Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2017/046303
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DISPOSITIF ARTICULE COMPORTANT UNE EXTREMITE LIBRE DESTINEE A SUPPORTER UNE
CHARGE EN PORTE-A-FAUX
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR
La présente invention concerne le domaine des dispositifs articulés comportant
une
extrémité libre destinée à supporter une charge en porte-à-faux, par exemple,
une
lampe du type architecte destinée à supporter une tête lumineuse.
De manière connue, une lampe du type précité comporte un pied, une tête
lumineuse
et un corps articulé pour relier le pied à ladite tête lumineuse. En pratique,
le pied de la
lampe est lesté ou fixé à une table de travail. Grâce au corps articulé, il
est possible de
déplacer la tête lumineuse à l'endroit désiré d'une table de travail alors que
le pied
demeure fixe par rapport à ladite table de travail.
Lorsque la tête lumineuse est éloignée du pied, le corps articulé est incliné
et doit
supporter la masse de la tête lumineuse. Afin d'éviter un déplacement vers le
bas du
corps articulé sous l'effet du poids de la tête lumineuse, le corps articulé
est équipé de
ressorts de traction afin de créer un bras de levier. Un bras de levier
possède en
pratique une dimension en saillie de l'ordre de 3 à 5 cm depuis le corps
articulé, ce qui
présente un inconvénient d'un point de vue esthétique. Aussi, il existe une
volonté pour
obtenir un corps articulé dénué de bras de levier en saillie tout en étant
apte à
supporter une tête lumineuse en porte-à-faux.
Afin de résoudre cet inconvénient, il a été proposé dans l'art antérieur
d'intégrer un
système de tringlerie dans un corps articulé comme enseigné par la demande de
brevet US4494177A. Néanmoins, sans parler de sa complexité, un tel système de
tringlerie limite l'amplitude d'inclinaison et possède un coût élevé.
L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un
dispositif
articulé comportant une extrémité libre destinée à supporter une charge en
porte-à-
faux qui soit dénué de bras de levier en saillie tout en étant de conception
simple et
peu onéreuse afin de permettre son déplacement aisé dans une position stable.
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Bien que l'invention soit née à l'origine pour une lampe d'architecte, elle
vise tout
dispositif articulé comportant une extrémité libre destinée à supporter une
charge en
porte-à-faux, en particulier, un bras industriel de manutention.
PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention concerne un dispositif articulé comportant une
extrémité libre
destinée à supporter une charge en porte-à-faux, le dispositif comportant au
moins un
premier élément et un deuxième élément reliés par une charnière comprenant un
cylindre solidaire dudit premier élément et un logement solidaire dudit
deuxième
élément qui sont articulés ensemble selon un axe dudit cylindre, la charnière
comportant au moins un premier ressort de traction et un deuxième ressort de
traction,
chaque ressort de traction ayant une extrémité reliée au deuxième élément et
une
extrémité reliée au cylindre du premier élément selon un lieu de fixation, les
lieux de
fixation des ressorts de traction sont distincts l'un de l'autre et situés en
dehors de l'axe
de cylindre de manière à générer un couple autour dudit axe de cylindre entre
le
premier élément et le deuxième élément afin de s'opposer au couple induit par
le
porte-à-faux.
Du fait du poids du deuxième élément et d'une éventuelle masse fixé à son
extrémité,
un couple d'entraînement, induit par le porte-à-faux, tend à faire tourner le
deuxième
élément par rapport au premier élément selon l'axe de cylindre. Grâce au
montage
selon l'invention, les ressorts de traction permettent de générer un couple de
traction
s'opposant au couple d'entraînement afin de maintenir le deuxième élément
immobile. L'utilisation de deux ressorts permet en outre d'améliorer le
comportement
aux limites de fonctionnement de chaque ressort pris indépendamment. Grâce à
l'invention, le deuxième élément peut être déplacé sans effort, en le poussant
ou en le
tirant, dans une position stable à la manière d'un dispositif selon l'art
antérieur
comportant un bras de levier de longueur importante et s'étendant en saillie.
