FR2910833A1 - Structure a cables tendus pour interface haptique ou robot, a grand angle de manoeuvre - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet une structure à câbles tendus pour interface haptique ou robot comportant une armature rigide (3), un élément (2) apte à interagir avec l'environnement extérieur, ledit élément comportant une plateforme (20) et un membre mobile (16) apte à pivoter autour d' au moins un axe de rotation (X) par rapport à ladite plateforme (20), ladite plateforme (20) étant suspendue à l'intérieur de l'armature (3) par des câbles de suspension liés à des enrouleurs/dérouleurs fixés à ladite armature (3), ladite plateforme (20) étant apte à être déplacée par enroulement et déroulement desdits câbles sur lesdits enrouleurs/dérouleurs, structure dans laquelle des fixés à ladite armature (3), ladite plateforme (20) étant apte à être déplacée par enroulement et déroulement desdits câbles, dans laquelle structure, des moyens de déplacement dudit membre mobile (16) par rapport à la plateforme (20) sont prévus, les moyens de déplacement du membre mobile (16) par rapport à la plateforme étant distincts des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension.

Description

STRUCTURE A CABLES TENDUS POUR INTERFACE HAPTIQUE OU ROBOT, A GRAND ANGLE

DE MANOEUVRE

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à des interfaces haptiques ou des robots à grand champ en orientation comportant des structures à câbles tendus redondantes, qui peuvent être utilisés en environnement immersif, en rééducation... La plupart des robots et des interfaces haptiques utilisent une chaîne mécanique articulée comportant plusieurs corps mobiles liés entre eux par des articulations reliant une base fixe à l'effecteur, comme les robots manufacturiers, ou au préhenseur saisi par l'utilisateur, telle qu'une interface à retour d'effort. Cette chaîne polyarticulée permet de contrôler la position et/ou l'orientation de l'organe terminal par rapport à la base.

On peut distinguer les robots à chaîne cinématique ouverte (architecture série) et les robots à chaîne fermée (architecture parallèle). Un robot série comporte n+1 corps dont n corps mobiles liés entre eux par n articulations. Un robot parallèle comporte b branches ayant chacune la structure d'un robot série. Dans les deux cas, la mise en mouvement de l'organe terminal entraîne le déplacement de nombreux corps mobiles. La dynamique est donc limitée. Par ailleurs, les segments du robot représentent un volume non négligeable et peuvent gêner la vision de l'utilisateur. Il existe également une solution consistant à actionner une poignée ou une pince à l'aide de câbles tendus directement entre la poignée ou la pince et des blocs moteurs assurant l'enroulement et le déroulement des câbles. Les pièces mobiles sont, dans ce cas, réduites au minimum (à l'effecteur et aux câbles), ce qui permet d'obtenir de bonnes performances dynamiques.

Par ailleurs, les câbles étant très fins, ce type de structure présente une intrusion visuelle très faible. Enfin, la mécanique est réduite aux blocs moteurs qui sont très simples. Le coût de ces robots est donc réduit.

Ce type de structure est par exemple connu du document US 5 305 429 et US 2005/0024331. Ce type de structure présente toutefois deux inconvénients. En premier lieu, dans la mesure où les câbles sont souples, on ne peut que tirer dessus.

Dans ces conditions, il est nécessaire d'avoir au moins un moteur et un câble de plus que de degrés de liberté (de mobilités). Ainsi, le robot dénommé Sacso 7 réalisé par l'ONERA dispose de sept câbles pour piloter les trois translations et les trois rotations de l'organe terminal. Il faut alors veiller à ce qu'aucun câble ne soit détendu. Il est nécessaire d'utiliser pour cela un algorithme de contrôle-commande adapté. La redondance d'actionnement est utilisée pour appliquer l'effort désiré sur l'effecteur (fonction principale) et pour gérer les tensions des câbles (fonction secondaire).

L'espace de travail dépend de la position des blocs moteurs et des points d'attache des câbles autour de la poignée. Pour l'augmenter, il est possible d'ajouter des blocs moteurs et des câbles supplémentaires. En second lieu, les moteurs et les câbles doivent être répartis régulièrement autour de l'organe terminal. Dans le cas du robot dénommé SPIDAR I, qui est l'interface haptique à câbles tendus la plus connue, les blocs moteurs sont répartis sur les sommets d'une pyramide. Cette interface est constituée de quatre câbles qui permettent de contrôler les forces appliquées sur la poignée dans toutes les directions (interface à trois degrés de liberté en translation).

Les câbles sont théoriquement tous concourants au point d'attache sur la poignée et les rotations sont libres (la poignée est en fait un dé dans lequel on insère le doigt). L'espace de travail utile, i.e. dans lequel des forces peuvent être générées dans toutes les directions, est limité à l'intérieur de la pyramide formée par les sorties des câbles des blocs moteurs. En dehors de ce volume, aucune force ne peut être générée dans une direction opposée à la pyramide puisqu'il faudrait pour cela pousser sur au moins un câble, ce qui est impossible. Il existe également des interfaces dont les moteurs ne sont pas répartis autour de la poignée mais dans ce cas les efforts ne peuvent plus être générés dans toutes les directions. Par exemple, l'interface haptique dénommée SPIDAR 8 est constituée de huit effecteurs et 24 blocs moteurs. Celle-ci est destinée à permettre la manipulation à huit doigts. Chaque effecteur n'est relié qu'à trois moteurs. Par conséquent, il est impossible de générer des forces dans toutes les directions de l'espace.

Le document US 6 630 923 décrit une interface à six degrés de liberté, comportant huit blocs moteurs reliés à un effecteur mobile, sur lequel on peut appliquer à la fois des forces et des moments. De plus, cette interface comporte une poignée constituée de deux parties mobiles entre elles, ce qui permet de générer un mouvement de saisie (ou de fermeture) contrôlé. Cette mobilité peut être exploitée directement en rotation ou en translation moyennant l'utilisation d'un système à vis pour transformer le mouvement de rotation relatif des deux parties de la poigné en un mouvement de translation. Par ailleurs, dans les structures à câbles connues, lors de rotations importantes, il existe un risque important que les câbles viennent en contact entre eux ou avec le corps de l'utilisateur. En outre, pour des rotations importantes, l'effort pouvant être généré dans toutes les directions est limité. L'espace de travail utile de ce type de structure est donc limité en rotation.

C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir une interface haptique ou un effecteur de robot permettant d'obtenir des rotations plus importantes tout en conservant les qualités des interfaces à câbles tendus, dont les blocs moteurs mis en oeuvre sont simples et d'un coût limité, offrant une bonne dynamique du fait du faible nombre de pièces mobiles et ayant une faible intrusion visuelle. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but précédemment énoncé est atteint, dans le cas d'une interface haptique, par une structure à câbles comportant un poignet de commande, lequel est muni d'une poignée mobile par rapport à une base du poignet, ainsi on accroit l'amplitude de déplacement possible en additionnant à l'amplitude de déplacement du poignet, une amplitude de déplacement de la poignée par rapport à la base du poignet. En d'autres termes, l'interface à câbles tendus selon la présente invention à grand champ en orientation comporte deux étages : - un étage à câbles tendus permettant de piloter la position et l'orientation d'un poignet embarqué, et - un poignet embarqué motorisé permettant de piloter l'orientation d'une poignée formant une interface à retour d'effort ou d'un préhenseur de robot. Dans le cas d'un effecteur de robot, l'extrémité active est montée mobile par rapport à une base de l'effecteur.

On rend donc possible un mouvement relatif au niveau même de l'élément de commande pour une interface haptique ou de l'effecteur dans le cas d'un robot. Pour de grandes rotations, le mouvement des câbles est proche de ceux pour une structure à câbles classique pour de petits mouvements, ainsi les risques de contact entre les câbles et entre les câbles et le membre de l'opérateur sont réduits. On associe le principe des robots à câbles tendus à celui des robots à structure articulée en embarquant un poignet articulé sur l'organe terminal d'un robot à câbles ou interface à câbles pour augmenter l'espace de travail en rotation. D'une manière générale, la solution proposée associe : une interface à câbles tendus permettant de piloter la position et l'orientation d'un membre actif composite, un membre actif composite embarqué comportant une extrémité active qu'il peut piloter, l'extrémité active étant soit un élément apte à agir sur l'environnement, soit un élément pour transmettre une commande provenant d'un opérateur. La présente invention a alors principalement pour objet une structure à câbles tendus pour interface haptique ou robot comportant une armature rigide, un élément apte à interagir avec l'environnement extérieur ou un opérateur, ledit élément comportant une plateforme et un membre mobile apte à pivoter autour d'au moins un axe de rotation par rapport à ladite plateforme, ladite plateforme étant suspendue à l'intérieur de l'armature par des câbles de suspension fixés à ladite armature, ladite plateforme étant apte à être déplacée par enroulement et déroulement desdits câbles obtenus sur des enrouleurs/dérouleurs desdits câbles de suspension, structure dans laquelle, des moyens de déplacement dudit membre par rapport à la plateforme sont prévus, les moyens de déplacement du membre mobile par rapport à la plateforme étant distincts des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension.

Dans un premier mode de réalisation, lesdits moyens de déplacement sont embarqués sur la plateforme. Lesdits moyens de déplacement embarqués peuvent comporter un moteur électrique rotatif et un capteur de rotation dudit moteur. A titre d'exemple, l'entraînement en rotation du membre mobile par le moteur peut s'effectuer par frottement, par engrenage, par câble (de type cabestan), par courroie.

Dans un deuxième mode de réalisation, lesdits moyens de déplacement sont du type à câbles fixés sur l'armature rigide et reliés par des câbles au membre mobile. Lesdits moyens de déplacement du type à câbles peuvent comporter au moins deux câbles de rotation fixés sur le membre mobile et un enrouleur/dérouleur fixé sur l'armature pour chacun des câbles. L'enroulement/déroulement desdits câbles de rotation est alors avantageusement coordonné. De manière avantageuse, les enrouleurs/dérouleurs desdits moyens de déplacement du membre mobile sont juxtaposés à des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension pour réduire l'intrusion visuelle de ceux-ci et des câbles qu'ils commandent.

