EP3377273A1 - Robot a caractere humanoïde motorise - Google Patents

Robot a caractere humanoïde motorise

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Publication number
EP3377273A1
EP3377273A1 EP16795068.2A EP16795068A EP3377273A1 EP 3377273 A1 EP3377273 A1 EP 3377273A1 EP 16795068 A EP16795068 A EP 16795068A EP 3377273 A1 EP3377273 A1 EP 3377273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
base
wheel
contact
center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16795068.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent CLERC
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.)
Aldebaran SAS
Original Assignee
SoftBank Robotics Europe SAS
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 SoftBank Robotics Europe SAS filed Critical SoftBank Robotics Europe SAS
Publication of EP3377273A1 publication Critical patent/EP3377273A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0003—Home robots, i.e. small robots for domestic use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D61/00—Motor vehicles or trailers, characterised by the arrangement or number of wheels, not otherwise provided for, e.g. four wheels in diamond pattern

Definitions

  • the invention relates to a motorized humanoid robot that can be used in particular in a professional setting or in a family setting with the possibility of interactions with children.
  • humanoid robot is meant a robot with similarities to the human body. It may be the upper body, or only an articulated arm ending in a clamp comparable to a human hand. In the present invention, the upper body of the robot is similar to that of a human trunk.
  • a humanoid robot can be more or less sophisticated. He can control his own balance statically and dynamically and walk on two limbs, possibly in three dimensions, or simply ride on a base.
  • the safety of the robot and its environment components includes avoiding the fall of the robot, even if it is jostled, so as not to damage the robot and / or any element in its environment. Similarly, it is desirable that the robot does not fall on children. It is also imperative to avoid any risk of pinching when in contact with the robot. For example, if a person comes into contact with the robot and, even if it interacts with certain members of the robot, it is necessary to avoid that the person is pinched, for example a finger of the person under a robot arm. Finally, we ideally wish to meet these safety criteria in the least expensive way.
  • the aim of the invention is to overcome all or some of the problems mentioned above by proposing a robot with an anti-pinch motorized humanoid character, of specific shape and of mass distribution such that it stands up spontaneously whatever the angle of inclination that is imposed on him and whatever the direction in which the robot is inclined.
  • the subject of the invention is a motorized humanoid robot having a positioning axis extending along a reference axis in a reference position and able to move on a horizontal plane, comprising:
  • a drive unit for driving the first and second wheels in rotation, so that the robot moves on the horizontal plane
  • the robot comprises a base having a left surface which, in a vertical plane passing through the first center of the first wheel and the second center of the second wheel, extends on either side of each of the first and second wheels, the left surface being able to form at any point on the left surface a first point of contact with the horizontal plane, defining for every first point of contact a center of rotation, and in that the robot is configured so the rotation center and the center of gravity of the robot are offset so as to generate a torque tending to return the robot from any position in which its positioning axis forms a non-zero angle with the reference axis at the position reference.
  • the first wheel having a first rolling surface and the second wheel having a second rolling surface the base is substantially ellipsoid with a center O, the first running surface substantially coincides with the perimeter. of a first section of the base and the second running surface substantially coincides with the perimeter of a second section of the base, the first and second running surfaces being protruding from the base, so that the robot has a ground clearance greater than or equal to zero.
  • the left surface and the running surfaces are configured to allow the robot to return from any position on the left surface from any position in which its positioning axis forms a non-zero angle with the reference axis at the reference position. following the shortest path on the left surface.
  • the first wheel being in contact with the horizontal plane in a second contact point and having a first external point diametrically opposite to the second point of contact and the second wheel being in contact with the horizontal plane in a third point of contact and having a second outer point diametrically opposite the third contact point
  • the spacing of the second and third contact points is less than the spacing of the first and second external points
  • the robot comprises an upper part positioned on the base and a first articulation connecting the upper part to the base, and the first articulation has at least one degree of freedom in rotation around the positioning axis by report to the base.
  • the robot comprises at least one upper member and a second joint connecting the at least one upper limb to the upper part, and the second joint has at least one degree of freedom in rotation relative to the upper part.
  • the upper part comprises:
  • the second articulation connects the at least one upper limb to the thorax, and the second articulation has at least one degree of freedom in rotation relative to the thorax.
  • the drive unit is configured to drive the first and second wheels differentially.
  • the robot comprises a motorized weight to move the center of gravity of the robot inside the base.
  • the at least one upper member comprises a flexible zone that may be facing the base or the upper part.
  • the robot is configured to translate the first wheel along an axis passing through a diameter of the first wheel and the second wheel along an axis passing through a diameter of the second wheel.
  • FIGS. 1a, 1b, 1c and 1d diagrammatically represent several possible humanoid robot configurations according to the invention
  • FIGS. 2a and 2b schematically represent several possible configurations of basic ellipsoid for a humanoid robot according to the invention
  • FIG. 3 represents, viewed from the front, a humanoid robot according to the invention
  • FIG. 4 schematically represents lateral movements of the robot of a humanoid nature according to the invention
  • FIG. 5 diagrammatically represents movements from front to back of the humanoid robot according to the invention
  • FIG. 6 highlights the anti-pinch characteristics of the humanoid robot according to the invention in areas liable to pinch
  • FIG. 7 illustrates the capacity of the humanoid robot according to the invention to vary its ground clearance.
  • FIGS 1a, 1b, 1c and 1d show schematically several possible configurations of humanoid robot according to the invention.
  • the humanoid robot 10 is motorized and has a positioning axis 1 1 extending along a reference axis 12 in a reference position as shown in Figure 1a.
  • the robot 10 is able to move on a horizontal plane 13 and it comprises a first wheel 14 and a second wheel 15 in contact with the horizontal plane 13, the first wheel 14 having a first center and the second wheel 15 having a second center , a motorization unit 16 for rotating the first and second wheels 14, 15, so that the robot moves on the horizontal plane.
  • the robot 10 comprises a base 17 having a left surface 18 which, in a vertical plane passing through the first center of the first wheel 14 and the second center of the second wheel 15, extends from both sides. other of each of the first and second wheels 14, 15, the left surface 18 being able to form at any point on the left surface a first point of contact 19 with the horizontal plane 13, defining for every first point of contact 19 a center O rotation, and the robot 10 is configured so that the center of rotation O and the center of gravity G of the robot 10 are offset so as to generate a torque tending to bring the robot 10 from any position around the base 17 in which its positioning axis January 1 forms a non-zero angle with the reference axis 12 (as shown in Figure 1b) directly at the reference position, the positioning axis 1 1 scanning the angle 20 to coincide with the reference axis e 12.
  • the robot 10 can be inclined so that its positioning axis January 1 is in a cone vertex the point of contact between the base 17 and the horizontal plane 13 and cone base parallel to the horizontal plane 13.
  • the angle 20 between the axis 1 and the reference axis 12 can be between 0 ° and 90 °, in the possible limit according to the shape of the base 17.
  • the positioning axis 1 1 of the robot 10 can be inclined for example 45 ° with respect to the reference axis 12.
  • the positioning axis 1 1 and the reference axis 12 form a plane and the generated torque tends to bring the robot 10 from any possible 360 ° position around the base 17 to the reference position 12, the positioning axis 1 1 moving in the plane formed by the two axes to coincide with the reference axis 12.
  • the wheels 14, 15 may be parallel to each other or not.
  • Figure 1d illustrates that the base 17 may be of any shape.
  • a necessary condition of the invention is that the base 17 has a left surface 18 forming a contact point 19 with the horizontal plane 13 and that the distance between the center of rotation of the base 17 at this point of contact 19 and the center gravity G of the robot 10 is such that a return torque is formed, that is to say a torque tending to bring the robot 10 from any position in its reference position.
  • the robot 10 can be jostled, for example, forwards or backwards, but also laterally in any which way. In this case, the robot 10 is in the so-called tilted position.
  • its positioning axis January 1 forms a non-zero angle with the vertical axis 12 and the torque generated due to the shift between the center of gravity G of the robot 10 and the center of rotation O locally relative to the point of rotation. contact 19 tends to return the robot 10 to the reference position, that is to say the positioning axis January 1 coinciding with the reference axis 12.
