WO2008080917A1 - Haptic interface provided with a tight cable structure, with a large maneuver angle - Google Patents

Haptic interface provided with a tight cable structure, with a large maneuver angle Download PDF

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WO2008080917A1
WO2008080917A1 PCT/EP2007/064537 EP2007064537W WO2008080917A1 WO 2008080917 A1 WO2008080917 A1 WO 2008080917A1 EP 2007064537 W EP2007064537 W EP 2007064537W WO 2008080917 A1 WO2008080917 A1 WO 2008080917A1
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WO
WIPO (PCT)
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cables
platform
rotation
wrist
haptic interface
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/064537
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French (fr)
Inventor
Florian Gosselin
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
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 Commissariat A L'energie Atomique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0078—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics actuated by cables
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks

Definitions

  • the present invention relates to haptic interfaces with large field orientation with redundant tensile cable structures, which can be used in immersive environment, rehabilitation ...
  • haptic interfaces use an articulated mechanical chain with several moving bodies interconnected by joints connecting a fixed base to the effector, such as manufacturing robots, or gripper grasped by the user, such as a return interface effort.
  • This polyarticulated chain makes it possible to control the position and / or the orientation of the terminal member relative to the base.
  • open kinematic chain robots series architecture
  • closed-chain robots parallel architecture
  • a serial robot has n + 1 body of which n moving bodies linked together by n articulations.
  • a parallel robot has b branches each having the structure of a serial robot. In both cases, the setting in motion of the terminal member causes the displacement of many moving bodies. The dynamics is therefore limited.
  • the segments of the robot represent a volume not negligible and may interfere with the vision of the user.
  • the robot called Sacso 7 made by ONERA has seven cables to control the three translations and three rotations of the terminal organ. It must be ensured that no cable is relaxed. It is necessary to use for this purpose a suitable control-command algorithm. Actuation redundancy is used to apply the desired force to the effector (main function) and to manage the voltages of the cables (secondary function).
  • the workspace depends on the position of the motor blocks and the cable attachment points around the handle. To increase it, it is possible to add additional motor blocks and cables.
  • the motors and cables must be evenly distributed around the terminal organ.
  • SPIDAR I which is the haptic cable interface tense most known
  • the engine blocks are distributed on the tops of a pyramid.
  • This interface consists of four cables that control the forces applied to the handle in all directions (interface with three degrees of freedom in translation).
  • the cables are theoretically all concurrent at the point of attachment on the handle and the rotations are free (the handle is in fact a die in which one inserts the finger).
  • the useful working space i.e. in which forces can be generated in all directions, is limited inside the pyramid formed by the outputs of the motor block cables. Outside this volume, no force can be generated in a direction opposite to the pyramid since it would be necessary to push on at least one cable, which is impossible.
  • the haptic interface called SPIDAR 8 consists of eight effectors and 24 motor blocks. This one is intended for allow handling with eight fingers. Each effector is connected to only three motors. Therefore, it is impossible to generate forces in all directions of space.
  • US 6,630,923 discloses a six degrees of freedom interface, comprising eight motor blocks connected to a movable effector, on which both forces and moments can be applied.
  • this interface comprises a handle consisting of two mutually movable parts, which generates a controlled capture (or closure) movement. This mobility can be exploited directly in rotation or in translation by using a screw system to transform the relative rotational movement of the two parts of the handle into a translational movement.
  • a cable structure comprising a control wrist, which is provided with a handle movable relative to a base of the wrist, so that the amplitude of the wrist is increased. possible displacement by adding to the range of displacement of the wrist, an amplitude of movement of the handle relative to the base of the wrist.
  • the tensioned cable interface according to the present invention with a large field of orientation comprises two stages: a stretched cable stage for controlling the position and orientation of an on-board wrist, and
  • the active end is movably mounted relative to a base of the effector.