Dans un exemple de réalisation, les deux câbles de rotation traversent la plateforme et sont fixés sur la périphérie du membre mobile sensiblement au même endroit, de manière à pouvoir exercer chacun une force tangentielle sur le membre mobile pour le déplacer en rotation dans un sens et dans un sens opposé en fonction de l'enroulement/déroulement de chacun des câbles de rotation. Dans une variante de réalisation, le membre mobile est entraîné en rotation autour d'un ou plusieurs axes par des moyens de déplacement à câbles et autour d'autres axes par des moyens motorisés embarqués sur la plateforme. La structure selon la présente invention peut alors comporter un différentiel formé par deux poulies coaxiales aptes à être entraînées séparément en rotation par deux paires de câbles liés à des enrouleurs/dérouleurs montés sur l'armature, des planétaires liés aux poulies, un porte-satellite et un satellite supportant le membre mobile, ledit différentiel étant apte à entraîner en rotation l'élément mobile autour de deux axes de rotation en fonction des sens de rotation des poulies, le déplacement autour d'un troisième axe de rotation s'effectuant par les moyens embarqués sur la plateforme. La structure selon la présente invention peut alors également comporter une structure du type parallèle formée par deux branches comportant chacune une paire de premier et deuxième segments, les segments de chacune des paire étant attachés l'un à l'autre de manière mobile en rotation par une extrémité, le premier segment étant lié à un secteur apte à être entraîné en rotation par deux moteurs ou des câbles déplacés par des enrouleurs/dérouleurs montés sur l'armature, les deux branches se rejoignant au niveau d'une extrémité, et un membre mobile monté au niveau de ladite extrémité des branches, ledit poignet de type parallèle étant apte à entraîner en rotation l'élément mobile autour de deux axes de rotation en fonction des sens de rotation des secteurs, le déplacement autour d'un troisième axe de rotation s'effectuant par les moyens embarqués sur la plateforme. Dans un exemple de réalisation, le membre peut être monté mobile en rotation sur un deuxième segment, monté luimême mobile en rotation sur un premier segment, monté mobile en rotation sur la plateforme, les axes de rotation du membre mobile et des premier et deuxième segments étant distincts. Dans ce cas, les câbles sont avantageusement guidés par des poulies de renvoi le long des premier et deuxième segments. Dans cet exemple, chacun des premier et deuxième segments peut être déplacé en rotation par une paire de câbles, dont les enrouleurs/dérouleurs sont fixés sur l'armature.

Dans une autre variante de réalisation, le membre mobile est monté mobile en rotation autour de trois axes par rapport à la plate-forme au moyen d'une liaison rotule, ledit membre mobile étant apte à être mis en mouvement par rapport à la plateforme au moyen d'au moins quatre câbles fixés à leur extrémité sur la périphérie d'une pièce d'actionnement du membre mobile et traversant la plateforme, de manière à pouvoir exercer des forces sur le membre mobile pour le déplacer en rotation dans un sens et dans un sens opposé autour des trois axes de rotation en fonction de la combinaison des enroulements/déroulements des câbles de rotation. La pièce d'actionnement peut être ne forme de croix, les câbles étant fixés à chacune des extrémités de la croix.

On peut prévoir également que les câbles soient guidés par des oeilletons lorsque les câbles traversent la plateforme ou des poulies de renvoi, pour réduire les frottements. Le membre mobile peut être une poignée apte à être saisie par un opérateur, celle-ci pouvant comporter au moins un bouton de commande, au moins un actionneur tactile et/ou au moins une gâchette de commande. Le membre mobile peut être aussi un mors d'un robot préhenseur, la plateforme comportant un mors fixe disposé de manière à permettre la préhension d'élément par le rapprochement des mors. La présente invention a également pour objet une interface haptique comportant une structure à câbles selon la présente invention, des moyens de commande des enrouleurs/dérouleurs et des moyens de commande des moyens de déplacement du membre mobile pour générer une contre-réaction au niveau du membre mobile.

La présente invention a également pour objet un robot comportant une structure à câbles selon la présente invention et des moyens de commande des enrouleurs/dérouleurs et des moyens de commande des moyens de mise en mouvement du membre mobile pour faire effectuer au membre mobile une action sur l'environnement. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1A est une vue en perspective d'un premier exemple d'un premier mode de réalisation d'une structure à câbles selon la présente invention et dont le poignet offre un degré de liberté ; - la figure 1B est une vue de détail d'un poignet selon le premier mode de réalisation ; - les figures 2A et 2B sont des vues en perspective de variante de réalisation de la structure à câbles de la figure 1A ; - les figures 3A à 3C sont des vues en perspective de deux variantes de blocs moteurs pouvant être mis en oeuvre dans la structure à câbles de la présente invention ; - la figure 4A est une vue en perspective d'un deuxième exemple de réalisation selon le premier mode de réalisation d'un poignet selon la présente invention offrant trois degrés de liberté ; - les figure 4B et 4C sont des vues en perspective de la structure à câbles mettant en oeuvre le poignet de la figure 4A ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du poignet de la figure 4 ; - les figure 6A et 6B sont des vues en 5 perspective de la structure à câbles mettant en oeuvre le poignet de la figure 5 ; - les figures 7A et 7B sont deux vues en perspective différentes d'un premier exemple d'un deuxième mode de réalisation d'un poignet selon la 10 présente invention offrant un degré de liberté ; les figures 8A à 8C sont des vues en perspective de structures à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 7A et 7B ; - la figure 9 est une vue en perspective 15 d'un détail de l'une des structures des figures 8A à 8C ; - les figures 10A à 'oc sont des vues en perspectives différentes d'un deuxième exemple de réalisation d'un poignet selon le deuxième mode de 20 réalisation offrant deux degrés de liberté ; - la figure 11 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 10A à 10C ; - les figures 12A à 12D sont des vues en 25 perspectives différentes d'un troisième exemple de réalisation d'un poignet selon le deuxième mode de réalisation offrant trois degrés de liberté ; - la figure 13 est une vue en perspective d'une structures à câbles mettant en oeuvre le poignet 30 des figures 12A à 12D ; - les figures 14A à 14D sont des vues en perspectives différentes d'un poignet selon un troisième mode de réalisation offrant trois degrés de liberté ; -la figure 15 est une vue en perspective d'une structures à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 14A à 14D ; - les figures 16 à 18 sont des vues en perspective d'exemples de poignets selon la présente invention intégrant des fonctions supplémentaires ; - les figures 19A et 19B sont des vues en perspective d'un exemple de réalisation d'un effecteur pour robot selon la présente invention ; - les figures 20A et 20B sont des vues en perspective d'un premier exemple de poignet selon la présente invention offrant trois degrés de liberté dont deux mis en oeuvre au sein d'une structure parallèle; - la figure 21 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 20A et 20B ; -les figures 22A et 22B sont des vues en perspective d'un second exemple de poignet selon la présente invention offrant trois degrés de liberté dont deux mis en oeuvre au sein d'une structure parallèle ; - la figure 23 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 22A et 22B ; - les figures 24A et 24B sont des vues en perspective d'un exemple de poignet selon la présente invention offrant trois degrés de liberté en parallèle ; - la figure 25 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en oeuvre le poignet des figures 24A et 24B. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La présente invention sera exposée dans la description qui va suivre en décrivant une interface haptique, cependant la présente invention s'applique complètement à des robots effecteurs et ceux-ci sont compris dans la présente invention. En outre, dans la description qui va suivre, nous nous placerons dans le cas d'une interface à six degrés de liberté, cependant ceci n'est en aucun cas limitatif. Sur la figure 1A, on peut voir une 15 interface haptique sous forme de structure à câbles 4 comportant un poignet 2 suspendu à l'intérieur d'un cadre ou support 3 ayant une armature rigide, dans représenté de forme parallélépipédique au moyen de câbles 6.1 à 6.8 de suspension. 2 est rendu mobile à l'intérieur du support d'enrouleurs/dérouleurs 8.1 à 8.8 fixés sur et assurant un enroulement et déroulement 6.1 à 6.8. Dans le cas d'une interface haptique, le 25 poignet forme l'élément que va déplacer l'opérateur en le saisissant par exemple avec une main. Dans le cas d'un robot, le poignet forme l'extrémité apte à exercer une action sur l'extérieur. Dans l'exemple représenté, les huit 30 enrouleurs/dérouleurs sont disposés aux coins du 10 l'exemple rectangle, Le poignet 3 au moyen le support des câbles 20 support 3. Mais toute autre disposition comme nous le verrons par la suite, entre dans le cadre de la présente invention. Notamment, dans une interface à sept câbles, un enrouleur/dérouleur peut être disposé au milieu d'un côté du cube. Sur la figure 1B, on peut voir en détail le poignet 2 comportant une platine supérieure 10 et une platine inférieure 12 reliées de manière solidaire par un axe de liaison 14. Dans l'exemple, représenté, les platines 10, 12 ont sensiblement une forme de navette, orientées orthogonalement l'une par rapport à l'autre. Les platines 10, 12 et l'axe 14 n'ont aucun mouvement relatif.

Les câbles sont accrochés par paire aux extrémités des platines 10, 12. Les câbles 6.1, 6.2 sont fixés à une extrémité 10.1 de la platine 10. Les câbles 6.3, 6.4 sont fixés à une extrémité 10.2 de la platine 10, opposée à l'extrémité 10.1. Les câbles 6.5, 6.6 sont fixés à une extrémité 12.1 de la platine 12. Les câbles 6.7, 6.8 sont fixés à une extrémité 12. 2 de la platine 12, opposée à l'extrémité 12.1. Cette disposition des câbles est donnée à titre d'exemple. Toute autre disposition entre dans la cadre de l'invention. Les câbles pourraient en particulier être fixés en huit points différents des platines 10 et 12 ou de l'axe de liaison 14. Le poignet 2 comporte également un élément de préhension 16, que nous appellerons poignée par la 30 suite, destiné à être saisi par l'utilisateur. La poignée 16 est montée en rotation autour de l'axe de liaison 14, au moyen de paliers (non représentés). La poignée 16 a, par exemple, la forme d'un tube montée autour de l'axe de liaison 14 coaxialement à celui-ci, et capable de tourner autour de cet axe de liaison 14, formant donc un axe de rotation X de la poignée 16. Le poignet 2 comporte également un moteur 18 équipé d'un codeur angulaire (non représenté) ou tout autre moyen de mesure de la rotation. Le codeur est fixé dans l'exemple représenté sur la platine inférieure 12. Le moteur 18 entraîne la poignée en rotation par l'intermédiaire d'une poulie motrice 19, par frottement, par engrenage, par câble (de type cabestan), par courroie ou tout autre moyen approprié, pour générer un retour de force. Ce poignet selon la présente invention permet d'augmenter les débattements autour de l'axe X de la poignée. Les rotations souhaitées par le manipulateur autour de l'axe X peuvent donc être réparties entre la rotation du poignet 2 par rapport au support et la rotation de la poignée par rapport à une plateforme 20 formée par les platines 10, 12 et l'axe de liaison 14. Ainsi des rotations importantes sont possibles en évitant le contact entre les câbles. Pour cela, les moyens de déplacement de la poignée 16, i.e. le moteur dans l'exemple décrit et ceux du poignet, i . e . les câbles de suspension 6.1 à 6.8 sont commandés de manière couplée afin de répartir les rotations entre celles effectuées par la plateforme 20 par rapport au support et celles de la poignée 16 effectuée par rapport à la plateforme. Ainsi l'amplitude des déplacements de la plateforme 20 est réduite, limitant les risques de contact entre les câbles 6.1 à 6.8.