  • the reference axis 12 is represented as the axis perpendicular to the horizontal plane 13.
  • the invention also applies to any reference axis 12 not perpendicular to the horizontal plane 13.
  • the said flyweight can be advantageously motorized in space to dynamically change the inclination of the axis reference.
  • FIGS. 2a and 2b schematically show several possible configurations of base 17 ellipsoid for a humanoid robot according to the invention.
  • the first wheel 14 has a first running surface 24 and the second wheel 15 has a second running surface 25.
  • the base 17 is substantially ellipsoid with a center O.
  • the first running surface 24 substantially coincides with the perimeter of a first section of the base 17 and the second running surface 25 substantially coincides with the perimeter of a second section of the base 17, the first and second rolling surfaces 24, 25 being protruding from the base 17, so that the robot has a ground clearance greater than or equal to zero.
  • the substantially ellipsoidal base 17 includes any base having a surface of revolution such as an ovoid but also as a spheroid.
  • a base 17 has the advantage of allowing the robot 10 to have in all directions and at any angle that its positioning axis 1 1 forms with the reference axis 12 a contact point 19 with the horizontal plane 13, and a center of rotation O associated with this point of contact, and so that the center of rotation O and the center of gravity G of the robot 10 are offset so as to generate a torque tending to return the robot 10 from this position to the reference position.
  • first running surface 24 substantially coincides with the perimeter of a first section of the base 17 means that the outer surface of the first wheel 14 is substantially the same as the surface of the base 17 at this point of the base. 17. More specifically, the rolling surface 24 is in continuity with the surface of the base 17 on the upper part of the base 17, as shown in FIG. 2a. In other words, there is no open space between the running surface 24 and the base 17, for the sake of safety, for example to prevent any pinching of a finger between the wheel 14 and the base 17. It is similarly for the wheel 15 and the running surface 25. In the lower part of the base 17, the running surface 24, like the running surface 25, substantially exceeds the contour of the base 17 to ensure a certain ground clearance of the robot 10.
  • the running surfaces 24 and 25 must therefore protrude from the lower part of the base 17 to ensure proper ground clearance, that is to say in correspondence with the curvature of the lower part of the base. the base 17 between the two wheels 14, 15. Moreover, it is advisable that the rolling surfaces 24 and 25 do not exceed too much of the lower part of the base 17 so that the robot 10 does not lose its natural stability. Indeed, if the robot 10 has wheels 14, 15 whose running surfaces 24, 25 protrude too much from the lower part of the base 17, a simple side impact can make it fall without the possibility of returning to its reference position. . In addition, the wheels 14, 15 and the tread surfaces 24, 25 are advantageously configured so as not to prevent spontaneous rectification of the robot 10.
  • the left surface 18 and the tread surfaces 24, 25 are configured to allow at any point of the left surface 18 a return of the robot 10 from any position in which its axis of Positioning 11 forms a non-zero angle with the reference axis 12 at the reference position by following the shortest path on the left surface 18.
  • the robot 10 can straighten spontaneously from its pivoted position to its reference position. Even after a side impact, the robot 10 straightens itself up along the shortest path on the left surface 18 by exceeding the prominence of the wheel 14 or 15.
  • the rolling surfaces 24, 25 protrude from the bottom part of the base 17 and that they are at all points outside the contour of the base 17, they can also act as a shock absorber in the event of impact with an element of its environment. For example, if the robot 10 is moving towards a wall, the rolling surfaces 24, 25 first come into contact with the wall and provide the bumper function. In the same way, these rolling surfaces 24 and 25, coming into contact first with a step, allow to mount the step. These surfaces can then be sculpted to improve the grip on the edge of the step and therefore the crossing power of the robot.
  • the first wheel 14 is in contact with the horizontal plane 13 in a second point of contact 34 and has a first external point 44 diametrically opposite the second point of contact 34 and the second wheel 15 is in contact with the horizontal plane 13 in a third contact point 35 and has a second external point 45 diametrically opposite the third point of contact 35.
  • Circular wheels are considered here.
  • the invention also applies in the case of elliptical wheels in which case the diameter is to be understood as one of the axes of the ellipse and the diametrically opposed points are to be understood as the two points on the wheel each at one end of one of its axes.
  • the spacing of the second and third contact points 34, 35 is smaller than the spacing of the first and second external points 44, 45.
  • the invention also applies in the case where the spacing of the second and third contact points 34, 35 is greater than the spacing of the first and second external points 44, 45. Nevertheless, the fact that the spacing of the second and third contact points 34, 35 is smaller than the spacing of the first and second external points 44, 45 guarantees a return to the reference position after a jostling of the robot. Whatever the direction, front, back, or side.
  • FIG. 3 represents, seen from the front, a humanoid robot 50 according to the invention.
  • the motorized humanoid robot 50 comprises an upper part 51 positioned on the base 17 and a first articulation 52 connecting the upper part 51 to the base 17.
  • the first articulation 52 has at least one degree of freedom in rotation about the axis positioning 1 1 relative to the base 17.
  • the motorized humanoid robot 50 comprises at least one upper limb 61 and a second articulation 62 connecting the upper limb 61 to the upper part 51.
  • the second hinge 62 has at least one degree of freedom in rotation with respect to the upper portion 51.
  • the second hinge 62 may allow the upper limb 61, comparable to an arm, to be set in motion from a substantially vertical position along the base 17 to a substantially vertical position, arm extended in front of or behind, or to a position vertical, arms stretched upwards.
  • the second hinge 62 may also allow the upper limb 61 to be rotatable relative to the upper part 51, the upper limb 61 away from the base 17 in a plane containing the positioning axis 1 1 and the limb higher 61.
  • the second hinge 62 may have several degrees of freedom in rotation with respect to the upper part 51, in which case the upper member 61 is able to be set in motion according to a combination of several rotations.
  • the robot 50 according to the invention may comprise a second upper limb, or even several others.
  • the presence of two upper limbs contributes more to the humanoid character of the robot 50.
  • the upper part 51 may comprise a thorax 53.
  • the first articulation 52 connects the thorax 53 to the base 17, so that the thorax is mobile in rotation about the positioning axis 1 1 relative to the base 17.
  • the upper portion 51 may also include a head 54.
  • a third hinge 55 connects the head 54 to the thorax 53, and the third hinge 55 has a degree of freedom in rotation about the positioning axis 1 1 relative to the thorax 53.
  • the head 54 is rotatable about the positioning axis 1 1 relative to the thorax 53, he even mobile in rotation about the positioning axis 1 1 with respect to the base 17.
  • the second hinge 62 can connect the upper limb 61 to the thorax 53, and have at least one degree of freedom in rotation with respect to the thorax 53.
  • This configuration can for example allow the robot 50, when it moves with the aid of its wheels 14, 15 driven by the motorization group 1 6 to rotate its thorax 53 so that its upper limb 61 (or upper limbs if it has two, one on each side of the thorax 53) is positioned in front of it along the base 17 (and behind it along the base 17 for the second upper member) to reduce its lateral size and allow the robot 50 to be able to pass between two elements of its environment spaced apart by distance between the width of its base 17 and the total width of the robot 50, upper member (s) included.
  • the upper limb 61 may comprise a flexible zone 63 that may be opposite the base 17 or the upper part 51.
  • the flexible zone 63 has an anti-pinch role. Indeed, if an object or a body part of a human being is between the upper member 61 and the base 17 and / or the upper part 51 and the upper member 61 tightens towards the base 17 and / or the part high 51, the flexible zone 63 is deformed to prevent pinching or crushing of the object or body part.
  • the flexible zone 63 on each of the upper limbs can have a gripping role.
  • the robot 50 is able to place its two upper limbs 61 in front of it because of the degree of freedom of the second joints 62, as explained above.
  • the flexible zone 63 of one facing the flexible zone 63 of the other an object can be positioned between the two upper limbs 61 and held by pressure of the two upper members 61, the flexible zones 63 deforming in contact with the object without damaging it.