De
manière avantageuse, le dispositif articulé selon l'invention possède un
encombrement
faible, une esthétique améliorée et un coût de fabrication limité.
De préférence, le premier ressort de traction et le deuxième ressort de
traction
s'étendant longitudinalement, chaque ressort de traction comportant un corps
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hélicoïdal, le corps hélicoïdal du premier ressort de traction et le corps
hélicoïdal du
deuxième ressort de traction sont décalés longitudinalement. Avantageusement,
les
ressorts de traction s'étendent dans une cavité du deuxième élément. Ainsi,
les ressorts
de traction peuvent être montés dans le deuxième élément de manière pratique,
les
corps hélicoïdaux étant répartis longitudinalement.
Selon un aspect préféré, les lieux de fixation des ressorts de traction sont
situés à la
même distance de l'axe de cylindre. Ainsi, le couple de traction généré est
équilibré
de manière à solliciter les ressorts de traction de manière symétrique.
De préférence, les lieux de fixation des ressorts de traction sont écartés par
rapport à
l'axe de cylindre d'un angle d'écartement non nul. Ainsi, les ressorts
agissent de
manière différente en fonction de l'inclinaison des éléments.
De préférence, les lieux de fixation des ressorts de traction sont écartés par
rapport à
l'axe de cylindre d'un angle d'écartement compris entre 40 et 60 afin de
compenser
la masse du deuxième élément sur une grande plage angulaire d'inclinaison de
la
charnière.
De manière avantageuse, les ressorts de traction sont configurés pour plaquer
le
cylindre contre le logement afin de générer une force de frottement limitant
la rotation
du premier élément par rapport au deuxième élément autour dudit axe de
cylindre.
Autrement dit, le couple de traction et la force de frottement permettent de
s'opposer
au couple d'entraînement du deuxième élément portant une masse en porte-à-
faux.
De préférence, le cylindre et le logement comportent des surfaces de contact
en
acier. Cela est particulièrement avantageux étant donné que le couple de
frottement
statique est plus élevé que le couple de frottement dynamique (cinétique), ce
qui
permet de déplacer aisément le deuxième élément entre des positions stables.
De préférence, au moins 120 de la surface périphérique du cylindre est
plaquée
contre le logement afin de générer une force de frottement
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Selon un aspect préféré, le cylindre comporte deux portions cylindriques
décalées
axialement selon l'axe de cylindre de manière à ménager entre elles une fente
de
montage des ressorts de traction. Ainsi, les ressorts de traction sont
intégrés dans le
volume du cylindre, ce qui limite l'encombrement et améliore l'intégration.
De préférence, le dispositif comprend un câble de connexion électrique
s'étendant
entre le premier élément et le deuxième élément à travers la charnière. Ainsi,
une tête
lumineuse reliée au deuxième élément peut être alimentée électriquement. De
préférence, le câble de connexion électrique s'étend dans des cavités
respectives du
premier et du deuxième élément, de préférence encore, avec les ressort de
traction.
De manière avantageuse, le câble de connexion électrique s'étend dans ladite
fente
de montage.
De préférence, le premier élément et le deuxième élément étant reliés par une
première charnière, le dispositif comprend un troisième élément relié au
deuxième
élément par une deuxième charnière similaire à la première charnière qui
comprend
un deuxième cylindre solidaire dudit troisième élément et un deuxième logement
solidaire dudit deuxième élément qui coopèrent selon l'axe dudit deuxième
cylindre.
De préférence, le deuxième élément comporte l'ensemble des ressorts de
traction afin
de limiter la masse du troisième élément. De préférence, le troisième élément
est relié à
une tête lumineuse.
De manière préférée, une enveloppe d'habillage est montée extérieurement au
deuxième élément de manière à améliorer l'aspect esthétique. Autrement dit,
les
aspects mécaniques (deuxième élément) et esthétiques (enveloppe d'habillage)
sont
dissociés de manière à obtenir des dispositifs d'aspects différents à partir
d'un même
deuxième élément, ce qui est avantageux.
Selon un aspect préféré, le dispositif selon l'invention se présente sous la
forme d'une
lampe.
