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EP1365887A1 - Dispositif cinematique de support et de deplacement programmable d'un element terminal dans une machine ou un instrument - Google Patents

Dispositif cinematique de support et de deplacement programmable d'un element terminal dans une machine ou un instrument

Info

Publication number
EP1365887A1
EP1365887A1 EP02710747A EP02710747A EP1365887A1 EP 1365887 A1 EP1365887 A1 EP 1365887A1 EP 02710747 A EP02710747 A EP 02710747A EP 02710747 A EP02710747 A EP 02710747A EP 1365887 A1 EP1365887 A1 EP 1365887A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nacelle
terminal element
guided
support
joints
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.)
Withdrawn
Application number
EP02710747A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Markus Thurneysen
Reymond Clavel
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.)
Willemin Machines SA
Original Assignee
Willemin Machines SA
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 Willemin Machines SA filed Critical Willemin Machines SA
Priority to EP02710747A priority Critical patent/EP1365887A1/fr
Publication of EP1365887A1 publication Critical patent/EP1365887A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/48—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs
    • B23Q1/4852—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs a single sliding pair followed perpendicularly by a single rotating pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
    • B23Q1/545—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces
    • B23Q1/5462—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces with one supplementary sliding pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base
    • B25J9/0039—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base with kinematics chains of the type prismatic-spherical-spherical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T409/00—Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/306664—Milling including means to infeed rotary cutter toward work
    • Y10T409/307672—Angularly adjustable cutter head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20329—Joint between elements
    • Y10T74/20335—Wrist

Definitions

  • Kinematic device for programmable support and displacement of a terminal element in a machine or instrument
  • the present invention belongs to the technical field of kinematic support and displacement devices which make it possible to control in a programmable manner and with high precision displacements in translation and / or in rotation of a terminal element in a predetermined working field.
  • the terminal element can be a machining tool (spindle, laser, water jet, EDM, etc.) or a workpiece carrier in the case where the device is incorporated in a machining center, for example, or a gripping instrument, an assembly tool, a measurement sensor, a user interface for a force feedback joystick, an antenna, a camera holder, etc., in the case of transfer machines, assembly robots, packaging machines, measuring instruments, medical instruments, etc., or any device where high precision positioning and displacement and / or high dynamics is required.
  • machining tool spindle, laser, water jet, EDM, etc.
  • a workpiece carrier in the case where the device is incorporated in a machining center, for example, or a gripping instrument, an assembly tool, a measurement sensor, a user interface for a force feedback joystick, an antenna, a camera holder, etc., in the case of transfer machines, assembly robots, packaging machines, measuring instruments, medical instruments, etc., or any device where high precision positioning and displacement and / or
  • the aim of the present invention is to propose a device with parallel kinematics which responds better and more generally to the needs indicated above than the known devices and which in particular offers rapidity and working precision as high as possible while allowing the displacement of the terminal element in a working field having as large a volume as possible and ensuring a homogeneous behavior in this working volume.
  • the present invention relates to a kinematic device for the programmable support and displacement of a terminal element in a machine or an instrument comprising a fixed base defining a reference plane, this device comprising a support and displacement structure with at at least two rigid legs connected by one end to members guided so as to move each according to a degree of freedom relative to the base, and by the other end to a nacelle itself linked to said terminal element, the connections between the legs and the nacelle on the one hand and between the legs and the guided organs on the other hand being joints, and the movement of said guided organs making it possible to move said nacelle at will in a predetermined working space, this device being characterized in that that, to ensure pivoting movements of the terminal element around an axis belonging to the nacelle, the structure of support and displacement comprises an auxiliary structure formed of at least two rigid elements and articulations, leaning on the base independently of the legs, exerting on the terminal element a resulting force whose projection in a plane perpendicular to said
  • Said auxiliary structure may comprise at least one member guided so as to move in a degree of freedom relative to the base, the device possibly comprising means for moving the nacelle in a direction parallel to that of the pivot axis of the terminal element, these means being combined with said auxiliary structure.
  • Said auxiliary structure may comprise at least one intermediate articulation, which may be a pivoting articulation, and at least one rigid connecting element controlling a degree of freedom of the terminal element resulting from the intermediate articulation; said rigid control element being able to be articulated between said intermediate articulation and a member guided by a leg of said support and displacement structure, the terminal element being rigidly connected to the nacelle; and the intermediate articulation can be mounted on a rigid element, the latter being pivotally mounted on the nacelle or on one end element.
  • said rigid control element can be articulated between said intermediate articulation and a member guided by a leg of said support and displacement structure, the terminal element being pivotally mounted on the nacelle.
  • said rigid control element is articulated between the intermediate articulation and the nacelle, the terminal element being pivotally mounted on the latter.
  • At least part of the joints are ball joints, and said support and displacement structure is arranged so as to allow displacements of the terminal element in three directions of space, the workspace extending to a volume determined by the amplitude of the movements of said guided members.
  • At least three of the useful joints are pivot joints, the pivot axes being parallel, and the working space is limited to a surface contained in a plane perpendicular to said reference plane and to the direction of the pivot axes; the machine or the instrument being able to comprise a support capable of being displaced in a direction parallel to that of said pivot axes and intended to receive a part on which the terminal element acts.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a first embodiment of the device
  • FIG. 2 is an overall perspective view of a first variant of the first embodiment
  • FIG. 3 is an overall perspective view of a second embodiment
  • FIG. 4 is an elevation view of a variant of the second embodiment
  • FIG. 5 is an overall perspective view of a third embodiment
  • FIG. 6 is an elevation view of a variant of the third embodiment
  • FIG. 7 is an overall perspective view of a fourth embodiment
  • FIG. 8 is an overall perspective view of a variant of the fourth embodiment
  • FIG. 9 is a perspective view of an application to a machine tool of a variant of the second embodiment
  • Figure 10 is an overall perspective view of a second variant of the first embodiment of the device.