Les rotations peuvent également être effectuées au sein du poignet seul, i.e. par la rotation de la poignée 16 par rapport à la plateforme 20. Dans ce mode de fonctionnement, le support et les câbles servent seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme 20 dans l'espace. La poignée 16 est généralement pourvue de boutons de commande, comme nous le verrons par la suite, mais qui ne sont pas représentés ici par souci de simplification et de clarté des figures. Plusieurs types d'enrouleur/dérouleur 8.1-8.8 peuvent être mis en oeuvre dans la présente invention. Sur la figure 3A, on peut voir une première variante d'un tel enrouleur/dérouleur. L'enrouleur/dérouleur 8.1 comporte un moteur 21 entraînant en rotation une poulie 22 montée sur son arbre 24, autour de laquelle le câble 6.1 est destiné à s'enrouler. De manière avantageuse, un support 26 pour fixer l'enrouleur/dérouleur 8.1 sur l'armature 3, comporte un passage 28 de guidage du déplacement du câble 6.1. On pourrait également prévoir un enroulement directement sur l'arbre de sortie 24 du moteur.

Dans l'exemple représenté, le câble est enroulé sur la poulie 22 qui permet de contrôler son enroulement donc sa longueur et/ou la force exercée le long de son axe. La rotation du moteur 21 est mesurée par un capteur de position angulaire 23. Il est à noter que la longueur du câble pourrait être mesurée par un autre moyen, par exemple en mesurant directement à l'aide d'un système de mesure stéréoscopique la position et l'orientation de la poignée. Le support 26 peut intégrer un palier, par exemple du type roulement à bille, à l'autre extrémité de la poulie 22 pour reprendre les efforts exercés sur le câble 6.1. Un second palier pourrait être disposé côté moteur pour soulager les paliers de l'actionneur. De manière avantageuse, le passage 28 est bordé par un oeilleton 30 en bronze pour minimiser les frottements du câble 6.1 sur le support 26. De manière particulièrement avantageuse, la poulie 22 est pourvue d'un filetage. D'une part, cela permet d'éviter que le câble 6.1 se chevauche et s'emmêle en s'enroulant et en se déroulant. D'autre part, cela permet de conserver un rayon constant à la fibre neutre du câble 6.1, ce qui ne serait pas le cas si le câble se chevauchait. Dans ces conditions, le rapport de réduction est constant et il est possible de maîtriser correctement les efforts dans le câble. Par contre, le câble avançant sur la poulie 22 au fur et à mesure qu'il s'enroule ou se déroule, sa longueur entre le point de sortie de la poulie et l'oeilleton de guidage 30 varie légèrement en fonction de l'enroulement du câble. Si l'oeilleton 30 est disposé à une distance suffisante de l'axe de la poulie et que le débattement est limité, cette variation est négligeable. Sinon elle sera prise en compte dans le calcul de la longueur du câble. Sur les figures 3B et 3C, on peut voir une deuxième variante d'un enrouleur/dérouleur 8.1. Cet enrouleur diffère de celui représenté sur la figure 3A, en ce que le câble 6.1 est fixé sur la poulie moteur 22 par une vis 32 qui vient le pincer légèrement. Le moteur 21 est lié au support 26 qui peut être relié à l'armature 3 au moyen de deux vis de fixation 34.

En outre, l'enrouleur/dérouleur 8.1 comporte deux rouleaux de maintien 36 disposés à côté de la poulie moteur 22 ; de telle sorte que leur axe soit parallèle à celui de la poulie moteur 22. La distance entre la surface des rouleaux 36 et celle de la poulie moteur 22 est suffisamment grande pour laisser passer le câble 6.1, mais suffisamment faible pour que le câble 6.1 ne puisse pas sortir du filetage de la poulie moteur 22 dans lequel il est guidé. Il peut être prévu, soit de fixer les rouleaux 36 sur le support 26 dans le cas où il y a un léger jeu entre le câble et les rouleaux de maintien, soit de monter les rouleaux 36 en rotation sur le support 26, si le câble 6.1 est en contact avec eux, pour minimiser les frottements dans l'enrouleur/dérouleur 8.1. Les rouleaux 36 maintiennent donc en permanence le câble dans le filetage de la poulie. En temps normal, les moteurs 21 sont contrôlés de telle sorte que les câbles 6.1-6.8 soient toujours tendus et ces rouleaux sont, dans ce cas, superflus. Toutefois, lorsque le système n'est pas sous tension, les câbles 6.1-6.8 sont détendus et sans dispositif annexe, ils peuvent sortir du filetage des poulies 22 et s'emmêler. Grâce aux rouleaux, les câbles restent dans leur filetage. Il est également prévu de remplacer l'oeilleton de guidage 30 par une poulie 38 pour réduire encore les frottements. Cette poulie 38 est montée sur un support 40 monté libre en rotation sur le support 26 autour d'un axe A orthogonal à celui B22 de la poulie moteur 22 et à un axe de rotation B38 de la poulie 38.

Le mouvement du support 40 de poulie autour de l'axe A associé à l'enroulement du câble 6.1 autour de la poulie moteur 22, permet de toujours pointer le câble 6.1 vers le point de fixation du câble 6.1 surla plateforme 20, et plus particulièrement sur la platine supérieure 10. En effet la tension du câble entraîne cet alignement. Cette rotation est effectuée par un palier (ici un roulement à billes non visible, mais un palier lisse conviendrait aussi) pour minimiser les frottements.

La poulie 38 est montée en rotation autour de l'axe B38 qui est représenté sur les figures 3B et 3C parallèle à l'axe B22 de la poulie moteur 22 ; la poulie 38 peut être montée sur roulement à billes (un pallier lisse pourrait aussi être utilisé). On pourrait prévoir de mesurer les rotations autour des axes A et B38 avec l'utilisation de capteurs supplémentaires. Cette information serait utile pour connaître précisément le cheminement des câbles donc leur longueur qui est utilisée par le contrôleur pour déterminer la position du poignet dans l'espace.

De manière avantageuse, deux poulies de maintien 42 sont prévues sur le support 26 en amont du passage 28, ces poulies de maintien 42 ont des axes de rotation orthogonaux aux axes A et B22 et sont disposées de part et d'autre du câble légèrement décalées suivant l'axe A. Ces poulies de maintien 42 assurent une entrée correcte du câble 6.1 dans la gorge de la poulie de guidage 38, quel que soit son enroulement sur la poulie moteur 22, donc quelle que soit la distance entre le point de sortie du câble 6.1 de cette poulie et la face du moteur, donc quel que soit l'angle entre le câble 6.1 et la face du moteur. Ici encore, pour être sûr que le câble 6.1 frotte de manière réduite sur les flancs du filetage de la poulie moteur 22 et que sa longueur ne varie pas entre le point de sortie de la poulie moteur 22 et les poulies de maintien 42, ces dernières poulies 42 sont avantageusement situées suffisamment loin de l'axe moteur B22.

Le moteur 21 peut être de tout type, par exemple du type moteur à courant continu, moteur brushless, moto-réducteur, AMF (à mémoire de forme). Ce moteur peut être utilisé de différentes manières. Sur un robot, il sera plutôt utilisé pour mettre en mouvement l'effecteur tandis que sur une interface haptique, il sera plutôt utilisé pour résister aux mouvements de l'utilisateur. Dans ce dernier cas, on pourrait également associer le moteur 21 à un frein (du type à poudre, frein magnétique, frein à fluides rhéologiques, ...) pour accroître la capacité de l'interface à s'opposer aux mouvements de l'utilisateur. De même pour le capteur de position, celui-ci peut être un codeur optique, un capteur à effet hall, un capteur magnéto-optique, un potentiomètre, On pourrait prévoir d'ajouter un capteur d'effort sur le câble ou une des pièces de guidage (le support, oeilleton, ou poulie, ...) pour mesurer la tension du câble. Un dispositif d'équilibrage à ressort spiral ou droit pourrait aussi être ajouté sur la poulie moteur 22 ou sur le câble 6.1 pour compenser tout ou partie du poids du poignet 2. Les câbles peuvent également être en différents matériaux (métal, plastique, textile, kevlar, composite, ...) et de différents types (mono-brin, multi-brins, tressé, doublé, ...) . Les axes du poignet peuvent en outre être équipés de capteurs de position supplémentaires, de même que la plateforme peut être repérée dans l'espace par un dispositif approprié comme un système de vision 3D stéréoscopique, dit Motion Capture. Le moteur 18 pourrait être intégré directement dans l'axe de la poignée 16, comme cela est représenté sur la figure 2B.

Par ailleurs, sur les figures 2A et 2B, sont représentés deux exemples d'interface selon la présente invention, comportant sept enrouleurs/dérouleurs 8.1-8.7, l'un 8.1 des enrouleurs/dérouleurs 8.1-8.7 étant disposé sensiblement au centre d'un côté de l'armature.

Sur la figure 2B, le moteur est intégré directement dans l'axe de la poignée, assurant un actionnement dans l'axe de la poignée. L'interface haptique selon la présente invention est destinée par exemple à commander à distance les mouvements d'un robot effecteur qui peut être du type de la présente invention. Les commandes de l'opérateur sont détectées au moyen des capteurs portés par le poignet, notamment au moyen de ceux mesurant la rotation de la poignée 16 par rapport à la plateforme et de ceux mesurant l'enroulement et le déroulement de chacun des câbles. Toutes ces mesures sont utilisées dans une unité pour calculer le déplacement relatif de la poignée par rapport au support de câbles et commander le robot de manière correspondante. Par ailleurs, les câbles et le moteur 18 permettent de générer des efforts résistant au niveau de la poignée, formant ainsi une interface à retour d'effort.

Sur la figure 4A, on peut voir un deuxième exemple de réalisation d'un poignet 104 selon la présente invention offrant trois degrés de liberté. Le poignet 104 comporte une plateforme 120 dont les mouvements sont pilotés dans l'espace par la structure à câbles. La plateforme 120 comporte une platine supérieure 110, une platine inférieure 112 reliées par une pièce de liaison 114 de manière rigide. Le poignet 104 comporte également un premier segment 121 mobile en rotation autour d'un axe C par rapport à la plateforme 120, un second segment 122 mobile en rotation autour d'un axe D sur le premier segment 121 et une poignée 116 mobile en rotation autour de l'axe X sur le deuxième segment 122. Le premier segment 121 et le deuxième segment 122 ont par exemple la forme d'un arc de cercle.