  • the engine group 1 6 may be configured to drive the first and second wheels 14, 15 differentially.
  • It may for example comprise a set of gears or differential to allow the two wheels 14, 15 to rotate at a different speed, or two motors, each associated with a wheel, coupled to a computer to control the two engines according to the desired robot paths.
  • the differential drive of the two wheels 14, 15 thus allows the robot to have displacements that are not necessarily linear. It is also possible for him to turn around himself, turning one of the two wheels and not the other, or to turn on itself by turning its two wheels in the opposite direction.
  • the motorized humanoid robot may comprise a motorized flyweight intended to move the center of gravity G of the robot 50 inside the base 17.
  • the flyweight can take different positions using a motor, which may possibly be a motor of the motorization unit 16.
  • the center of gravity G of the robot 50 may change position in the base 17. This may result in a change in the reference position of the robot.
  • a robot 50 having a vertical reference axis may have a reference axis inclined by several degrees relative to the vertical after displacement of the motorized weight, and vice versa.
  • the possibility of moving the center of gravity of the robot is particularly interesting when the robot grasps an object between its two upper members 61 as explained above.
  • the robot for example initially in vertical reference position, will naturally incline.
  • its positioning axis then forms a non-zero angle with its reference axis.
  • the center of gravity of the robot is moved inside the base 17 and the positioning axis 11 of the robot with the water bottle can then be repositioned so as to coincide with its initial reference axis.
  • FIG. 4 schematically represents possible lateral movements of the humanoid robot 50 according to the invention.
  • the robot 50 is configured so that the center of rotation O and the center of gravity G of the robot 50 are shifted so as to generate a torque tending to return the robot 50 from a position in which its positioning axis 1 1 forms a nonzero angle 20 with the reference axis 12 at the reference position.
  • the robot 50 is in a position where its positioning axis 11 forms a non-zero angle 20 with the reference axis 12, for example following a force which has applied laterally.
  • the offset between the points O and G will cause a return torque to be generated to return the robot 50 to its reference position, that is to say to bring its positioning axis 1 1 according to the reference axis 12.
  • the robot 50 can oscillate around the reference axis 12, until it is in equilibrium position, its positioning axis January 1 coinciding with its reference axis 12.
  • FIG. 5 diagrammatically represents possible forward and backward movements of the humanoid robot 50 according to the invention, similar to the lateral movements of the robot 50 of FIG. 4. It is important to note that because of the left surface 18 of FIG. the base forming at any point on the left surface 18 a first point of contact 19 with the horizontal plane 13, of the substantially ellipsoid base 17 containing the periphery of the wheels 14, 15, the motorized robot 50 can have this movement of va-and -sili sideways, from front to back but also in any direction around the robot 50.
  • the maximum possible amplitude that is to say the maximum angle between the positioning axis 1 1 and the reference axis 12 can reach a value of 180 °, provided that the shape of the base 17 allows it.
  • FIG. 6 highlights the anti-pinch characteristics of the humanoid robot 50 according to the invention in zones likely to pinch.
  • the first rolling surface 24 substantially coincides with the perimeter of a first section of the base 17, which means that the outer surface of the first wheel 14 is substantially the same as the surface of the base 17 at this point. 17.
  • the running surface 24 is in continuity with the surface of the base 17 on the upper part of the base 17. There is therefore no open space between the running surface 24 and the base 17, for reasons of safety, in particular to prevent any pinching of a finger between the wheel 14 and the base 17. It is the same for the wheel 15 and the running surface 25.
  • the third articulation 55 connecting the head 54 to the thorax 53 is advantageously positioned in the robot 50.
  • the head 54 and the thorax 53 each have a contact surface complementary to each other, so that no space is present between the head 54 and the thorax 53.
  • the head 54 is rotatable relative to the thorax 53 without the risk of pinching a finger or a small object between the head 54 and the thorax 53.
  • the second hinge 62 connecting the upper limb 61 to the upper part 51 allows the upper limb 61 to be rotatable relative to the thorax 53 avoiding any risk of pinching at the second joint 62.
  • the flexible zone 63 facing the base 17 or the upper part 51 has an anti-pinch function. Any object or body part of a human being positioned between the upper limb 61 and the base 17 (and / or the upper part 51 if the upper limb is in the raised position) may risk, without the presence of the flexible zone 63, d to be crushed or pinched if the upper limb 61 tapers towards the base 17 (and / or the upper part 51 if the upper limb is in the raised position). As the zone 63 is flexible, in the case where the upper member 61 tightens against the base 17, the flexible zone 63 is deformed to prevent pinching or crushing of the object or the body part.
  • Figure 7 illustrates the capacity of the humanoid robot 50 according to the invention to vary its ground clearance.
  • the running surface 24, like the running surface 25, substantially exceeds the contour of the base 17 to ensure a certain ground clearance of the robot 10.
  • the rolling surfaces 24 and 25 must therefore protrude from the lower part of the base 17 to ensure proper ground clearance, that is to say in correspondence with the curvature of the lower part of the base 17 between the two wheels 14, 15.
  • the motorized humanoid robot 50 according to the invention can be configured so as to translate the first wheel 14 along an axis 74 passing through a diameter of the first wheel 14 and the second wheel 15 along an axis 75 passing through a diameter of the second wheel 15.
  • the ground clearance of the robot 50 is increased.
  • This configuration can allow the robot 50 to cross a small obstacle by moving over it, without the base 17 coming into contact with the obstacle. More generally, this configuration allows the robot 50 to move on any type of terrain, especially outdoors on a lawn or terrace whose coating is not perfectly uniform.
  • the capacity of the robot 50 to translate its wheels 14, 15 can allow it to cross obstacles step stair. Indeed, it is generally considered that a non-smooth wheel can cross in height up to half its diameter by adhesion.
  • the robot can move easily on any terrain. It is even possible to consider rolling surfaces 24, 25 sculpted, crampon type, to increase the grip of the robot in its movements. This is particularly interesting for outdoor use (terrace, lawn, path) of the robot 50 but also for indoor use, for example in a space in which there are differences in levels or roughness of the soil.
  • the wheels 14, 15 it is possible to translate the robot 50 according to its reference axis 12. As a result, the robot 50 is raised or lowered.
  • This translation of the wheels 14, 15 can be obtained by shifting the center of rotation of the wheels 14, 15.
  • the offset of the center of rotation of the wheels 14, 15 can be effected by means of a motor, which can be included in the group of motorization 1 6 and the use of cams, for example.
  • the wheels 14, 15 are translated so as to increase the ground clearance of the robot when it is movable to facilitate the movement of the robot.
  • the wheels 14, 15 are translated, that is to say retracted, so as to reduce or even cancel the ground clearance of the robot, so that the robot can switch on its left surface 18 to spontaneously recover and return to its reference position without going through the contact of the wheels on the ground.
  • the wheels 14 and 15 can also be translated independently of each other so as to cause sideways inclination and translated simultaneously, increasing the expressiveness of the robot which can then wiggle from one wheel to the other or give the impression of being squeezed or standing on one's supports.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un robot à caractère humanoïde motorisé (50) ayant un axe de positionnement (11) s'étendant selon un axe de référence (12) dans une position de référence et apte à se déplacer sur un plan horizontal (13), comprenant une première (14) et une seconde roues (15) en contact avec le plan horizontal (13). Selon l'invention, le robot (50) comprend une base (17) ayant une surface gauche (18) qui, dans un plan vertical passant par le centre des roues (14, 15), s'étend de part et d'autre de chacune des roues (14, 15), la surface gauche (18) étant apte à former en tout point de la surface gauche (18) un premier point de contact avec le plan horizontal (13), définissant pour tout premier point de contact un centre de rotation (O), et en ce que le robot (50) est configuré de façon à ce que le centre de rotation (O) et le centre de gravité (G) du robot (50) sont décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot (50) depuis toute position dans laquelle son axe de positionnement (11) forme un angle non nul avec l'axe de référence (12) à la position de référence.