  • the proposed solution combines: a tensioned cable interface for controlling the position and orientation of a composite active member, an embedded active composite member having an active end which it can drive, the end active being either an element capable of acting on the environment, or an element for transmitting a command from an operator.
  • the present invention therefore mainly relates to a haptic interface comprising a stretched cable structure comprising a rigid frame, an element capable of interacting with the external environment or an operator, said element comprising a platform and a movable member pivotable about at least one axis of rotation relative to said platform, said platform being suspended inside the frame by suspension cables fixed to said frame, said platform being able to be moved by winding and unwinding of said cables obtained on reels / unwinders of said suspension cables, structure in which means for moving said member relative to the platform are provided, the moving member moving means by relative to the platform being distinct from the reels / unwinders of the suspension cables, the interface also comprising means for controlling the reels / unwinders and means for controlling the displacement means of the moving member to generate a feedback at the level of the member mobile.
  • said moving means are embedded on the platform.
  • Said on-board moving means may comprise a rotary electric motor and a rotation sensor of said motor.
  • the rotational drive of the mobile member by the motor can be performed by friction, gear, cable (capstan type), belt.
  • said moving means are of the cable type fixed on the rigid frame and connected by cables to the movable member.
  • Said cable type moving means may comprise at least two rotation cables fixed on the mobile member and a retractor / unwinder fixed on the frame for each of the cables.
  • the reels / unwinders of said moving member moving means are juxtaposed to the reels / unwinders of the suspension cables for reduce the visual intrusion of these and the cables they control.
  • the two rotation cables pass through the platform and are fixed on the periphery of the mobile member substantially in the same place, so as to be able to each exert a tangential force on the mobile member to move it in rotation in one direction and in an opposite direction depending on the winding / unwinding of each of the rotation cables.
  • the movable member is rotated about one or more axes by cable displacement means and around other axes by motorized means embedded on the platform.
  • the structure according to the present invention may then comprise a differential formed by two coaxial pulleys adapted to be driven separately in rotation by two pairs of cables connected to reels / unwinders mounted on the frame, planetary sheaves linked to the pulleys, a carrier-satellite and a satellite supporting the mobile member, said differential being able to rotate the movable element about two axes of rotation according to the rotational directions of the pulleys, the displacement around a third axis of rotation being effected by the means embedded on the platform.
  • the structure according to the present invention can then also comprise a structure of the parallel type formed by two branches each comprising a pair of first and second segments, the segments of each of the pair being rotatably attached to each other by one end, the first segment being connected to a sector adapted to be rotated by two motors or cables moved by reels / unwinders mounted on the armature, the two branches joining at one end, and a movable member mounted at said end of the branches, said wrist of parallel type being adapted to drive in rotation the element movable around two axes of rotation according to the directions of rotation of the sectors, the displacement around a third axis of rotation being effected by the means on board the platform.
  • the member may be rotatably mounted on a second segment, itself rotatably mounted on a first segment, rotatably mounted on the platform, the axes of rotation of the movable member and the first and second segments being distinct.
  • the cables are advantageously guided by return pulleys along the first and second segments.
  • each of the first and second segments can be rotated by a pair of cables, the reels / unwinders are fixed on the frame.
  • the mobile member is rotatably mounted around three axes relative to the platform by means of a ball joint, said movable member being able to be moved relative to the platform at way at least four cables attached at their ends to the periphery of an actuating part of the movable member and passing through the platform, so as to exert forces on the movable member to move it in rotation in one direction and in one direction. opposite direction around the three axes of rotation according to the combination of the windings / unwraps of the rotation cables.
  • the actuating part may be cross - shaped, the cables being fixed at each end of the cross.
  • the cables are guided by eyecups when the cables pass through the platform or pulleys, to reduce friction.
  • the mobile member may be a handle adapted to be entered by an operator, which may comprise at least one control button, at least one touch actuator and / or at least one control trigger.