Grâce à une telle configuration, il est possible de générer n'importe quelle orientation dans un espace de travail limité. Les trois axes de rotation D, C, X peuvent avantageusement être concourants comme dans l'exemple représenté (ce qui permet de générer des mouvements de rotation au point de concours des axes sans mouvement de translation parasite associé) et être avantageusement perpendiculaires dans la configuration de référence (ce qui permet de rejeter les configurations singulières dans lesquelles le robot ne peut plus être contrôlé correctement et qui apparaissent lorsque deux axes de rotation sont alignés à des orientations importantes, sensiblement égales à quatre vingt dix degrés). Le poignet comporte également un premier moteur 124 pour entraîner le segment 121 en rotation autour de l'axe C, le moteur 124 est associé à un codeur (non représenté). Le moteur 124 entraîne le segment 121 par l'intermédiaire d'une poulie 128 solidaire de l'arbre du moteur 124 engrenant un secteur 130 solidaire du premier segment 121. On peut également prévoir un entraînement à cabestan, à courroie ou autre. Il est également prévu un deuxième moteur 132 pour entraîner en rotation le deuxième segment 122 30 autour de l'axe D, associé à un codeur (non représenté), l'entraînement s'effectue de manière analogue au segment 121. La poignée 116 est également entraînée en rotation autour de l'axe X par un moteur 138 associé à un codeur (non représenté) par l'intermédiaire par exemple d'une poulie 136 et d'un secteur 134. Ce poignet permet selon la présente invention d'augmenter les débattements en orientation, cette fois-ci autour de tous les axes C, D, X et non autour d'un seul axe X comme dans le poignet de la figure 1B. Les mouvements de rotation exercés par l'opérateur peuvent être partagés entre la structure à câbles tendus et le poignet, qui fonctionnement comme deux dispositifs en série, ainsi les capacités de rotation respectives s'ajoutent. L'amplitude de mouvement des câbles est alors réduite, les risques de contact sont alors diminués. Ils peuvent également être effectués par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. On pourrait également envisager un poignet de type parallèle, dont des exemples sont représentés sur les figures 20A, 20B, 21 et 22A, 22B, 23 et seront décrits en détail par la suite.

Par ailleurs, tout autre type d'actionneur pourrait être utilisé comme cela a été décrit précédemment (moteurs ou freins). Sur la figure 4B, on peut voir un exemple de réalisation d'une structure 102 à huit câbles tendus avec un poignet 104 représenté sur la figure 4A, deux câbles étant accrochés à chacune des extrémités des platines supérieure 110 et inférieure 112. Sur la figure 4C, on peut voir une structure 102' à sept câbles tendus avec un poignet 104 représenté sur la figure 4A. Deux câbles sont fixés à chacune des extrémités de la platine inférieure 112 et à des coins inférieurs de l'armature de la structure, deux câbles sont fixés à une extrémité de la platine supérieure 110, et un câble est fixé à l'autre extrémité de la platine supérieure 110 et à une partie centrale d'un des côtés de l'armature. Sur la figure 5, on peut voir une variante de réalisation d'un poignet 204 selon la présente invention à trois degrés de liberté et quatre axes motorisés (ce poignet est par conséquent redondant, ce qui permet d'augmenter l'espace de travail en orientation en rejetant les singularités à des inclinaisons plus importantes). Le poignet 204 comporte une plateforme 220 formée d'une platine supérieure 210, d'une platine inférieure 212 et d'une pièce de liaison 214, reliant une extrémité de la platine supérieure 210 à une partie centrale de la platine inférieure 212, formant ainsi une pièce rigide sensiblement en forme de C.

Le poignet 204 comporte également un premier segment 221 en forme de demi cercle et relié par chacune de ses extrémités 221.1, 221.2 aux parties centrales des platines supérieure 210 et inférieure 212.

Le premier segment 221 est monté mobile en rotation sur les platines supérieure 210 et inférieure 212 autour d'un axe E. Un moteur 224 monté sur la platine inférieure 212, permet de piloter la rotation ou d'appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe E par l'intermédiaire d'une poulie 226 en prise avec le moteur 224 et du secteur 230 qui est solidaire du segment 221. Cette transmission peut être effectuée par tout moyen approprié (engrenages, câbles, cabestan, courroie, ...), de manière similaire à ce qui a été décrit en relation avec la figure 4A. Le moteur 224 pourrait également être monté sur la platine supérieure 210. Le poignet 204 comporte également un deuxième segment 222 monté mobile en rotation autour d'un axe F par rapport au premier segment 221. Le deuxième segment 222 a la forme d'un quart de cercle et est relié à une de ses extrémités 222.1 à une partie centrale du premier segment 221. Un moteur 232 permet de piloter la rotation du deuxième segment 222 ou d'appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe F par l'intermédiaire d'une poulie et d'un secteur, de manière similaire au premier segment 221. Un troisième segment 223 est monté en rotation à une autre extrémité 222.2 du deuxième segment 222 opposée à l'extrémité 222.1 reliée au premier segment 221. Ce segment 223 est sensiblement perpendiculaire au deuxième segment 222 et s'étend sensiblement verticalement vers le haut sur la figure 5.

Le segment 223 peut tourner autour de l'axe G par rapport au segment 222. Un moteur 237 permet de piloter la rotation du troisième segment 223 par rapport au deuxième segment 222 autour de l'axe G ou d'appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe G par l'intermédiaire d'une poulie et d'un secteur qui est solidaire du troisième segment 223. Le poignet 204 comporte également une poignée 216 montée en rotation sur le troisième segment 223 autour d'un axe X et disposée de manière sensiblement verticale sur la figure 5. Un moteur 238 est également prévu pour piloter la rotation de la poignée 216 autour de l'axe X, ou pour appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe X, par l'intermédiaire d'une poulie et d'un secteur solidaire de la poignée 216. Dans l'exemple représenté sur la figure 5, les axes E et X sont alignés dans la configuration de référence ; par ailleurs les axes E, F, G et X sont concourants. Il est bien entendu que les axes E et X pourraient aussi être décalés, et les axes E, F, G et X pourraient ne pas être concourants. Dans l'exemple représenté, les axes E, F, G et X sont orthogonaux en configuration de référence, mais ils pourraient également faire un angle différent entre eux. Chaque moteur est associé à un capteur de position angulaire (non représenté). Comme pour le poignet 104 de la figure 4A, ce poignet 204 permet d'augmenter les débattements en orientation autour de tous les axes. Ces rotations peuvent être partagées entre la structure à câbles tendus et le poignet. Les rotations peuvent également être effectuées par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme.

Cette configuration permet donc d'augmenter de manière importante l'espace de travail en orientation. Les rotations peuvent être partagées entre le robot à câbles tendus et le poignet série. Elles peuvent également être effectuées par le poignet seul, le robot à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. Dans ce mode de réalisation, les actionneurs du poignet sont embarqués sur celui-ci, ce qui permet de conserver la simplicité de la structure à câbles. Sur la figure 6A, on peut voir un exemple de réalisation d'une structure 202 à huit câbles tendus avec un poignet 204=représenté sur la figure 5, deux câbles étant accrochés à chacune des extrémités des platines supérieure 110 et inférieure 112. Sur la figure 6B, on peut voir une structure à sept câbles tendus 202' avec un poignet 204 représenté sur la figure 5. Deux câbles sont fixés à chacune des extrémités de la platine inférieure 112 et à des coins inférieurs de l'armature 203, deux câbles sont fixés à une extrémité de la platine supérieure 110, et un câble est fixé à l'autre extrémité de la platine supérieure 110 et à une partie centrale d'un des côtés de l'armature 203.

Sur les figures 7A et 7B, on peut voir un premier exemple d'un deuxième mode de réalisation d'un poignet selon la présente invention, dans lequel les actionneurs du poignet ne sont pas embarqués sur celui-ci, mais sont portés par la structure à câbles et reliés au poignet par des câbles. La structure du poignet des figures 7A et 7B est très proche de celle du poignet de la figure 1A. Le poignet 304 comporte une platine supérieure 310 et une platine inférieure 312 reliées de manière solidaire par un arbre de liaison 314. Les platines 310, 312 et l'arbre 314 n'ont donc aucun mouvement relatif. Les câbles sont accrochés par paire aux extrémités des platines 310, 312. Les câbles 306.1, 306.2 sont fixés à une extrémité 310.1 de la platine 310. Les câbles 306.3, 306.4 sont fixés à une extrémité 310.2 de la platine 310, opposée à l'extrémité 310.1. Les câbles 306.5, 306.6 sont fixés à une extrémité 312.1 de la platine 312. Les câbles 306.7, 306.8 sont fixés à une extrémité 312.2 de la platine 312, opposée à l'extrémité 312.1. Le poignet 304 comporte également une poignée 316 montée en rotation autour de l'arbre de liaison 314, au moyen de paliers (non représentés). La poignée 316 a, par exemple la forme d'un tube montée autour de l'arbre de liaison 314 coaxialement à celui-ci, et est capable de tourner autour de cet axe de liaison 314, formant donc un axe de rotation X pour la poignée 316.

Toute autre forme de base pourrait convenir. La position et l'orientation de la plate forme 320 sont pilotées par huit enrouleurs/dérouleurs 308.1 à 308.8 situés aux coins de l'armature 303 et les câbles 306.1 à 306.8 associés, qui sont attachés aux extrémités des platines 310, 312 (sur la figure 8A, l'enrouleur/dérouleur 308.1 est caché par le support 303). Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, la poignée est déplacée en rotation autour d'un axe X au moyen de deux enrouleurs/dérouleurs 340, 342 montés sur l'armature 303 de la structure à câbles 302. Sur la figure 8A, ces enrouleurs/dérouleurs 340, 342 sont situés à proximité du milieu d'une des arêtes de l'armature 303 et sont reliés à la poignée 316 par deux câbles 344, 346.

Dans l'exemple représenté, les câbles 344, 346 traversent la platine inférieure 312 dans laquelle ont été pratiqués deux trous 348, 350. Dans l'exemple représenté, les trous 348, 350 sont munis du côté d'une face inférieure 312.4 d'oeilletons 354 pour limiter les frottements et du côté d'une surface supérieure 312.3 de la platine inférieure 312 de poulies de renvoi 352, ce qui permet de réduire les frottements des câbles 344, 346 sur la platine inférieure 312.

