EP4652016A1 - Actionneur pour bras robotisé - Google Patents

Actionneur pour bras robotisé

Info

Publication number
EP4652016A1
EP4652016A1 EP24700824.6A EP24700824A EP4652016A1 EP 4652016 A1 EP4652016 A1 EP 4652016A1 EP 24700824 A EP24700824 A EP 24700824A EP 4652016 A1 EP4652016 A1 EP 4652016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
tubular casing
output shaft
robotic arm
main axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700824.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas SOLATGES
David Gouaillier
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.)
Orthopus SAS
Original Assignee
Orthopus SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orthopus SAS filed Critical Orthopus SAS
Publication of EP4652016A1 publication Critical patent/EP4652016A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0241—One-dimensional joints
    • B25J17/025—One-dimensional joints mounted in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B25J19/0041—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements having rotary connection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/003—Structural associations of slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of cobotic systems.
  • the invention relates in particular, but not exclusively, to an actuator for a robotic arm.
  • Robotic arms can be used for various tasks.
  • One of these tasks is assistance to people with disabilities.
  • Cobots a name designating robotic limbs intended to interact with a user, are then used to allow disabled people to regain autonomy in their actions.
  • robotic arms can be mounted on wheelchairs to allow their users to grasp objects and manipulate them when their own arms do not allow it.
  • EP2355958 describes a robotic arm adaptable to a wheelchair.
  • Known robotic arms have a plurality of sections articulated relative to each other.
  • the joints are notably formed by actuators.
  • an actuator comprises a motor associated with a reduction gear.
  • the motor makes it possible to move two sections relative to each other and the reducer makes it possible to increase the torque provided by the motor to increase the strength of the robotic arm.
  • actuators when several actuators are mounted in the robotic arm, they are positioned in series from a first end of the arm to a second end.
  • the cables intended to supply energy and instructions to the actuators must therefore pass through the robotic arm.
  • the object grasped at the end of the robotic arm is a glass or an open pot
  • the movement can be complicated.
  • robotic arms when mounted on wheelchairs, robotic arms must have an appropriate aesthetic and footprint. In addition, the robotic arms must also be light and consume little electrical energy to reduce the size of the wheelchair battery(ies).
  • the size of the joints constrains the power developed by the actuators.
  • the increase in the size of the actuators directly impacts the aesthetics and use of the robotic arm. Furthermore, the size of the actuators also impacts the performance of the robotic arm.
  • robotic arms are developed to offer the desired use.
  • the invention aims in particular to overcome the disadvantages of the prior art.
  • the invention aims to propose an actuator for a robotic arm, the design of which makes it possible to limit its weight and its size while increasing its developed power.
  • the invention also aims to provide such an actuator which makes it possible to produce joints offering a greater range of movement than those of the prior art.
  • the invention further aims to provide such an actuator which is reliable and whose maintenance is simplified compared to the actuators of the prior art.
  • the use of the hollow shaft and the rotating commutator makes it possible to mount several actuators in series in a robotic arm while making it possible to rotate two parts of the arm relative to each other over several revolutions.
  • the rotation guidance means make it possible to avoid bending of the output shaft, which could lead to damage to the actuator.
  • the guiding means make the actuator more reliable.
  • the output shaft is guided near its ends, which further reduces the risk of bending.
  • the conical support makes it possible to limit the size of the first guide member, which further limits the weight of the actuator to the benefit of its bulk. This then also benefits the aesthetics of the robotic arm which can be more compact.
  • the actuator also includes a stress sensor configured to know, at any instant, the forces applied to the output shaft.
  • the stress sensor is mounted integral with the tubular casing.
  • the second plug is integral with the output shaft, the second member being interposed between the second plug and the second lateral part.
  • At least one of the first member and the second member is a bearing.
  • bearings allow efficient guidance with a small footprint.
  • At least one of the first member and the second member is a plain bearing.
  • Two tracks can then be used for the transmission of a power current between several actuators connected in series, while the third track can allow the passage of a set current allowing the control of the actuator.
