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Procédé et dispositif de guidage pour l'introduction automatique d'une
pièce mâle dans une pièce femelle.
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif
de guidage pour l'introduc-Lion automatique d'une pièce mâle dans une
pièce femelle.
Le secteur technique de l'invention est celui de la construction
de machines automatiques pour la connexion de pièces mâles dans des
pièces femelles.
Une des applications principales de l'invention est la
réalisation de robots pour le câblage de faisceaux de fils dont on
équipe une ou les deux extrémités de pièces de connexion et oue l' on
insère dans des alvéoles de boîtiers isolants) ou sur des terminaux de
1 5 connecteurs ou sur des bornes d'appareils électriques.
Cette application n'est pas limitative car les procédés et
dispositifs suivant l'invention -s'appliquent dans tous les cas oû l'on
doit insérer mécaniquement des pièces màles dans des piëces femelles,
dans lesquelles elles pénètrent avec un très faible jeu et dans la
mesure où lesdites pièces mâles ont des caractéristiques de
flexibilité telles que décrites dans la présenté demande.
Cependant. pour la clarté de la présente description, on
illustre à titre d'exemple et on se réfère à l'application spécifique
pour des robots de câblage) et dans lesquels on utilise indifféremment
pour désigner la pièce mâle le terme "connexion" et pour désigner la
pièce femelle, le terme "alvéole".
I1 est connu en effet que l'insertion mécanique des pièces de
connexion mâles dans des pièces de connexion femelles pose des
prôblèmes quand il y a un faible jeu entre ces pièces, ce qui est bien
sùr. le cas des connexions électriques, puisque même alors ce faible
jeu lors de l'insertion doit être nul en position de connexion pour
assurer la continuité électrique.
Le faible jeu à l'insertion exige que les deux pièces soient
parfaitement alignées préalablement à la préparation avant d'être
3 5 rapprochées puis définitivement insérées l'une dans l'autre.
Dans la pratique) l'alignement est rarement parfait, même si les
axes de la pièce femelle et de la pièce mâle peuvent être parallèles.
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ils risquent d'être décalés l'un par rapport à l'autre. Les axes des
deux pièces peuvent également présenter un défaut de parallélisme. Les
deux défauts se cumulent méme souvent.
La valeur de la distance et le sens du décalage des axes ainsi
que la valeur et le sens de l'écart angulaire encre les axes varient
de façon aléatoire et ne sont donc pas connus individuellement.
Ainsi, la position relative de l'alvéole ou pièce femelle et de
la pièce de connexion ou pièce mâle n' est souvent connue qu' avec une
incertitude supérieure au jeu aïvéole-connexion.
Compte tenu de ce faible jeu disponible entre les deux pièces à
insérer l'une dans l'autre. il arrive alors qu'u:, défaut d'alignement
entraîne un déplacement relatif àe l'extrémité èe la pièce mâle par
rapport à l'ouverture de la pièce femelle, supérieur au jeu : dans'ce
cas lorsqu'on rapproche la pièce mâle de la pièce femelle, la face
1 5 frontale de la pièce mâle bute de front contre les bords de
l'ouverture de la pièce femelle et ne peut pénétrer dans celle-ci; ~le
dispositif d'insertion automatique s'arrête alors automatiquement ce
Qui arrête le fonctionnement de la machine de câblage ou bien il '
continue à pousser ce qui entraîne une déformation de la pièce à
insérer et peut entraîner une détérioration du dispositif d'insertion.
Pour pallier à cet inconvénient de nombreux fabricants et
inventeurs ont divulgué divers systèmes, dont le plus simple et le
plus connu est le positionnement devant l'alvéole ou pièce femelle
d'un guide en forme d'entonnoir de manière à guider la pièce mâle par
glissement contre les parois de l'entonnoir , cependant, cette
solution a l'inconvénient majeur de nécessiter une précision de
position entre l'entonnoir et la pièce femelle. inférieure justement
au jeu entre cette pièce et la connexion, ce qui revient en fait à
déplacer le problème initial avec deux autres pièces. à moàns de fàxer
3 0 préalablement et rigidement celle-ci l'une avec l'autre) ce qui
complique la mise en oeuvre ; d'autres inconvénients de cette solution
sont sa limite à ne pas permettre de rattraper d'importants écarts de
position et la nécessité d'employer des guides entonnoirs spécifiques
pour chaque forme, tel que pour chaque diamètre différent.