On pourrait également prévoir des oeilletons ou des poulies de renvoi sur les deux faces 312.3, 312.4 de la platine inférieure 312. Dans le cas où des poulies de renvoi sont utilisées sur la face inférieure de la platine 312, ces poulies peuvent avantageusement être supportées par des supports montés libres en rotation sur la platine. Dans le cas où des poulies de renvoi sont utilisées sur la face supérieure de la platine 312, leur support peut être fixe par rapport à la platine. Les câbles 344, 346 sont fixés sur la 5 périphérie de la poignée 316 par un élément d'arrêt 356. On pourrait prévoir d'augmenter ou de réduire localement le diamètre de la poignée pour diminuer ou accroître le couple disponible. 10 Ainsi en tirant sur le câble 344, la poignée 316 est entraînée en rotation dans le sens horaire. En tirant sur le câble 346, elle est entraînée dans le sens antihoraire. Ces deux mouvements sont coordonnés. Par ailleurs ces mouvements sont également 15 coordonnés avec ceux de la plateforme 320 du poignet 304 qui est elle-aussi mobile, puisque tous les mouvements sont couplés. Pour faciliter cette coordination entre tous les enrouleurs/dérouleurs, on peut intégrer dans 20 les poulies de renvoi 352 et/ou entre l'élément de liaison 314 et la poignée 316 des capteurs de position angulaire (non représentés) pour connaître les rotations internes au poignet 304. Les rotations peuvent également être calculées à partir des 25 informations provenant des capteurs des enrouleurs/dérouleurs. On peut également prévoir d'associer les deux moyens de mesure. Sur la figure 8A, on peut voir l'interface complète avec l'armature 303 et le poignet 304 et les 30 deux enrouleurs/dérouleurs 340, 342 supplémentaires, montées l'un à côté de l'autre dans une partie médiane d'un côté de l'armature 303. Les enrouleurs/dérouleurs 340, 342 sont similaires à ceux de la structure à câbles et décrits en relation avec les figures 3A à 3C. Les câbles 344 et 346 peuvent être formés de deux câbles distincts attachés à l'une de leurs extrémités à l'élément d'arrêt 356 et à l'autre de leurs extrémités aux enrouleurs/dérouleurs 340, 342 ou former de deux brins d'un même câble attaché sensiblement en son milieu à l'élément d'arrêt 356 et à ses extrémités d'un côté à l'enrouleur/dérouleur 340 et de l'autre à l'enrouleur/dérouleur 342. Sur les figures 8B et 8C, on peut voir un autre exemple de réalisation d'une interface mettant en oeuvre le poignet 304, dans lesquels les enrouleurs/dérouleurs sont disposés de différentes manières. Sur les figures 8B et 8C, les enrouleurs/dérouleurs 340, 342 sont disposés à proximité des sommets de l'armature 303. Dans ce cas, l'intrusion visuelle est moindre. En ajustant cette position, on peut arriver à ce qu'en configuration de référence, les câbles supplémentaires 344, 346 d'actionnement de la poignée 316 soient parallèles à ceux de l'interface à câbles qui pilote la plateforme 320 du poignet 304. Ceci permet d'améliorer son aspect esthétique. L'interface selon ce mode de réalisation présente les avantages suivants : Les enrouleurs/dérouleurs mis en oeuvre sont simples et d'un coût limité. Elle offre une bonne dynamique du fait du faible nombre de pièces mobiles, puisque les enrouleurs/dérouleurs sont portés par l'armature et sont donc immobiles. Elle offre une faible intrusion visuelle puisque la taille du poignet est réduite. Ce poignet selon la présente invention permet d'augmenter les débattements autour de l'axe X de la poignée. Les rotations souhaitées par le manipulateur autour de l'axe X peuvent donc être réparties entre la rotation du poignet 304 par rapport au support et la rotation de la poignée 316 par rapport à une plateforme 320. Ainsi des rotations importantes sont possibles en évitant le contact entre les câbles. Pour cela, les moyens de déplacement de la poignée 316, i.e. les câbles 340, 342, i.e. les câbles de suspension 306.1 à 306.8 sont commandés de manière couplée afin de répartir les rotations entre celles effectuées par la plateforme 320 par rapport au support et celles de la poignée 316 effectuée par rapport à la plateforme. Ainsi l'amplitude des déplacements de la plateforme 320 est réduite, limitant les risques de contact entre les câbles.

Sur la figure 9, on peut voir en détail l'enrouleur/dérouleur 308.5 et l'enrouleur/dérouleur 342 des figures 8B et 8C, ceux-ci sont disposés l'un à côté de l'autre, ainsi l'intrusion visuelle des enrouleurs/dérouleurs et l'intrusion visuelle des câbles en position de référence sont très réduites. Toute autre disposition des enrouleurs/dérouleurs supplémentaires est possible. Ils pourraient aussi être inclinés ou remplacés par des blocs moteurs à guidage par poulie de renvoi. Sur les figures 10A à 10C, on peut voir différentes vues d'un poignet 404 selon un deuxième exemple du deuxième mode de réalisation à deux degrés de liberté. Le poignet 404 est de structure proche de celle du poignet 104, et diffère de celle-ci en ce que les enrouleurs/dérouleurs sont portés par l'armature 403 de la structure à câbles 402.

La description qui suit se limitera à décrire en détail les liaisons entre les enrouleurs/dérouleurs et le poignet. Le premier segment 421, monté mobile en rotation sur la pièce de liaison 414 autour de l'axe C, est déplacé en rotation par deux câbles 460, 462 montés autour d'une poulie 461 solidaire du segment 421 et fixés à cette poulie 461 par un moyen d'arrêt 463, les câbles 460, 462 étant reliés chacun par leur deuxième extrémité à des enrouleurs/dérouleurs 464, 466 montés sur l'armature 403. Dans l'exemple représenté, les câbles 460, 462 sont guidés à travers la platine inférieure 412 sur sa face supérieure 412.4 et sur sa face inférieure 412.3 par des oeilletons en bronze ou tout autre matière adaptée à la nature du câble pour minimiser les frottements. On pourrait également utiliser des poulies de renvoi, comme dans le poignet des figures 7A et 7B. Dans ce cas, il serait préférable que le support des poulies d'entrée (situées sur la face inférieure 412.3 de la platine inférieure) soit libre de tourner autour de l'axe de passage du câble à travers la base, quant au support des poulies sur la face supérieure de la platine inférieure, celui-ci pourrait ne pas tourner. Le deuxième segment 422, monté mobile en rotation sur le premier segment 421 autour de l'axe D, est déplacé en rotation par deux câbles 468, 470 montés autour d'une poulie 469 solidaire du deuxième segment 422 et fixés à cette poulie 469 par un moyen d'arrêt 471, les câbles 468, 470 étant reliés chacun par leur deuxième extrémité à des enrouleurs/dérouleurs 472, 474 montés sur l'armature 403. Dans l'exemple représenté, les câbles 468, 470 traversent la pièce de liaison 414. La pièce de liaison comporte au niveau de l'intersection de l'axe C et de la pièce de liaison 414, sur sa face 414. 1 sur laquelle est monté le premier segment 421 un orifice 473 pour le passage des deux câbles 468, 470, et sur sa face opposée 412.2 deux trous pour chacun des câbles 468, 470. De manière avantageuse, les trous sont bordés par des oeilletons 475, par exemple en bronze ou toute autre matière adaptée pour réduire les frottements. Des poulies de renvoi montées sur la face 414.2 de la pièce de liaison 414 pourraient être utilisées à la place des oeilletons.

Les câbles 468, 470 passant à travers la plateforme 420 à proximité de l'axe C, leur longueur est peu affectée par une rotation du premier segment 421 autour de cet axe C. Chaque câble 468, 470 est ensuite guidé par une paire de poulies de renvoi 476.1-476.2, 478.1-478.2 respectivement jusqu'à la poulie 469. Les poulies de renvoi 476.1, 476.2, 478.1, 478.2 sont montées en rotation sur des supports fixés sur le premier segment 421. La poignée 416 peut être solidaire du deuxième segment, ainsi l'actionnement des câbles 468, 470 provoque le déplacement de la poignée 416. La poignée 416 pourrait être montée directement sur la poulie 469. De manière analogue au poignet 104, la poignée 416 pourrait aussi être mobile en rotation par rapport au deuxième segment autour d'un axe X, pour cela un moteur embarquée similaire à celui décrit pour le poignet 104 serait prévu. Dans ce cas, le poignet 404 offrirait trois degrés de liberté, deux de ces degrés de liberté étant actionnés par des enrouleurs/dérouleurs fixés sur le support 403 et le dernier étant actionné par un moteur embarqué. Sur la figure 11, on peut voir l'interface complète mettant en oeuvre le poignet 404 des figures 10A à lOC. La position et l'orientation de la plate forme 420 sont pilotées par les huit enrouleurs/dérouleurs 408.1 à 408.8 situés aux coins de l'armature 403 et les câbles 406.1 à 406.8 associés qui sont liés aux extrémités des platines 410, 412 du poignet 404. Deux paires d'enrouleurs/dérouleurs supplémentaires 464, 466 et 472, 474 sont montées sur l'armature 403. Ces enrouleurs/dérouleurs supplémentaires sont situés, dans l'exemple représenté, à proximité de quatre des sommets de l'armature 403, ce qui limite leur intrusion visuelle. Ils pourraient cependant adopter toute autre position. Deux de ces enrouleurs/dérouleurs 464, 466 (ceux situés dans la partie inférieure de l'armature) permettent d'actionner la rotation du premier segment 421 autour de l'axe C, les deux autres 472, 474 (ceux situés dans la partie haute de l'armature) permettent d'actionner la rotation du deuxième segment 422 autour de l'axe D. Comme dans le cas du poignet 304, les mouvements de tous les câbles sont coordonnés, en particulier ceux des câbles 460, 462 et ceux des câbles 468, 470 car tous les mouvements sont couplés. Il peut être intéressant pour faciliter ce couplage d'intégrer des capteurs de position angulaire sur la poulie 461 du premier segment 421 et sur la poulie 469 du deuxième segment 422, en plus des capteurs situés sur les enrouleurs/dérouleurs. Les rotations, de manière similaire aux autres interfaces, peuvent être partagées entre la plateforme 420 pilotée par la structure à câbles tendus 402 et le poignet 404 piloté par les enrouleurs/dérouleurs supplémentaires, les commandes de leur moyens de déplacement étant alors dépendants. Les rotations peuvent également être effectuées par le poignet 404 seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme 420.

Le poignet 504 des figures 12A à 12D se distingue du poignet 404, en ce que la poignée 516, montée mobile en rotation sur le deuxième segment 522 autour de l'axe X, est actionnée par deux câbles 580, 582 dont les enrouleurs/dérouleurs 584, 586 sont fixés sur l'armature 503 de la structure à câbles tendus 502. Dans la description qui va suivre, nous décrirons donc en détail les moyens déportés pour actionner la poignée 516, les autres éléments étant similaires à ceux du poignet des figures 10A à 'oc déjà décrites. Le poignet comporte une platine supérieure 510 et une platine inférieure 512 reliées de manière rigide par une pièce de liaison 514, un premier segment 521 est monté mobile en rotation autour d'un axe C sur la pièce de liaison 514, un second segment 522 monté mobileen rotation à une extrémité du premier segment 521 autour d'un axe D et la poignée 516 montée mobile en rotation sur le deuxième segment 522 autour de l'axe X. Comme écrit précédemment, la rotation des segments 521, 522 autour des axes C, D respectivement est réalisée de la même façon que pour le poignet 404. Elle ne sera donc pas détaillée par la suite. Une poulie 588, montée fixe en rotation sur la poignée 516, est entraînée en rotation dans un sens par le câble 580 et dans un autre par le câble 582 fixés à la poulie par un arrêtoir 587. Chaque câble 580, 582 est guidé de la poulie 588 à l'enrouleur/dérouleur 584, 586 respectivement par des poulies de renvoi. Nous détaillerons les moyens de guidage du câble 580, ceux du câble 582 étant similaires. Dans l'exemple représenté, le câble 580 est guidé par six poulies de renvoi 580.1 à 580.6.