Description

ROBOT A CARACTERE HUMANOÏDE MOTORISE
L'invention concerne un robot à caractère humanoïde motorisé qui peut notamment être utilisé dans un cadre professionnel ou dans un cadre familial avec possibilité d'interactions avec des enfants. On entend par robot à caractère humanoïde, un robot présentant des similitudes avec le corps humain. Il peut s'agir du haut du corps, ou uniquement d'un bras articulé se terminant par une pince assimilable à une main humaine. Dans la présente invention, le haut du corps du robot est similaire à celui d'un tronc humain. Un robot humanoïde peut être plus ou moins sophistiqué. Il peut contrôler son propre équilibre statiquement et dynamiquement et marcher sur deux membres, éventuellement en trois dimensions, ou simplement rouler sur une base. Il peut recueillir des signaux issus de l'environnement (son, vue, toucher, etc.) et réagir selon un ou plusieurs comportements plus ou moins sophistiqués, et interagir avec d'autres robots ou êtres humains, soit par la parole, soit par la gestuelle. Pour une génération actuelle de robots humanoïdes, des programmeurs sont capables de créer des scénarios, plus ou moins sophistiqués, comme des séquences d'événements envers le robot et/ou actions effectuées par le robot. Ces actions peuvent être conditionnelles à certains comportements de personnes qui interagissent avec le robot.
Pour tout véhicule mobile, et donc aussi pour un robot apte à se mouvoir, il est très important de prendre en compte la sécurité du véhicule mobile et des éléments de son environnement. La sécurité du robot et des éléments de son environnement passe notamment par l'évitement de chute du robot, même s'il est bousculé, afin de ne pas endommager le robot et/ou tout élément dans son environnement. De même, il est souhaitable que le robot ne tombe pas sur des enfants. Il est aussi impératif d'éviter tout risque de pincement au contact du robot. Par exemple, si une personne entre en contact avec le robot et, même si elle interagit avec certains membres du robot, il faut éviter que la personne se fasse pincer, par exemple un doigt de la personne sous un bras du robot. Enfin, on souhaite idéalement répondre à ces critères de sécurité de la manière la moins coûteuse qui soit. Pour tout robot motorisé que l'on souhaite mobile se pose la question, lors de sa conception, de la façon d'obtenir la mobilité. Il existe des robots à caractère humanoïde avec deux membres similaires à deux jambes. Cette solution est très complexe à mettre en œuvre et implique des coûts importants. De plus, cette solution n'est pas satisfaisante d'un point de vue de la sécurité puisqu'un tel robot peut facilement être déséquilibré et chuter s'il est bousculé ou renversé, et rester à terre sans avoir nécessairement la capacité à se relever. Il existe aussi des robots à caractère humanoïde dont la mobilité est assurée par un socle comprenant trois roues. Cette solution, naturellement stable dans les phases statiques, est assez coûteuse et n'exclut pas un risque de chute, pendant les phases dynamiques puisque le centre de masse projeté peut sortir momentanément du triangle de sustentation. Il existe également des solutions de mobilité avec un socle comprenant deux roues en vis-à-vis basée sur les principes du pendule inversé. Cette solution présente l'avantage d'être moins coûteuse que la solution à trois roues mais n'est absolument pas sécurisante. En effet, en cas de défaillance des organes de contrôle ou des algorithmes de stabilisation active, un robot muni d'une telle solution de mobilité peut tomber, s'endommager et éventuellement blesser une personne située dans son environnement. Il existe enfin des systèmes mono-point de contact au sol, entraîné selon 3 axes par frottement sur balle (robots de type ballbot), basés également sur le principe des pendules inversés. Pour les mêmes raisons que dans le cas précédent, en cas de défaillance des organes de contrôle ou des algorithmes de stabilisation active, de tels robots munis d'une telle solution de mobilité peuvent tomber, s'endommager et éventuellement blesser une personne située dans leurs environnements. La demande de brevet FR2820985 décrit un jouet mobile interactif de type à redressement spontané mais la configuration de ses deux roues en vis-à-vis ne résout pas l'amortissement des chocs. En effet, le redressement spontané est assuré dans un mouvement d'avant en arrière, mais un bousculement latéral peut le faire chuter auquel cas le jouet n'est pas apte à se redresser directement. Une fois basculé sur le côté, le jouet roule légèrement de façon à se mettre en position allongée sur son dos, pour lui permettre de se redresser. Il en résulte que lors d'un choc latéral, le robot n'est pas apte à amortir le choc. En entrant en collision avec un objet lors d'un choc latéral, l'objet reçoit l'effet d'un à-coup puisqu'un tel jouet n'est pas apte à basculer de manière régulière et continue de manière à minimiser les forces perçues par l'objet.
L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un robot à caractère humanoïde motorisé anti-pincement, de forme spécifique et de répartition massique telles qu'il se redresse spontanément quel que soit l'angle d'inclinaison qui lui est imposé et quelle que soit la direction dans laquelle le robot est incliné. A cet effet, l'invention a pour objet un robot à caractère humanoïde motorisé ayant un axe de positionnement s'étendant selon un axe de référence dans une position de référence et apte à se déplacer sur un plan horizontal, comprenant :
• une première roue et une seconde roue en contact avec le plan horizontal, la première roue ayant un premier centre et la seconde roue ayant un second centre,
• un groupe de motorisation destiné à entraîner en rotation les première et seconde roues, de façon à ce que le robot se déplace sur le plan horizontal,
caractérisé en ce que le robot comprend une base ayant une surface gauche qui, dans un plan vertical passant par le premier centre de la première roue et le second centre de la seconde roue, s'étend de part et d'autre de chacune des première et seconde roues, la surface gauche étant apte à former en tout point de la surface gauche un premier point de contact avec le plan horizontal, définissant pour tout premier point de contact un centre de rotation, et en ce que le robot est configuré de façon à ce que le centre de rotation et le centre de gravité du robot sont décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot depuis toute position dans laquelle son axe de positionnement forme un angle non nul avec l'axe de référence à la position de référence.
Selon un mode de réalisation, la première roue ayant une première surface de roulement et la seconde roue ayant une seconde surface de roulement, la base est sensiblement ellipsoïde de centre O, la première surface de roulement coïncide sensiblement avec le périmètre d'une première section de la base et la seconde surface de roulement coïncide sensiblement avec le périmètre d'une seconde section de la base, les première et seconde surfaces de roulement étant prohéminentes de la base, de façon à ce que le robot ait une garde au sol supérieure ou égale à zéro.
Avantageusement, la surface gauche et les surfaces de roulement sont configurées pour permettre en tout point de la surface gauche un retour du robot depuis toute position dans laquelle son axe de positionnement forme un angle non nul avec l'axe de référence à la position de référence en suivant le chemin le plus court sur la surface gauche.
Selon un autre mode de réalisation, la première roue étant en contact avec le plan horizontal en un deuxième point de contact et ayant un premier point extérieur diamétralement opposé au deuxième point de contact et la seconde roue étant en contact avec le plan horizontal en un troisième point de contact et ayant un deuxième point extérieur diamétralement opposé au troisième point de contact, l'écartement des deuxième et troisième points de contact est inférieur à l'écartement des premier et deuxième points extérieurs.
Selon un autre mode de réalisation, le robot comprend une partie haute positionnée sur la base et une première articulation reliant la partie haute à la base, et la première articulation possède au moins un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement par rapport à la base.
Avantageusement, le robot comprend au moins un membre supérieur et une deuxième articulation reliant le au moins un membre supérieur à la partie haute, et la deuxième articulation a au moins un degré de liberté en rotation par rapport à la partie haute.
Avantageusement, la partie haute comprend :
• un thorax, la première articulation reliant le thorax à la base,
• une tête et une troisième articulation reliant la tête au thorax, et la troisième articulation possède un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement par rapport au thorax. Avantageusement, la deuxième articulation relie le au moins un membre supérieur au thorax, et la deuxième articulation a au moins un degré de liberté en rotation par rapport au thorax.