  • the invention also relates to a robotic arm comprising at least two sections articulated relative to each other via
  • a robotic arm according to the invention offers better force for a lower or at least equal weight.
  • FIG. 1 There is a schematic representation of a wheelchair carrying a robotic arm having at least one joint formed by an actuator according to the invention.
  • FIG. 1 There illustrates a wheelchair 100 provided with a robotic arm 110 comprising at least one actuator 1 according to the invention (illustrated by Figures 2 to 6).
  • An actuator 1 according to the invention is used in particular to form a joint 120 of the robotic arm 110.
  • the actuator 1 is used to form a joint 120 between two sections of the robotic arm 110.
  • the tubular casing extends along a main axis A.
  • the output shaft 3 is hollow and extends into the tubular casing 2 along the main axis A.
  • the motor 5 is mounted in the tubular casing 2.
  • the motor 5 comprises a stator 501 secured to the tubular casing 2 and a rotor 502 coupled to the reduction gear 4.
  • the coupling of the rotor 502 with the reduction gear 4 makes it possible to vary the rotation speed of the output shaft 3 in relation to the rotation speed of the motor 5.
  • the stator 501 carries an electric coil 503 and the rotor 502 carries a plurality of magnets 504 intended to cooperate with a magnetic field generated by the coil 503 of the stator 501 in order to rotate the rotor 502.
  • the input connector 6 is located outside the tubular casing 2.
  • the output connector 7 is located in the tubular casing 2. More precisely, the output connector 7 is located in the output shaft 3.
  • connection means include a rotating collector 8.
  • Two metal tracks 802 can in particular be dedicated to the passage of an electric supply current making it possible to power several actuators 1 connected in series.
  • a third of the metal tracks 802 can, for its part, be used for the passage of a control current for controlling the actuator 1.
  • Other metal tracks 802 may in particular be provided to allow the passage of control currents to other actuators 1.
  • the actuator 1 also includes means for guiding the rotation of the output shaft 3.
  • the rotation guide means comprise a first member 9 and a second member 10.
  • the first member 9 and the second member 10 are positioned such that the motor 5 and the reduction gear 4 are positioned between the first member 9 and the second member 10.
  • At least one of the first member 9 and the second member 10 is a bearing.
  • each of the first member 9 and the second member 10 is a bearing.
  • Bearings can be ball bearings, needle bearings, tapered bearings, angular contact ball bearings, or any other type of bearing.
  • At least one of the first member 9 and the second member 10 is a plain bearing.
  • the rotation guidance means may include other members 11, for example interposed between the output shaft 3 and the rotor 502.
  • the tubular casing 2 has at least three abutting parts along the main axis A.
  • the tubular casing 2 comprises a central part 201, a first side part 202 and a second side part 303.
  • the central part 201 is received between the first side part 202 and the second side part 203.
  • Each side part 202, 203 comprises a shoulder 204 for receiving the guide means.
  • the first lateral part 202 has a conical support 205 extending towards the inside of the tubular body 2, that is to say thinning towards the main axis A, the shoulder 204 being made in said conical support 205. More precisely, the shoulder 204 of the first lateral part 202 is made at a distal end of smaller diameter of the conical support 205.
  • the tubular casing 2 is closed at a first end 206 by a first plug 207 and, at a second end 208, by a second plug 209.
  • the first plug 207 and the second plug 209 make it possible to seal the actuator 1 against possible dust or dirt which could harm its proper functioning and lead to maintenance intervention, therefore immobilization of the robotic arm 110 containing the actuator 1 failing.
  • the second plug 209 is integral with the output shaft 3.
  • the second member 10 is then inserted between second plug 209 and the second lateral part 203 of the tubular casing 2, as illustrated by the .
  • the actuator 1 also includes a stress sensor 11.
  • the stress sensor 11 is mounted integrally with the tubular casing 2 and is configured to know, at any instant, the forces applied to the actuator 1 and in particular the forces applied to the output shaft 3.