Ainsi, d'autres solutions ont été développées et certaines ont
fait l'objet de dépôts de brevets . on peut citer par exemple la
demande FR. 2.640.826 déposé le 19 Décembre 1988 par tai. BRICAUD et
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LESCOURT sur un "outil de coupe, d'insertion et de sertissage pour
connecteurs électriques à déplacement d'isolant", comportant un doigt
d'avance longitudinal pas à pas du connecteur, qui est reçu dans
l'alvéole en regard d'un coulisseau et y pénètre jusqu'à une certaine
zone, et des moyens d'effacement latéral de ce doigt pour permettre
l'insertion du fil dans l'alvéole.
On relève également les demandes de brevet FR. 2.618.953 du 31
Juillet 1987 et FR. 2.644.379 du 27 Janvier 1989 déposés par Monsieur
Claude RICARD sur des procédés et dispositifs pour insérer
automatiquement, respectivement pour le preyier "des pièces de
connexion électriques dans des alvéoles", et pour le deuxième brevet,
"une pièce mâle dans une pièce semelle". Dans le eremier, il s'agit de
résoudre après insertion les problèmes de positionnement suivant l'axe
de la connexion en vérifiant la bonne tenue mécanique de celle-ci,
I5 grâce à un épaulement et deux collerettes, mais sans évocation du
problème de désalignement des axes lors de l'introduction des pièces;
dans le deuxième, il s'agit éffectivement de résoudre ce dernier
problème qui concerne aussi la présente invention, grâce à une
inclinaison volontaire suivant un ou deux axes du support de la pièce
mâle) que l'on fait alors pénétrer de biais par l'angle ainsi formé de
son extrémité dans la pièce femelle, avant de l'amener en butée contre
une paroi de celle-ci pour ensuite redresser l'ensemble et assurer
l'insertion complète.
On retrouve du reste une variante plus complexe de ce dernier
procédé dans la demande de brevet hollandais NL 7901956 déposé le 12
Mars 1979 par la société LEWEN RESEARCH & DEVELOPMENT avec
essentiellement des capteurs de force associés à des calculs complexes
pour adapter les déplacements avec les forces de contre-réaction des
pièces les unes par rapport aux autres.
Toutes les solutions évoquées ci-dessus et bien d'autres sont
soit inadaptées au problème, soit complexes en nécessitant en
particulier des systèmes de préhension de pièces disposant de
capacités de translation et de rotation dans toutes les directions, ce
qui d'une part alourdit les dispositifs mécaniques du robot et
3 5 complique également son contrôle et sa programmation, et d'autre part
apporte justement des risques de jeux supplémentaires dans les
positions relatives.
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Un objectif de la présente invention est ainsi de réaliser des
moyens qui permettent d'insérer automatiquement une pièce mâle dans
une pièce femelle, dans laquelle elle doit pénétrer avec un très
faible jeu sans d'une part que l'extrémité frontale de la pièce mâle
ne risque de buter de front trop fortement et de coincer le mécanisme
et/ou de se détériorer contre les bords de l'ouverture de la pièce
femelle si les deux pièces ne sont pas parfaitement alignées, d'autre
part, sans avoir un système de mesures de forces complexes ni de
dispositif mécanique de déplacement à plus de trois degrés de liberté
en rotation et en translation) pour la présentation des pièces les
unes par rapport aux autres.
Un autre objectif de la présente inventicn est de pouvoir '
permettre la réalisation de dispositif mécanique de guidage et
d'insertion à partir de pièces n'ayant au plus que deux degrés de
liberté en translation, et au mieux un seul pour simplifier la
réalisation du dispositif.