Selon un autre mode de réalisation, le groupe de motorisation est configuré pour entraîner les première et seconde roues de façon différentielle. Selon un autre mode de réalisation, le robot comprend une masselotte motorisée destinée à déplacer le centre de gravité du robot à l'intérieur de la base.
Avantageusement, le au moins un membre supérieur comprend une zone souple susceptible d'être en regard de la base ou de la partie haute.
Selon un autre mode de réalisation, le robot est configuré de façon à translater la première roue selon un axe passant par un diamètre de la première roue et la seconde roue selon un axe passant par un diamètre de la seconde roue.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
- les figures 1 a, 1 b, 1 c et 1 d représentent schématiquement plusieurs configurations possibles de robot à caractère humanoïde selon l'invention,
- les figures 2a et 2b représentent schématiquement plusieurs configurations possibles de base ellipsoïde pour un robot à caractère humanoïde selon l'invention,
- la figure 3 représente, vu de face, un robot à caractère humanoïde selon l'invention,
- la figure 4 représente schématiquement des mouvements latéraux du robot à caractère humanoïde selon l'invention, - la figure 5 représente schématiquement des mouvements d'avant en arrière du robot à caractère humanoïde selon l'invention,
- la figure 6 met en évidence les caractéristiques anti-pincement du robot à caractère humanoïde selon l'invention dans des zones susceptibles de pincement,
- la figure 7 illustre la capacité du robot à caractère humanoïde selon l'invention à faire varier sa garde au sol.
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
Les figures 1 a, 1 b, 1 c et 1 d représentent schématiquement plusieurs configurations possibles de robot à caractère humanoïde selon l'invention. Le robot à caractère humanoïde 10 est motorisé et a un axe de positionnement 1 1 s'étendant selon un axe de référence 12 dans une position de référence telle que représentée sur la figure 1 a. Le robot 10 est apte à se déplacer sur un plan horizontal 13 et il comprend une première roue 14 et une seconde roue 15 en contact avec le plan horizontal 13, la première roue 14 ayant un premier centre et la seconde roue 15 ayant un second centre, un groupe de motorisation 16 destiné à entraîner en rotation les première et seconde roues 14, 15, de façon à ce que le robot se déplace sur le plan horizontal. Selon l'invention, le robot 10 comprend une base 17 ayant une surface gauche 18 qui, dans un plan vertical passant par le premier centre de la première roue 14 et le second centre de la seconde roue 15, s'étend de part et d'autre de chacune des première et seconde roues 14, 15, la surface gauche 18 étant apte à former en tout point de la surface gauche un premier point de contact 19 avec le plan horizontal 13, définissant pour tout premier point de contact 19 un centre de rotation O, et le robot 10 est configuré de façon à ce que le centre de rotation O et le centre de gravité G du robot 10 sont décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot 10 depuis toute position autour de la base 17 dans laquelle son axe de positionnement 1 1 forme un angle 20 non nul avec l'axe de référence 12 (comme illustré sur la figure 1 b) directement à la position de référence, l'axe de positionnement 1 1 balayant l'angle 20 jusqu'à coïncider avec l'axe de référence 12. Autrement dit, le robot 10 peut être incliné de façon à ce que son axe de positionnement 1 1 soit dans un cône de sommet le point de contact entre la base 17 et le plan horizontal 13 et de base de cône parallèle au plan horizontal 13. L'angle 20 entre l'axe de positionnement 1 1 et l'axe de référence 12 peut être compris entre 0° et 90°, dans la limite possible selon la forme de la base 17. L'axe de positionnement 1 1 du robot 10 peut être incliné par exemple de 45° par rapport à l'axe de référence 12.
En d'autres termes, l'axe de positionnement 1 1 et l'axe de référence 12 forment un plan et le couple généré tend à ramener le robot 10 depuis toute position possible à 360° autour de la base 17 à la position de référence 12, l'axe de positionnement 1 1 se déplaçant dans le plan formé par les deux axes jusqu'à coïncider avec l'axe de référence 12.
Ainsi, lorsque le robot 10 a été incliné, la réaction du plan horizontal 13 et du poids du robot forment un couple qui ramène le robot 10 dans sa position de référence. Ce couple dépend de la distance entre le centre de rotation O et le centre de gravité G du robot 10, le centre de gravité G étant toujours situé entre le plan horizontal 13 et le plan parallèle au plan horizontal 13 contenant le centre de rotation O. Et ce couple permet au robot 10 un redressement spontané du robot, quel que soit l'angle d'inclinaison qui lui a été imposé et quelle que soit la direction dans laquelle le robot 10 a été incliné. Ce redressement, ou retour dans la position d'équilibre stable, est dû à la seule action de la gravité appliquée à la physique des solides et n'est en aucun cas active ou le résultat d'une action mécanique pilotée par un algorithme, et s'opère donc sans intervention électronique ou informatique, rendant la plateforme stable par nature.
Comme représenté sur les figures 1 a, 1 b, 1 c, les roues 14, 15 peuvent être parallèles entre elles ou non. La figure 1 d illustre le fait que la base 17 peut avoir une forme quelconque. Une condition nécessaire à l'invention est que la base 17 ait une surface gauche 18 formant un point de contact 19 avec le plan horizontal 13 et que la distance entre le centre de rotation de la base 17 en ce point de contact 19 et le centre de gravité G du robot 10 soit telle qu'un couple de rappel est formé, c'est-à-dire un couple tendant à ramener le robot 10 depuis n'importe quelle position dans sa position de référence. Il en résulte que le robot 10 peut être bousculé par exemple vers l'avant ou vers l'arrière, mais aussi latéralement dans n'importe quelle direction. Dans ce cas, le robot 10 est en position dite basculée. Autrement dit, son axe de positionnement 1 1 forme un angle 20 non nul avec l'axe vertical 12 et le couple généré du fait du décalage entre le centre de gravité G du robot 10 et du centre de rotation O localement par rapport au point de contact 19 tend à ramener le robot 10 à la position de référence, c'est-à-dire l'axe de positionnement 1 1 coïncidant avec l'axe de référence 12.
A noter que l'axe de référence 12 est représenté comme étant l'axe perpendiculaire au plan horizontal 13. L'invention s'applique également pour tout axe de référence 12 non perpendiculaire au plan horizontal 13. En effet, selon la configuration du robot 10, il est tout à fait possible de positionner le centre de gravité G du robot 10 de façon à ce que le robot 10 soit en position inclinée par rapport à la verticale en position de référence. Cet effet peut être obtenu par exemple grâce à la forme du robot 10 et/ou en ajoutant une masselotte dans la base 17 du robot 10. La dite masselote peut être avantageusement motorisée dans l'espace pour changer dynamiquement l'inclinaison de l'axe de référence.
A noter aussi que nous parlons de déplacement du robot 10 sur un plan horizontal 13, mais le robot 10 est apte à se déplacer sur tout plan horizontal ou incliné.
Les figures 2a et 2b représentent schématiquement plusieurs configurations possibles de base 17 ellipsoïde pour un robot à caractère humanoïde selon l'invention. La première roue 14 a une première surface de roulement 24 et la seconde roue 15 a une seconde surface de roulement 25. Sur les figures 2a et 2b, la base 17 est sensiblement ellipsoïde de centre O. La première surface de roulement 24 coïncide sensiblement avec le périmètre d'une première section de la base 17 et la seconde surface de roulement 25 coïncide sensiblement avec le périmètre d'une seconde section de la base 17, les première et seconde surfaces de roulement 24, 25 étant prohéminentes de la base 17, de façon à ce que le robot ait une garde au sol supérieure ou égale à zéro. La base 17 sensiblement ellipsoïde inclut toute base ayant une surface de révolution comme un ovoïde mais aussi comme un sphéroïde. Une telle base 17 présente l'avantage de permettre au robot 10 d'avoir dans toutes les directions et quelque soit l'angle que son axe de positionnement 1 1 forme avec l'axe de référence 12 un point de contact 19 avec le plan horizontal 13, et un centre de rotation O associé à ce point de contact, et de façon à ce que le centre de rotation O et le centre de gravité G du robot 10 soient décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot 10 depuis cette position à la position de référence. On voit bien que l'angle entre son axe de positionnement 1 1 et l'axe de référence 12 peut atteindre 90° et que le robot selon l'invention disposant d'une telle base se redresse spontanément du fait du décalage entre les point O et G. De même, si l'angle entre son axe de positionnement 1 1 et l'axe de référence 12 dépasse les 90°, le retour à la position d'équilibre stable reste possible tant que la surface de roulement reste ellipsoïde ou sphéroïde.