  • the sensor 11 can also be connected to the rotating collector 8 to exchange data with a remote control unit.
  • sensor 11 is a strain gauge.
  • motor 5 rotates output shaft 3.
  • the reducer 4 makes it possible to modify the torque supplied by the output shaft 3 as a function of the torque generated by the motor 5.
  • the transmission of information and power can be ensured between several actuators 1 mounted in series in a robotic arm 110, thanks to the presence of the rotating collector 8.
  • the cables maintain zero twist since they pass through the output shaft 3 which is hollow.
  • the weight/power ratio offered by the actuator 1 which has just been described is greater than that of the actuators of the prior art.
  • the architecture of the actuator according to the invention allows a saving in size of around 15% on the diameter, and around 20% on the length, and a weight saving greater than 10 %, compared to the actuators of the prior art.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un actionneur pour bras robotisé (110) comprenant : - un carter tubulaire; - un arbre de sortie s'étendant dans le carter tubulaire; - un moteur monté dans le carter tubulaire; - une connectique d'entrée située hors du carter tubulaire, et - une connectique de sortie située dans le carter tubulaire et reliée à la connectique d'entrée par des moyens de connexion électrique, les moyens de connexion comprenant un collecteur tournant, et l'arbre de sortie est creux.

Description

    Actionneur pour bras robotisé
  • Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication des systèmes de cobotique.
  • Plus précisément, l’invention concerne en particulier, mais non exclusivement, un actionneur pour bras robotisé.
  • Les bras robotisés peuvent être utilisés pour diverses tâches.
  • L’une de ces tâches est l’assistance aux personnes handicapées.
  • En effet, certains handicaps réduisent la faculté des personnes à pouvoir utiliser leur bras pour saisir des objets et les déplacer.
  • Les cobots, dénomination désignant les membres robotisés destinés à interagir avec un utilisateur, sont alors utilisés pour permettre aux personnes handicapées de retrouver de l’autonomie dans leurs gestes.
  • A titre d’exemple, les bras robotisés peuvent être montés sur des fauteuils roulants pour permettre à leurs utilisateurs de se saisir d’objets et de les manipuler lorsque leurs propres bras ne le permettent pas.
  • Le document de brevet publié sous le numéro EP2355958 décrit un bras robotisé adaptable à un fauteuil roulant.
  • Les bras robotisés connus présentent une pluralité de tronçons articulés les uns par rapport aux autres.
  • Les articulations sont notamment formées par des actionneurs.
  • Classiquement, un actionneur comprend un moteur associé à un réducteur.
  • Le moteur permet de déplacer deux tronçons l’un par rapport à l’autre et le réducteur permet d’augmenter le couple fourni par le moteur pour accroître la force du bras robotisé.
  • Cependant, les actionneurs utilisés présentent de nombreux défauts.
  • Premièrement, ils sont limités dans leurs degrés de liberté.
  • En d’autres termes, lorsque plusieurs actionneurs sont montés dans le bras robotisé, ils sont positionnés en série depuis une première extrémité du bras jusqu’à une deuxième extrémité.
  • Les câbles destinés à alimenter en énergie et consignes les actionneurs doivent donc traverser le bras robotisé.
  • Aussi, pour éviter les risques de torsion et d’emmêlement des câbles la rotation des articulations est limitée.
  • Cela complexifie alors la programmation puisqu’il est nécessaire de veiller à garder une orientation particulière de certains tronçons lors du déplacement du bras robotisé, tout en limitant l’amplitude de mouvement du bras pour ne pas gêner des personnes évoluant autour du bras robotisé.
  • A titre d’exemple, lorsque l’objet saisi en bout de bras robotisé est un verre ou un pot ouvert, il est nécessaire de conserver constante l’orientation du verre ou du pot, ou quasiment, pour permettre son déplacement sans renverser son contenu.
  • Selon la position de départ du bras lorsqu’il saisit le verre ou le pot, le déplacement peut s’avérer compliqué.