  • FIG. 1A is a perspective view of a first example of a first embodiment of a structure with cables according to the present invention and whose wrist offers a degree of freedom;
  • FIG. 1A is a detail view of a wrist according to the first embodiment
  • FIGS. 2A and 2B are perspective views of an alternative embodiment of the cable structure of FIG. 1A;
  • FIGS. 3A to 3C are perspective views of two variants of engine blocks that can be implemented in the cable structure of the present invention.
  • FIG. 4A is a perspective view of a second exemplary embodiment according to the first embodiment of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom;
  • FIGS. 4B and 4C are perspective views of the cable structure implementing the wrist of FIG. 4A;
  • FIG. 5 is a perspective view of an alternative embodiment of the wrist of FIG. 4;
  • FIGS. 6A and 6B are perspective views of the cable structure implementing the wrist of Figure 5;
  • FIGS. 7A and 7B are two different perspective views of a first example of a second embodiment of a wrist according to the present invention offering a degree of freedom;
  • FIGS. 8A to 8C are perspective views of cable structures using the wrist of FIGS. 7A and 7B;
  • FIG. 9 is a perspective view of a detail of one of the structures of Figs. 8A-8C;
  • FIGS. 10A to 10C are views in different perspectives of a second exemplary embodiment of a wrist according to the second embodiment offering two degrees of freedom;
  • - Figure 11 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of Figures 1OA to 1OC;
  • FIGS. 12A to 12D are views in different perspectives of a third exemplary embodiment of a wrist according to the second embodiment offering three degrees of freedom;
  • FIG. 13 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of FIGS. 12A to 12D;
  • FIGS. 14A to 14D are views in different perspectives of a wrist according to a third embodiment offering three degrees of freedom;
  • FIG. 15 is a perspective view of a cable structures implementing the wrist of Figures 14A to 14D;
  • FIGS. 16 to 18 are perspective views of examples of wrists according to the present invention incorporating additional functions;
  • FIGS. 19A and 19B are perspective views of an exemplary embodiment of an effector;
  • FIGS. 20A and 20B are perspective views of a first example of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure;
  • FIG. 21 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of FIGS. 2OA and 2OB;
  • FIGS. 22A and 22B are perspective views of a second example of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure;
  • Fig. 23 is a perspective view of a cable structure embodying the wrist of Figs. 22A and 22B;
  • FIGS. 24A and 24B are perspective views of an exemplary wrist according to the present invention offering three degrees of freedom in parallel; - Figure 25 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of Figures 24A and 24B.
  • a haptic interface in the form of a cable structure 4 comprising a wrist 2 suspended inside a frame or support 3 having a rigid reinforcement, in the example shown rectangular parallelepiped shape, by means of cables 6.1 to 6.8 suspension.
  • the wrist 2 is made mobile inside the support
  • the wrist forms the element that will move the operator by seizing for example with a hand.
  • the eight reels / unwinders are arranged at the corners of the support 3. But any other provision as we shall see later, is within the scope of the present invention.
  • a winder / unwinder can be arranged in the middle of one side of the cube.
  • FIG. 1B shows in detail the wrist 2 comprising an upper plate 10 and a lower plate 12 integrally connected by a connecting pin 14.
  • the plates 10, 12 have substantially a shape shuttle, oriented orthogonally with respect to each other.
  • the plates 10, 12 and the axis 14 have no relative movement.
  • the cables are hung in pairs at the ends of the plates 10, 12.
  • the cables 6.1, 6.2 are fixed at one end 10.1 of the plate 10.
  • the cables 6.3, 6.4 are fixed at one end 10.2 of the plate 10, opposite the end 10.1.
  • the cables 6.5, 6.6 are fixed at one end 12.1 of the plate 12.
  • the cables 6.7, 6.8 are attached to an end 12.2 of the plate 12, opposite the end 12.1.
  • the wrist 2 also comprises a gripping element 16, which we will call handle later, intended to be gripped by the 'user.
  • the handle 16 is rotatably mounted about the connection axis 14 by means of bearings (not shown).