Le fait que la première surface de roulement 24 coïncide sensiblement avec le périmètre d'une première section de la base 17 signifie que la surface extérieure de la première roue 14 est sensiblement la même que la surface de la base 17 à cet endroit de la base 17. Plus précisément, la surface de roulement 24 est dans la continuité de la surface de la base 17 sur la partie haute de la base 17, comme représenté sur la figure 2a. Autrement dit, il n'y a aucun espace ouvert entre la surface de roulement 24 et la base 17, dans un souci de sécurité, par exemple pour éviter tout pincement d'un doigt entre la roue 14 et la base 17. Il en est de même pour la roue 15 et la surface de roulement 25. Dans la partie basse de la base 17, la surface de roulement 24, tout comme la surface de roulement 25, dépasse sensiblement du contour de la base 17 afin d'assurer une certaine garde au sol du robot 10. Les surfaces de roulement 24 et 25 doivent donc dépasser de la partie basse de la base 17 pour assurer une garde au sol convenable, c'est-à-dire en correspondance avec la courbure de la partie basse de la base 17 entre les deux roues 14, 15. Par ailleurs, il est judicieux que les surfaces de roulement 24 et 25 ne dépassent pas trop de la partie basse de la base 17 afin que le robot 10 ne perde pas de sa stabilité naturelle. En effet, si le robot 10 a des roues 14, 15 dont les surfaces de roulement 24, 25 dépassent trop nettement de la partie basse de la base 17, un simple choc latéral peut le faire chuter sans possibilité de revenir dans sa position de référence. De plus, les roues 14, 15 et les surfaces de roulement 24, 25 sont avantageusement configurées pour ne pas empêcher le redressement spontané du robot 10. La surface gauche 18 et les surfaces de roulement 24, 25 sont configurées pour permettre en tout point de la surface gauche 18 un retour du robot 10 depuis toute position dans laquelle son axe de positionnement 1 1 forme un angle 20 non nul avec l'axe de référence 12 à la position de référence en suivant le chemin le plus court sur la surface gauche 18. Autrement dit, quelque soit l'angle 20, dans toutes les directions, à 360° autour de l'axe de référence 1 1 , le robot 10 peut se redresser spontanément depuis sa position basculée vers sa position de référence. Même après un choc latéral, le robot 10 se redresse directement suivant le chemin le plus court sur la surface gauche 18 en dépassant la prohéminence de la roue 14 ou 15. Comme les surfaces de roulement 24, 25 dépassent de la partie basse de la base 17 et qu'elles sont en tout point extérieures au contour de la base 17, elles peuvent également assurer le rôle d'amortisseur en cas de choc avec un élément de son environnement. Par exemple, si le robot 10 se dirige vers un mur, les surfaces de roulement 24, 25 entrent en premier en contact avec le mur et assurent la fonction de pare-chocs. De la même manière, ces surfaces de roulement 24 et 25, entrant en contact en premier avec une marche, permettent de monter la marche. Ces surfaces peuvent alors être sculptées afin d'améliorer le pouvoir d'adhérence sur l'arête de la marche et donc le pouvoir de franchissement du robot.
La première roue 14 est en contact avec le plan horizontal 13 en un deuxième point de contact 34 et a un premier point extérieur 44 diamétralement opposé au deuxième point de contact 34 et la seconde roue 15 est en contact avec le plan horizontal 13 en un troisième point de contact 35 et a un deuxième point extérieur 45 diamétralement opposé au troisième point de contact 35. On considère ici des roues de forme circulaire. L'invention s'applique aussi dans le cas de roues de forme elliptique auquel cas le diamètre est à comprendre comme un des axes de l'ellipse et les points diamétralement opposés sont à comprendre comme les deux points situés sur la roue chacun à une extrémité d'un de ses axes.
Avantageusement, l'écartement des deuxième et troisième points de contact 34, 35 est inférieur à l'écartement des premier et deuxième points extérieurs 44, 45. Comme montré sur la figure 1 b, l'invention s'applique aussi dans le cas où l'écartement des deuxième et troisième points de contact 34, 35 est supérieur à l'écartement des premier et deuxième points extérieurs 44, 45. Néanmoins, le fait que l'écartement des deuxième et troisième points de contact 34, 35 soit inférieur à l'écartement des premier et deuxième points extérieurs 44, 45 garantit un retour à la position de référence après un bousculement du robot 10 quelqu'en soit la direction : avant, arrière ou de côté.
La figure 3 représente, vu de face, un robot à caractère humanoïde 50 selon l'invention. Le robot à caractère humanoïde motorisé 50 comprend une partie haute 51 positionnée sur la base 17 et une première articulation 52 reliant la partie haute 51 à la base 17. La première articulation 52 possède au moins un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement 1 1 par rapport à la base 17.
Le robot à caractère humanoïde motorisé 50 selon l'invention comprend au moins un membre supérieur 61 et une deuxième articulation 62 reliant le membre supérieur 61 à la partie haute 51 . La deuxième articulation 62 a au moins un degré de liberté en rotation par rapport à la partie haute 51 . La deuxième articulation 62 peut permettre au membre supérieur 61 , assimilable à un bras, d'être mis en mouvement d'une position sensiblement verticale le long de la base 17 à une position sensiblement verticale, bras tendu devant ou derrière, ou à une position verticale, bras tendu vers le haut. La deuxième articulation 62 peut aussi permettre au membre supérieur 61 d'être mobile en rotation par rapport à la partie haute 51 , le membre supérieur 61 s'éloignant de la base 17 dans un plan contenant l'axe de positionnement 1 1 et le membre supérieur 61 . La deuxième articulation 62 peut avoir plusieurs degrés de liberté en rotation par rapport à la partie haute 51 , auquel cas le membre supérieur 61 est apte à être mis en mouvement selon une combinaison de plusieurs rotations.
Le robot 50 selon l'invention peut comprendre un deuxième membre supérieur, ou même plusieurs autres. La présence de deux membres supérieurs contribue davantage au caractère humanoïde du robot 50.
La partie haute 51 peut comprendre un thorax 53. Dans ce cas, la première articulation 52 relie le thorax 53 à la base 17, de façon à ce que le thorax soit mobile en rotation autour de l'axe de positionnement 1 1 par rapport à la base 17. La partie haute 51 peut aussi comprendre une tête 54. Dans ce cas, une troisième articulation 55 relie la tête 54 au thorax 53, et la troisième articulation 55 possède un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement 1 1 par rapport au thorax 53. Ainsi, la tête 54 est mobile en rotation autour de l'axe de positionnement 1 1 par rapport au thorax 53, lui-même mobile en rotation autour de l'axe de positionnement 1 1 par rapport à la base 17.
La deuxième articulation 62 peut relier le membre supérieur 61 au thorax 53, et avoir au moins un degré de liberté en rotation par rapport au thorax 53. Cette configuration peut par exemple permettre au robot 50, lorsqu'il se déplace à l'aide de ses roues 14, 15 entraînées par le groupe de motorisation 1 6 de faire une rotation de son thorax 53 de façon à ce que son membre supérieur 61 (ou ses membres supérieurs s'il en a deux, un de chaque côté du thorax 53) soit positionné devant lui le long de la base 17 (et derrière lui le long de la base 17 pour le deuxième membre supérieur) afin de réduire son encombrement latéral et permettre au robot 50 de pouvoir passer entre deux éléments de son environnement espacés d'une distance comprise entre la largeur de sa base 17 et la largeur totale du robot 50, membre(s) supérieur(s) inclus.
