide element is provided which makes it possible to withstand the torsional forces, to prevent the rotation of the rod and to provide the necessary rigidity.
  • the guide member is a rod.
  • the guide rod normally exits with the cylinder rod, which leads to maximum bulk.
  • the invention aims to exploit and combine the advantages of the jacks described above, while ensuring a very precise stop at any point in the stroke of the jack rod and preventing rotation thereof.
  • the jack according to the invention comprises a jack rod consisting of a tube sliding on a fixed piston, a casing and at least one guide element preventing rotation of the jack rod.
  • the guide element remains inside the casing when the actuator rod exits and comprises a reversible screw driven in rotation by the displacement of the rod.
  • This reversible screw is arranged externally and parallel to the fixed piston and at a length substantially corresponding to the total stroke of the cylinder rod.
  • the reversible screw is equipped with a locking member capable of stopping the rotation thereof for a given stroke of the cylinder rod.
  • the actuator rod can be stopped or stopped at will at any point, one or more times, over the whole of its travel.
  • the bottom of the jack rod comprises, arranged eccentrically and perpendicular to its axis, an extension which bears on the reversible screw, which causes it to rotate during the movement of the jack rod.
  • the extension completely surrounds the reversible screw.
  • the locking member can at the same time serve to lock the reversible screw when stopped.
  • the blocking member is controlled by sensors detecting the stroke of the jack rod. These sensors are activated by contact with the extension of the bottom of the rod surrounding the reversible screw. As a variant, the sensors are inductive proximity detectors; they are therefore activated without any contact. In both cases, the position of the sensors is adjustable.
  • the blocking member is controlled by an encoder, preferably a rotary encoder placed for example at the end of the reversible screw behind the blocking member.
  • a reversible screw a ball screw or a roller screw can be used.
  • the reversible screw contributes favorably to the maintenance and the rigidity of the entire jack.
  • the rod is supported by one or more bearings, which defines a maximum limit stroke of the rod because of the overhang.
  • the bearings can be arranged at a variable spacing so as to increase the guidance as a function of the stroke.
  • an optimum bearing spacing is determined.
  • the spacing of the bearings is to be fixed in a relation of proportion with the total stroke of the rod of the actuator desired.
  • a cylinder comprising a rod 1 consisting of a sliding tube on a fixed piston 2.
  • The. cylinder comprises a housing 3 and a guide element 4 in the form of a ball screw.
  • the piston 2 comprises a piston head 5 which slides inside the cylinder rod 1 by means of seals 6 and through the bottom of the cylinder rod 1 by means of seals 8
  • a connecting element 9 making it possible to fix the accessories, for example a manipulator.
  • This connection element 9 can be rotated 360 °.
  • the bottom 7 of the actuator rod 1 is provided with an extension 12 which forms a nut 13 for the ball screw 4 and is equipped with a stud 14, the proximity of which will be detected by the sensors 16, of the nearby inductive type. .
  • the ball screw 4 is arranged parallel to the rod 1 and is held firmly in place by the blocks 15 and 17 integral with the assembly.
  • an electric brake 18, with permanent magnet is arranged at the rear.
  • This brake 18 is governed by the sensors 16 disposed on their support 19 at will along a tube 20 placed parallel to the ball screw 4.
  • These sensors 16 can be placed in any position along the tube 20. If the user changes steps often, templates can be used to adjust the location of the sensors 16, in order to gain speed and flexibility.
  • a stop signal acts on the brake 18 which. blocks the rotation of the ball screw 4, the nut 3 comes to a standstill and, consequently, the rod 1 also comes to a standstill.
  • the brake 18 can be of the latch type and immobilize the rod 1 as long as an opposite signal is not given. For the sake of safety, when stopped, pressure balancing of chambers 10 and 11 is provided.
  • the sensors 16 can be of a mechanical type, micro-contact or else of the non-contact type, for example inductive (as described above), capacitive or cell.
  • a dotted variant is shown comprising, at the end of the ball screw 4 and at the rear of the electric brake 18, an incremental rotary encoder 21.
  • the sensors 16 are eliminated, but it is advantageously kept the tube 20 to stiffen the assembly.