  • the expression “useful articulation” means an articulation necessary for the functioning of the device to which it is attached, as opposed to articulations which allow internal mobility, as for example in the case of a bar provided of two ball joints at its ends and which has the possibility of turning on itself, which brings no functionality.
  • the terminal element can be a clamp, or a suction cup, or any other type of gripping member.
  • this terminal element can be either a spindle carrying a milling cutter, a grinding wheel, a drill bit, a workpiece holder, etc., or a water jet device, laser cutting, EDM, deburring, sandblasting, painting, polishing, etc.
  • the machine can be equipped with grippers and machining tools on board the terminal element, for example mounted on a revolver head, or associated with an active or passive tool changer (either a stock of tools and / or of workpiece carriers).
  • the terminal element is symbolized by a motor body which is rigidly associated with a rigid part called a nacelle, this part of the structure support and displacement.
  • a nacelle this part of the structure support and displacement.
  • the devices described in each case include a reference base 1 which in most cases remains fixed. This will generally be materialized by one or more flat surfaces connected to the base of the machine, but of course this or these base surfaces could also be curved. It is essential, however, for the consistency of the description, that they define a Cartesian frame of reference, from which the x, y, z axes of the workspace are determined. Subsequently we consider that the axes x and y of this Cartesian frame of reference are defined in the plane of the base of the device, and that the direction y is parallel to the axis of rotation of the nacelle.
  • the devices shown schematically in Figures 1 and 2 are simplified devices, in which the number of structural elements is reduced.
  • the working space that the terminal element can travel is not so large, equal to the other dimensions than that which allows the device of Figure 3, for example, but the reduction in weight of the mobile elements obtained by simplifying the structure, it opens up specific employment possibilities, for example for applications where precision is paramount.
  • a prismatic guide 2 In the flat base surface 1 of the device shown in FIG. 1 is arranged a prismatic guide 2, rectilinear and with a degree of freedom in translation, defining a direction which, by convention, is called direction x.
  • Two motorized slides 3 and 4 are mounted on the guide 2 so that the control of the movement of these slides makes it possible to move them independently of one another in the x direction.
  • Each of the slides 3 and 4 carries at its two ends, that is to say on a line which remains substantially perpendicular to x, two ball joints 5, respectively 6, which serve as support and articulation on the slide at pairs of rigid support bars 7, respectively 8, the upper ends of each of these pairs of support bars support in turn carrying two pairs of ball joints 9, respectively 10, articulating a nacelle 11 on the two legs formed by the pairs of bars 7 and 8.
  • the two bars of each pair 7 or 8 are preferably parallel.
  • the nacelle 11 is here represented by a block in the shape of a rectangular parallelepiped whose rectangular lower surface carries at each of its four angles one of the ball joints 9 or 10.
  • the ball joints 9 or 10 can also be located anywhere in the parallelepiped volume of the nacelle 11, provided however that the two ball joints 9, respectively 10, of a pair are placed on a straight line parallel to the axis of rotation of the nacelle 11.
  • a terminal element (active or passive member) 21 for example a spindle carrying a cutter or other rotary tool, the axis of rotation of which can be arbitrarily oriented relative to the nacelle.
  • the device further comprises an auxiliary structure which controls the two residual degrees of freedom of the nacelle and therefore of the terminal element 21.
  • This structure comprises on the one hand a pivoting bar 14, intended for controlling the pivoting of the nacelle , and on the other hand a side bar 18, intended for controlling the degree of freedom of the nacelle in the y direction.
  • the pivot bar 14 is articulated, at one of its ends, by means of a ball joint 13, on a motorized slide 12, arranged to move on the prismatic guide 2, outside the grip of the slides 3 and 4 for controlling the legs 7 and 8. It is articulated at its other end, by means of a ball joint 15, at the end of an element 20 secured to the nacelle 11 and projecting laterally with respect to it.
  • This arrangement makes it possible to maintain throughout the working field an angle very close to normal between the direction of the force acting on the terminal element for its pivoting under the action of the slide 12 and the straight line passing through the ball joints 10 and 15 , 3 3 P- • d ⁇ Pi »d
  • This arrangement is sufficient to fully control the positioning of the terminal element 21 throughout the working space.
  • the slides can be designed as carriages driven by a motor whose drive member meshes in a fixed rack, or by a ball screw, or a chain traction system or by a linear or other motor.
  • the ball joints 5, 6, 9, 10, 13, 15, 17 and 19 ensure the articulation of a bar on the part which carries it or on that which it carries around any axis with an amplitude which depends of its construction. They can be of the cardan type.
  • the device of Figure 1 can be constructed so as to achieve and control the exact positioning of the terminal element 21 not only at any point in a predetermined xyz workspace but also with a predetermined orientation of the axis of the terminal element about a pivot axis parallel to the direction y.
  • the nacelle 11 - end element 21 assembly is supported by the legs 7, 8 and for each position of the slides 3, 4, it has two degrees of freedom: a displacement in arc of a circle in the yz plane by deformation of the parallelograms 7, 8 and a rotation around an instantaneous axis of rotation parallel to the direction y and corresponding to the intersection of the planes formed by the axes of the legs 7 and the axes of the legs 8.
  • these two degrees of freedom are exactly controlled by the relative positions of the sliders 12 and 16 on the prismatic guides 2, 23.
  • the positions of these prismatic guides and the lengths of the pivot bars 14 and lateral 18 fully determine the workspace that the terminal element 21 can reach.
  • the guides 2 and 23 are parallel guides, but they can of course also be arranged in any direction of F " ⁇ ⁇ 03 P.
  • F • d • do • d PJ ⁇ F 1 F 1 LQ tr ⁇ F 1 ⁇ v fi ⁇ -h ⁇ PJ PJ fi ⁇ P "d F fi J fi F" f d
  • the lateral bar 18 does not necessarily have to be connected to the pivoting plate, but can be connected to any other element of the kinematic device, so that a displacement of the latter in the direction is obtained there.