Les objectifs ci-dessus' sont atteints par l'introduction
automatique d'une pièce mâle compatible dans une pièce femelle. de
forme générale cylindrique ou prismatique d°axe donné. les deux pièces
étant montées sur des supports et un ensemble de moyens déplacer les
deux pièces l'une par rapport à l'autre suivant trois axes de
translation orthonormés, dont l'un est parallèle à celui de la pièce
femelle et constitue l'axe d'introduction, dans lequel
- on monte ladite pièce mâle souple en rotation suivant les
2 5 deux autres axes par rapport à son support:
- on amène un guide en mouvement relatif et suivant un plan
perpendiculaire à l'axe d'introduction au-dessus de 1°alvéole de la
pièce femelle, de façon à recouvrir une partie de l'ouverture de
celle-ci:
- on rapproche) suivant la direction de l'axe d'introduction les
deux pièces mâle et femelle jusqu'à une distance donnée. de telle
façon que l'extrémité de la pièce mâle recoupe le plan du guide.
puis par une translation suivant un des axes perpendiculaires à celui '
d'insertion) on amène en butée ladite extrémité contre le guide, de
3 5 telle façon que la pièce mâle s'incline d'un angle prédéterminé:
- on déplace à nouveau le support et la pièce mâle suivant la
direction de l'axe d'insertion pour venir mettre en appui frontal
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l'extrémité contre le bord de l'alvéole, et on escamote alors
le guide;
on translate suivant le même axe que la première
translation perpendiculaire à l'axe d'insertion le support et
5 la pièce mâle jusqu'à ce que l'extrémité de celle-ci vienne en
appui latéral contre le bord de l'alvéole;
on déplace le support et la pièce mâle suivant l'axe
d'insertion jusqu'à une position prédéterminée de cette pièce
dans la pièce femelle ou jusqu'à son coincement, et on ramène
le support suivant l'axe perpendiculaire précédent pour amener
les axes théoriques d'insertion des pièces mâles et femelles en
coïncidence;
on translate à nouveau le support suivant l'axe
d'introduction pour insérer complètement la pièce mâle dans
l'alvéole.
Dans une mode préférentiel du procédé ci-dessus, on
effectue les mêmes opérations que ci-dessus, en effecuant
simultanément ou successivement, pour chaque translation
suivant l'axe choisi perpendiculaire à celui d'insertion, la
même translation suivant l'axe qui est perpendiculaire au
premier axe choisi dans le même plan directeur que le plan.
Les objectifs sont aussi atteints par un dispositif
de guidage pour l'introduction automatique d'une pièce mâle
compatible dans une pièce femelle, de forme générale
cylindrique ou symétrique d'axe (zz'), les deux pièces étant
montées sur des supports et un ensemble de moyens permettant de
déplacer les deux pièces l'une par rapport à l'autre, suivant
trois axes de translation orthonormés, dont l'un est parallèle
à (zz') et constitue l'axe d'introduction, caractérisê en ce
que ladite pièce mâle est montée souple en rotation, suivant
les deux autres axes, par rapport à sont support et le
dispositif comprend un guide en mouvement relatif et suivant un
plan (PP') perpendiculaire à l'axe (zz') audessus de l'alvéole
de la pièce femelle, de façon à recouvrir une partie de
l'ouverture de celle-ci, et lorsqu'on amène en butée ladite
pièce mâle contre ce guide, cette pièce s'incline d'un angle
déterminé.
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Le rêsultat est donc de noveaux procédés et
dispositifs de guidage pour l'introduction automatique d'une
pièce mâle dans une pièce femelle.
Ces dispositifs et procédés associés répondent en
effet aux divers inconvênients cités précédemment dans les
systèmes existants: en effet, ils permettent la connexion de
pièces femelles et de pièces mâles aves des supports et moyens
d'insertion ne disposant uniquement que de mouvements de
translation; d'autre part, les risques de coincement et de
détérioration des pièces à connecter sont réduits au minimum.
La présente invention permet également de réaliser
l'insertion de connexion dan les alvéoles avec des incertitudes
de positions entre les deux pièces connexion-alvéole très
importantes, pouvant même être supérieures au pas des alvèole s
dans cas où plusieurs d'entre elles sont situées sur un même
boîtier récepteur.