  • the encoder 21 provides an incremental signal as a function of the rotation of the screw 4; in this way, the number of steps can be very large and the definition of the steps very precise.
  • Bearings 22 and 23 maintain the rod along its stroke and the spacing between these bearings 22 and 23 can be adjusted according to the total stroke.
  • the reversible screw 4 serves as anti-rotation and stroke stop for the cylinder rod 1.
  • the tube 20 can be hollow, in order to ensure the electrical passage.
  • the cylinder due to its high precision and compactness, advantageously finds its use as a cylinder for manipulators and robots.

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Abstract

Le vérin à arrêt en tout point comprend une tige (1) de vérin consistant en un tube coulissant sur un piston fixe (2), ainsi qu'un carter (3) et au moins un élément de guidage empêchant la rotation de la tige de vérin.
L'élément de guidage reste à l'intérieur du carter (3) lors de la sortie de la tige (1) de vérin et comprend une vis réversible (4) entraînée en rotation par le déplacement de la tige (1) de vérin. La vis réversible (4) est disposée extérieurement et parallèlement au piston fixe (2) et a une longueur correspondant sensiblement à la course totale de la tige (1) de vérin.
La vis réversible (4) est équipée d'un organe de blocage (18) apte à en arrêter la rotation pour une course donnée de la tige (1) de vérin.
L'organe de blocage (18) est commandé par des capteurs (16) ou par un codeur rotatif (21).

Description

  • La présente invention se rapporte à un vérin du type comportant une tige vérin qui consiste en un tube coulissant sur un piston fixe, un carter et au moins un élément de guidage. L'élément de guidage est une vis réversible entraînée en rotation lors des mouvements de sortie et de rentrée de la tige de vérin et celle-ci peut être arrêtée en tout point le long de sa course. Le vérin, de grande précision, trouve une utilisation avantageuse dans les manipulateurs et robots.
  • On connaît des vérins où la tige est mobile et coulisse sur un piston fixe. Dans ce type de vérin, on prévoit au moins un élément de guidage qui permet de supporter les efforts en torsion, d'empêcher la rotation de la tige et d'assurer la rigidité nécessaire. Habituellement, l'élément de guidage est une tige. La tige de guidage sort normalement avec la tige de vérin, ce qui conduit à un encombrement maximum.
  • Dans la demande de brevet français nO 84.10485 de la déposante, les difficultés sont résolues en prévoyant une tige de guidage qui reste à l'intérieur du carter lors de la sortie de la tige de vérin.
  • Par ailleurs, il est décrit dans l'exposé d'invention FR 2 394 702, un vérin à tige intérieure creuse, coaxiale à la tige de déplacement, et comprenant un dispositif de blocage sur la tige de déplacement permettant un mouvement d'avance pas à pas avec verrouillage temporaire.
  • L'invention vise à exploiter et combiner les avantages des vérins décrits ci-dessus, tout en assurant un arrêt très précis en tout point de la course de la tige de vérin et en empêchant la rotation de celle-ci.
  • Pour ce faire, le vérin selon l'invention comporte une tige de vérin consistant en un tube coulissant sur un piston fixe, un carter et au moins un élément de guidage empêchant la rotation de la tige de vérin. L'élément de guidage reste à l'intérieur du carter lors de la sortie de la tige de vérin et comprend une vis réversible entraînée en rotation par le déplacement de la tige. Cette vis réversible est disposée extérieurement et parallèlement au piston fixe et à une longueur correspondant sensiblement à la course totale de la tige de vérin. La vis réversible est équipée d'un organe de blocage apte à en arrêter la rotation pour une course donnée de la tige de vérin.
  • Ainsi, la tige de vérin peut être à volonté arrêtée ou immobilisée en tout point, une ou plusieurs fois, sur la totalité de sa course.
  • Avantageusement, le fond de la tige de vérin comprend, disposé excentriquement et perpendiculairement à son axe, un prolongement qui prend appui sur la vis réversible, ce qui l'entraîne en rotation lors du déplacement de la tige de vérin. De préférence, le prolongement entoure complètement la vis réversible. En outre, l'organe de blocage peut en même temps servir à verrouiller la vis réversible à l'arrêt.
