Many a robotic pitch-roll wrist uses a bevel-gear differential train to drive the gripper. The innovative design of pitch-roll wrists using spherical cam-roller pairs is currently underway at McGill University's Centre for Intelligent Machines, with the aim of overcoming the drawbacks of bevel-gear trains. This innovative design relies on Speed-o-Cam, a new concept of speed-reduction mechanisms based on cams and pure-rolling contact, intended to replace gears and harmonie drives in applications where backlash, friction, and flexibility cannot be tolerated. The new mechanism consists mainly of a spherical conjugate cam subassembly and two roller-carrying disks.

We start with a study of cam curvature, with special focus on its machinability. Drawing from experience, we introduce the hypothesis that high curvature changes of a cam profile are at the source of the concentration of machining errors. As a consequence, the machining accuracy of the concave regions in a cam profile is substantially lower than that of its convex regions. To pro duce a more accurate cam we developed the geometric condition that guarantees a fully convex spherical cam profile.

The optimum design of the pitch-roll mechanism based on cam-roller pairs is reported here. The optimization is intended to simplify the subassembly of spherieal conjugate cams of the oid design by means of a layout of two pairs of spherieal mechanisms of the Stephenson type and two conjugate cams mounted on distinct shafts. We focus on the optimum design of both the spherieal cam-roller mechanism and the spherical Stephenson mechanism.

Plusieurs poignets robotiques effectuant des mouvements de tangage et de roulis utilisent un train differéntiel à engrenages coniques pour entraîner l'efecteur. Un concept innovateur de mécanisme tangage-roulis utilisant des paires de cames et roulis sphériques est en cours de mise au point à l'Université McGill, au Centre pour les Machines Intelligentes, avec le but de pallier aux inconvénients des trains à engrenages coniques. Cette conception novatrice est basée sur Speed-o-Cam, un nouveau mécanisme destiné à la réduction de vitesse, basé sur des ensembles camesroulements, pour remplecer les réducteurs de vittesse classiques à engrenages ainsi que les harmonie drives, dans les applications ne tolérant pas le jeu, le frottement et la flexibilité. Ce nouveau mécanisme consiste essentiellement de sous-ensembles de cames sphériques conjugées et deux disques porteurs des roulements.

Nous commençons par étudier la courbure de la came, en mettant l'accent sur son usinage. Nous introduisons l'hypothèse selon lequelle les changements de courbure d'un profil de came sont à la source des concentration des erreurs d'usinage. Par conséquent, la précision de l'usinage des régions concaves d'un profil de came est notamment moins élevée que celle des régions convexes. Dans le but d'augmenter la précision des cames nous établissons une condition géométrique qui garantit un profil entièrement convexe de cames sphériques.

La conception optimale d'un mécanisme tangage-roulis basé sur des paires de cames et roulements est rapporté dans cette thèse. Le but de l'optimisation est de simplifier le sous-ensemble de cames sphériques conjuguées en adoptant une disposition de deux paires de mécanisme sphériques de type Stephenson et de deux cames conjugées montées sur des arbres indépendents. Nous faisons le point sur la conception optimale des mécanismes sphériques de type Stephenson et des cames-roulements.