  • the handle 16 has, for example, the shape of a tube mounted around the connecting axis 14 coaxially with it, and capable of rotating about this connecting axis 14, thus forming an axis of rotation X of the handle 16.
  • the wrist 2 also comprises a motor 18 equipped with an angular encoder (not shown) or any other means of measuring the rotation.
  • the encoder is fixed in the example shown on the lower plate 12.
  • the motor 18 drives the rotating handle by means of a driving pulley 19, by friction, by gearing, by cable (capstan type), by belt or any other suitable means, to generate a force feedback.
  • This wrist increases the deflections around the axis X of the handle.
  • the rotations desired by the manipulator around the X axis can therefore be distributed between the rotation of the wrist 2 relative to the support and the rotation of the handle relative to a platform 20 formed by the plates 10, 12 and the connecting axis 14.
  • Large rotations are possible by avoiding contact between the cables.
  • the means for moving the handle 16, ie the motor in the example described and those of the wrist, ie the suspension cables 6.1 to 6.8 are controlled in a coupled manner in order to distribute the rotations between those made by the platform 20 relative to the support and those of the handle 16 made with respect to the platform.
  • the amplitude of the displacements of the platform 20 is reduced, limiting the risks of contact between the cables 6.1 to 6.8.
  • the rotations can also be performed within the wrist alone, ie by the rotation of the handle 16 relative to the platform 20.
  • the support and the cables serve only to maintain fixed orientation of the platform. form 20 in space.
  • the handle 16 is generally provided with control buttons, as we shall see later, but which are not shown here for the sake of simplicity and clarity of the figures.
  • the reel / unwinder 8.1 comprises a motor 21 driving in rotation a pulley 22 mounted on its shaft 24, around which the cable 6.1 is intended to wind.
  • a support 26 for fixing the winder / unwinder 8.1 on the armature 3 comprises a passage 28 for guiding the movement of the cable 6.1.
  • the cable is wound on the pulley 22 which allows to control its winding so its length and / or the force exerted along its axis.
  • the rotation of the motor 21 is measured by an angular position sensor 23. It should be noted that the length of the cable could be measured by other means, for example by directly measuring with a stereoscopic measurement system the position and the orientation of the handle.
  • the support 26 may incorporate a bearing, for example of the ball bearing type, at the other end of the pulley 22 to take up the forces exerted on the cable 6.1.
  • a second bearing could be arranged on the motor side to relieve the bearings of the actuator.
  • the passage 28 is bordered by a bronze eyepiece 30 to minimize the friction of the cable 6.1 on the support 26.
  • the pulley 22 is provided with a thread.
  • this prevents the cable 6.1 overlaps and gets entangled by winding and unwinding.
  • it allows to keep a constant radius at the neutral cable 6.1, which would not be the case if the cable overlapped. Under these conditions, the reduction ratio is constant and it is possible to properly control the forces in the cable.
  • the cable advancing on the pulley 22 as it winds or unwinds its length between the exit point of the pulley and the guide eye 30 varies slightly depending on the winding. cable. If the eyecup 30 is disposed at a sufficient distance from the axis of the pulley and the deflection is limited, this variation is negligible. Otherwise it will be taken into account in the calculation of the length of the cable.
  • FIGs 3B and 3C we can see a second variant of a reel / unwinder 8.1.
  • This retractor differs from that shown in Figure 3A, in that the cable 6.1 is fixed on the motor pulley 22 by a screw 32 which pinches slightly.
  • the motor 21 is connected to the support 26 which can be connected to the armature 3 by means of two fixing screws 34.
  • the reel / unwinder 8.1 comprises two holding rollers 36 arranged next to the motor pulley 22; such that their axis is parallel to that of the motor pulley 22.