  • Dans une première forme d'exécution, l'organe de blocage est commandé par des capteurs détectant la course de la tige de vérin. Ces capteurs sont activés par contact avec le prolongement du fond de la tige entourant la vis réversible. En variante, les capteurs sont des détecteurs inductifs de proximité ; ils sont donc activés sans qu'il y ait contact. Dans les deux cas, la position des capteurs est réglable.
  • Dans une deuxième forme d'exécution, l'organe de blocage est commandé par un codeur, de préférence un codeur rotatif placé par exemple à l'extrémité de la vis réversible derrière l'organe de blocage.
  • Comme vis réversible, on peut utiliser une vis à billes ou une vis à galets.
  • On aura compris en outre que la vis réversible contribue favorablement au maintien et à la rigidité de l'ensemble du vérin.
  • Il faut enfin considérer que, dans un vérin, la tige est supportée par un ou plusieurs paliers, ce qui définit une course limite maximum de la tige à cause du porte-à-faux. Selon un aspect de l'invention et de par la construction du vérin, les paliers peuvent être disposés selon un écartement variable de façon à augmenter le guidage en fonction de la course.
  • En d'autres termes et dépendant des dimensions du vérin et la course de guidage, on détermine un écartement optimum des paliers. A titre indicatif, on considère que l'écartement des paliers est à fixer dans une relation de proportion avec la course totale de tige du vérin désirée.
  • L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif.
  • Dans ce dessin, figure unique, on reconnaît en coupe longitudinale un vérin comprenant une tige 1 constituée d'un tube coulissant sur un piston fixe 2. Le . vérin comprend un carter 3 et un élément de guidage 4 sous forme d'une vis à billes.
  • Le piston 2 comprend une tête de piston 5 qui coulisse à l'intérieur de la tige de vérin 1 par l'intermédiaire de joints d'étanchéité 6 et à travers le fond de la tige de vérin 1 grâce à des joints d'étanchéité 8. A l'extrémité de la tige de vérin 1 se trouve un élément de raccordement 9 permettant de fixer les accessoires, par exemple un manipulateur. Cet élément de raccordement 9 est orientable sur 360°.
  • La tige de vérin 1 avec son fond 7 et le piston 2 avec la tête de piston 5 délimitent deux chambres où vont être admis, séquentiellement, des pressions pneumatiques. On rencontre ainsi une chambre arrière 10 et une chambre avant 11 qui sont alimentées en pression par des organes non représentés sur la figure.
  • Le fond 7 de la tige de vérin 1 est muni d'un prolongement 12 qui fait écrou 13 pour la vis à billes 4 et est équipé d'un plot 14 dont la proximité va être dectecté par les capteurs 16, du type inductif à proximité.
  • La vis à billes 4 est disposée parallèlement à la tige 1 et est maintenue fermement en place par les blocs 15 et 17 solidaires de l'ensemble. A l'arrière est disposé un frein 18 électrique, à aimant permanent, de façon à assurer le blocage en rotation de la vis à billes 4 lorsque l'aimant est désactivé. Ce frein 18 est gouverné par les capteurs 16 disposés sur leur support 19 à volonté l'e long d'un tube 20 placé parallèlement à la vis à billes 4. Ces capteurs 16 peuvent être placés dans n'importe quelle position le long du tube 20. Si l'utilisateur change souvent de pas, des gabarits peuvent être utilisés pour le réglage de l'emplacement des capteurs 16, afin de gagner en rapidité et en souplesse.
  • Par le double emploi de capteurs à position réglable et d'un gabarit, on permet une mise en position rapide de ceux-ci, ce qui donne un maximum de flexibilité à l'ensemble.
  • Lorsque la proximité du plot 5 est détectée par un capteur 16, un signal d'arrêt agit sur le frein 18 qui . bloque la rotation de la vis à billes 4, l'écrou 3 s'immobilise et, par voie de conséquence, la tige 1 s'immobilise également. Si désiré, le frein 18 peut être du type à verrou et immobiliser la tige 1 aussi longtemps qu'un signal contraire n'est pas donné. Par souci de sécurité, à l'arrêt, un équilibrage en pression des chambres 10 et 11 est prévu.