  • Deuxièmement, lorsqu’ils sont montés sur des fauteuils roulants, les bras robotisés doivent présenter un esthétisme et un encombrement appropriés. En outre les bras robotisés doivent également être légers et faiblement consommateurs d’énergie électrique pour réduire le dimensionnement de la ou des batteries du fauteuil roulant.
  • Dès lors, la taille des articulations contraint la puissance développée par les actionneurs.
  • En effet, pour augmenter la puissance d’un actionneur, sans augmenter de manière démesurée son coût, une solution répandue est d’augmenter la taille de l’actionneur, notamment du moteur et/ou du réducteur.
  • Or, l’augmentation de la taille des actionneurs impacte directement l’esthétisme et l’usage du bras robotisé. Par ailleurs, la taille des actionneurs impacte également les performances du bras robotisé.
  • Au détriment de l’esthétisme et de l’encombrement, les bras robotisés sont développés pour offrir l’usage souhaité.
  • Troisièmement, les actionneurs nécessitent d’être entretenus tout au long de leur vie.
  • Cet entretien s’avère particulièrement long, coûteux et fastidieux étant donné le nombre élevé de pièces contenues dans les actionneurs.
  • En effet, afin de maximiser le ratio entre la puissance développée et le poids de l’actionneur, de nombreuses pièces d’usure, tels que les roulements, sont utilisés.
  • Or ces pièces d’usure, comme leur nom l’indique, s’usent à mesure de l’utilisation des bras robotisés. L’entretien est donc nécessaire mais problématique car, mis à part le coût de la prestation, il nécessite une immobilisation longue du bras robotisé.
  • L’invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’art antérieur.
  • Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un actionneur pour bras robotisé, dont la conception permet de limiter son poids et sa taille tout en augmentant sa puissance développée.
  • L’invention a également pour objectif de fournir un tel actionneur qui permette de réaliser des articulations offrant une plus grande amplitude de mouvements que celles de l’art antérieur.
  • L’invention a en outre pour objectif de fournir un tel actionneur qui soit fiable et dont la maintenance est simplifiée comparativement aux actionneurs de l’art antérieur.
  • Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet un actionneur pour bras robotisé comprenant :
    • un carter tubulaire s’étendant le long d’un axe principal ;
    • un arbre de sortie s’étendant dans le carter tubulaire le long de l’axe principal ;
    • un réducteur couplé à l’arbre de sortie ;
    • un moteur monté dans le carter tubulaire et comprenant un stator solidaire du carter tubulaire et un rotor couplé au réducteur ;
    • une connectique d’entrée située hors du carter tubulaire, et
    • une connectique de sortie située dans le carter tubulaire et reliée à la connectique d’entrée par des moyens de connexion électrique,
    caractérisé en ce que les moyens de connexion comprennent un collecteur tournant, et en ce que l’arbre de sortie est creux pour permettre le passage de câbles joignant les moyens de connexion à un dispositif externe à l’actionneur,
    et en ce que l’actionneur comprend des moyens de guidage en rotation de l’arbre de sortie, intercalés entre l’arbre de sortie et le carter tubulaire, ces moyens de guidage comprenant un premier organe et un deuxième organe, le moteur et le réducteur étant positionnés entre le premier organe et le deuxième organe, le carter tubulaire présentant trois parties aboutées long de l’axe principal, dont une partie centrale, une première partie latérale et une deuxième partie latérale, la partie centrale étant reçue entre la première partie latérale et la deuxième partie latérale, chaque partie latérale comprenant un épaulement de réception des moyens de guidage, la première partie latérale présentant un support conique s’étendant en s’amincissant en direction de l’axe principal, l’épaulement de la première partie latérale étant pratiqué à une extrémité distale de plus faible diamètre du support conique.
  • L’utilisation d’un arbre de sortie creux combiné à la présence d’un connecteur tournant permet de rendre l’actionneur plus compact que ceux de l’art antérieur.