  • the terminal element is fixed if the slides 3, 4, 12 and 16 are themselves fixed on their respective prismatic guide, and any movement either in rotation around an axis parallel to 30 or in translation in the working space can be controlled by acting on the motors which drive the said slides.
  • FIG. 4 illustrates a variant without lateral movement of the second embodiment of the device of the invention.
  • the base 1 here carries a single prismatic guide 2 on which the three slides 3, 4 and 12 are mounted.
  • the two bars of one of the pairs of support bars 7 or 8 must be rigidly connected, which amounts to replacing in at least one of the legs the pair of bars by a simple element of which at least on one of the legs the ball joints are replaced by pivots with axes parallel to the axis 30. Others arrangements with two pivots are also possible.
  • the auxiliary structure which ensures the pivoting of the nacelle 11 linked integrally to the terminal element 21 around the joints 9 and 10, comprises the axis 30 and the pivot plate 29 on the front edge of which the intermediate joints 28 are mounted and 15 connecting the control bar 27 and the pivoting control bar 14 to the plate 29, itself resting on the articulation 13 of the slide 12.
  • the articulations 9 and 10 could be combined so as to have their axes confused. The same applies to joints 15 and 28.
  • the third embodiment differs from that of Figure 3 on the one hand by the arrangement of the pivot plate 29 'which causes, for a displacement of the slide 12 in the same direction, a reverse movement of the nacelle in comparison with the movement of the nacelle of the device in FIG. 3. In certain cases, this arrangement makes it possible to obtain particularly advantageous operating conditions.
  • the terminal element 21 is here also rigidly secured to the nacelle 11, and all the articulations are of the ball joint type, with the exception of the (simple) articulation 30 of the pivoting plate 29 ′ on the nacelle, which is oriented in the y direction.
  • the base plate 1 here also carries the two parallel prismatic guides 2 and 23. On the prismatic guide 2 are mounted the two slides 3 and 4, which play exactly the same role as the slides 3 and 4 of FIG. 3. They
  • the ball joints 9 could be fixed on the bars 8, provided that they are not confused with the ball joints 6, or the ball joints 10 could be mounted on the bars 7, provided that they are not confused with the ball joints 5.
  • FIGS. 7 and 8 show two examples of a fourth embodiment of the device of the invention, in which the movement of the 'end element 21 is not rigidly secured to that of the nacelle designated by 50.
  • the support and displacement structure of the nacelle is, in these two examples, a structure of the type described in patents EP 0250470 and US 4,976,582, that is to say a structure in which the three basic degrees of freedom of the nacelle are effected in parallel from three motorized slides 40, 41 and 42, moving along three parallel prismatic guides 43 , 44 and 45, and each actuating a leg 46, 47 and 48 supporting the nacelle 50, so as to maintain the parallelism of the nacelle relative to the base 1.
  • the three legs of the structure described are each formed by a pair e of support bars 46, 47, 48 articulated by ball joints on the slide which carries them and on one side of the nacelle.
  • the terminal element 21 is here mounted in articulation on the nacelle so as to be able to pivot around an axis 51 secured to the nacelle.
  • the auxiliary structure which makes it possible to control a controlled pivoting of the terminal element 21 around the axis 51 comprises a pivoting plate 29 "mounted at one of its pivoting ends on the terminal element 21 about an axis 30 ', and cooperating with a pivot bar 14 "and a control bar 27".
  • control bar 27 is mounted in articulation at one of its ends 26" on the slide 40 and in articulation at its other end on the plate 50, at a location not coincident with the axis 30 '.
  • the articulation 26 could also be mounted on the nacelle 50 at a location not confused with the axis 51.
  • FIGS. 7 and 8 are distinguished by the arrangement of the pivot plate 29 "which causes, for a displacement of the slide 12" in the same direction, reverse pivot movements of the terminal element 21.
  • the slides 40, 41 and 42 could be replaced by pivoting levers, the pivot axes of these levers here having to be respectively parallel to the axis passing through the centers of the mounted ball joints at the base of the legs 46, 47 and 48.
  • the slide 12 " it could be replaced by a lever pivoting around an axis positioned in any way.
  • FIG. 9 shows an example of application of the device according to the invention to a machine tool.
  • the form of execution chosen to show this application is similar to that of Figure 3, except that the sliders 60 and 61, corresponding to the sliders 12 and 16 of the device of Figure 2, are guided in separate prismatic guides, parallel to the direction x.
  • the slides 48 and 49 correspond to the slides 3 and 4 of the device in FIG. 3.
  • the base 1 is an inclined plate, for example at 45 ° above the work table 89, provided with a turntable 90 of axis, for example vertical. This is intended to receive a part on which the tool of the terminal element 92 secured to the nacelle 91 can perform different machining operations. It is also conceivable that the terminal element 92 is equipped with a workpiece carrier, driven or not, and that the turntable is replaced by one or more motorized or passive tools or a combination of the two, and the machining is carried out by moving the part in front of the tools.
  • each simple bar such as for example 14, 18, 27, a second bar which is parallel to it and which works identically.
  • This procedure improves the stability of the device and increases its rigidity.
  • the negative effects of the power generation thus generated can be eliminated to a large extent by known solutions, such as a high-precision embodiment or the introduction of a balancing lever.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)
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  • Prostheses (AREA)

Abstract

La nacelle (11) porte l'élément terminal (21). Elle est reliée par les quatre rotules (9) et (10) à deux jambes formées chacune de deux barres de support (7) ou (8) formant des parallélogrammes déformables montés chacun sur des coulisseaux (3) ou (4) mobiles dans la direction x. La plaque de pivotement (29) articulée sur la nacelle (11) autour de l'axe (30) est soumise aux barres de contrôle (27), de commande de pivotement (14) et de déplacement latéral (18) reliées respectivement par les rotules (26, 13 et 17) aux coulisseaux (3, 12 et 26). Il s'agit d'une cinématique parallèle à quatre degrés de liberté, à savoir trois translations et une rotation dont l'angle peut être supérieur à 120°.

