Les travaux présentés dans les chapitres précédents traitent principalement du transfert de technologie depuis le domaine de la robotique vers celui de la machine-outil. Pour le mécanisme H4 et ses deux variantes, l’exposé est légèrement différent. Comme cette architecture est nouvelle, il n’existe pas encore d’application dans le domaine de la robotique, pas plus que dans celui de la machine-outil.
V.5.1. Robotique de manipulation.
Dans le domaine de la robotique de manipulation (pick and place), les domaines d’application du H4 sont ceux du robot Delta. Nous pouvons effectuer quelques comparaisons entre ces deux structures.
V.5.1.1. Motorisation rotative.
Pour les solutions à motorisation rotative (Figure V-13 pour le H4s et Figure I-8 pour le robot Delta), la nacelle du H4s ne peut pas effectuer plus d’un quart de tour dans le sens des angles positifs et négatifs alors que l’organe terminal du Delta, de par son quatrième axe indépendant peut effectuer un tour complet dans sa version de base. Comme, dans le concept H4, la rotation de la nacelle est couplée avec les translations, pour une plage angulaire donnée de variation des moteurs (toutes dimensions étant égales par ailleurs), le volume de travail est plus petit que celui du Delta, d’autant plus petit que la plage de variation de l’orientation de la nacelle est grande. Cependant, la dynamique du Delta est pénalisée par la présence de la chaîne passive qui transmet la rotation.
Figure V-13 : H4 symétrique à motorisation rotative.
Le principal point faible du robot présenté sur la Figure V-13 est l’amplitude de la rotation de l’organe terminal. Nous proposons maintenant deux dispositions constructives
permettant d’obtenir des rotations de 360 degrés au niveau de l’organe terminal afin d’obtenir une machine compétitive par rapport au robot Delta :
• De par sa conception, les rotations du robot H4 symétrique présenté sont limitées à
45
± degrés. Pour les orientations de pick and place, il est préférable de pouvoir effectuer un tour complet. Une manière de réaliser cela est d’utiliser deux actionneurs rotatifs bistables (voir Figure V-14) montés en série avant l’effecteur. L’un de ces actionneurs doit avoir une course angulaire de 180 degrés et l’autre une course angulaire de 90 degrés. Ainsi, le fonctionnement du robot H4s est garanti sur les quatre quadrants. Le poids des deux actionneurs bistables montés en série avec la nacelle augmente l’amplitude des rotations mais risque de pénaliser fortement les performances dynamiques de la nacelle.
• Une autre variante de la cinématique de la nacelle présentée sur la Figure V-15 permet de réaliser des rotations de 360 degrés afin de disposer d’un robot directement concurrent du Delta en faisant intervenir un couplage entre la rotation de la barre centrale et la rotation de la pince (voir Figure V-16). Cette solution repose sur l’utilisation d’un train de deux engrenages (ou de deux poulies crantées et courroie crantée) dont le premier est fixé sur une des barres latérales du H et le deuxième en liaison pivot par rapport à la barre centrale du H. Si l’amplitude souhaitée pour la rotation est de 360°, le rapport de réduction est de 0.25.
Actionneur rotatif bistable Amplitude de la rotation 180°
Actionneur rotatif bistable Amplitude de la rotation 90°
Figure V-14 : Utilisation d’actionneurs rotatifs bistables.
S U/S S U/S S U/S S U/S Bas e N ac el le S U/S S U/S S U/S S U/S R R P/R P/R P/R P/R R P inc e 4:1
Figure V-16 : Graphe d’agencement pour une rotation obtenue par couplage.
V.5.1.2. Motorisation linéaire.
Pour les solutions à motorisation linéaire, le H4a (Figure V-17) est une solution intéressante. En effet, sur les robots de type Triaglide ou même Delta linéaire, il est quasi- impossible de rajouter une chaîne cinématique supplémentaire pour obtenir un degré de liberté de rotation de la nacelle.
Figure V-17 : H4 asymétrique à motorisation linéaire.
V.5.2. Usinage.
Dans le domaine de l’usinage l’architecture H4 présente également un intérêt. A priori, les solutions avec une motorisation rotative ne sont pas adaptées à ce type d’application, car, comme nous l’avons vu précédemment, les architectures avec motorisation linéaire conviennent mieux en termes de rigidité (elles ne comportent pas d’élément en flexion). Dans ce domaine, le H4 asymétrique s’impose naturellement par rapport au H4 symétrique car sa conception est beaucoup plus simple. En effet, il comporte moins de pièces et de liaisons que le concept symétrique. Il est donc plus simple à concevoir, plus précis et plus rigide.
Pour l’usinage 3 axes (3 translations), il est clair que l’architecture H4 n’est pas compétitive par rapport à l’architecture Delta linéaire. En effet, l’architecture H4 dispose d’un
degré de liberté supplémentaire par rapport à la tâche qui reste inutilisé, ce qui n’est pas le cas de l’architecture Delta linéaire.
Par contre, pour l’usinage 5 axes, les solutions parallèles existantes ne sont pas satisfaisantes en raison des remarques que nous avons formulées dans le deuxième chapitre. Une solution à base de H4 asymétrique complétée d’un axe rotatif sur la pièce ou sur la broche (Figure V-18) nous semble être un bon compromis. L’intérêt d’une telle solution réside dans la suppression des têtes rotatives deux axes qui posent des problèmes de rigidité.
L’axe rotatif supplémentaire peut donc être ajouté sur la table de la machine (voir Figure I-6) ou entre la broche et la nacelle (voir Figure V-18) en fonction de l’utilisation de la machine. En effet, pour la production en grande série de pièces de taille classique (typiquement industrie automobile), il est préférable de choisir la solution comportant une table rotative car la dynamique de cette solution est meilleure et a priori comparable à celle de la machine UraneSX. Par contre, pour l’usinage de pièces longues en petite série (typiquement industrie aéronautique) l’utilisation d’une table rotative n’est pas concevable. Nous préférerons donc la solution de la Figure V-18 qui permet d’avoir une très grande course de la nacelle dans la direction des glissières mais au détriment de la dynamique. Ce dernier point n’est pas rédhibitoire car la dynamique de la machine est malgré tout meilleure que celle des architectures série de type portique existantes (Figure I-5), la tête rotative deux axes a été supprimée et les exigences sur les performances dynamiques de ces machines sont moins importantes. uH Z X Y Outil Broche Plate-forme mobile Moteur pour orientation de la broche Rotation de la structure parallèle
Figure V-18 : Exemple de machine 5 axes.