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WO2020126481A1 - Actionneur a dispositif d'ajustement automatique de precharge - Google Patents

Actionneur a dispositif d'ajustement automatique de precharge Download PDF

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WO2020126481A1
WO2020126481A1 PCT/EP2019/083511 EP2019083511W WO2020126481A1 WO 2020126481 A1 WO2020126481 A1 WO 2020126481A1 EP 2019083511 W EP2019083511 W EP 2019083511W WO 2020126481 A1 WO2020126481 A1 WO 2020126481A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
connection point
transmission element
mechanical transmission
pulley
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/083511
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Garrec
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2020126481A1 publication Critical patent/WO2020126481A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms

Definitions

  • the invention relates to the field of actuators and more particularly to the field of actuators comprising a transmission element producing a continuous loop or not,
  • actuators comprising a motor unit for setting in motion a screw and a nut cooperating with the screw to be moved along the screw under the effect of the rotation of the screw.
  • Such an actuator also comprises a cable loop comprising a first portion of cable which extends between a nut and a first point of connection to a first pulley. This first portion of cable is generally called the short branch of the actuator.
  • the cable loop also includes a second portion of cable which extends between a second point of connection to the first pulley and the output of the motor unit, the second portion of cable cooperating with a second pulley.
  • the second portion of cable is generally called the long branch of neural action.
  • the first pulley is conventionally connected to an element which one wishes to actuate in rotation.
  • the object of the invention is to improve the linearity of the law of stiffness of an actuator.
  • an actuator comprising an automatic adjustment device for the preload of a mechanical transmission element operatively connecting a first pulley and an output of a motor unit, the actuator comprises a first portion of 'transmission element which cooperates with the first pulley and which extends between the output of the motorcycle unit and a first point of the connection of the first portion of the transmission element to the first pulley.
  • the actuator also comprises a second portion of transmission element which extends between a second point of connection to the first pulley and a third point of connection to the automatic preload adjustment device as well as a third portion of transmission element which extends between the output of the motor unit and a fourth connection point to the automatic preload adjustment device.
  • the preload adjustment device is provided with means of elastically connecting the third connection point and the fourth connection point in order to exert a return effort tending to cause a relative displacement of the third connection point and the fourth connection point in a first direction.
  • the preload adjustment device also includes a non-return device to allow relative movement of the fourth connection point relative to the third connection point in the first direction and to block relative movement of the fourth connection point relative to the third connection point in a second direction opposite to the first direction.
  • the elastic element coupled to the non-return device absorbs the play appearing in the mechanical transmission element as it appears and the preload in the transmission elements is maintained.
  • the linearity of the law of stiffness of the actuator is stabilized and the reliability of the actuator is thus improved.
  • the compactness of the device is improved when the non-return device comprises a free wheel.
  • the sensitivity of the non-return device is improved when the freewheel is a freewheel with cams.
  • the recall effort is a couple.
  • the neur action comprises a helical spring.
  • a compact and powerful actuator is obtained when the motorization unit comprises a screw-nut mechanism whose screw or nut is linked to the output of the motorization unit and / or when the mechanical transmission element comprises a cable.
  • the invention also relates to an exoskeleton comprising an actuator as described above.
  • the invention also relates to a method of preloading a mechanical transmission element to a reference preload of an actuator according to the invention, the method comprising the following steps: - block a rotation of the first pulley;
  • Ki corresponds to the stiffness of the first portion of the transmission element
  • K2-3 corresponds to the total stiffness of the second and third portion of the transmission element
  • TQ corresponds to the value of the reference preload
  • the stiffness of a strand of cable being proportional to its length (all other things being equal; material, section, etc ... ⁇ , the ratio between the stiffness of a first strand of cable and the stiffness of a second cable strand is equal to the ratio between the length of the first strand and the length of the second strand.
  • the transmission elements operate essentially in tension and deformation, and x corresponds to the elongation length of the traction element.
  • Figure 1 is a schematic perspective representation of an actuator according to the invention.
  • FIG. 2 Figure 2 is a view similar to Figure 1 of the actuator in a first preloading step.
  • Figure 3 is a view similar to Figure 1 of the actuator in a second preloading step.
  • Figure 4 is a view similar to Figure 1 of the actuator in operation.
  • the actuator according to the invention, and generally designated 1, comprises an electric gear motor 2, the output shaft 3 of which is provided with a pinion 4 meshing with a nut 5.