  • Les capteurs 16 peuvent être d'un type mécanique, à micro-contact ou bien du type sans contact,, par exemple inductif (comme décrit ci-dessus), capacitif ou à cellule.
  • Sur cette même figure, on a représenté une variante en pointillé comprenant, à l'extrémité de la vis à billes 4 et à l'arrière du frein électrique 18, un codeur rotatif incrémental 21. Les capteurs 16 sont supprimés, mais on garde avantageusement le tube 20 pour rigidifier l'ensemble. Le codeur 21 fournit un signal incrémental en fonction de la rotation de la vis 4 ; de la sorte, le nombre de pas peut être très important et la définition des pas très précise.
  • On peut prévoir deux amortisseurs, non représentés, fixés respectivement sur le piston 2 sur le bloc 12 pour offrir une sécurité complémentaire. On évite ainsi que, dans le cas d'une utilisation en simple vérin (sans arrêt intermédiaire) ou par suite d'une erreur de manipulation, l'ensemble ne vienne en butée à pleine vitesse, en fin de course.
  • Pour le surplus, on se référera avantageusement à la demande de brevet français citée au début n° 84.10485. Des paliers 22 et 23 maintiennent la tige le long de sa course et l'écartement entre ces paliers 22 et 23 peut être réglé en fonction de la course totale.
  • La vis réversible 4 sert d'antirotation et d'arrêt de course pour la tige 1 de vérin. Le tube 20 peut être creux, afin d'assurer le passage électrique.
  • On aura compris qu'on a ainsi réalisé un vérin dont l'élément de guidage reste à l'intérieur lors de la sortie de la tige, d'où un encombrement des plus réduits. Cet élément assure l'antirotation et l'arrêt en tout point le long de la course du vérin puisqu'il consiste en une vis prenant place dans un écrou solidaire de la tige. L'arrêt de la rotation de la vis entraîne l'arrêt de la course de la tige et, si on le désire, l'immobilisation en ce point.
  • Le vérin, de par sa grande précision et sa compacité, trouve avantageusement son utilisation comme vérin pour manipulateurs et robots.

Claims (10)

1. Vérin à arrêt en tout point, comprenant une tige (1) de vérin consistant en un tube coulissant sur un piston fixe (2), un carter (3) et au moins un élément de guidage empêchant la rotation de la tige de vérin, caractérisé en ce que l'élément de guidage reste à l'intérieur du carter (3) lors de la sortie de la tige (1) de vérin et comprend une vis réversible (4) entraînée en rotation par le déplacement de la tige (1) de vérin, cette vis réversible (4) étant disposée extérieurement et parallèlement au piston fixe (2) et ayant une longueur correspondant sensiblement à la course totale de la tige (1) de vérin, et en ce que la vis réversible (4) est équipée d'un organe de blocage (18) apte à en arrêter la rotation pour une course donnée de la tige (1) de vérin.
2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (7) de la tige de vérin comprend, disposé excentriquement et perpendiculairement à son axe, un prolongement (12,13) qui prend appui sur la vis réversible (4) pour l'entraîner en rotation lors du déplacement de la tige (1) de vérin.
3. Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le prolongement (12,13) entoure complètement la vis réversible (4).
4. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de blocage (18) verrouille la vis réversible (4) à l'arrêt.
5. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de blocage (18) est commandé par des capteurs (16) détectant la course de la tige (1) de vérin.
6. Vérin selon la revendication 5, caractérisé en ce que les capteurs (16) consistent en des détecteurs inductifs qui détectent la proximité d'un plot (14) ménagé sur un prolongement (12) du fond de la tige (1) entourant la vis réversible (4).
7. Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les capteurs (16) sont activés par contact avec un plot (14) ménagé sur un prolongement (12) du fond de la tige (1) entourant la vis réversible (4).
8. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de blocage (18) est commandé par un codeur rotatif (21) placé à l'extrémité de la vis réversible (4) derrière l'organe de blocage (18).
9. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis réversible (4) est une vis à billes ou à galets.
10. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est maintenue par des paliers (22,23) dont l'écartement est réglable à volonté.
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