Un autre avantage de la présente invention est que
les mêmes éléments de guidage, de support et de manipulation
entre les diverses
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pièces peuvent être utilisés quelle que soit la section de la
connexion sans modification de l'un quelconque des éléments.
On peut également citer la simplicité du dispositif ainsi
obtenu, son adaptabilité et sa fiabilité très grandes.
On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention,
mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en
démontrer la nouveauté et l'intérêt.
La description des dessins et des figures ci-après représentent
un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère
limitatif . d'autres réalisations sont possibles à partir des
revendications qui précisent la portée et l'étendue de cette '
invention, en particulier en changeant l'objet àes connexions telles
que déerites dans leur application essentiellement électrique dans les
figures ci-jointes.
1 5 La figure 1 est un schéma chronologique de profil illustrant le
procédé suivant l'invention.
La figure 2 est une vue dé dessus ou de dessous d'un boîtier de
connexion.
La figure 3 est une we en coupe d'un exemple de réalisation. de
connexion électrique.
La figure 1 se décompose en huit phases de présentation de
profil d'un procédé de guidage pour une connexion suivant l'invention)
dans un seul plan x, z qui est le plan de la figure, mais on peut
imaginer la même cinématique de procédé dans le plan perpendiculaire à
1a ffigure,
Le présent dispositif schématique concerne l'introduction
automatique d'une pièce mâle 1 compatible dans une pièce femelle 2, de
forme générale cylindrique ou prismatique d'axe zz'; les deux pièces
sont montées sur des supports associés à des moyens connus pérmettant
de déplacer les deux pièces l'une par rapport à l'autre) suivant trois
axes de translation orthonormés, dont l'un est parallèle à zz' et
constitue l'axe d'introduction.
Les supports décrits ci-dessus peuvent être un support dans
lequel la pièce femelle 2 est fixe, et c'est la pièce mâle 1 qui est
3 5 mobile et est déplaeée par son propre support figuré ici comme une
pince 3.
Une autre présentation pourrait être un déplacement de la pièce
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femelle 2 et par rapport à la pièce mâle 12 qui serait fixe. Une autre
présentation pourrait être une combinaison de déplacement des deux
pièces, chacune dans des axes donnés comme dans la figure 3.
Ladite pièce mâle 1 est souple en rotation suivant les deux
autres axes autre que celui d'insertion et par rapport à son support 3
et) le dispositif comprend.un guide 4 en mouvement relatif et suivant
un plan (PP') perpendiculaire à l'axe zz' au-dessus de l'alvéole 2 de
la pièce femelle, de façon à recouvrir une partie de l'ouverture de
celle-ci, et lorsqu'on amène en butée ladite pièce mâle 1 contre ce
guide, cette pièce s'incline d'un angle déterminé (a).
La phase un suivant la figure 1 représente l'alvéole 2 amenée
par son support constitué d'une table 9 dans une position fixe
théorique d'insertion par rapport à un repère fixe lié à la _pièce mâle
1.
Le guide 4 est amené dans la position théorique de guidage que
l'on définit par rapport au jeu relatif que l'on veut rattraper par lé
présent dispositif de guidage.~tel qu'en particulier ledit guide 4
recouvre en partie l'ouverture de l'alvéole 2. Le support 3, qui peut
être les becs d'une pince. maintient l'extrémité de la pièce mâle 1)
qui est, dans le cas d'une connexion électrique, l'extrémité du fil
portant la connexion 1. '
On rapproche suivant la direction de l'axe zz' les deux pièces
mâle et femelle jusqu'à une distance donnée "d") de telle façon que
l' extrémité 5 de la pièce màle recoupe le plan PP' du guide 4 ; puis
par une translation suivant un des axes perpendiculaire à celui
d'insertion zz') un chariot portant le support 3 de la pièce mâle l.se
déplace suivant cet axe xx'. La position d'arrêt est telle, suivant la
phase deux de la figure 1, que la connexion ou pièce mâle vienne en
appui contre le guide 4, provoquant la flexion de la pièce mâle 1
3 0 suivant son point de souplesse, qui en l'occurrence ici est le morceau
du fil 8 libre entre la connexion et le support pince 3.