  • the nut 5 is mounted for rotation on a chassis 6 -to which is also fixed the gearmotor 2- and cooperates with a screw 7 provided with a longitudinal tubular housing 8 and provided with means for anti-rotation of the screw around its longitudinal axis Os -
  • the actuator 1 also comprises a first pulley 10 mounted for rotation on the chassis 6 around a first axis of rotation Oio and a device 20 for adjusting the preload mounted for rotation on the chassis 6 around a second axis of rotation rotation O20
  • An arm 90 of an exoskeleton not shown is integral in rotation with the first pulley 10,
  • a first cable strand 30 comprises a first end 31 fixed by a first crimp 9 in the tubular housing 8.
  • the first cable strand 30 extends from the crimp 9 to a first groove 11 of the first pulley 10 with which she cooperates.
  • the first cable strand 30 is connected to the first pulley 10 at a first connection point 12 using a second ser 13.
  • a second cable strand 40 comprises a first end 41 fixed at a second connection point 14 by a third crimp 15 to a second groove 16 of the first pulley 10.
  • the second cable strand 40 extends from the second connection point 14 to a third connection point 21 to the device 20 for adjusting the preload.
  • a third strand of cable 50 extends from a fourth connection point 22 of the device 20 for automatic adjustment of the preload to the first crimp 9.
  • the preload adjustment device 20 takes a freewheel 23 with cams rotatably mounted on the chassis 6 around a second axis O20.
  • the outer ring 24 of the free wheel 23 includes a groove 24.1 with which the second cable strand 40 cooperates and which carries a fourth crimp 25 for connection with the third connection point 21.
  • the inner ring 26 of the free wheel 23 is connected at a first end 27.1 of a first shaft 27.
  • the second end 27.2 of the first shaft 27 is connected to an input turn 28.1 of a helical torsional spring 28.
  • the output coil 28.2 of the resort 28 is connected to a first end 29.1 of a second shaft 29.
  • the second end 29.2 of the second shaft 29 is connected to a second pulley 60.
  • a groove 61 of the second pulley 60 accommodates the third cable strand 50.
  • the fourth connection point 22 is crimped on the second pulley 60 by a fifth crimp 62.
  • the stiffness K28 in torsion of the spring 28 is chosen so that the spring 28 applies between the first shaft 27 and the second shaft 29 a torque C28 greater than a resistant torque CR at least equal to the threshold torque C S 23 of friction of the freewheel 23 increased by the torque necessary for the application of a mounting voltage t m in the first cable strand 30, the second cable strand 40 and the third cable strand 50.
  • the mounting tension t m corresponds to the minimum voltage required for the first cable strand 30, the second cable strand 40 and the third cable strand 50 are kept wound on the first pulley 10 and the second pulley 20 and do not escape from the grooves 11, 24.1 and 61.
  • This mounting tension t m depends on several factors including in particular the depth of the grooves 11, 24.1 and 61, the radius of the pulleys 10 and 20 and the material of the first cable strand 30, second cable strand 40 and third cable strand 50.
  • the mounting tension t m is also called conformal tension or flexural tension (term used for example by the manufacturer of metallic belts Belt Tech).
  • the mounting tension t m is close to twenty-five Newtons for a strand of steel cable 1.6 mm in diameter and around two hundred and fifty Newtons for a strand of cable 6.35 mm in diameter.
  • the spring 28 exerts a torque C28 of return-here in a counterclockwise direction according to the representation of FIG. 1- which tends to cause a displacement of the fourth connection point 22 relative to the third connection point 21 in a first direction Si.
  • a displacement of the fourth point relative to the third point in the first direction means that the third connection point 21 being immobilized, the fourth connection point 22 can move in the first direction Si.
  • the freewheel 23 is oriented to block a displacement of the inner ring 26 relative to the outer ring 24 in a second direction S2 opposite to the first direction SI. Thus, a rotation of the fourth connection point 22 relative to the third connection point 21 in the second direction S2 is blocked.
  • the commissioning of the actuator 1 is preferably preceded by a phase of preloading the first cable strand 30, second cable strand 40 and third cable strand 50 at a reference preload To.
  • the gearmotor 2 is controlled to bring the arm 90 into contact with a stop 91 in order to block a rotation of the first pulley 10 in the direction Yes.
  • the gearmotor 2 is controlled to apply a force F causing an increase in the tension T in the first cable strand 30 up to a setpoint value Te substantially equal to:
  • Ki corresponds to the stiffness of the first portion of transmission element (in N / m);
  • K2-3 corresponds to the total stiffness of the second and third portion of the transmission element (in N /);
  • the setpoint Te can also be corrected to integrate the mounting voltage t m or even a safety margin to prevent the possible risk of complete relaxation of a cable strand due to a "play" in the cable which could either damage the cable by hanging the sides of the pulley grooves or cause a derailment.
  • the tension in the second cable strand 40 and the third cable strand 50 decreases.