Le membre supérieur 61 peut comprendre une zone souple 63 susceptible d'être en regard de la base 17 ou de la partie haute 51 . La zone souple 63 a un rôle anti-pincement. En effet, si un objet ou une partie corporelle d'un être humain se trouve entre le membre supérieur 61 et la base 17 et/ou la partie haute 51 et que le membre supérieur 61 se resserre vers la base 17 et/ou la partie haute 51 , la zone souple 63 se déforme pour éviter le pincement ou l'écrasement de l'objet ou de la partie corporelle.
Dans le cas d'un robot 50 avec au moins deux membres supérieurs 61 , la zone souple 63 sur chacun des membres supérieurs peut avoir un rôle de préhension. Par exemple, le robot 50 est apte à placer ses deux membres supérieurs 61 devant lui du fait du degré de liberté des deuxièmes articulations 62, comme expliqué précédemment. En rapprochant ses deux membres supérieurs 61 l'un vers l'autre, la zone souple 63 de l'un en vis-à-vis de la zone souple 63 de l'autre, un objet peut être positionné entre les deux membres supérieurs 61 et maintenu par pression des deux membres supérieurs 61 , les zones souples 63 se déformant au contact de l'objet sans le détériorer. Le groupe de motorisation 1 6 peut être configuré pour entraîner les première et seconde roues 14, 15 de façon différentielle. Il peut par exemple comporter un ensemble de pignons ou différentiel pour permettre aux deux roues 14, 15 de tourner à une vitesse différente, ou bien deux moteurs, chacun associé à une roue, couplés à un calculateur permettant de contrôler les deux moteurs en fonction des trajectoires du robot souhaitées. L'entraînement différentiel des deux roues 14, 15 permet ainsi au robot d'avoir des déplacements qui ne sont pas obligatoirement linéaires. Il lui est également possible de tourner autour de lui-même, en faisant tourner une des deux roues et pas l'autre, ou de tourner sur lui-même en faisant tourner ses deux roues en sens inverse.
Par ailleurs, le robot à caractère humanoïde motorisé selon l'invention peut comprendre une masselotte motorisée destinée à déplacer le centre de gravité G du robot 50 à l'intérieur de la base 17. La masselotte peut prendre différentes positions à l'aide d'un moteur, qui peut éventuellement être un moteur du groupe de motorisation 16. Selon la position de la masselotte, le centre de gravité G du robot 50 peut changer de position dans la base 17. Il peut en résulter un changement dans la position de référence du robot. Par exemple, un robot 50 ayant un axe de référence vertical peut avoir un axe de référence incliné de plusieurs degrés par rapport à la verticale après déplacement de la masselotte motorisée, et inversement. La possibilité de déplacement du centre de gravité du robot est notamment intéressante lorsque le robot saisit un objet entre ses deux membres supérieurs 61 comme expliqué précédemment. Par exemple, en saisissant une bouteille d'eau, à cause de la masse de la bouteille d'eau, le robot, par exemple initialement en position de référence verticale, va naturellement s'incliner. Autrement dit, son axe de positionnement forme alors un angle non nul avec son axe de référence. Grâce à la masselotte motorisée, le centre de gravité du robot est déplacé à l'intérieur de la base 17 et l'axe de positionnement 1 1 du robot avec la bouteille d'eau peut alors être repositionné de façon à coïncider avec son axe de référence initial.
La figure 4 représente schématiquement des mouvements latéraux possibles du robot à caractère humanoïde 50 selon l'invention. Le robot 50 étant configuré de façon à ce que le centre de rotation O et le centre de gravité G du robot 50 sont décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot 50 depuis une position dans laquelle son axe de positionnement 1 1 forme un angle 20 non nul avec l'axe de référence 12 à la position de référence. Sur les figures 4 et 5, à un instant donné, le robot 50 se trouve dans une position où son axe de positionnement 1 1 forme un angle non nul 20 avec l'axe de référence 12, par exemple suite à une force qui lui a été appliquée latéralement. Le décalage entre les points O et G va faire en sorte qu'un couple de rappel va être généré pour ramener le robot 50 dans sa position de référence, c'est-à-dire pour ramener son axe de positionnement 1 1 selon l'axe de référence 12. Lors de ce rappel en position de référence, le robot 50 peut osciller autour de l'axe de référence 12, jusqu'à ce qu'il soit en position d'équilibre, son axe de positionnement 1 1 coïncidant avec son axe de référence 12.
La figure 5 représente schématiquement des mouvements d'avant en arrière possibles du robot à caractère humanoïde 50 selon l'invention, similairement aux mouvements latéraux du robot 50 de la figure 4. Il est important de noter que du fait de la surface gauche 18 de la base formant en tout point de la surface gauche 18 un premier point de contact 19 avec le plan horizontal 13, de la base 17 sensiblement ellipsoïde contenant le pourtour des roues 14, 15, le robot motorisé 50 peut avoir ce mouvement de va-et-vient de façon latérale, d'avant en arrière mais aussi selon n'importe quelle direction autour du robot 50. L'amplitude maximale possible, c'est-à- dire l'angle maximal entre l'axe de positionnement 1 1 et l'axe de référence 12 peut atteindre une valeur de 180°, à condition que la forme de la base 17 le permette.
La figure 6 met en évidence les caractéristiques anti-pincement du robot à caractère humanoïde 50 selon l'invention dans des zones susceptibles de pincement. Comme déjà mentionné, la première surface de roulement 24 coïncide sensiblement avec le périmètre d'une première section de la base 17, ce qui signifie que la surface extérieure de la première roue 14 est sensiblement la même que la surface de la base 17 à cet endroit de la base 17. Plus précisément, la surface de roulement 24 est dans la continuité de la surface de la base 17 sur la partie haute de la base 17. Il n'y a donc aucun espace ouvert entre la surface de roulement 24 et la base 17, dans un souci de sécurité, notamment pour éviter tout pincement d'un doigt entre la roue 14 et la base 17. Il en est de même pour la roue 15 et la surface de roulement 25.
La troisième articulation 55 reliant la tête 54 au thorax 53 est avantageusement positionnée dans le robot 50. La tête 54 et le thorax 53 ont chacun une surface de contact complémentaire l'une de l'autre, de façon à ce qu'aucun espace ne soit présent entre la tête 54 et le thorax 53. Ainsi, la tête 54 est mobile en rotation par rapport au thorax 53 sans risque de pincement d'un doigt ou d'un objet de petite dimension entre la tête 54 et le thorax 53.
De façon similaire, la deuxième articulation 62 reliant le membre supérieur 61 à la partie haute 51 (au niveau du thorax 53 sur la figure 6) permet au membre supérieur 61 d'être mobile en rotation par rapport au thorax 53 en évitant tout risque de pincement au niveau de la deuxième articulation 62.