Le câble 580 traverse la platine supérieure 510, dans laquelle est pratiqué un passage comportant, avantageusement des oeilletons à ses extrémités pour réduire les frottements. La poulie 580.1 est montée sur une face intérieure 510.1 de la platine supérieure du côté de la poignée 516. La poulie 580.2 est montée sur la pièce de liaison 514. La poulie 580.3 est montée sur le premier segment 521 libre en rotation sur celui-ci, dans l'exemple représenté, la poulie 580.3 est montée de manière coaxiale à la poulie 561. La poulie 580.4 est montée sur le premier segment 521, dans l'exemple représenté, la poulie est supportée par un arbre situé sensiblement au niveau de la partie coudée afin que le câble 580 suive sensiblement la forme du premier segment 521. La poulie 580.5 est montée libre en rotation sur le deuxième segment 522, dans l'exemple représenté, elle est coaxiale à la poulie 569 d'actionnement du deuxième segment 522. La poulie 580.6 est montée sur le deuxième segment, au niveau de sa partie coudée. Le câble 580 contourne ainsi l'axe C en cheminant sur la poulie 580.3 qui tourne autour de l'axe C, il chemine ensuite le long du segment 521 par la poulie de renvoi 580.4 puis contourne l'axe D en tournant autour de la poulie 580.5 qui est libre en rotation autour de cet axe indépendamment des mouvements des premier et deuxième segments 521 et 522. Enfin, le câble 580 contourne la poulie 580.6 pour actionner la poulie 588 solidaire en rotation de la poignée 516.

Le câble 582 chemine sensiblement de manière parallèle au câble 580, les poulies 582.1 à 582.6 étant disposées parallèlement aux poulies 580.1 à 580.6 respectivement ou symétriquement à celles-ci par rapport aux plans médians des segments 514, 521 et 522.

Les mouvements de ces câbles 580, 582 sont coordonnés entre eux et avec ceux du poignet 504 pour l'actionnement de la poignée 516. Il est à noter que la configuration de chacun des moyens d'actionnement déportés n'est pas limitative et peut être différente. Par ailleurs, la forme du poignet, notamment des platines 510, 512 et de la pièce de liaison n'est également aucunement limitative. Sur les figures 14A à 14D on peut voir un poignet 604 à trois degrés de liberté selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, dont l'actionnement est pour une part obtenu par des moyens déportés et pour une autre part par des moyens embarqués sur le poignet, formant ainsi une réalisation hybride entre le premier mode de réalisation et le deuxième mode de réalisation. Le poignet 604 comporte un platine supérieure 610 et une platine inférieure 612 reliées rigidement par une pièce de liaison 614, et une poignée 616 suspendue à la platine supérieure 610 par deux flasques 631, 633 parallèles fixés sur la face inférieure 610.1 de la platine supérieure 610. La poignée 616 est apte à être déplacée en rotation autour de deux axes de rotation H, I au moyen de paires de câbles 630, 632 et 634, 636 et autour de l'axe X par un moteur électrique 638. Les câbles 630 à 636 sont respectivement reliés à des enrouleurs/dérouleurs 664 à 670 montés sur l'armature 603 de la structure à câble 602.

Les câbles 630, 632 traversent la platine supérieure 610 par deux passages 640 et sont fixés à une poulie 642 au moyen d'un arrêtoir 644. Les câbles 634, 636 traversent la platine supérieure 610 par deux passages 646 et sont fixés à une poulie 648 au moyen d'un arrêtoir 650. Les poulies 642 et 648 sont coaxiales et montées mobiles en rotation sur les faces extérieures des flasques 631, 633. Les câbles 630 à 636 sont avantageusement guidés sur la face supérieure 610.2 de la platine supérieure 610 par des oeilletons pour réduire les frottements. On pourrait également utiliser des poulies de renvoi. Les poulies 642 et 648 sont liées chacune en rotation à des planétaires 652, 654 formant un différentiel. Le différentiel comporte également un porte-satellite 656 et un satellite 658. Ce satellite 658 supporte la poignée 616 qui est actionnée par le moteur embarqué 638 associé à un codeur (non représenté) par l'intermédiaire d'une poulie 660 et d'un secteur 662, par exemple au moyen d'engrenages, d'un câble, d'une courroie, ou tout autre moyen adapté. Lorsque les poulies 642 et 648 sont mises en mouvement dans le même sens autour de l'axe H, le porte-satellite 656 tourne autour de l'axe H, entraînant le satellite 658 qui lui est lié autour de l'axe H, ainsi que la poignée 616. Lorsque les poulies 642, 648 sont entraînées chacune dans un sens opposé autour de l'axe H, le porte-satellite 656 reste fixe et le satellite 658 est mis en rotation autour de l'axe I, entraînant à son tour la poignée 616 autour de cet axe. Enfin, le moteur embarqué 638 entraîne la poignée 616 autour de l'axe X. Les axes H, I et X sont représentés concourants et perpendiculaires en configuration de référence. Tout autre placement de ces axes permettant de générer des rotations autour de tout ou partie des axes de l'espace entre dans le cadre de la présente invention.

Dans ce mode de réalisation, les axes ne sont pas concourants au centre de la poignée, contrairement aux autres modes de réalisation à trois degrés de liberté. Mais il est bien entendu que les configurations des moyens d'actionnement proposées pour les premier et deuxième modes de réalisation sont également applicables, lorsque les axes du poignet sont déportés par rapport à la poignée comme le montrent les figures 14A à 14D. Sur la figure 15, on peut voir une vue complète de l'interface dans laquelle le poignet des figures 14A à 14D est mis en oeuvre dans une structure à câbles. Les quatre enrouleurs/dérouleurs utilisés dans ce mode de réalisation sont disposés dans l'exemple représenté aux quatre coins supérieurs de l'armature 603. Sur les figures 16 à 18, on peut voir des exemples de poignets similaires à celui de la figure 4A, et incorporant des fonctions supplémentaires.

Sur la figure 16, la poignée 716 comporte des boutons de commande 718. La poignée 816 du poignet 804 de la figure 17 comporte une gâchette 818 de commande de fermeture de pince d'un robot distant, cette gâchette 818 pouvant éventuellement être motorisée à l'aide d'un actionneur embarqué ou déporté sur le cadre de l'interface à câbles tendus. La poignée 916 du poignet 904 de la figure 18 comporte une matrice d'actionneurs tactiles 918 pour améliorer la restitution des informations haptiques. Mais elle peut comporter un seul actionneur tactile ou plusieurs matrices d'actionneurs tactiles. Les fonctions supplémentaires décrites sont bien entendu applicables à tous les exemples de réalisation de poignet selon la présente invention. Les actionneurs et matrices tactiles peuvent prendre plusieurs formes. Par exemple, ils peuvent en particulier restituer des informations statiques ou vibratoires, par indentation normale à la peau ou déplacement tangentiel, ces informations pouvant être liées à la texture ou à la forme locale des objets (orientation locale de la surface, courbure, ...). Par ailleurs, leur actionnement peut être effectué de différentes manières (actionneurs électromagnétiques, actionneurs à mémoire de forme, actionneurs piézo-électriques, ...). Sur les figures 19A et 19B, on peut voir deux vues d'un exemple d'un poignet selon la présente invention utilisé en tant que robot manipulateur. Dans ce cas, la poignée peut être remplacée par un préhenseur 1016. Un des mors 1017 est solidaire du troisième segment 1023 (corps du préhenseur). L'autre mors 1018 est monté mobile en rotation par rapport au troisième segment 1023 autour d'un axe J représenté vertical sur la figure 19. Un actionneur 1024 comportant un moteur 1026 muni d'un codeur permet de piloter les mouvements de ce mors 1018 par rapport au segment 1023 et donc de piloter la fermeture de la pince 1016. Le moteur 1026 est, dans cet exemple, embarqué mais il pourrait aussi être déporté sur le cadre de l'interface à câbles tendus. Toute autre disposition de la pince fait partie de la présente invention. Le préhenseur peut être remplacé par tout autre moyen pouvant être manipulé par un robot, par exemple des moyens de découpe, de soudage ... Sur les figures 20A et 20B, on peut voir un exemple de réalisation d'un poignet 1104 selon la présente invention à trois degrés de liberté dont deux mis en oeuvre au sein d'une structure parallèle.

Le poignet 1104 comporte une plateforme 1120 formée d'une platine supérieure 1110, d'une platine inférieure 1112 et d'une pièce de liaison 1114, reliant une extrémité de la platine supérieure 1110 à une partie centrale de la platine inférieure 1112, formant ainsi une pièce rigide.