  • the torque C28 applied by the spring 28 becomes sufficient to overcome the release resistance (friction) of the freewheel 23 which has the effect of establishing the tension in the second cable strand 40 and the third cable strand 50 at a substantially constant value slightly less than t m .
  • a third step we order the geared motor 2 to decrease the force on the first crimp 9.
  • the first cable strand 30 relaxes and correspondingly the tension in the second cable strand 40 and the third cable strand 50 increases which has the effect of blocking the wheel free 23.
  • the reduction motor 2 no longer applies any force to the first crimp 9
  • the arm 90 no longer applies any force to the stop 91.
  • the tensions in the first cable strand 30, the second cable strand 40 and the third cable strand 50 are then established at the value of the preload voltage T0.
  • the operation of the automatic preload adjustment device 20 will be described in the context of a relaxation of the third cable strand 50. The operation is similar during a relaxation of the second cable strand 40.
  • a relaxation of the third strand of cable 50 causes an imbalance between the voltage T21 applied to the third connection point 21 and the tension T22 applied to the fourth connection point 22.
  • An imbalance appears between the forces applied to the 28.1 input coil and 28.2 output coil 28.
  • the spring 28 then applies a torque which causes the second pulley 60 to move in the Si direction until the imbalance between the input turn 28.1 and the output turn 28.2 is absorbed, establishing the tension in the third strand of cable 50 to the value of the reference precharging voltage To.
  • the actuator comprises an electric geared motor
  • the invention also applies to other types of motorization units such as for example a hydraulic, pneumatic motor or a linear actuator;
  • gear motor rotates a nut which moves a screw
  • invention also applies to other types of screw-nut mechanisms such as a gear motor which rotates a screw on which is mounted a nut blocked in rotation;
  • connection point at the output of the actuation unit such as for example a cable loop passed through an eyelet added by welding on the screw, one or more jaw turns, or even a knot;
  • connection point such as for example a cable loop passed through an eyelet, one or more bit towers, or even a knot;
  • the actuator comprises a first, a second and a third strand of cable represented as having all the same section
  • the invention also applies to portions of other types of element mechanical transmission such as, for example, one or more connecting rods, cables of different section, one or more straps, one or more metallic or composite material ribbons, a mixed transmission element comprising portions made of materials and in forms (ribbon, connecting rod, strap, cable) different;
  • the grooves of the first pulley can be combined in a first pulley with two grooves or in a pulley with a single groove in which the first connection point and the second point of connection may or may not be confused;
  • the preload adjustment device comprises a freewheel with cams
  • the invention also applies to other types of non-return devices such as for example a freewheel with ratchet, a free wheel roller;
  • the preload adjustment device comprises a helical spring
  • the invention also applies to other means of elastically connecting the third and the fourth connection point to apply a restoring force such as for example a torsion bar, a linear spring connecting the third and fourth points, a spiral spring, a rubber block, a gas spring;
  • the invention also applies to other types of restoring effort such as for example a restoring force
  • the invention also applies to other types of movements such as for example a translation of the third point of connection relative to the fourth connection point;
  • the invention also applies to a device in which one of the crowns of the freewheel is merged with the second pulley and in which the torsion spring is integrated into the second pulley;
  • an exoskeleton arm is integral in rotation with the first pulley
  • the invention also applies to other types of actuated elements such as for example a leg, a hip or a knee of an exosque - lette, or a collaborative robot.
  • the actuated element can be alternately integral with an element integral in rotation with the first pulley such as a shaft, or so integral with one of the mechanical transmission elements such as a crimp on the second strand of cable for example;
  • the invention also applies to other ways of blocking the rotation of the first pulley such as a pin passing through the first pulley and securing it to the frame, an abutment of an element secured to one of the cable strands.

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Abstract

Actionneur comprenant : - une première portion (30), une deuxième portion (40) et une troisième portion (50) d'élément de transmission mécanique (30, 40, 50); - un dispositif (20) d'ajustement de la précharge pourvu de moyens (28) de relier élastiquement la deuxième portion (40) et la troisième portion (50) - le dispositif (20) d'ajustement de la précharge com¬ prenant également un dispositif d'anti-retour (23). Exosquelette comprenant un tel actionneur (1) Procédé de mise en précharge d'un tel actionneur (1)

Description

Actionneur à dispositif d' ajustement automatique de
précharge
DOMAINE DE L' INVENTION
L'invention concerne le domaine des actionneurs et plus particulièrement le domaine des actionneurs compre nant un élément de transmission réalisant une boucle con tinue ou non,
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Il est connu des actionneurs comprenant une unité de motorisation pour mettre en mouvement une vis et un écrou coopérant avec la vis pour être déplacé le long de la vis sous l'effet de la rotation de la vis. Un tel actionneur comprend également une boucle de câble comprenant une pre mière portion de câble qui s'étend entre une l'écrou et un premier point de liaison à une première poulie. Cette pre mière portion de câble est généralement appelé branche courte de l' ctionneur . La boucle de câble comprend également une deuxième portion de câble qui s'étend entre un deuxième point de liaison à la première poulie et la sortie de l'unité de motorisation, la deuxième portion de câble coopérant avec une deuxième poulie. La deuxième portion de câble est généralement appelée branche longue de l' action neur . La première poulie est classiquement reliée à un élément que l'on souhaite actionner en rotation.