  • Cela bénéficie également à l’allègement du poids de l’actionneur, ce qui améliore le rapport poids/puissance comparativement aux actionneurs de l’art antérieur.
  • De plus l’utilisation de l’arbre creux et du collecteur tournant permet de monter plusieurs actionneurs en série dans un bras robotisé tout en rendant possible la rotation sur plusieurs tours de deux parties du bras l’une par rapport à l’autre.
  • En effet, les risques de torsion des câbles sont annulés par le fait qu’ils traversent l’arbre de sortie. En outre, cela réduit la limitation de mouvement d’un bras pourvu d’actionneurs puisque les câbles ne risquent pas de former une gêne à la mobilité dudit bras.
  • Les moyens de guidage en rotation permettent d’éviter une flexion de l’arbre de sortie, ce qui pourrait conduire à un endommagement de l’actionneur.
  • En outre, les moyens de guidage fiabilisent l’actionneur.
  • Grâce au positionnement du moteur et du réducteur, l’arbre de sorti est guidé au voisinage de ses extrémités, ce qui réduit encore les risques de flexion.
  • Le support conique permet de limiter la taille du premier organe de guidage, ce qui limite encore le poids de l’actionneur au bénéfice de son encombrement. Cela bénéficie alors également à l’esthétisme du bras robotisé qui peut être plus compact.
  • Selon un aspect avantageux, l’actionneur comprend également un capteur de contraintes configuré pour connaître, à tout instant, les efforts appliqués sur l’arbre de sortie.
  • Cela permet notamment de suivre l’activité de l’actionneur et de déterminer la contrainte d’une articulation dans laquelle est monté l’actionneur.
  • Selon un autre aspect avantageux, le capteur de contraintes est monté solidaire du carter tubulaire.
  • Cela permet un accès facile au capteur de contraintes pour sa maintenance si nécessaire.
  • En outre, en étant solidaire du carter tubulaire, il n’est pas soumis à un mouvement qui pourrait lui être néfaste dans l’acquisition de données.
  • Selon un autre aspect avantageux, le deuxième bouchon est solidaire de l’arbre de sortie, le deuxième organe étant intercalé entre deuxième bouchon et la deuxième partie latérale.
  • Cela favorise également l’adaptabilité de l’actionneur au besoin.
  • En effet, pour un besoin spécifique, il peut être nécessaire d’adapter l’actionneur. Le changement du deuxième bouchon permet cela, de manière rapide.
  • Selon un autre aspect avantageux, l’un au moins du premier organe et du deuxième organe est un roulement.
  • L’utilisation de roulement permet un guidage efficace pour un faible encombrement.
  • Selon un autre aspect avantageux, l’un au moins du premier organe et du deuxième organe est un palier lisse.
  • L’utilisation d’un palier lisse réduit encore le poids de l’actionneur.
  • Selon un autre aspect avantageux, le collecteur tournant inclut :
    • une première partie portant au moins trois pistes métalliques, et
    • une deuxième partie portant au moins trois balais destinés à coopérer chacun avec l’une des pistes métalliques.
  • Deux pistes peuvent alors être utilisées pour la transmission d’un courant de puissance entre plusieurs actionneurs montés en série, tandis que la troisième piste peut permettre le passage d’un courant de consigne permettant le pilotage de l’actionneur.
  • L’invention concerne également un bras robotisé comprenant au moins deux tronçons articulés l’un par rapport à l’autre par l’intermédiaire
  • Comparativement aux bras robotisés de l’art antérieur, un bras robotisé selon l’invention offre une meilleure force pour un poids inférieur ou à tout le moins égal.
  • D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, donné à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés décrits ci-après.
  • La est une représentation schématique d’un fauteuil roulant portant un bras robotisé ayant au moins une articulation formée par un actionneur selon l’invention.
  • La est une représentation schématique en perspective d’un actionneur selon l’invention.
  • La est une représentation schématique en coupe longitudinale d’un actionneur selon l’invention.