Le poignet 1104 comporte également un premier segment 1121 en forme de portion de cercle et relié à l'une de ses extrémités à la platine 1114 et à son autre extrémité à un second segment 1122. Le premier segment 1121 est mobile en rotation par rapport à la platine 1114 et peut tourner autour d'un axe E. Un moteur 1125 associé à un codeur (non représenté) et monté sur la platine 1114 permet de piloter la rotation ou d'appliquer une résistance au mouvement du segment 1121 provoquée par un mouvement de l'opérateur par l'intermédiaire d'une poulie 1126 en prise avec le moteur 1125 et du secteur 1129 qui est solidaire du segment 1121. Cette transmission peut être effectuée par tout moyen approprié (engrenages, câbles, cabestan, courroie, ...). Le second segment 1122 est mobile en rotation autour d'un axe F par rapport au premier segment 1121. Le poignet 1104 comporte également un troisième segment 1123 dont l'une des extrémités est montée mobile en rotation autour de l'axe E par rapport à la platine 1114 et l'autre extrémité est mobile en rotation autour d'un axe G par rapport à un quatrième segment 1124. Un moteur 1127 associé à un codeur (non représenté) permet de piloter la rotation du troisième segment 1123 ou d'appliquer une résistance au mouvement de ce segment autour de l'axe E par l'intermédiaire d'une poulie 1128 et d'un secteur 1130, de manière similaire au premier segment 1121. Les deuxième et quatrième segments 1122 et 1124 sont liés entre eux à leur seconde extrémité. Ils sont montés mobiles en rotation autour d'un axe X. Enfin, le poignet 1104 comporte une poignée 1116 montée mobile en rotation par rapport au quatrième segment 1124 autour d'un axe aligné avec l'axe X. Un moteur 1131 associé à un codeur (non représenté) et fixé sur le quatrième segment est prévu pour piloter la rotation de la poignée 1116 autour de l'axe X, ou pour appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe X, par l'intermédiaire d'une poulie 1132 et d'un secteur 1133 solidaire de la poignée 1116 par exemple au moyen d'engrenages, d'un câble, d'une courroie, ou tout autre moyen adapté. Les ensembles articulés formés d'une part des segments 1121 et 1122 et d'autre part des segments 1123 et 1124 sont disposés en parallèle entre la platine 1114 et la poignée 1116. Ils forment donc une structure du type parallèle. La poignée est elle disposée en série avec ces deux ensembles montés en parallèle. Les axes E, F, G et X sont concourants en un point situé de manière avantageuse au centre de la poignée. Lorsque les poulies 1129 et 1130 sont mises en mouvement dans le même sens autour de l'axe E, les segments 1121, 1122, 1123 et 1124 tournent autour de l'axe E, entraînant la poignée 1116 qui est liée au segment 1124 autour de l'axe E. Lorsque les poulies 1129 et 1130 sont entraînées chacune dans un sens opposé autour de l'axe E, les chaînes articulées formées par les segments 1121 et 1122 d'une part et 1123 et 1124 d'autre part sont entraînées dans des sens opposés. Ces deux chaînes étant liées au niveau de l'extrémité des segments 1122 et 1124, les axes F et G s'éloignent ou se rapprochent l'un de l'autre tandis que la poignée 1116 est entraînée en rotation autour d'un axe I perpendiculaire à l'axe E. Enfin, le moteur 1131 entraîne la poignée 1116 autour de l'axe X.

La figure 21 présente une vue complète de l'interface 1102 dans laquelle le poignet des figures 20A et 20B est mis en oeuvre dans une structure à câbles intégrant huit enrouleurs/dérouleurs 1108.1 à 1108.8 disposés dans l'exemple représenté aux huit sommets de l'armature 1103, deux câbles étant accrochés à chacune des extrémités des platines supérieure 1110 et inférieure 1112 du poignet 1104. Comme dans les autres cas, le poignet 1104 permet d'augmenter les débattements en orientation autour de tous les axes. Ces rotations peuvent être partagées entre la structure à câbles tendus et le poignet. Les rotations peuvent également être effectuées par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. Sur les figures 22A et 22B, on peut voir un deuxième exemple de réalisation d'un poignet 1204 selon la présente invention à trois degrés de liberté dont deux mis en oeuvre au sein d'une structure parallèle.

Le poignet 1204 est semblable au poignet 1104 des figures 20A et 20B. Il comporte une plateforme 1220 formée d'une platine supérieure 1210, d'une platine inférieure 1212 et d'une pièce de liaison 1214 formant une pièce rigide. Le poignet 1204 comporte également un premier segment 1221 relié d'un côté à la platine 1214 et de l'autre à un second segment 1222. Le premier segment 1221 est mobile en rotation autour d'un axe E par rapport à la platine 1214. Deux enrouleurs/dérouleurs 1260 et 1262 montés sur un cadre 1203 permettent de piloter la rotation ou d'appliquer une résistance au mouvement du segment 1221 par l'intermédiaire de deux câbles 1268 et 1270 (ou de deux brins d'un même câble) fixés sur une poulie 1281 par l'intermédiaire d'un élément d'arrêt 1283 identique à l'élément d'arrêt 1284 et non visible sur les figures 22A et 22B par le secteur 1230. La poulie 1281 est rigidement liée au secteur 1229 qui est solidaire du segment 1221. Le second segment 1222 est mobile en rotation autour d'un axe F par rapport au premier segment 1221. Le poignet 1204 comporte également un troisième segment 1223 dont l'une des extrémités est montée mobile en rotation autour de l'axe E par rapport à la platine 1214 et l'autre extrémité est mobile en rotation autour d'un axe G par rapport à un quatrième segment 1224. Deux enrouleurs/dérouleurs 1264 et 1266 montés sur le cadre 1203 permettent de piloter la rotation ou d'appliquer une résistance au mouvement du segment 1223 par l'intermédiaire de deux câbles 1272 et 1274 fixés sur une poulie 1282 par l'intermédiaire d'un élément d'arrêt 1284. La poulie 1282 est rigidement liée au secteur 1230 qui est solidaire du segment 1223. Dans l'exemple représenté, les câbles 1268, 1270, 1272 et 1274 traversent la platine supérieure 1210 dans laquelle ont été pratiqués quatre trous 1280. Dans l'exemple représenté, les trous 1280 sont avantageusement munis d'oeilletons dont la matière est choisie pour limiter les frottements (par exemple du bronze). On pourrait également prévoir des poulies de renvoi. Comme sur le poignet 1104, les deuxième et quatrième segments 1222 et 1224 sont liés entre eux à leur seconde extrémité. Ils sont montés mobiles en rotation autour d'un axe X.

Enfin, le poignet 1204 comporte une poignée 1216 montée mobile en rotation par rapport au quatrième segment 1224 autour de l'axe X. Un moteur 1231 associé à un codeur (non représenté) et fixé sur le quatrième segment est prévu pour piloter la rotation de la poignée 1216 autour de l'axe X, ou pour appliquer une résistance au mouvement de l'opérateur autour de cet axe X, par l'intermédiaire d'une poulie 1232 et d'un secteur 1233 solidaire de la poignée 1216. Le fonctionnement du poignet 1204 est semblable à celui du poignet 1104. Les axes E, F, G et X sont concourants en un point situé de manière avantageuse au centre de la poignée. Lorsque les poulies 1229 et 1230 sont mises en mouvement dans le même sens autour de l'axe E, les segments 1221, 1222, 1223 et 1224 tournent autour de l'axe E, entraînant la poignée 1216 autour de cet axe. Lorsque les poulies 1229 et 1230 sont entraînées chacune dans un sens opposé autour de l'axe E, les chaînes articulées formées par les segments 1221 et 1222 d'une part et 1223 et 1224 d'autre part sont entraînées dans des sens opposés et la poignée 1216 est entraînée en rotation autour d'un axe I perpendiculaire à l'axe E. Enfin, le moteur 1231 entraîne la poignée 1216 autour de l'axe X. La figure 23 présente une vue complète de l'interface 1202 dans laquelle le poignet des figures 22A et 22B est mis en oeuvre dans une structure à câbles intégrant douze enrouleurs/dérouleurs 1208.1 à 1208.8 et 1260, 1262, 1264, 1266 disposés dans l'exemple représenté aux huit sommets de l'armature 1203. Les enrouleurs/dérouleurs 1208.1 à 1208.8 permettent de piloter la position et l'orientation du poignet 1204 ou l'effort appliqué sur ce poignet. Sur l'exemple représenté, deux des câbles liés à ces enrouleurs/dérouleurs sont accrochés à chacune des extrémités des platines supérieure 1210 et inférieure 1212 du poignet 1204. Les enrouleurs/dérouleurs 1260, 1262, 1264 et 1266 permettent quant à eux de piloter l'orientation ou les couples appliqués sur la poignée 1216. Il serait également possible d'utiliser un poignet à trois degrés de liberté en parallèle, en actionnant par exemple la poignée autour de l'axe X à l'aide d'une poulie coaxiale avec les secteurs 1229 et 1230 et de bielles et biellettes formant des parallélogrammes avec les segments 1221 et 1222 ou 1223 et 1224.

Comme dans les autres cas, le poignet 1204 permet d'augmenter les débattements en orientation autour de tous les axes. Ces rotations peuvent être partagées entre la structure à câbles tendus et le poignet. Les rotations peuvent également être effectuées par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. Sur les figures 24A et 24B, on peut voir un exemple de réalisation d'un poignet 1304 selon la présente invention à trois degrés de liberté en parallèle. Le poignet 1304 comporte une plateforme 1308 formée d'une platine supérieure 1310, d'une platine inférieure 1312, d'une pièce de liaison 1314 reliant la platine supérieure 1310 à la platine inférieure 1312, et d'une partie saillante 1316. Ces quatre références sont fixes entre elles et forment une pièce rigide.

Le poignet 1304 comporte également un élément mobile 1318 formé d'une pièce mobile 1322 pouvant par exemple être globalement hémisphérique, d'une pièce d'actionnement 1320 pouvant prendre la forme d'une croix, d'une pièce de renvoi 1324 et d'une poignée 1326. La pièce mobile 1322, la pièce d'actionnement 1320, la pièce de renvoi 1324 et la poignée 1326 sont également fixes entre elles et forment une pièce rigide. La poignée 1326 pourrait également être fixée directement sur la pièce mobile 1322.

La partie saillante 1316 de la plate forme 1308 peut comporter à son extrémité une surface formant une portion de sphère sur laquelle vient se poser la pièce mobile 1322 de l'élément mobile 1318 dont la face en regard de la partie saillante 1316 comporte une empreinte ayant également une forme de portion de sphère. Une rotule est ainsi réalisée entre les pièces 1316 et 1322 donc entre la plate-forme 1308 et l'élément mobile 1318, permettant un mouvement relatif en rotation dans une certaine gamme de débattements autour de tous les axes passant par le centre des surfaces sphériques des pièces 1316 et 1322. Toute autre solution pour réaliser cette rotule serait possible, en particulier l'utilisation de trois liaisons pivot concourantes. Quatre enrouleurs/dérouleurs 1360 à 1366 montés sur le cadre 1303 permettent de piloter la rotation ou d'appliquer une résistance au mouvement de la pièce d'actionnement 1320 sur laquelle est fixée la poignée 1326 saisie par l'opérateur. Les enrouleurs/dérouleurs 1360 à 1366 sont liés à la pièce d'actionnement 1320 par quatre câbles 1368 à 1374 respectivement. Ces câbles traversent la pièce de liaison 1314 en passant par quatre trous 1380 qui sont avantageusement munis d'oeilletons de guidages (par exemple en bronze) ou de poulies de guidage pour minimiser les frottements entre les câbles et la pièce de liaison 1314. Pour expliquer le fonctionnement du poignet 1304, on définit trois axes E, F et X concourants et passant par le centre de la rotule liant les pièces 1316 et 1322. Ces axes peuvent être choisis perpendiculaires dans la configuration de référence illustrée par les figures 24A et 24B. Ces axes pourraient être définis suivant des directions différentes puisque la rotule permet de tourner autour de l'importe quel axe de l'espace. En tirant simultanément sur les câbles 1368 et 1370, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe F dans un sens. En tirant simultanément sur les câbles 1372 et 1374, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe F dans un sens opposé. En tirant simultanément sur les câbles 1368 et 1372, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe X dans un sens. En tirant simultanément sur les câbles 1370 et 1374, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe X dans un sens opposé. Enfin, en tirant simultanément sur les câbles 1368 et 1374, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe E dans un sens. En tirant simultanément sur les câbles 1370 et 1372, on fait tourner l'élément mobile autour de l'axe E dans un sens opposé. Comme dans les autres cas, les mouvements de tous les câbles sont coordonnés car tous les mouvements sont couplés. Une attention particulière est portée aux câbles 1368, 1370, 1372 et 1374 de telle sorte que ne soit pas appliqué un effort important tendant à séparer les pièces 1316 et 1322, ce qui pourrait dans certains modes de réalisation provoquer une luxation de la rotule.