Dans le but d'améliorer la linéarité de la loi de raideur de l' actionneur, on réalise fréquemment une pré charge de chaque branche de la boucle de câble. Cette pré charge doit être réglée périodiquement, notamment en raison de l'apparition d'un « jeu de câble » résultant du glisse- ment des torons de câble entre eux et/ou d'un fluage du câble. Pour des opérations où l' actionneur est également utilisé pour effectuer un retour d'effort vers un utilisateur, les opérations de réglage doivent avoir lieu à chaque utilisation, et il arrive même de constater que, au cours d'une utilisation prolongée, la tension de pré- charge évolue, dégradant alors la précision et la fiabilité de mesure de l' actionneur . Cette dégradation de précision est préjudiciable à la diffusion de tels actionneurs pour des applications dans lesquelles l'accès à l' actionneur est difficilement comme par exemple les applications spa tiales ou les environnements hostiles tels que les envi- ronnements nucléaires.
OBJET DE L' INVENTION
On but de l'invention est d'améliorer la linéarité de la loi de raideur d'un actionneur.
RESUME DE L'INVENTION
Dans ce but, on prévoit un actionneur comprenant un dispositif d'ajustement automatique de la précharge d'un élément de transmission mécanique reliant fonctionnelle ment une première poulie et une sortie d'une unité de mo torisation, l' actionneur comprend une première portion d'élément de transmission qui coopère avec la première poulie et qui s'étend entre la sortie de l'unité de moto risation et un premier point de la liaison de la première portion de l'élément de transmission à la première poulie. L' actionneur comprend également une deuxième portion d'élément de transmission qui s'étend entre un deuxième point de liaison à la première poulie et un troisième point de liaison au dispositif d'ajustement automatique de la précharge ainsi qu'une troisième portion d'élément de transmission qui s'étend entre la sortie de l'unité de motorisation et un quatrième point de liaison au dispositif d'ajustement automatique de la précharge. Selon l'inven tion, le dispositif d'ajustement de la précharge est pourvu de moyens de relier élastiquement le troisième point de liaison et le quatrième point de liaison afin d'exercer un effort de rappel tendant à provoquer un déplacement relatif du troisième point de liaison et du quatrième point de liaison dans un premier sens. Le dispositif d'ajustement de la précharge comprend également un dispositif d' anti- retour pour autoriser un déplacement relatif du quatrième point de liaison relativement au troisième point de liaison dans le premier sens et pour bloquer un déplacement relatif du quatrième point de liaison relativement au troisième point de liaison dans un deuxième sens opposé au premier sens.
Ainsi, l'élément élastique couplé au dispositif d'anti-retour absorbe le jeu apparaissant dans l'élément de transmission mécanique au fur et à mesure qu'il apparaît et la précharge dans les éléments de transmission est main- tenue. La linéarité de la loi de raideur de l'actionneur est stabilisée et la fiabilité de l'actionneur est ainsi améliorée .
La compacité du dispositif est améliorée lorsque le dispositif d'anti-retour comprend une roue libre. La sen- sibilité du dispositif d'anti-retour est améliorée lorsque la roue libre est une roue libre à cames.
Avantageusement, l'effort de rappel est un couple.
Selon un mode de réalisation particulier, l'action neur comprend un ressort hélicoïdal.
On obtient un actionneur compact et puissant lorsque l'unité de motorisation comprend un mécanisme vis-écrou dont la vis ou l'écrou est lié à la sortie de l'unité de motorisation et/ou lorsque l'élément de transmission méca nique comprend un câble.
L' invention concerne également un exosquelette com prenant un actionneur tel que décrit ci-dessus.