  • La est une représentation schématique simplifiée en éclaté d’un actionneur selon l’invention.
  • La est une représentation schématique en coupe longitudinale d’un éclaté d’un carter tubulaire de l’actionneur selon l’invention.
  • La est une représentation schématique en coupe longitudinale d’un collecteur tournant électrique de l’actionneur selon l’invention, cette vue présentant un médaillon de détail à échelle agrandie.
  • La illustre un fauteuil roulant 100 pourvu d’un bras robotisé 110 comprenant au moins un actionneur 1 selon l’invention (illustré par les figures 2 à 6). Un actionneur 1 selon l’invention est notamment utilisé pour former une articulation 120 du bras robotisé 110.
  • Plus précisément, l’actionneur 1 est utilisé pour former une articulation 120 entre deux tronçons du bras robotisé 110.
  • La illustre un actionneur 1 selon l’invention.
  • L’actionneur 1 comprend :
    • un carter tubulaire 2 ;
    • un arbre de sortie 3 ;
    • un réducteur 4 couplé à l’arbre de sortie 3 ;
    • un moteur 5 ;
    • une connectique d’entrée 6, et
    • une connectique de sortie 7 située dans le carter tubulaire 2 et reliée à la connectique d’entrée par des moyens de connexion électrique.
  • Tel que cela est illustré par la , le carter tubulaire s’étend le long d’un axe principal A.
  • Toujours en référence à la , l’arbre de sortie 3 est creux et s’étend dans le carter tubulaire 2 le long de l’axe principal A.
  • Le fait que l’arbre de sortie 3 soit creux permet le passage de câbles C joignant les moyens de connexion à un dispositif externe à l’actionneur 1, comme expliqué ci-après.
  • Le moteur 5 est monté dans le carter tubulaire 2.
  • Plus précisément, le moteur 5 comprend un stator 501 solidaire du carter tubulaire 2 et un rotor 502 couplé au réducteur 4.
  • Le couplage du rotor 502 avec le réducteur 4 permet de faire varier la vitesse de rotation de l’arbre de sortie 3 par rapport à la vitesse de rotation du moteur 5.
  • Tel que cela est visible sur la , le stator 501 porte une bobine 503 électrique et le rotor 502 porte une pluralité d’aimants 504 destinés à coopérer avec un champ magnétique généré par la bobine 503 du stator 501 afin de faire tourner le rotor 502.
  • En référence à la , la connectique d’entrée 6 est située hors du carter tubulaire 2. En revanche, la connectique de sortie 7 est située dans le carter tubulaire 2. Plus précisément, la connectique de sortie 7 est située dans l’arbre de sortie 3.
  • Les moyens de connexion comprennent un collecteur tournant 8.
  • L’utilisation d’un collecteur 8 tournant permet d’annuler, c’est-à-dire d’éviter, la torsion des câbles C traversant l’actionneur 1, notamment pour le montage en série de plusieurs actionneurs 1.
  • En référence à la , le collecteur tournant 8 inclut :
    • une première partie 801 portant au moins trois pistes métalliques 802, et
    • une deuxième partie 803 portant au moins trois balais 804 destinés à coopérer chacun avec l’une des pistes métalliques 802.
  • Deux pistes métalliques 802 peuvent notamment être dédiées au passage d’un courant électrique d’alimentation permettant d’alimenter plusieurs actionneurs 1 montés en série.
  • Une troisième des pistes métalliques 802 peut, quant à elle, être utilisée pour le passage d’un courant de commande pour le pilotage de l’actionneur 1.
  • D’autres pistes métalliques 802 peuvent notamment être prévues pour permettre le passage de courants de commande vers d’autres actionneurs 1.
  • Tel que cela est illustré par les figures 3 et 4, l’actionneur 1 comprend également des moyens de guidage en rotation de l’arbre de sortie 3.
  • Ces moyens de guidage sont intercalés entre l’arbre de sortie 3 et le carter tubulaire 2.