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Selon un autre aspect préféré, le dispositif selon l'invention se présente
sous la forme
d'un bras de manutention.
PRESENTATION DES FIGURES
5
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée
uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels
:
- la figure 1 est une représentation schématique de deux configurations
distinctes
d'une lampe d'architecte selon l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique éclaté en perspective d'une
première charnière ;
- la figure 3 est une représentation schématique en coupe d'une première
charnière ;
-
la figure 4 est autre une représentation schématique en coupe de la
première
charnière selon une première inclinaison ;
- la figure 5 est autre une représentation schématique en coupe de la
première
charnière selon une deuxième inclinaison ;
- la figure 6 est une représentation schématique en perspective d'une
deuxième
charnière ; et
- les figures 7 à 9 sont des représentations schématiques de plusieurs
configurations d'une lampe d'architecte.
Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour
mettre en
oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux
définir l'invention
le cas échéant.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE
En référence à la figure 1, il est représenté une lampe 1 du type architecte
qui
comprend un premier élément 11 formant un pied, un deuxième élément 12
articulé
audit premier élément 11 par une première charnière Cl, un troisième élément
13
articulé audit deuxième élément 12 par une deuxième charnière C2 et un
quatrième
élément 14 formant une tête lumineuse 14 qui est reliée audit troisième
élément 13.
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Dans cet exemple de mise en oeuvre, le deuxième élément 12 et le troisième
élément
13 ont chacun une longueur comprise entre 400 mm et 550 mm, de préférence,
entre
450 mm et 500 mm. De préférence encore, le deuxième élément 12 et le troisième
élément 13 ont chacun un diamètre de section de l'ordre de 10 mm.
Le deuxième élément 12 et le troisième élément 13 forment un bras articulé
permettant
de déplacer la tête lumineuse 14 par rapport au pied selon plusieurs
configurations.
Dans cet exemple, en référence à la figure 1, la tête lumineuse 14 s'étend
sensiblement
au-dessus du pied selon une configuration pliée et est éloignée dudit pied
selon une
configuration allongée.
Comme cela sera présenté par la suite, les charnières Cl, C2 sont montées de
manière
symétriques afin de concentrer leur encombrement dans le deuxième élément 12,
les
autres éléments 11, 13 étant alors de conception simple. Par souci de clarté,
seule la
première charnière Cl va être dorénavant présentée en détails, la deuxième
charnière
C2 étant similaire à la première charnière Cl.
En référence à la figure 2 représentant une vue en éclaté, la première
charnière Cl
comprend un premier cylindre 2 solidaire dudit premier élément 11 et un
premier
logement 3 solidaire dudit deuxième élément 12. Le cylindre 2 est monté dans
ledit
premier logement 3 afin d'être articulés ensemble selon l'axe X1 dudit premier
cylindre
2 qui sera désigné par la suite axe de premier cylindre X1 . De même, comme
illustré
à la figure 7, on définit par la suite un premier angle d'inclinaison 01 entre
le premier
élément 11 et le deuxième élément 12 et un deuxième angle d'inclinaison 02
entre le
deuxième élément 12 et le troisième élément 13. La première charnière Cl
possède ici
un angle conique d'inclinaison de l'ordre de 40 tandis que la deuxième
charnière C2
possède un angle conique d'inclinaison de l'ordre de 50 .
La première charnière Cl comporte un premier ressort de traction 4 et un
deuxième
ressort de traction 5. Comme illustré aux figures 4 et 5, chaque ressort de
traction 4, 5
possède une extrémité 41, 51 reliée au deuxième élément 12 et une extrémité
42, 52
reliée au premier cylindre 2 du premier élément 11 selon un lieu de fixation
F4, F5, les
lieux de fixation F4, F5 des ressorts de traction 4, 5 sont distincts l'un de
l'autre et situés
en dehors de l'axe de premier cylindre X1 de manière à générer un couple de
traction
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autour dudit axe de cylindre X1 entre le premier élément 11 et le deuxième
élément 12
comme cela sera présenté par la suite.