Description

Dispositif cinématique de support et de déplacement programmable d'un élément terminal dans une machine ou un instrument
La présente invention appartient au domaine technique des dispositifs cinématiques de support et de déplacement qui permettent de commander de manière programmable et avec une précision élevée des déplacements en translation et/ou en rotation d'un élément terminal dans un champ de travail prédéterminé .
L'élément terminal peut être un outil d'usinage (broche, laser, jet d'eau, électroérosion, etc.) ou un porteur de pièces dans le cas où le dispositif est incorporé à un centre d'usinage, par exemple, ou un instrument de préhension, un outil de montage, un capteur de mesure, un interface utilisateur pour joystick à retour de forces, une antenne, un porte-caméra, etc., dans le cas de machines de transfert, de robots de montage, de machines d'emballage, d'instruments de mesure, d'instruments médicaux, etc., soit tout dispositif où un positionnement ou déplacement de haute précision et/ou une dynamique élevée est nécessaire.
Dans ce domaine, il existe de nombreuses applications nécessitant un préhenseur dont l'orientation soit contrôlable autour d'un axe parallèle à la base. C'est le cas, par exemple, pour la production par usinage de pièces complexes ou pour le polissage de pièces de haute qualité esthétique.
En particulier, pour la production à haute cadence de petites pièces complexes, il est nécessaire de disposer de machines qui non seulement sont capables de hautes vitesses d'usinage, mais également de changements d'outils très rapides de façon à minimiser le temps copeaux à copeaux.
Par leur dynamique élevée (faible masse mobile et raideur élevée) , les machines-outils à cinématique parallèle peuvent répondre favorablement à ces deux contraintes. Cependant, les principaux défauts des robots et machines- outils parallèles existant sur le marché résident dans leur volume de travail relativement faible et une mobilité angulaire très limitée.
Une structure très performante, qui s'applique plus spécifiquement à la commande du déplacement d'un élément terminal, comme par exemple un organe de préhension, est décrite dans les brevets européen EP 0250470 et américain US 4,976,582. Dans cette structure, la commande des trois degrés de liberté de base s'effectue en parallèle à partir d'actionneurs disposés sur un support fixe, en conservant le parallélisme de l'élément mobile par rapport au support fixe. Compte tenu de sa dynamique élevée et sa mobilité de trois translations dans l'espace, une telle structure est particulièrement bien adaptée pour le transfert de pièces légères à des cadences très élevées (plus de trois transferts par seconde). L'originalité de cette structure réside dans le blocage de tous les mouvements d'orientations du préhenseur par la disposition cinématique. En revanche, un tel dispositif ne permet pas de répondre tel quel aux applications pour lesquelles une ou plusieurs rotations sont requises.
On connaît d'autre part les publications de demandes internationales WO 98/51443 et WO 99/32256 qui concernent la commande à cinématique parallèle d'outils tels que des fraises dans des machines-outils destinées à la fabrication de pièces délicates, notamment des aubes de turbines. Toutefois, les dispositifs décrits dans ces documents ne permettent d'effectuer que des mouvements angulaires peu importants de l'outil (d'environ ± 30°) si l'on veut conserver une bonne rigidité de la structure.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif à cinématique parallèle qui réponde mieux et de façon plus globale aux besoins indiqués ci-dessus que les dispositifs connus et qui offre en particulier une rapidité et une précision de travail aussi grandes que possible tout en permettant de programmer des déplacements de l'élément terminal dans un champ de travail ayant un volume aussi grand que possible et assurant un comportement homogène dans ce volume de travail .
A cet effet, la présente invention concerne un dispositif cinématique de support et de déplacement programmable d'un élément terminal dans une machine ou un instrument comprenant une base fixe définissant un plan de référence, ce dispositif comprenant une structure de support et de déplacement avec au moins deux jambes rigides reliées par une extrémité à des organes guidés de manière à se déplacer chacun selon un degré de liberté par rapport à la base, et par l'autre extrémité à une nacelle liée elle-même audit élément terminal, les liaisons entre les jambes et la nacelle d'une part et entre les jambes et les organes guidés d'autre part étant des articulations, et le mouvement desdits organes guidés permettant de déplacer ladite nacelle à volonté dans un espace de travail prédéterminé, ce dispositif étant caractérisé en ce que, pour assurer des mouvements de pivotement de l'élément terminal autour d'un axe appartenant à la nacelle, la structure de support et de déplacement comporte une structure auxiliaire formée d'au moins deux éléments rigides et d'articulations, s ' appuyant sur la base indépendamment des jambes, exerçant sur l'élément terminal une force résultante dont la projection dans un plan perpendiculaire audit axe lié à la nacelle reste, durant la totalité du mouvement, toujours à une distance approximativement constante dudit axe lié à la nacelle, de façon à conserver un moment s 'exerçant sur l'élément terminal sensiblement constant.
Ladite structure auxiliaire peut comprendre au moins un organe guidé de manière à se déplacer selon un degré de liberté par rapport à la base, le dispositif pouvant comprendre des moyens pour déplacer la nacelle dans une direction parallèle à celle de l'axe de pivotement de l'élément terminal, ces moyens étant combinés à ladite structure auxiliaire.
Ladite structure auxiliaire peut comporter au moins une articulation intermédiaire, pouvant être une articulation à pivotement, et au moins un élément de liaison rigide contrôlant un degré de liberté de l'élément terminal résultant de l'articulation intermédiaire; ledit élément rigide de contrôle pouvant être articulé entre ladite articulation intermédiaire et un organe guidé d'une jambe de ladite structure de support et de déplacement, l'élément terminal étant rigidement lié à la nacelle; et l'articulation intermédiaire pouvant être montée sur un élément rigide, ce dernier étant monté en pivotement sur la nacelle ou sur 1 ' élément terminal .