L'invention concerne également un procédé de mise en précharge d'un élément de transmission mécanique à une précharge de référence d'un actionneur selon l'invention, le procédé comprenant les étapes suivantes : - bloquer une rotation de la première poulie ;
- commander l'unité de motorisation pour appliquer un effort provoquant une augmentation de la tension dans la première portion d'élément de transmission jusqu'à une valeur de consigne sensiblement égale à :
(1 t (Ki/K2-3) ) * T0
dans lequel
Ki correspond à la raideur de la première portion d'élément de transmission,
K2-3 correspond à la raideur totale de la deuxième et troisième portion d'élément de transmission,
TQ correspond à 1a valeur de la précharge de référence
- commander l'unité de motorisation pour qui elle cesse d'appliquer un effort.
Au sens de la présente demande, la raideur K d'un élément de transmission correspond au rapport entre l'ef fort F appliqué sur cet élément de transmission et la dé formation x que cette force engendre sur ledit élément de transmission (K=F/x) . La raideur d'un brin de câble étant proportionnelle à sa longueur (toutes choses étant égales par ailleurs ; matériau, section, etc...} , le rapport entre la raideur d'un premier brin de câble et la raideur d'un deuxième brin de câble est égal au rapport entre la lon gueur du premier brin et la longueur du deuxième brin. Dans le cadre de la présente demande de brevet, les éléments de transmission fonctionnent essentiellement en traction et la déformation, et x correspond à l'allongement longitudi nal de l'élément de traction.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'in vention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles : [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique en perspective d' un actionneur selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 est une vue analogue à la figure 1 de l' actionneur dans une première étape de mise en précharge. [Fig. 3] La figure 3 est une vue analogue à la figure 1 de l' actionneur dans une deuxième étape de mise en précharge. [Fig. 4] La figure 4 est une vue analogue à la figure 1 de l' actionneur en fonctionnement.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
En référence à la figure 1, l' actionneur selon l'in vention, et généralement désigné 1, comprend un motoréduc- teur 2 électrique dont l'arbre de sortie 3 est pourvu d'un pignon 4 engrenant avec un écrou 5. L'écrou 5 est monté à rotation sur un châssis 6 -auquel est également fixé le motoréducteur 2- et coopère avec une vis 7 pourvue d'un logement tubulaire 8 longitudinal et munie de moyens d' anti rotation de la vis autour de son axe longitudinal Os-
L' actionneur 1 comprend également une première poulie 10 montée à rotation sur le châssis 6 autour d'un premier axe de rotation Oio et un dispositif 20 d'ajustement de la précharge monté à rotation sur le châssis 6 autour d'un deuxième axe de rotation O20 Un bras 90 d'un exosquelette non représenté est solidaire en rotation de la première poulie 10,
Un premier brin de câble 30 comprend une première extrémité 31 fixée par une première sertissure 9 dans le logement tubulaire 8. Le premier brin de câble 30 s'étend depuis la sertissure 9 jusqu'à une première gorge 11 de la première poulie 10 avec laquelle elle coopère. Le premier brin de câble 30 est relié à la première poulie 10 en un premier point 12 de liaison à l'aide d'une deuxième ser tissure 13.
Un deuxième brin de câble 40 comprend une première extrémité 41 fixée en un deuxième point de liaison 14 par une troisième sertissure 15 à une deuxième gorge 16 de la première poulie 10. Le deuxième brin de câble 40 s' étend depuis le deuxième point de liaison 14 jusqu'à un troisième point de liaison 21 au dispositif 20 d'ajustement de la précharge.
Un troisième brin de câble 50 s'étend depuis un qua trième point de liaison 22 du dispositif 20 d'ajustement automatique de la précharge jusqu'à la première sertissure 9.
Le dispositif 20 d'ajustement de la précharge com prend une roue libre 23 à cames montée à rotation sur le châssis 6 autour d'un deuxième axe O20. La couronne extérieure 24 de la roue libre 23 comprend une gorge 24.1 avec laquelle coopère le deuxième brin de câble 40 et qui porte une quatrième sertissure 25 de liaison avec le troisième point de liaison 21. La couronne intérieure 26 de la roue libre 23 est reliée à une première extrémité 27.1 d'un premier arbre 27. La deuxième extrémité 27.2 du premier arbre 27 est reliée à une spire d'entrée 28.1 d'un ressort 28 hélicoïdal de torsion. La spire de sortie 28.2 du res sort 28 est reliée à une première extrémité 29.1 d'un deu xième arbre 29. La deuxième extrémité 29.2 du deuxième arbre 29 est reliée à une deuxième poulie 60. Une gorge 61 de la deuxième poulie 60 accueille le troisième brin de câble 50. Le quatrième point de liaison 22 est serti sur la deuxième poulie 60 par une cinquième sertissure 62.