La valeur du déplacement en X suivant l'axe xx' du chariot
support 3 sera prédéterminé en fonction de l'incertitude de position
de la connexion 1 par rappôrt au guide escamotable 4. Elle sera telle
3 5 que l'on soit certain dans tous les cas de mettre en contact ladite
connexion 1 avec le guide fixe 4 et que l'on obtienne un angle a
optimum qui dépend de la valeur R du quotient de la largeur L ou du
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diamètre de la connexion sur la valeur J du jeu entre la connexion et
l'alvéole : R = L/J: si R est granà, l'angle a est petit, et si R est
petit, l'angle a est grand.
On déplace alors suivant la phase trois àe cette figure 1 à
nouveau le support 3 selon zz' pour venir mettre en appui l'extrémité
5 de la connexion contre le bord da l'alvéole 2. La force produisant
cette mise en contact sera suffisamment faible pour ne pas plier
l'extrémité 8 du fil ou endommager ïadite connexion.
L'ordre d'arrêt pourra être donné par un capteur d'effort ou
1 0 autre moyen avec glissement possi~le du fil 8 àans le support 3:
lequel support pouvant par exemple sire déterminé pour tenir un effort
faible de l'ordre d'un newton. et pouvant laisser glisser pour un
effort supérieur àe l'oràre de 10 newton.
Le guide 4 est alors escamoté et le degré de liberté selon l'axe
1 5 zz' du support 3 est bloqué gràce à tout moyen tel qu'un frein et tel
que représenté dans la phase quatre de la figure 1.
Le chariot ou support 3 est déplacé alors tel que dans la phase
cinq selon l'axe xx' jusqu'à ce que l'extrémité S de la pièce mâle 1
vienne en appui latéral contre le bord de l'alvéole 2 du fait de son
20 inclinaison préalablement définie par les phases précédentes.
La valeur du déplacement xx' du support '3 est prédéterminée en
fonction de l'incertitude de position de la connexion par rapport à
l'alvéole. Elle sera telle que l'on soit certain dans tous les cas de
mettre la connexion en contact avec le bord intérieur de l'alvéole
25 avec inclinaison de la pièce mâle 1.
Dans la phase six, on avance ensuite le support 3 selon zz'
jusqu'à une position prédéterminée ou jusqu'au coineement de la
connexion 1 dans l'alvéole 2, si celui-ci a lieu avant d'atteindre la
position prédéterminée.
3 0 L'effort qui psoduira le déplacement sera suffisamment faible
pour ne pas plier l'extrémité 5 du fil 8 ou endommager la connexion
elle-même. La positàon prédéterminée sera telle que, connaissant
l'incertàtude de position de la connexion 1 par rapport à l'alvéole 2,
l' on soit certain de venir engager l' extrémité 5 de la connexion 1 à
35 l'intérieur de l'alvéole 2.
La phase sept consiste à déplacer selon xx' le support 3 et son
chariot de translation pour amener les axes théoriques d'insertion du
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fil 8 et de sa pièce mâle 1 en coïncidence avec l'axe théorique
d'insertion de l'alvéole 2 suivant zz'.
On déplace alors selon cet axe zz' le support 3 vers l'alvéole 2
pour insérer complètement la connexion dans cette alvéole tel que
représenté dans la phase huit. La force de poussée du support 3 selon
zz' sera telle que l'on soit certain de réaliser l'encliquetage de la
connexion par tout moyen connu 10 préexistant dans l'alvéole 2 et dans
la pièce mâle 1 correspondante.
La figure 2 est une vue de dessus ou de dessous d'un boîtier de
connexion pour l'introduction automatique et successive de _Dlusieurs
pièces mâles 1 dans un boâtier 7 comportant plusieurs pièces femelles
2 présentant des ouvertures dans une même direction et situées dans un
même plan parallèle au plan PP' directeur de déplacement du guide 4.