Selon une variante, ledit élément rigide de contrôle peut être articulé entre ladite articulation intermédiaire et un organe guidé d'une jambe de ladite structure de support et de déplacement, l'élément terminal étant monté pivotant sur la nacelle.
Selon une autre variante, ledit élément rigide de contrôle est articulé entre l'articulation intermédiaire et la nacelle, l'élément terminal étant monté pivotant sur cette dernière .
Selon un mode d'exécution, au moins une partie des articulations sont des articulations à rotule, et ladite structure de support et de déplacement est agencée de manière à permettre des déplacements de l'élément terminal dans trois directions de l'espace, l'espace de travail s'étendant à un volume déterminé par l'amplitude des déplacements desdits organes guidés .
Selon un autre mode d'exécution, au moins trois des articulations utiles sont des articulations à pivotement, les axes de pivotement étant parallèles, et l'espace de travail est limité à une surface contenue dans un plan perpendiculaire au dit plan de référence et à la direction des axes de pivotement; la machine ou l'instrument pouvant comprendre un support susceptible d'être déplacé dans une direction parallèle à celle desdits axes de pivotement et destiné à recevoir une pièce sur laquelle l'élément terminal agit.
On va décrire ci-après, à titre d'exemples, diverses formes d'exécution du dispositif selon l'invention en se référant au dessin schématique annexé dans lequel :
La figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une première forme d'exécution du dispositif,
La figure 2 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une première variante de la première forme d'exécution,
La figure 3 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une deuxième forme d'exécution,
La figure 4 est une vue en élévation d'une variante de la deuxième forme d'exécution,
La figure 5 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une troisième forme d'exécution,
La figure 6 est une vue en élévation d'une variante de la troisième forme d'exécution,
La figure 7 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une quatrième forme d'exécution,
La figure 8 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une variante de la quatrième forme d'exécution,
La figure 9 est une vue en perspective d'une application à une machine-outil d'une variante de la deuxième forme d'exécution, et La figure 10 est une vue d'ensemble, en perspective, d'une seconde variante de la première forme d'exécution du dispositif .
Dans le cadre de la présente description, on entend par "articulation utile" une articulation nécessaire pour le fonctionnement du dispositif auquel elle est rattachée, par opposition à des articulations qui autorisent des mobilités internes, comme par exemple dans le cas d'une barre munie de deux rotules à ses extrémités et qui a la possibilité de tourner sur elle-même, ce qui n'apporte aucune fonctionnalité.
Les figures représentent des dispositifs de support et de déplacement schématisés et susceptibles d'être appliqués soit à une machine-outil, un instrument ou un robot, soit à un autre type de machine de travail, comme par exemple une machine de montage. Dans le cas d'une machine de transfert de pièces, l'élément terminal peut être une pince, ou une ventouse, ou tout autre type d'organe de préhension. Dans le cas d'une machine-outil, cet élément terminal peut être soit une broche portant une fraise, une meule de rectifiage, une mèche de perçage, un porte-pièce, etc., soit un dispositif de jet d'eau, de découpe laser, d' électroérosion, d'ébavurage, de sablage, de peinture, de polissage, etc. La machine peut être équipée de préhenseurs et d'outils d'usinage embarqués sur l'élément terminal, par exemple montés sur une tête revolver, ou associés à un changeur d'outils actif ou passif (soit un stock d'outils et/ou de porte-pièces).
Dans les formes d'exécution décrites ci-après, pour une meilleure compréhension des figures, l'élément terminal est symbolisé par un corps de moteur qui est associé de manière rigide à une pièce rigide appelée nacelle, celle-ci faisant partie de la structure de support et de déplacement. Cependant on rencontrera des cas, comme on le verra plus loin où l'élément terminal est monté sur la nacelle par un dispositif de pivotement autour d'un axe lié à la nacelle. Les dispositifs décrits comportent dans chaque cas une base de référence 1 qui dans la plupart des cas reste fixe. Celle-ci sera en général matérialisée par une ou plusieurs surfaces planes reliée (s) au socle de la machine, mais bien entendu cette ou ces surfaces de base pourraient aussi être incurvées. Il est essentiel cependant pour la cohérence de la description qu'elles définissent un référentiel cartésien, à partir duquel les axes x,y,z de l'espace de travail soient déterminés. Par la suite on considéra que les axes x et y de ce référentiel cartésien sont définis dans le plan de la base du dispositif, et que la direction y est parallèle à l'axe de rotation de la nacelle.
Les dispositifs représentés schématiquement aux figures 1 et 2 sont des dispositifs simplifiés, dans lesquels le nombre des éléments de structure est réduit. L'espace de travail que l'élément terminal peut parcourir n'est pas si grand, à égalité des autres dimensions que ce que permet d'atteindre le dispositif de la figure 3, par exemple, mais la réduction de poids des éléments mobiles obtenue par la simplification de la structure, leur ouvre des possibilités d'emploi spécifiques, par exemple pour des applications où la précision est primordiale .