La raideur K28 en torsion du ressort 28 est choisie de manière à ce que le ressort 28 applique entre le premier arbre 27 et le deuxième arbre 29 un couple C28 supérieur à un couple résistant CR au moins égal à au couple seuil CS23 de frottement de la roue libre 23 augmenté du couple né cessaire à l'application d'une tension tm de montage dans le premier brin de câble 30, le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50. La tension de montage tm correspond à la tension minimale requise pour que le premier brin de câble 30, le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 soient maintenus enroulés sur la première poulie 10 et la deuxième poulie 20 et n' échappent pas des gorges 11, 24.1 et 61. Cette tension de montage tm dépend de plusieurs facteurs comprenant notamment la profondeur des gorges 11, 24.1 et 61, le rayon des poulies 10 et 20 et le matériau des premier brin de câble 30, deuxième brin de câble 40 et troisième brin de câble 50. La tension de montage tm est également appelée tension de conformation ou tension de flexion (terme employé par exemple par le fabricant de courroies métalliques Belt Tech) .
La tension de montage tm est proche de vingt-cinq Newtons pour un brin de câble en acier de 1.6 mm de diamètre et avoisine deux-cent cinquante Newtons pour un brin de câble de 6.35 mm de diamètre.
Le ressort 28 exerce un couple C28 de rappel-ici dans un sens antihoraire selon la représentation de la figure 1- qui tend à provoquer un déplacement du quatrième point de liaison 22 relativement au troisième point de liaison 21 dans un premier sens Si.
Au sens de la présente demande, un déplacement du quatrième point relativement au troisième point selon le premier sens, signifie que le troisième point de liaison 21 étant immobilisé, le quatrième point de liaison 22 peut se déplacer dans le premier sens Si.
La roue libre 23 est orientée pour bloquer un dépla cement de la couronne intérieure 26 relativement à la couronne extérieure 24 dans un deuxième sens S2 opposé au premier sens SI. Ainsi, une rotation du quatrième point de liaison 22 relativement au troisième point de liaison 21 dans le deuxième sens S2 est bloquée.
La mise en service de l' actionneur 1 est préférable ment précédée d'une phase de mise en précharge des premier brin de câble 30, deuxième brin de câble 40 et troisième brin de câble 50 à une précharge de référence To. Selon une première étape représentée en figure 2, on commande le motoréducteur 2 pour amener le bras 90 au contact d'une butée 91 afin de bloquer une rotation de la première poulie 10 dans le sens Si.
Selon une seconde étape représentée en figure 3, on commande le motoréducteur 2 pour appliquer un effort F provoquant une augmentation de la tension T dans le premier brin de câble 30 jusqu'à une valeur de consigne Te sensi- blement égale à :
(1 + (K1/K2-3) ) *T0
Dans lequel
Ki correspond à la raideur de la première portion d'élément de transmission {en N/m) ;
K2-3 correspond à la raideur totale de la deuxième et troisième portion d'élément de transmission (en N/ ) ;
To correspond à la valeur de la précharge de référence (en N) .
La valeur de consigne Te peut également être corrigée pour y intégrer la tension de montage tm voire une marge de sécurité pour prévenir le risque éventuel de détente complète d'un brin de câble dû à une prise de « jeu » dans le câble qui pourrait soit endommager le câble par accro chage des flancs de gorges de poulies soit provoquer un déraillement.
Corrélativement la tension dans le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 baisse. Lorsqu' elle baisse en dessous de la tension de montage tm, le couple C28 appliqué par le ressort 28 devient suffisant pour vaincre la résistance de déblocage (frottement) de la roue libre 23 ce qui a pour effet d'établir la tension dans le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 à une valeur sensiblement constante légèrement infé rieure à tm.
Au cours d'une troisième étape, on commande le motoréducteur 2 pour faire décroître l'effort sur la première sertissure 9. Le premier brin de câble 30 se détend et corrélativement la tension dans le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 augmente ce qui a pour effet de bloquer la roue libre 23. Lorsque le moto réducteur 2 n'applique plus d'effort sur la première sertissure 9, le bras 90 n'applique plus aucun effort sur la butée 91. Les tensions dans le premier brin de câble 30, le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 s'établissent alors à la valeur de la tension de pré charge T0.
De même, en cours de fonctionnement, lorsque le deu xième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50 se détendent en dessous de la tension de montage tm, le couple C28 de torsion produit par le ressort 28 devient suffisant pour provoquer une rotation relative de la couronne exté rieure 24 par rapport à la couronne intérieure 26 ce qui amène la tension dans le brin de câble concerné à une valeur sensiblement constante légèrement inférieure à t . La roue libre 23 en se bloquant permet de maintenir la tension dans le deuxième brin de câble 40 et le troisième brin de câble 50, cette tension étant la somme de la valeur de précharge To augmentée de la tension produite par le motoréducteur 2.