Enfin, la zone souple 63 en regard de la base 17 ou de la partie haute 51 a un rôle anti-pincement. Tout objet ou partie corporelle d'un être humain positionné entre le membre supérieur 61 et la base 17 (et/ou la partie haute 51 si le membre supérieur est en position levée) peut risquer, sans la présence de la zone souple 63, d'être écrasé ou pincé si le membre supérieur 61 se resserre vers la base 17 (et/ou la partie haute 51 si le membre supérieur est en position levée). Comme la zone 63 est souple, dans le cas où le membre supérieur 61 se resserre contre la base 17, la zone souple 63 se déforme pour éviter le pincement ou l'écrasement de l'objet ou de la partie corporelle. La figure 7 illustre la capacité du robot à caractère humanoïde 50 selon l'invention à faire varier sa garde au sol. Dans la partie basse de la base 17, la surface de roulement 24, tout comme la surface de roulement 25, dépasse sensiblement du contour de la base 17 afin d'assurer une certaine garde au sol du robot 10. Les surfaces de roulement 24 et 25 doivent donc dépasser de la partie basse de la base 17 pour assurer une garde au sol convenable, c'est-à-dire en correspondance avec la courbure de la partie basse de la base 17 entre les deux roues 14, 15. Comme représenté sur la figure 7, le robot à caractère humanoïde motorisé 50 selon l'invention peut être configuré de façon à pouvoir translater la première roue 14 selon un axe 74 passant par un diamètre de la première roue 14 et la seconde roue 15 selon un axe 75 passant par un diamètre de la seconde roue 15. En translatant ainsi les roues 14 et 15, la garde au sol du robot 50 est augmentée. Cette configuration peut permettre au robot 50 de franchir un obstacle de petite taille en se déplaçant par-dessus, sans que la base 17 n'entre en contact avec l'obstacle. De manière plus générale, cette configuration permet au robot 50 de se déplacer sur n'importe quel type de terrain, notamment en extérieur sur une pelouse ou une terrasse dont le revêtement n'est pas parfaitement uniforme. La capacité du robot 50 à translater ses roues 14, 15 peut lui permettre de franchir des obstacles de type marche d'escalier. En effet, on considère généralement qu'une roue non lisse peut franchir en hauteur jusqu'à la moitié de son diamètre par adhérence. En translatant les roues 14, 15, sensiblement vers l'avant, seules les roues 14, 15 entrent en contact avec la marche, et le robot peut franchir la marche sans que la base 17 ne touche la marche d'escalier. Par ailleurs, en choisissant judicieusement le revêtement des surfaces de roulement 24, 25, le robot peut se déplacer aisément sur n'importe quel terrain. Il est même possible d'envisager des surfaces de roulement 24, 25 sculptées, de type crampon, pour augmenter l'adhérence du robot dans ses déplacements. Ceci est particulièrement intéressant pour une utilisation extérieure (terrasse, pelouse, chemin) du robot 50 mais également pour une utilisation intérieure, par exemple dans un espace dans lequel se trouvent des différences de niveaux ou de rugosité des sols. Enfin, en translatant les roues 14, 15, il est possible de faire translater le robot 50 selon son axe de référence 12. Il en résulte que le robot 50 se soulève ou s'abaisse. Cette translation des roues 14, 15 peut être obtenue en décalant le centre de rotation des roues 14, 15. Le décalage du centre de rotation des roues 14, 15 peut être effectué au moyen d'un moteur, pouvant être compris dans le groupe de motorisation 1 6 et par l'utilisation de cames, par exemple.
Par ailleurs, il est tout à fait envisageable de prévoir un scénario dans lequel les roues 14, 15 sont translatées de façon à augmenter la garde au sol du robot quand celui-ci est mobile afin de faciliter le déplacement du robot. De même, on peut prévoir que lors d'un choc, les roues 14, 15 sont translatées, c'est-à-dire escamotées, de façon à réduire, voire annuler, la garde au sol du robot, de façon à ce que le robot puisse basculer sur sa surface gauche 18 afin de se redresser spontanément et revenir dans sa position de référence sans passer par le contact des roues sur le sol.
Les roues 14 et 15 peuvent également être translatées indépendament l'une de l'autre de manière à provoquer une inclinaison de côté et translatées simultanément, augmentant l'expressivité du robot qui peut alors se dandiner d'une roue sur l'autre ou donner l'impression de se tasser ou de se dresser sur ses appuis.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) ayant un axe de positionnement (1 1 ) s'étendant selon un axe de référence (12) dans une position de référence et apte à se déplacer sur un plan horizontal (13), comprenant :
· une première roue (14) et une seconde roue (15), en contact avec le plan horizontal (13), la première roue (14) ayant un premier centre et la seconde roue (15) ayant un second centre,
• un groupe de motorisation (1 6) destiné à entraîner en rotation les première et seconde roues (14, 15), de façon à ce que le robot (10, 50) se déplace sur le plan horizontal (13),
caractérisé en ce que le robot (10, 50) comprend une base (17) ayant une surface gauche (18) qui, dans un plan vertical passant par le premier centre de la première roue (14) et le second centre de la seconde roue (15), s'étend de part et d'autre de chacune des première et seconde roues (14, 15), la surface gauche (18) étant apte à former en tout point de la surface gauche (18) un premier point de contact (19) avec le plan horizontal (13), définissant pour tout premier point de contact (19) un centre de rotation (O), et en ce que le robot (10, 50) est configuré de façon à ce que le centre de rotation (O) et le centre de gravité (G) du robot (10, 50) sont décalés de façon à générer un couple tendant à ramener le robot (10, 50) depuis toute position autour de la base (17) dans laquelle son axe de positionnement (1 1 ) forme un angle (20) non nul avec l'axe de référence (12) directement à la position de référence, l'axe de positionnement (1 1 ) balayant l'angle (20) jusqu'à coïncider avec l'axe de référence (12).
2. Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) selon la revendication 1 , la première roue (14) ayant une première surface de roulement (24) et la seconde roue (15) ayant une seconde surface de roulement (25), caractérisé en ce que la base (17) est sensiblement ellipsoïde de centre O, et en ce que la première surface de roulement (24) coïncide sensiblement avec le périmètre d'une première section de la base (17) et la seconde surface de roulement (25) coïncide sensiblement avec le périmètre d'une seconde section de la base (17), les première et seconde surfaces de roulement (24, 25) étant prohéminentes de la base (17), de façon à ce que le robot (10, 50) ait une garde au sol supérieure ou égale à zéro.
3. Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface gauche (18) et les surfaces de roulement (24, 25) sont configurées pour permettre en tout point de la surface gauche (18) un retour du robot (10, 50) depuis toute position dans laquelle son axe de positionnement (1 1 ) forme un angle (20) non nul avec l'axe de référence (12) à la position de référence en suivant le chemin le plus court sur la surface gauche (18).
4. Robot à caractère humanoïde motorisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la première roue (14) étant en contact avec le plan horizontal (13) en un deuxième point de contact (34) et ayant un premier point extérieur (44) diamétralement opposé au deuxième point de contact (34) et la seconde roue (15) étant en contact avec le plan horizontal (13) en un troisième point de contact (35) et ayant un deuxième point extérieur (45) diamétralement opposé au troisième point de contact (35), caractérisé en ce que l'écartement des deuxième et troisième points de contact (34, 35) est inférieur à l'écartement des premier et deuxième points extérieurs (44, 45).
5. Robot à caractère humanoïde motorisé (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une partie haute (51 ) positionnée sur la base (17) et une première articulation (52) reliant la partie haute (51 ) à la base (17), et en ce que la première articulation (52) possède au moins un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement (1 1 ) par rapport à la base (17).
6. Robot à caractère humanoïde motorisé (50) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un membre supérieur (61 ) et une deuxième articulation (62) reliant le au moins un membre supérieur (61 ) à la partie haute (51 ), et en ce que la deuxième articulation (62) a au moins un degré de liberté en rotation par rapport à la partie haute (51 ).
7. Robot à caractère humanoïde motorisé (50) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la partie haute (51 ) comprend :
• un thorax (53), la première articulation (52) reliant le thorax (53) à la base (17),
• une tête (54) et une troisième articulation (55) reliant la tête (54) au thorax (53), et en ce que la troisième articulation (55) possède un degré de liberté en rotation autour de l'axe de positionnement (1 1 ) par rapport au thorax (53).
8. Robot à caractère humanoïde motorisé (50) selon la revendication 7 dépendante de la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième articulation (62) relie le au moins un membre supérieur (61 ) au thorax (53), et en ce que la deuxième articulation (62) a au moins un degré de liberté en rotation par rapport au thorax (53).
9. Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe de motorisation (1 6) est configuré pour entraîner les première et seconde roues (14, 15) de façon différentielle.
10. Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une masselotte motorisée destinée à déplacer le centre de gravité (G) du robot (10, 50) à l'intérieur de la base (17).
1 1 . Robot à caractère humanoïde motorisé (50) selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le au moins un membre supérieur (61 ) comprend une zone souple (63) susceptible d'être en regard de la base (17) ou de la partie haute (51 ).
12. Robot à caractère humanoïde motorisé (10, 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré de façon à translater la première roue (14) selon un axe (74) passant par un diamètre de la première roue (14) et la seconde roue (15) selon un axe (75) passant par un diamètre de la seconde roue (15).
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