Dans la surface de base plane 1 du dispositif représenté à la figure 1 est aménagé un guidage prismatique 2, rectiligne et à un degré de liberté en translation, définissant une direction qui, par convention, est appelée direction x. Deux coulisseaux motorisés 3 et 4 sont montés sur le guidage 2 de manière que la commande du mouvement de ces coulisseaux permette de les déplacer indépendamment l'un de l'autre dans la direction x. Chacun des coulisseaux 3 et 4 porte à ses deux extrémités, c'est-à-dire sur une ligne qui reste sensiblement perpendiculaire à x, deux rotules 5, respectivement 6, qui servent d'appui et d'articulation sur le coulisseau à des paires de barres de support rigides 7, respectivement 8, les extrémités supérieures de chacune de ces paires de barres de support portant à leur tour deux paires de rotules 9, respectivement 10, articulant une nacelle 11 sur les deux jambes formées par les paires de barres 7 et 8. Les deux barres de chaques paires 7 ou 8 sont de préférence parallèles . La nacelle 11 est ici figurée par un bloc en forme de parallélépipède rectangle dont la surface inférieure rectangulaire porte à chacun de ses quatre angles une des rotules 9 ou 10. Les rotules 9 ou 10 peuvent également se trouver à n'importe quel endroit dans le volume parallélépipédique de la nacelle 11, à la condition toutefois que les deux rotules 9, respectivement 10, d'une paire soient placées sur une droite parallèle à l'axe de rotation de la nacelle 11. Sur la nacelle 11 est rigidement fixé le corps d'un élément terminal (organe actif ou passif) 21, par exemple une broche portant une fraise ou autre outil rotatif, dont l'axe de rotation peut être orienté arbitrairement par rapport à la nacelle.
Le dispositif comporte en outre une structure auxiliaire qui contrôle les deux degrés de liberté résiduels de la nacelle et donc de l'élément terminal 21. Cette structure comprend d'une part une barre de pivotement 14, destinée à la commande du pivotement de la nacelle, et d'autre part une barre latérale 18, destinée au contrôle du degré de liberté de la nacelle dans le sens y.
La barre de pivotement 14 est articulée, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire d'une rotule 13, sur un coulisseau motorisé 12, agencé pour se déplacer sur le guidage prismatique 2, en dehors de l'emprise des coulisseaux 3 et 4 de commande des jambes 7 et 8. Elle est articulée à son autre extrémité, par l'intermédiaire d'une rotule 15, à l'extrémité d'un élément 20 solidaire de la nacelle 11 et en saillie latéralement par rapport à celle-ci. Cette disposition permet de conserver dans tout le champ de travail un angle très voisin de la normale entre la direction de la force agissant sur 1 ' élément terminal pour son pivotement sous 1 ' action du coulisseau 12 et la droite passant par les rotules 10 et 15, 3 3 P- •d Ω Pi »d
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Cette disposition est suffisante pour contrôler entièrement le positionnement de l'élément terminal 21 dans tout l'espace de travail.
On comprend que les coulisseaux peuvent être conçus comme des chariots entraînés par un moteur dont l'organe d'entraînement engrène dans une crémaillère fixe, ou par une vis à bille, ou un système de traction à chaîne ou encore par un moteur linéaire ou autre. Les rotules 5, 6, 9 , 10, 13, 15, 17 et 19 assurent l'articulation d'une barre sur la partie qui la porte ou sur celle qu'elle porte autour de n'importe quel axe avec une amplitude qui dépend de sa construction. Elles peuvent être du type cardan.
On comprend que le dispositif de la figure 1 peut être construit de manière à réaliser et contrôler le positionnement exact de l'élément terminal 21 non seulement en n'importe quel point d'un espace de travail xyz prédéterminé mais encore avec une orientation prédéterminée de l'axe de l'élément terminal autour d'un axe de pivotement parallèle à la direction y. En l'absence de la structure auxiliaire 12 à 20, l'ensemble nacelle 11 - élément terminal 21 est supporté par les jambes 7, 8 et pour chaque position des coulisseaux 3, 4, il lui reste deux degrés de liberté: un déplacement en arc de cercle dans le plan yz par déformation des parallélogrammes 7, 8 et une rotation autour d'un axe instantané de rotation parallèle à la direction y et correspondant à l'intersection des plans formés par respectivement les axes des jambes 7 et les axes des jambes 8. Or ces deux degrés de liberté sont exactement contrôlés par les positions relatives des coulisseaux 12 et 16 sur les guidages prismatiques 2, 23. Les positions de ces guidages prismatiques et les longueurs des barres de pivotement 14 et latérale 18 déterminent entièrement l'espace de travail que l'élément terminal 21 peut atteindre.
Dans l'exemple de la figure 1, les guidages 2 et 23 sont des guidages parallèles, mais ils peuvent bien entendu également être disposés dans n'importe quelle direction de F" Ω Φ 03 P. F» •d •d o •d PJ Ω F1 F1 LQ tr Ω F1 Φv fi ι-h < PJ PJ fi μP »d F fi J fi F" fd
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peuvent être positionnés n'importe où dans le volume de la plaque de pivotement 29, mais ils ne doivent pas être situés sur l' axe 30.
La barre latérale 18 ne doit pas nécessairement être reliée à la plaque de pivotement, mais peut être reliée à tout autre élément du dispositif cinématique, de manière qu'un déplacement de cette dernière dans la direction y soit obtenu.
L'élément terminal est fixe si les coulisseaux 3, 4, 12 et 16 sont eux-mêmes fixes sur leur guidage prismatique respectif, et tout déplacement soit en rotation autour d'un axe parallèle à 30 soit en translation dans l'espace de travail peut être commandé en agissant sur les moteurs qui entraînent les dits coulisseaux.
La figure 4 illustre une variante sans mouvement latéral de la deuxième forme d'exécution du dispositif de l'invention. On retrouve la même structure de support avec deux jambes montées sur deux coulisseaux et la même structure auxiliaire de pivotement avec une articulation intermédiaire, que dans les formes d'exécution précédentes. Du fait de l'absence du coulisseau 16 et de la barre latérale 18, les déplacements dans le sens y seront obtenus ici par un déplacement relatif entre le dispositif et les moyens de maintien de l'objet sur lequel l'élément terminal agit. On parle aussi d'un dispositif à main gauche et main droite.