Le fonctionnement du dispositif 20 d'ajustement auto matique de la précharge va être décrit dans le cadre d'une détente du troisième brin de câble 50. Le fonctionnement est similaire lors d'une détente du deuxième brin de câble 40.
Comme visible en figure 4, une détente du troisième brin de câble 50 provoque un déséquilibre entre la tension T21 appliquée au troisième point de liaison 21 et la ten sion T22 appliquée au quatrième point de liaison 22. Un déséquilibre apparaît entre les efforts appliqués sur la spire d'entrée 28.1 et la spire de sortie 28.2 du ressort 28. Le ressort 28 applique alors un couple qui provoque un déplacement de la deuxième poulie 60 dans le sens Si jusqu'à ce que le déséquilibre entre la spire d'entrée 28.1 et la spire de sortie 28,2 soit résorbé, établissant la tension de précharge dans le troisième brin de câble 50 à la valeur de la tension de précharge de référence To.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention.
En particulier,
- bien qu' ici l'actionneur comprenne un motoréducteur électrique, l'invention s'applique également à d'autres types d'unités de motorisation comme par exemple un moteur hydraulique, pneumatique ou un actionneur linéaire ;
- bien qui ici le motoréducteur entraîne en rotation un écrou qui déplace une vis, l'invention s'applique également à d'autres types de mécanismes vis-écrou comme par exemple un motoréducteur qui entraîne en rotation une vis sur laquelle est montée un écrou bloqué en rotation ;
- bien qu' ici le premier brin de câble soit serti à l'intérieur du logement tubulaire de la vis, l'invention s'applique également à d'autres types de point de liaison à la sortie de l'unité d' actionnement comme par exemple une boucle de câble passée dans un œillet rapporté par soudage sur la vis, un ou plusieurs tours mors, voire un nœud ;
- bien qu'ici le deuxième et le troisième brin de câble soit serti sur les poulies et roue libre, l'invention s'applique également à d'autres types de point de liaison comme par exemple une boucle de câble passée dans un œillet, un ou plusieurs tours mors, voire un nœud ;
- bien qu'ici l'actionneur comprenne un premier, un deuxième et un troisième brin de câble représentés comme ayant tous la même section, l'invention s'applique également à des portions d'autres types d'élément de transmission mécanique comme par exemple une ou plusieurs bielle, des câbles de section différente, une ou plusieurs sangles, un ou plusieurs rubans métallique ou en matériau composite, un élément de transmission mixte comprenant des portions réalisées dans des matériaux et sous des formes (ruban, bielle, sangle, câble) différentes ;
- bien que représentées sous la forme de deux poulie distinctes reliées par un arbre, les gorges de la première poulie peuvent être rassemblées dans une première poulie à deux gorges ou dans une poulie à gorge unique dans laquelle le premier point de liaison et le deuxième point de liaison peuvent être ou non confondus ;
- bien qu' ici le dispositif d'ajustement de la précharge comprenne une roue libre à cames, l'invention s' ap- plique également à d'autres types de dispositifs d'anti retour comme par exemple une roue libre à cliquet, une roue libre à rouleaux ;
- bien qu' ici le dispositif d'ajustement de la précharge comprenne un ressort hélicoïdal, l'invention s' ap- plique également à d'autres moyens de relier élastiquement le troisième et le quatrième point de liaison pour appli quer un effort de rappel comme par exemple une barre de torsion, un ressort linéaire reliant le troisième et qua trième point, un ressort en spirale, un bloc de caoutchouc, un ressort à gaz ;
- bien qu' ici le ressort exerce un couple de rappel, l'invention s'applique également à d'autres types d'effort de rappel comme par exemple une force de rappel ;
- bien qu' ici l'effort exercé par le ressort provoque une rotation du troisième point de liaison relativement au quatrième point de liaison, l'invention s'applique également à d' autres types de déplacements comme par exemple une translation du troisième point de liaison relativement au quatrième point de liaison ;
- bien qu' ici le ressort de torsion soit relié à la roue libre par un premier arbre et à la deuxième poulie par un deuxième arbre, l'invention s'applique également à un dispositif dans lequel l'une des couronnes de la roue libre est confondue avec la deuxième poulie et dans lequel le ressort de torsion est intégré à la deuxième poulie ;
- bien qu'ici un bras d' exosquelette soit solidaire en rotation de la première poulie, l'invention s'applique également à d'autres type d'éléments actionnés comme par exemple une jambe, une hanche ou un genou d'un exosque- lette, ou d'un robot collaboratif. L'élément actionné pou vant être alternativement solidaire d'un élément solidaire en rotation de la première poulie tel qu'un arbre, ou so lidaire d'un des éléments de transmission mécanique comme une sertissure sur le deuxième brin de câble par exemple ;
- bien qu'ici la rotation de la première poulie soit bloquée par amenée du bras contre une butée, l'invention s'applique également à d'autre façons de bloquer la rotation de la première poulie comme par exemple une goupille traversant 1a première poulie et la solidarisant au bâti, une venue en butée d'un élément solidaire de l'un des brins de câble .