De manière préférée, chaque ressort de traction 4, 5 possède une longueur
comprise
entre 60 mm et 80 mm et une longueur maximale d'extension comprise entre 12 et
15
mm. De préférence, le diamètre de chaque ressort de traction 4, 5 est
inférieur à 4,5
mm afin de loger dans lesdits éléments 12, 13.
De préférence, les ressorts de traction 4, 5 sont reliés au premier cylindre 2
par
l'intermédiaire de bielles mais il va de soi qu'ils pourraient être montés
directement à
ce dernier.
Comme illustré à la figure 2, en particulier sur la portion agrandie de cette
figure, les
lieux de fixation F4, F5 des ressorts de traction 4, 5 sont écartés par
rapport à l'axe de
cylindre X1 d'un angle d'écartement 13 compris entre 40 et 60 , de préférence
encore,
de l'ordre de 50 afin de pouvoir créer un bras de levier et faire tourner
ledit premier
cylindre 2 par rapport à son axe de cylindre X1 comme cela sera présenté par
la suite.
Un tel angle d'écartement 13 présente l'avantage de définir une plage
angulaire dans
laquelle les ressorts de traction agissent de manière simultanée sur la plage
de
manipulation de la lampe afin d'obtenir une position stable. De plus, les
ressorts
permettent de se compenser lorsque des positions extrêmes d'un ressort de
traction 4, 5
sont atteintes. Enfin, un tel angle d'écartement 13 permet de former une force
de
contrainte optimale pour générer des frottements assurant la stabilité.
Comme illustré aux figures 4 et 5, les lieux de fixation F4, F5 des ressorts
de traction 4, 5
sont situés à la même distance de l'axe de cylindre X1 et hors dudit axe de
cylindre X1
afin que les ressorts de traction 4, 5 contribuent de manière symétrique, ce
qui améliore
la durée de vie de la première charnière Cl. De préférence, les lieux de
fixation F4, F5
sont situés à une distance inférieure à 6 mm de l'axe de cylindre Xl.
Dans cet exemple, comme illustré à la figure 2, le premier cylindre 2 comprend
deux
portions cylindriques 21, 22 décalées axialement selon l'axe de cylindre X1 de
manière
à ménager entre elles une fente 23 pour permettre le montage des deux ressorts
de
traction 4, 5. Toujours en référence à la figure 2, le premier logement 3
comprend deux
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boucles cylindriques 31, 32 décalées axialement selon l'axe de cylindre X1
afin de
coopérer avec les portions cylindriques 21, 22 du premier cylindre 2.
Autrement dit,
chaque portion cylindrique 21, 22 est guidée dans une boucle cylindrique 31,
32 afin de
guider l'articulation selon l'axe de cylindre X1 du premier élément 11 par
rapport au
deuxième élément 12.
De manière préférée, les ressorts de tractions 4, 5 sont respectivement reliés
aux
portions cylindriques 21, 22 du cylindre 2 de manière à permettre un guidage
équilibré.
En référence aux figures 3 à 5, le deuxième élément 12 comporte une cavité
longitudinale 120 dans laquelle viennent se loger les ressorts de traction 4,5
afin d'être
intégrés au deuxième élément 12. Autrement dit, dans cette forme de
réalisation, les
ressorts de traction 4, 5 sont montés intérieurement dans la fente de montage
23 du
premier cylindre 2 mais il va de soi que le montage pourrait être différent.
Par exemple,
le montage pourrait être réalisé extérieurement au premier cylindre 2. Comme
illustré
aux figures 4 et 5, le deuxième élément 12 comprend, dans sa cavité
longitudinale 120,
un organe de liaison 121 sur lequel sont reliés les extrémités 41, 51 des
ressorts de
traction 4, 5. De manière préférée, la position de l'organe de liaison 121 est
réglable
dans la cavité longitudinale 120 afin de régler la tension des ressorts de
traction 4, 5.
Les ressorts de traction 4, 5 sont configurés pour plaquer le cylindre 2
contre le
logement 3 afin de générer une force de frottement limitant la rotation du
premier
élément 11 par rapport au deuxième élément 12 autour dudit axe de cylindre Xl.