  • Plus précisément, les moyens de guidage en rotation comprennent un premier organe 9 et un deuxième organe 10.
  • Le premier organe 9 et le deuxième organe 10 sont positionnés de telle sorte que le moteur 5 et le réducteur 4 soient positionnés entre le premier organe 9 et le deuxième organe 10.
  • Cela bénéficie à la compacité de l’actionneur 1, et à la qualité de guidage en rotation de l’arbre de sortie 3.
  • Selon un aspect, l’un au moins du premier organe 9 et du deuxième organe 10 est un roulement.
  • Selon le mode de réalisation illustré par la , chacun du premier organe 9 et du deuxième organe 10 est un roulement. Les roulements peuvent être des roulements à billes, des roulements à aiguilles, des roulements coniques, des roulements à billes à contact oblique, ou tout autre type de roulement.
  • En variante non représentée sur les figures, l’un au moins du premier organe 9 et du deuxième organe 10 est un palier lisse.
  • Les moyens de guidage en rotation peuvent comprendre d’autres organes 11, par exemple intercalée entre l’arbre de sortie 3 et le rotor 502.
  • En référence aux figures 4 et 5, le carter tubulaire 2 présente au moins trois parties aboutées long de l’axe principal A.
  • Plus précisément, le carter tubulaire 2 comprend une partie centrale 201, une première partie latérale 202 et une deuxième partie latérale 303.
  • La partie centrale 201 est reçue entre la première partie latérale 202 et la deuxième partie latérale 203.
  • Chaque partie latérale 202, 203 comprend un épaulement 204 de réception des moyens de guidage.
  • Plus spécifiquement, tel qu’illustré par la , la première partie latérale 202 présente un support conique 205 s’étendant vers l’intérieur du corps tubulaire 2, c’est-à-dire s’amincissant en direction de l’axe principal A, l’épaulement 204 étant pratiqué dans ledit support conique 205. Plus précisément, l’épaulement 204 de la première partie latérale 202 est pratiqué à une extrémité distale de plus faible diamètre du support conique 205.
  • En référence à la vue éclatée de la , le carter tubulaire 2 est fermé à une première extrémité 206 par un premier bouchon 207 et, à une deuxième extrémité 208, par un deuxième bouchon 209.
  • Le premier bouchon 207 et le deuxième bouchon 209 permettent de rendre hermétique l’actionneur 1 à d’éventuelles poussières ou saletés qui pourraient nuire à son bon fonctionnement et entraîner une intervention de maintenance, donc une immobilisation du bras robotisé 110 contenant l’actionneur 1 défaillant.
  • Pour faciliter le montage et l’entretien de l’actionneur 1, le deuxième bouchon 209 est solidaire de l’arbre de sortie 3.
  • Le deuxième organe 10 est alors intercalé entre deuxième bouchon 209 et la deuxième partie latérale 203 du carter tubulaire 2, tel que cela est illustré par la .
  • Selon le mode de réalisation illustré par la , l’actionneur 1 comprend également un capteur de contrainte 11. Le capteur de contraintes 11 est monté solidaire du carter tubulaire 2 et est configuré pour connaître, à tout instant, les efforts appliqués sur l’actionneur 1 et notamment les efforts appliqués sur l’arbre de sortie 3.
  • Le capteur 11 peut également être relié au collecteur tournant 8 pour échanger des données avec une unité de pilotage distante.
  • A titre d’exemple illustratif et non limitatif, le capteur 11 est une jauge de contraintes.
  • En fonctionnement, le moteur 5 entraîne en rotation l’arbre de sortie 3.
  • Le réducteur 4 permet de modifier le couple fourni par l’arbre de sortie 3 en fonction du couple généré par le moteur 5.
  • La transmission des informations et de la puissance peut être assurée entre plusieurs actionneurs 1 montés en série dans un bras robotisé 110, grâce à la présence du collecteur tournant 8.
  • En effet, les câbles conservent une torsion nulle puisqu’ils traversent l’arbre de sortie 3 qui est creux.