Claims

Figure imgf000015_0001
1. Actionneor (1) comprenant une première poulie (10) , une unité de motorisation (2), un élément de transmission mécanique (30, 40, 50) reliant fonctionnel- lement la première poulie (10) et une sortie (9) de l' unité de motorisation (2) ainsi qu'un dispositif (20) d'ajustement automatique de la précharge d'un élément de transmission mécanique (30, 40, 50), l' actionneur (1)
comprenant également :
- une première portion (30) d'élément de transmission mécanique (30, 40, 50) qui coopère avec la première poulie (10) et qui s'étend entre la sortie (9) de l'unité de motorisation (2) et un premier point de la liaison (13) de la première portion (30) de l'élément de transmission mé- canique (30, 40, 50) à la première poulie (10) ;
- une deuxième portion (40) d'élément de transmission mécanique (30, 40, 50) qui s'étend entre un deuxième point de liaison (14) à la première poulie (10) et un troisième point de liaison (21) au dispositif (20) d'ajustement auto- matique de la précharge ;
- une troisième portion (50) d'élément de transmis sion mécanique (30, 40, 50) qui s'étend entre la sortie
(9) de l'unité de motorisation (2) et un quatrième point de liaison (22) au dispositif (20) d'ajustement automatique de la précharge ;
le dispositif (20) d'ajustement de la précharge étant pourvu de moyens (28) de relier élastiquement le troisième point de liaison (21 ) et le quatrième point de liaison (22) afin d' exercer un effort de rappel tendant à provoquer un déplacement relatif du troisième point de liaison (21) et du quatrième point de liaison (22) dans un premier sens (Sx) ,
le dispositif (20 ) d' ajustement de la précharge comprenant également un dispositif d' anti-retour (23) pour autoriser un déplacement relatif du quatrième point de liaison (22) relativement au troisième point de liaison (21) dans le premier sens (Si) et pour bloquer un déplace ment relatif du quatrième point de liaison (22) relative ment au troisième point de liaison (21) dans un deuxième sens (S2) opposé au premier sens (Si) .
2. Actionneur (1) selon la revendication 1, dans le quel le dispositif d' anti-retour (23) comprend une roue libre ( 23 ) .
3. Actionneur (1) selon la revendication 2 , dans le- quel la roue libre (23) est une roue libre à cames (23) ,
4. Actionneur (1) selon l' une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'effort de rappel est un couple.
5. Actionneur (1) selon la revendication 1, dans le- quel l'élément élastique (28) comprend un ressort héli coïdal (28 ) .
6. Actionneur (1) selon l'une quelconque des reven dications précédentes, dans lequel l'unité de motorisation (2) comprend un mécanisme vis-écrou dont la vis (7) ou l'écrou (5) est lié à la sortie (9) de l'unité de motori sation (2) .
7. Exosquelette comprenant un actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de transmission mécanique (30, 40, 50) comprend un câble (30, 40, 50) .
8. Procédé de mise en précharge d'un élément de transmission mécanique (30, 40, 50) à une précharge de référence (To) d'un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- bloquer une rotation de la première poulie (10) ;
- commander l'unité de motorisation (2) pour appli quer un effort provoquant une augmentation de la tension dans la première portion (30) d'élément de transmission mécanique (30, 40, 50) jusqu'à une valeur de consigne sensiblement égale à :
(1 + (K1/K2-3 ) ) * To
dans lequel
Ki correspond à la raideur de la première portion (30) d' élément de transmission mécanique (30, 40, 50),
K2-3 correspond à la raideur totale de la deuxième (40) et troisième portion (50) d'élément de transmission mécanique (30, 40, 50) ,
To correspond à la valeur de la précharge de réfé- rence ;
- commander l'unité de motorisation (2) pour qu'elle cesse d'appliquer un effort.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB923268A (en) * 1960-09-12 1963-04-10 Soc Optique Mec Haute Prec Device for accurately transforming a rotary movement into a translational movement
WO2008046030A2 (fr) * 2006-10-12 2008-04-17 Intuitive Surgical, Inc. Tendeur compact pour la tension d'un câble
FR2991224A1 (fr) * 2012-06-04 2013-12-06 Commissariat Energie Atomique Bras d`exosquelette a actionneur

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