De
préférence, au moins 120 de la surface périphérique du cylindre 2 est plaquée
contre
le logement 3 afin de générer une force de frottement suffisante pour
immobiliser le
deuxième élément 12 par rapport au premier élément 11. Afin de permettre un
frottement homogène tout en limitant l'usure, le cylindre 2 et le logement 3
comportent
des surfaces de contact en acier.
De manière préférée, les boucles cylindriques 31, 32 qui forment le logement 3
sont
réglables de manière à contrôler la force de frottement du premier logement 3
avec le
premier cylindre 2. En référence à la figure 2, la première charnière Cl
comporte des
moyens de réglage 8 de la longueur périphérique des boucles cylindriques 31,
32 afin
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de régler la force de frottement du premier logement 3 avec le premier
cylindre 2.
Autrement dit, les boucles cylindriques 31, 32 forment un frein à ruban.
En référence à la figure 2, le premier ressort de traction 4 et le deuxième
ressort de
traction 5 s'étendent longitudinalement et comportent chacun un corps
hélicoïdal 40,
50 dit en boudin , une extrémité 41, 51 reliée au deuxième élément 12 et
une
extrémité 42, 52 reliée au premier cylindre 2. Dans cet exemple, les
extrémités 41, 51, 42,
52 se présentent sous la forme de fils. En référence aux figures 3 à 5, les
corps
hélicoïdaux 40, 50 des ressorts de traction 4, 5 sont décalés
longitudinalement de
manière à limiter leur encombrement transversal et ainsi permettre leur
montage dans
la même cavité longitudinale 120 du deuxième élément 12. Une telle
caractéristique
est particulièrement avantageuse dans le cas d'une lampe dans laquelle il est
nécessaire de réserver de l'espace pour le passage d'un câble d'alimentation
électrique 9 dans le deuxième élément 12.
De manière préférée, les ressorts de traction 4, 5 ont une constante de
raideur
comprise entre 0,9 dN.mm-1 et 1,5dN.mm-1. De tels ressorts de traction 4, 5
permettent
de travailler une plage de compression optimale tout en ayant une usure
limitée.
Comme illustré à la figure 2, le premier élément 11 comporte une portion
concave de
butée 6 adaptée pour coopérer avec le deuxième élément 12 dans une
configuration
extrême de la lampe 1, c'est-à-dire, quand le premier angle d'inclinaison 01
est très
important.
Comme indiqué précédemment, la première charnière Cl et la deuxième charnière
C2 sont similaires l'une de l'autre mais sont montées de manière inversées
comme
illustré à la figure 6. A cet effet, la deuxième charnière C2 comporte un
premier ressort
de traction 4' et un deuxième ressort de traction 5', chaque ressort de
traction 4', 5'
ayant une extrémité (non représentée) reliée au deuxième élément 12 et une
extrémité
42', 52' reliée au deuxième cylindre 2' du troisième élément 13 selon un lieu
de fixation
F4', F5', les lieux de fixation F4', F5' des ressorts de traction 4', 5' sont
distincts l'un de
l'autre et situés en dehors de l'axe X2 du deuxième cylindre 2' de manière à
générer
un couple de traction autour dudit axe de deuxième cylindre X2 entre le
deuxième
élément 12 et le troisième élément 13.
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De manière préférée, les ressorts de traction 4, 5 de la première charnière Cl
possèdent une constante de raideur plus élevée que ceux de la deuxième
charnière
C2 étant donné qu'ils doivent supporter une plus grande longueur de porte-à-
faux.
5
De manière préférée, le deuxième élément 12 comporte un châssis structural,
auquel
sont reliés les ressorts 4, 5, et une enveloppe ou cassette venant entourer
ledit châssis
structural. Outre son comportement mécanique avantageux, le deuxième élément
12
permet d'offrir un aspect esthétique flatteur grâce à son enveloppe.
Le fonctionnement de la première charnière Cl va être présenté dorénavant de
manière théorique en référence aux figures 4 et 5, le fonctionnement de la
deuxième
charnière C2 étant similaire.