La figure 25 présente une vue complète de l'interface 1302 dans laquelle le poignet 1304 des figures 24A et 24B est mis en oeuvre dans une structure à câbles intégrant douze enrouleurs/dérouleurs 1308.1 à 1308.8 et 1360, 1362, 1364, 1366 disposés dans l'exemple représenté aux huit sommets de l'armature 1303. Les enrouleurs/dérouleurs 1308.1 à 1308.8 permettent de piloter la position et l'orientation du poignet 1304 ou l'effort appliqué sur ce poignet. Les enrouleurs/dérouleurs 1360, 1362, 1364 et 1366 permettent quant à eux de piloter l'orientation ou les couples appliqués sur la poignée 1326. Comme dans les autres cas, le poignet 1304 permet d'augmenter les débattements en orientation autour de tous les axes. Ces rotations peuvent être partagées entre la structure à câbles tendus et le poignet. Les rotations peuvent également être effectuées par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. Il est bien entendu que tous les poignets, et plus généralement toutes les interfaces et tous les robots manipulateurs décrits sont des exemples de réalisation non limitatifs et que tout poignet, et plus généralement toute interface et tout robot manipulateur réalisés par une combinaison des moyens décrits ne sortent par du cadre de la présente invention. On notera également que les moteurs peuvent être utilisés aussi bien pour piloter la position de la poignée (notamment lorsque l'interface est utilisée comme un robot) que pour piloter les efforts appliqués sur celle-ci, notamment en réponse aux mouvements de l'utilisateur (lorsque l'interface est utilisée comme organe de commande à retour d'effort). La mesure de la position de la poignée pour capter un mouvement effectué par l'opérateur à transmettre par exemple à un robot, est obtenue, par exemple par les capteurs de position des moteurs ou par un capteur supplémentaire (par exemple du type Motion Capture). La poignée peut aussi intégrer des fonctions annexes comme des boutons ou une gâchette de commande de fermeture de pince ou des actionneurs tactiles ou encore une pince. La présente invention permet d'augmenter de manière importante l'espace de travail en orientation. Les rotations peuvent être partagées entre le robot à câbles tendus et le poignet série ou parallèle. Elles peuvent également être effectuées par le poignet seul, le robot à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Structure à câbles tendus pour interface haptique ou robot comportant une armature rigide (3, 203, 303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303), un élément (2, 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704, 804, 904, 1104, 1204, 1304) apte à interagir avec l'environnement extérieur, ledit élément comportant une plateforme (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) et un membre mobile (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) apte à pivoter autour d'au moins un axe de rotation (X) par rapport à ladite plateforme (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320), ladite plateforme (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) étant suspendue à l'intérieur de l'armature (3, 203, 303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303) par des câbles de suspension liés à des enrouleurs/dérouleurs (308.1 à 308.8, 408.1 à 408.8, 1108.1 à 1108.8, 1208.1 à 1208.8, 1308.1 à 1308.8) fixés à ladite armature (3, 203, 303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303), ladite plateforme (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) étant apte à être déplacée par enroulement et déroulement desdits câbles sur lesdits enrouleurs/dérouleurs, structure dans laquelle des moyens de déplacement dudit membre mobile (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) par rapport à la plateforme (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) sont prévus, les moyens de déplacement du membre mobile (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) parrapport à la plateforme étant distincts des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension.

2. Structure selon la revendication 1, 5 dans laquelle lesdits moyens de déplacement sont embarqués sur la plateforme.

3. Structure selon la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens de déplacement embarqués 10 comportent un moteur électrique rotatif et un capteur de rotation dudit moteur.

4. Structure selon la revendication 3, dans laquelle l'entraînement en rotation du membre 15 mobile par le moteur s'effectue par frottement, par engrenage, par câble (de type cabestan), par courroie.

5. Structure selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de déplacement sont du 20 type à câbles fixés sur l'armature rigide (303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303) et reliés par des câbles au membre mobile (316, 416, 516, 616, 1116, 1216, 1318).

6. Structure selon la revendication 5, 25 dans laquelle lesdits moyens de déplacement du type à câbles, comportent au moins deux câbles (344, 346) de rotation fixés sur le membre mobile (316) et un enrouleur/dérouleur (340, 342) fixé sur l'armature (303) pour chacun des câbles (344, 346). 30

7. Structure selon la revendication 6, dans laquelle l'enroulement/déroulement desdits câbles de rotation est coordonné.

8. Structure selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle les enrouleurs/dérouleurs desdits moyens de déplacement du membre mobile sont juxtaposés à des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension pour réduire l'intrusion visuelle de ceux-ci et des câbles qu'ils commandent.

9. Structure selon l'une des revendications 6 à 8, dans laquelle les deux câbles (344, 346) de rotation traversent la plateforme (320) et sont fixés sur la périphérie du membre mobile (316) sensiblement au même endroit, de manière à pouvoir exercer chacun une force tangentielle sur le membre mobile (316) pour le déplacer en rotation dans un sens et dans un sens opposé en fonction de l'enroulement/déroulement de chacun des câbles (344, 346) de rotation.

10. Structure selon l'une des revendications 1 à 9 en combinaison avec les revendications 2 et 5, dans laquelle le membre mobile est entraîné en rotation autour d'un ou plusieurs axes par des moyens de déplacement à câbles et autour d'autres axes par des moyens motorisés embarqués sur la plateforme.30

11. Structure selon la revendication 10, comportant un différentiel formé par deux poulies (642, 648) coaxiales aptes à être entraînées séparément en rotation par deux paires de câbles (630, 632, 634, 636) liés à des enrouleurs/dérouleurs montés sur l'armature, des planétaires (652, 654) liés aux poulies (642, 648), un porte-satellite (656) et un satellite (658) supportant le membre mobile (616), ledit différentiel étant apte à entraîner en rotation l'élément mobile (616) autour de deux axes de rotation (H, I) en fonction des sens de rotation des poulies (642, 648), le déplacement autour d'un troisième axe de rotation (X) s'effectuant par les moyens embarqués sur la plateforme.

12. Structure selon la revendication 10, comportant un poignet (1104, 1204) du type parallèle formée par deux branches comportant chacune une paire de premier et deuxième segments (1121, 1122 et 1123, 1124 ; 1221, 1222 et 1223, 1224), les segments de chacune des paire étant attachés l'un à l'autre de manière mobile en rotation par une extrémité, le premier segment étant lié à un secteur (1129, 1130 ; 1229, 1230) apte à être entraîné en rotation par deux moteurs (1125, 1127) ou des câbles (1268, 1270, 1272, 1274) déplacés par des enrouleurs/dérouleurs montés sur l'armature, les deux branches se rejoignant au niveau d'une extrémité, et un membre mobile (1116, 1216) monté au niveau de ladite extrémité des branches, ledit poignet de type parallèle étant apte à entraîner en rotation l'élément mobile (1116, 1216) autour de deuxaxes de rotation (E, I) en fonction des sens de rotation des secteurs (1129, 1130 ; 1229, 1230), le déplacement autour d'un troisième axe de rotation (X) s'effectuant par les moyens embarqués sur la plateforme.

13. Structure selon l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle le membre mobile (116, 216, 416, 516, 1116, 1216) est monté mobile en rotation sur un deuxième segment (122, 222, 422, 522, 1122, 1222), monté lui-même mobile en rotation sur un premier segment (121, 221, 421, 521, 1121, 1221), monté mobile en rotation sur la plateforme (120, 220, 420, 1120, 1220), les axes de rotation du membre mobile et des premier et deuxième segments (121, 221, 421, 521, 1121, 1221, 122, 222, 422, 522, 1122, 1222) étant distincts.

14. Structure selon l'une des revendications 5 à 9 en combinaison avec la revendication 13, dans laquelle les câbles sont guidés par des poulies de renvoi le long des premier et deuxième segments.

15. Structure selon la revendication 13, dans laquelle chacun des premier et deuxième segments est déplacé en rotation par une paire de câbles, dont les enrouleurs/dérouleurs sont fixés sur l'armature.

16. Structure selon l'une des revendications 6 à 8, dans laquelle le membre mobile(1318) est monté mobile en rotation autour de trois axes par rapport à une plate-forme (1308) au moyen d'une liaison rotule, ledit membre mobile étant apte à être mis en mouvement par rapport à la plateforme au moyen d'au moins quatre câbles (1368, 1370, 1372, 1374) fixés à leur extrémité sur la périphérie d'une pièce d'actionnement (1320) du membre mobile et traversant la plateforme, de manière à pouvoir exercer des forces sur le membre mobile pour le déplacer en rotation dans un sens et dans un sens opposé autour des trois axes de rotation en fonction de la combinaison des enroulements/déroulements des câbles de rotation.

17. Structure selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce d'actionnement (1320) est en forme de croix, les quatre câbles (1368, 1370, 1372, 1374) étant fixés chacun à une extrémité de la croix.

18. Structure selon l'une des revendications 5 à 17, dans laquelle les câbles sont guidés par des oeilletons ou des poulies de renvoi lorsque les câbles traversent la plateforme, pour réduire les frottements.

19. Structure selon l'une des revendications 1 à 18, dans laquelle le membre mobile est une poignée apte à être saisie par un opérateur. 30

20. Structure selon la revendication 19, dans laquelle la poignée (716, 816, 916) comporte au 25moins un bouton de commande (718), au moins un actionneur tactile (918) et/ou au moins une gâchette de commande (818).

21. Structure selon l'une des revendications 1 à 18, dans laquelle le membre mobile est un mors (1016) d'un robot préhenseur, la plateforme comportant un mors fixe (1017) disposé de manière à permettre la préhension d'élément par le rapprochement des mors.

22. Interface haptique comportant une structure à câbles selon l'une des revendications 1 à 20 , des moyens de commande des enrouleurs/dérouleurs et des moyens de commande des moyens de déplacement du membre mobile pour générer une contre-réaction au niveau du membre mobile.

23. Robot comportant une structure à câbles selon l'une des revendications 1 à 18, 21 et des moyens de commande des enrouleurs/dérouleurs et des moyens de commande des moyens de mise en mouvement du membre mobile pour faire effectuer au membre mobile une action sur l'environnement.