La base 1 porte ici un seul guidage prismatique 2 sur lequel sont montés les trois coulisseaux 3, 4 et 12. Pour éviter tout mouvement latéral incontrôlé de la nacelle, les deux barres d'une des paires de barres de support 7 ou 8 doivent être reliées de façon rigide, ce qui revient à remplacer dans au moins une des jambes la paire de barres par un élément simple dont au moins sur une des jambes les rotules sont remplacées par des pivots à axes parallèles à l'axe 30. D'autres dispositions à deux pivots sont également envisageables . La structure auxiliaire, qui assure le pivotement de la nacelle 11 liée solidairement à l'élément terminal 21 autour des articulations 9 et 10, comporte l'axe 30 et la plaque de pivotement 29 sur le bord antérieur de laquelle sont montées les articulations intermédiaires 28 et 15 reliant à la plaque 29 la barre de contrôle 27 et la barre de commande de pivotement 14, s'appuyant elle-même sur l'articulation 13 du coulisseau 12. Les articulations 9 et 10 pourraient être combinées de façon à avoir leurs axes confondus . Il en va de même des articulations 15 et 28.
A la figure 4 on voit encore en pointillé l'ampleur du débattement angulaire que la structure auxiliaire peut imposer à la nacelle 11 par un simple déplacement du coulisseau 12 entre les deux positions extrêmes 12a et 12b. Les positions correspondantes de la barre de contrôle 27 sont notées 27a et 27b.
La troisième forme d'exécution, représentée à la figure 5, diffère de celle de la figure 3 d'une part par l'agencement de la plaque de pivotement 29' qui provoque, pour un déplacement du coulisseau 12 dans la même direction, un mouvement inversé de la nacelle en comparaison avec le mouvement de la nacelle du dispositif de la figure 3. Dans certains cas, cette disposition permet d'obtenir des conditions de fonctionnement particulièrement avantageuses.
L'élément terminal 21 est ici aussi rigidement solidaire de la nacelle 11, et toutes les articulations sont du type à rotule, à l'exception de l'articulation (simple) 30 de la plaque de pivotement 29' sur la nacelle, qui est orientée dans la direction y.
La plaque de base 1 porte ici aussi les deux guidages prismatiques parallèles 2 et 23. Sur le guidage prismatique 2 sont montés les deux coulisseaux 3 et 4, qui jouent exactement le même rôle que les coulisseaux 3 et 4 de la figure 3. Ils
13 ou sur la barre 27, à condition qu'elle ne soit pas confondue avec la rotule 26.
Enfin, les rotules 9 pourraient être fixées sur les barres 8, à condition qu'elles ne soient pas confondues avec les rotules 6, ou les rotules 10 pourraient être montées sur les barres 7, à condition qu'elles ne soient pas confondues avec les rotules 5.
Alors que dans tous les exemples décrits ci-dessus l'élément terminal est rigidement solidaire de la nacelle, les figures 7 et 8 montrent deux exemples d'une quatrième forme d'exécution du dispositif de l'invention, dans lequel le mouvement de l'élément terminal 21 n'est pas rigidement solidaire de celui de la nacelle désignée par 50. La structure de support et de déplacement de la nacelle est, dans ces deux exemples, une structure du type de celle décrite dans les brevets EP 0250470 et US 4,976,582, c'est-à-dire une structure dans laquelle les trois degrés de liberté de base de la nacelle s'effectuent en parallèle à partir de trois coulisseaux motorisés 40, 41 et 42, se déplaçant le long de trois guidages prismatiques parallèles 43, 44 et 45, et actionnant chacun une jambe 46, 47 et 48 supportant la nacelle 50, de façon à conserver le parallélisme de la nacelle par rapport à la base 1. Les trois jambes de la structure décrite sont formées chacune par une paire de barres de support 46, 47, 48 articulées par des rotules sur le coulisseau qui les porte et sur un côté de la nacelle. On a donc une structure de trois parallélogrammes déformables qui maintient la nacelle parallèle à la base et permet de commander des déplacements en translation de la nacelle dans tout l'espace de travail prévu. L'élément terminal 21 est ici monté en articulation sur la nacelle de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe 51 solidaire de la nacelle.
La structure auxiliaire qui permet de commander un pivotement contrôlé de l'élément terminal 21 autour de l'axe 51 comprend une plaque de pivotement 29" montée à l'une de ses extrémités en pivotement sur l'élément terminal 21 autour d'un axe 30', et coopérant avec une barre de pivotement 14" et une barre de contrôle 27". La barre de pivotement 14" est montée en articulation à l'une de ses extrémités sur un coulisseau motorisé 12" pouvant se déplacer le long d'un guidage prismatique 43 et en articulation à son autre extrémité sur la plaque de pivotement 29". La barre de contrôle 27" est montée en articulation à l'une de ses extrémités 26" sur le coulisseau 40 et en articulation à son autre extrémité sur la plaque 50, à un endroit non confondu avec l'axe 30'. Dans une variante, l'articulation 26" pourrait aussi être montée sur la nacelle 50 à un endroit non confondu avec l'axe 51.
Les deux variantes représentées aux figures 7 et 8 se distinguent par l'agencement de la plaque de pivotement 29" qui provoque, pour un déplacement du coulisseau 12" dans la même direction, des mouvements de pivotement inversés de l'élément terminal 21.
Comme dans le cas des autres modes d'exécution décrits, les coulisseaux 40, 41 et 42 pourraient être remplacés par des leviers pivotants, les axes de pivotement de ces leviers devant ici être respectivement parallèles à l'axe passant par les centres des rotules montées à la base des jambes 46, 47 et 48. Quant au coulisseau 12", il pourrait être remplacé par un levier pivotant autour d'un axe positionné de façon quelconque.
Il convient de noter que dans les exemples illustrés aux figures 7 et 8, la rotule 15" pourrait aussi être fixée sur la barre 27", à condition qu'elle ne soit pas confondue avec la rotule 26", ou la rotule 28" pourrait être fixée sur la barre 14", à condition qu'elle ne soit pas confondue avec la rotule 13" .