Dans cet exemple, le premier élément 11 correspond au pied de la lampe 1 et
demeure fixe. Le deuxième élément 12 peut être déplacé par rapport au premier
élément 11 tout en demeurant immobile après déplacement. Autrement dit, la
position
du deuxième élément 12 doit être stable après modification du premier angle
d'inclinaison 01.
Comme illustré à la figure 4, dans une première position, le premier angle
d'inclinaison
01 est égal à 1800, le premier élément 11 et le deuxième élément 12 étant
alignés. Le
porte-à-faux est faible et le couple d'entraînement visant à déplacer le
deuxième
élément 12 est également faible.
Les deux ressorts de traction 4, 5 agissent sur le premier cylindre 2 de
manière à le
plaquer contre le premier logement 3. Dans cette première position, le premier
ressort
de traction 4 est peu tendu tandis que le deuxième ressort de traction 5 est
un peu plus
tendu. Il en résulte que peu d'efforts élastiques transitent dans la première
charnière Cl
pour maintenir le deuxième élément 12 immobile. Le décalage des lieux de
fixation F4,
F5 des ressorts de traction 4, 5 permet, à la manière d'un cerf-volant, de
contrôler le
positionnement du deuxième élément 12 en appliquant un faible couple de
traction
s'opposant au faible couple d'entraînement.
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Aussi, il est simple pour un utilisateur de modifier la position du deuxième
élément 12
dans une deuxième position dans laquelle le premier angle d'inclinaison 01 est
égal à
400 comme illustré à la figure 5. Dans cette deuxième position, le deuxième
ressort de
traction 5 est très tendu tandis que le premier ressort de traction 5 est
encore plus
tendu. Il en résulte que des efforts élastiques importants transitent dans la
première
charnière Cl qui tendent à appliquer un couple de traction au deuxième élément
12
pour compenser le fort couple d'entraînement lié au porte-à-faux. Du fait du
plaquage
induit par les ressorts de traction 4, 5, les frottements entre le premier
cylindre 2 et le
logement 3 sont également importants et empêchent tout mouvement, la position
du
deuxième élément 12 étant stable. Ainsi, même avec un porte-à-faux important,
le
deuxième élément 12 demeure fixe.
De manière avantageuse, les frottements de la première charnière Cl sont plus
importants en statique qu'en dynamique (ou cinétique), ce qui permet à un
opérateur
de pouvoir modifier de manière aisée la position du deuxième élément 12
indépendamment de son premier angle d'inclinaison 01, le deuxième élément 12
demeurant immobile après son déplacement. L'utilisation de surfaces en acier
améliore aussi bien le comportement en dynamique qu'en statique, la durée de
vie de
la première charnière Cl étant également améliorée.
Il est représenté en référence aux figues 7 à 9 plusieurs positions
différentes de la lampe
1 selon l'invention. Plus le centre de gravité de la lampe 1 est décalé par
rapport à son
pied, plus les ressorts de traction 4, 5, 4', 5' sont sollicités pour créer un
couple de
traction et une force de frottement permettant à la lampe 1 de demeurer stable
en
position.
Comme illustré à la figure 9 dans laquelle la tête lumineuse est éloignée de
son pied, les
ressorts de traction 4, 5 de la première charnière Cl sont fortement
sollicités de manière
à fournir un couple de traction et une force de frottement pour compenser le
couple
d'entrainement induit par le poids de la tête lumineuse en porte-à-faux.
Grâce à l'invention, on obtient une lampe du type architecte dont le corps
articulé ne
comporte pas de portions en saillie et dont la conception est simple et peu
onéreuse
par comparaison à un corps articulé avec un système de tringlerie.
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L'invention vise également un bras industriel de manutention comportant à son
extrémité libre une desserte, par exemple un plateau, afin de faciliter le
stockage
temporaire d'outils ou de pièces. Il va de soi que la nature des ressorts de
traction
utilisés sont adaptés aux dimensions et aux efforts reçus par le bras
industriel.