Le procédé permettant ladite introduction est alors tel que
- on choisit un guide 4 en forme de L, dont chaque branche est
perpendiculaire à ses deux directions de. translation xx' et yy', èt
dont l'une est suffisamment finie pour être glissée entre deux pièces
mâles 1 adjacentes une fois insérées:
on amène lesdites pièces mâles 1 par translation du support 3
suivant l'une des directions principales xx' et yy', qui est situé du
côté de l'ouverture des branches du guide 4 et perpendiculaire à celle
6 qui est fine:
- on commence par insérer la première pièce mâle 1 dans la pièce
femelle située dans la position la plus extréme du boîtier 7,
déterminée comme étant celle située à l'intérieur d'un angle. dont le
sommet est au bord de ce boîtier et dont les deux côtés suivent deux
directions perpendiculaires correspondant à celle de la branche 6 fine
du guide 4 et à celle de l'amenée du support 3;
- on déplace ensuite le guide 4 suivant l'une ou l'autre des
3 0 directions principales xx' ou yy', de façon à insérer les pièces mâles
suivant une ligne parallèle à cette direction) puis on décale le guide
dans la direction principale perpendiculaire à la direction initiale
choisie pour insérer d'autres pièces mâles dans la rangée suivante et
parallèle à la première ligne connectée.
3 5 Pour effectuer le procédé suivant la description ci-dessus, dans
lequel deux axes xx' et yy' de guidage sont figurés, il suffit, pour
réaliser l'insertion) d'effectuer le procédé tel que défini dans la
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figure 1, simultanément et/ou successivement, pour chaque translation
suivant l'axe xx', en effectuant la méme procédure de translation
suivant l'axe yy' qui lui est perpendiculaire dans le même plan
directeur que le plan PP' du guiàe 4; les valeurs des translations
5 suivant les axes xx' ne sont pas toujours cependant les mêmes : elles
le sont si les pièces 1. 2 sont de section symétriques par rapport à
leur axes, telles que circulaires ou carrées mais elles sont
différentes pour les sections dissymétriques telles que les
rectangles.
10 La figure 3 est une vue en coupe d'un exemple ce réalisation
présentant une connexion électrique àans lequel or. retrouve les
caractéristiques déjà décrites dans les figures précéàentes, soit ici
à titre à'exemple de réalisation plus détaillée : un support ou table
11 fixe dans l'espace ou tout au moins par rapport à la fixation de la
pièce mâle 1 et recevant un boîtier 7 lié à cette table et doté par
exemple d'un degré de liberté' de translation selon yy' ax'e
perpendiculaire à la figure.
Ledit boîtier 7 comprend un certain nombre de pièces femelles 2
comportant donc des alvéoles dans lesquelles on doit venir connecter
la pièce mâle 1. Cette pièce mâle ou connexion 1 est sertie sur
l'extrémité 8 d'un fil électrique qui est fixé Iui-même dans un mors 3
d'une pince 12 fixée elle-même au bout d'une tige 14; celle-ci est
liée rigidement à ladite pince 12, est mobile par rapport à un chariot
13 qui la maintient, et est doté d'un degré de liberté de translation
selon zz'. Ledit chariot 13 est lié au châssis 11 et également doté
d'un degré de liberté de translation selon xx'.
On retrouve ainsi les trois degrés de liberté selon les trois
axes xx', yy', zz' nécessaires et décrits dans le procédé du
dispositif précédent, mais chacun de ces axes est ici lié à un seul
des moyens du dispositif, â savoir pour l'axe xx' le seul chariot 13,
pour l' axe zz' la seule tige 14 tenant la pince 12 et l' axe yy' pour
les supports du boîtier 7 par rapport à la table fixe 11. Ainsi, on
note que la simplification des mouvements à des seules translations
suivant les trois axes permet de simplifier au maximum les différents
3 5 mouvements et donc la réalisation des pièces nécessaires au dispositif
et au procédé suivant l'invention.
Sur cette figure 3, on remarque également le guide 4 dont les
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déplacements sont assurés par tout autre moyen connu suivant les axes
yy' et xx' par exemple.