Il reste à décrire la figure 9 qui montre un exemple d'application du dispositif selon l'invention à une machine- outil. La forme d'exécution choisie pour montrer cette application est semblable à celle de la figure 3, à l'exception du fait que les coulisseaux 60 et 61, correspondant aux coulisseaux 12 et 16 du dispositif de la figure 2, sont guidés dans des guidages prismatiques séparés, parallèles à la direction x. Les coulisseaux 48 et 49 correspondent quant à eux aux coulisseaux 3 et 4 du dispositif de la figure 3.
La base 1 est une plaque inclinée, par exemple à 45° au- dessus de la table de travail 89, munie d'un plateau tournant 90 d'axe par exemple vertical. Celui-ci est destiné à recevoir une pièce sur laquelle l'outil de l'élément terminal 92 solidaire de la nacelle 91 pourra exécuter différentes opérations d'usinage. Il est également envisageable que l'élément terminal 92 soit équipé d'un porteur de pièces, entraîné ou pas, et que le plateau tournant soit remplacé par un ou plusieurs outils motorisés ou passifs ou une combinaison des deux, et l'usinage est réalisé en déplaçant la pièce devant les outils.
De façon générale, il est possible d'ajouter à chaque barre simple, comme par exemple 14, 18, 27, une deuxième barre qui lui est parallèle et qui travaille de façon identique. Ce mode de faire permet d'améliorer la stabilité du dispositif et d'augmenter sa rigidité. Les effets négatifs de 1 ' yperguidage ainsi généré peuvent être éliminés dans une grande mesure par des solutions connues, telles qu'une réalisation de haute précision ou l'introduction d'un levier d'équilibrage.

Claims

Revendications
1. Dispositif cinématique de support et de déplacement programmable d'un élément terminal (21) dans une machine ou un instrument comprenant une base fixe (1) définissant un plan de référence, ce dispositif comprenant une structure de support et de déplacement avec au moins deux jambes rigides (7, 8; 46, 47, 48) reliées par une extrémité à des organes (3, 4; 40, 41, 42) guidés de manière à se déplacer chacun selon un degré de liberté par rapport à la base, et par l'autre extrémité à une nacelle (11; 50) liée elle-même audit élément terminal, les liaisons entre les jambes et la nacelle d'une part et entre les jambes et les organes guidés d'autre part étant des articulations, et le mouvement desdits organes guidés permettant de déplacer ladite nacelle à volonté dans un espace de travail prédéterminé, caractérisé en ce que, pour assurer des mouvements de pivotement de l'élément terminal autour d'un axe appartenant à la nacelle, la structure de support et de déplacement comporte une structure auxiliaire formée d'au moins deux éléments rigides (14, 18, 20; 14', 18'; 14, 18, 27, 29; 14, 27, 29; 14, 18, 27, 29'; 14, 27, 29'; 14", 27", 29") et d'articulations, s' appuyant sur la base indépendamment des jambes, exerçant sur l'élément terminal une force résultante dont la projection dans un plan perpendiculaire audit axe lié à la nacelle reste, durant la totalité du mouvement, toujours à une distance approximativement constante dudit axe lié à la nacelle, de façon à conserver un moment s 'exerçant sur l'élément terminal sensiblement constant.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite structure auxiliaire comprend au moins un organe guidé de manière à se déplacer selon un degré de liberté par rapport à la base.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer la nacelle dans une direction parallèle à celle de l'axe de pivotement de l'élément terminal, ces moyens étant combinés à la dite structure auxiliaire.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dite structure auxiliaire comporte au moins une articulation intermédiaire (28) et au moins un élément de liaison rigide (27) contrôlant un degré de liberté de l'élément terminal résultant de l'articulation intermédiaire (28) .
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit élément rigide de contrôle (27) est articulé entre la dite articulation intermédiaire (28) et un organe (3) guidé d'une jambe (7) de la dite structure de support et de déplacement, l'élément terminal étant rigidement lié à la nacelle.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'articulation intermédiaire (28) est montée sur un élément rigide (29) , ce dernier étant monté en pivotement (30) sur la nacelle (11) ou sur l'élément terminal (21) .
7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit élément rigide de contrôle (27") est articulé entre la dite articulation intermédiaire (28") et un organe guidé (40) d'une jambe (46) de la dite structure de support et de déplacement, l'élément terminal étant monté pivotant sur la nacelle (50) .
8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit élément rigide de contrôle est articulé (27") entre l'articulation intermédiaire (28") et la nacelle (50), l'élément terminal étant monté pivotant sur cette dernière.
9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'articulation intermédiaire de la structure auxiliaire est une articulation à pivotement.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie des articulations sont des articulations à rotule, et en ce que ladite structure de support et de déplacement est agencée de manière à permettre des déplacements de l'élément terminal dans trois directions de l'espace, l'espace de travail s'étendant à un volume déterminé par l'amplitude des déplacements des dits organes guidés .
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins trois des articulations utiles sont des articulations à pivotement, les axes de pivotement étant parallèles, et l'espace de travail est limité à une surface contenue dans un plan perpendiculaire au dit plan de référence et à la direction des axes de pivotement .
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la machine ou 1 ' instrument comprend un support susceptible d'être déplacé dans une direction parallèle à celle des dits axes de pivotement et destiné à recevoir une pièce sur laquelle l'élément terminal agit.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de l'espace de travail auquel l'élément terminal accède étant prédéterminé, les dimensions, les emplacements et les agencements des composants de la structure de support et de déplacement sont déterminés par le calcul en fonction de ce volume.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des organes guidés est guidé en translation.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des organes guidés est guidé en rotation.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des organes guidés est un organe de commande à moteur.
17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dites articulations sont des articulations à pivot, à rotule, ou à cardans.
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