  • Dès lors, ils ne sont pas soumis à une éventuelle torsion engendrée par la rotation de l’arbre de sortie 3.
  • Par ailleurs, le rapport poids/puissance offert par l’actionneur 1 qui vient d’être décrit est supérieur à celui des actionneurs de l’art antérieur.
  • Cela s’explique notamment par le fait que l’encombrement est réduit grâce à l’architecture développée et la position des différentes pièces.
  • A titre indicatif, l’architecture de l’actionneur selon l’invention permet un gain d’encombrement de l’ordre de 15 % sur le diamètre, et d’environ 20% sur la longueur, et un gain de poids supérieur à 10%, comparativement aux actionneurs de l’art antérieur.
  • Des tests ont permis également permis de mettre en évidence que, malgré des dimensions inférieures et un poids inférieur aux actionneurs de l’art antérieur, l’actionneur 1 selon l’invention présente :
    • un couple continu supérieur de 50 % ;
    • un couple maximal supérieur de 13% environ,
    • une vitesse de rotation maximale de l’arbre de sortie supérieure de 265 %.

Claims (7)

  1. Actionneur (1) pour bras robotisé (110) comprenant :
    • un carter tubulaire (2) s’étendant le long d’un axe principal (A) ;
    • un arbre de sortie (3) s’étendant dans le carter tubulaire (2) le long de l’axe principal (A) ;
    • un réducteur (4) couplé à l’arbre de sortie (3) ;
    • un moteur (5) monté dans le carter tubulaire (2) et comprenant un stator (501) solidaire du carter tubulaire (2) et un rotor (502) couplé au réducteur (4) ;
    • une connectique d’entrée (6) située hors du carter tubulaire (2), et
    • une connectique de sortie (7) située dans le carter tubulaire (2) et reliée à la connectique d’entrée (6) par des moyens de connexion électrique,
    caractérisé en ce que les moyens de connexion comprennent un collecteur (8) tournant, et en ce que l’arbre de sortie (3) est creux pour permettre le passage de câbles (C) joignant les moyens de connexion à un dispositif externe à l’actionneur (1),
    et en ce qu’il comprend des moyens de guidage en rotation de l’arbre de sortie (3), intercalés entre l’arbre de sortie (3) et le carter tubulaire (2), ces moyens de guidage comprenant un premier organe (9) et un deuxième organe (10), le moteur (5) et le réducteur (4) étant positionnés entre le premier organe (9) et le deuxième organe (10), le carter tubulaire (2) présentant trois parties aboutées long de l’axe principal (A), dont une partie centrale (201), une première partie latérale (202) et une deuxième partie latérale (303), la partie centrale (201) étant reçue entre la première partie latérale (202) et la deuxième partie latérale (203), chaque partie latérale (202, 203) comprenant un épaulement (204) de réception des moyens de guidage, la première partie latérale (202) présentant un support conique (205) s’étendant en s’amincissant en direction de l’axe principal (A), l’épaulement (204) de la première partie latérale (202) étant pratiqué à une extrémité distale de plus faible diamètre du support conique (205).
  2. Actionneur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend également un capteur de contraintes (11) configuré pour connaître, à tout instant, les efforts appliqués sur l’arbre de sortie (3).
  3. Actionneur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le capteur de contraintes (11) est monté solidaire du carter tubulaire (2).
  4. Actionneur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’un au moins du premier organe (9) et du deuxième organe (10) est un roulement.
  5. Actionneur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’un au moins du premier organe (9) et du deuxième organe (10) est un palier lisse.
  6. Actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur (8) tournant inclut :
    • une première partie (801) portant au moins deux pistes métalliques (802), et
    • une deuxième partie (803) portant au moins trois balais (804) destinés à coopérer chacun avec l’une des pistes métalliques (802).
  7. Bras robotisé (110) comprenant au moins deux tronçons articulés l’un par rapport à l’autre par l’intermédiaire d’un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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