  • the distance between the surface of the rollers 36 and that of the motor pulley 22 is sufficiently large to allow the cable 6.1 to pass, but small enough that the cable 6.1 can not leave the thread of the motor pulley 22 in which it is guided. It can be provided either to fix the rollers 36 on the support 26 in the case where there is a slight clearance between the cable and the holding rollers, or to mount the rollers 36 in rotation on the support 26, if the cable 6.1 is in contact with them, to minimize friction in the reel / unwinder 8.1.
  • the rollers 36 therefore permanently hold the cable in the thread of the pulley.
  • the motors 21 are controlled so that the 6.1-6.8 cables are always tensioned and these rollers are, in this case, superfluous.
  • the 6.1-6.8 cables are relaxed and without ancillary device, they can leave the threads of the pulleys 22 and become entangled. Thanks to the rollers, the cables stay in their threads. It is also intended to replace the guide eye 30 with a pulley 38 to further reduce friction.
  • This pulley 38 is mounted on a support 40 mounted free to rotate on the support 26 about an axis A orthogonal to that B22 of the motor pulley 22 and to an axis of rotation B38 of the pulley 38.
  • the movement of the support 40 of pulley around the axis A associated with the winding of the cable 6.1 around the motor pulley 22, allows to always point the cable 6.1 to the point of attachment of the cable 6.1 on the platform 20, and more particularly on the upper plate 10 Indeed, the tension of the cable causes this alignment.
  • This rotation is performed by a bearing (here a non-visible ball bearing, but a sliding bearing would also be suitable) to minimize friction.
  • the pulley 38 is rotatably mounted about the axis B38 which is shown in Figures 3B and 3C parallel to the axis B22 of the motor pulley 22; the pulley 38 can be mounted on ball bearings (a smooth landing could also be used).
  • two holding pulleys 42 are provided on the support 26 upstream of the passage 28, these holding pulleys 42 have axes of rotation orthogonal to the axes A and B22 and are arranged on either side of the cable slightly offset along the axis A.
  • These holding pulleys 42 ensure proper entry of the cable 6.1 in the groove of the guide pulley 38, whatever its winding on the motor pulley 22, so whatever the distance between the exit point cable 6.1 of this pulley and the face of the motor, so whatever the angle between the cable 6.1 and the face of the engine.
  • the motor 21 can be of any type, for example of the DC motor type, brushless motor, geared motor, AMF (shape memory).
  • This engine can be used in different ways. In guided mode, it will be used instead to set the effector in motion while, in normal mode, it will be used instead to resist the movements of the user.
  • the position sensor it can be an optical encoder, a hall effect sensor, a magneto-optical sensor, a potentiometer, ....
  • a balance device with spiral or straight spring could also be added to the motor pulley 22 or the cable 6.1 to compensate for all or part of the weight of the wrist 2.
  • the cables can also be in different materials (metal, plastic, textile, Kevlar, composite, ...) and of different types (single-strand, multi-strand, braided, doubled, ).
  • the wrist axes can also be equipped with additional position sensors, just as the platform can be located in the space by a suitable device such as a stereoscopic 3D vision system, says Motion Capture.
  • a suitable device such as a stereoscopic 3D vision system, says Motion Capture.
  • the motor 18 could be integrated directly in the axis of the handle 16, as shown in Figure 2B.
  • FIGS. 2A and 2B show two examples of interface according to the present invention, comprising seven reels / unwinders 8.1-8.7, one 8.1 of the reels / unwinders 8.1-8.7 being disposed substantially in the center of a side of the frame.
  • the motor is integrated directly in the axis of the handle, ensuring an actuation in the axis of the handle.
  • the haptic interface according to the present invention is intended for example to remotely control the movements of an effector robot which may be of the type of the present invention.
  • the controls of the operator are detected by means of the sensors carried by the wrist, in particular by means of those measuring the rotation of the handle 16 relative to the platform and those measuring the winding and unwinding of each of the cables. All these measurements are used in one unit to calculate the relative movement of the handle relative to the cable support and to control the robot accordingly. Moreover, the cables and the motor 18 make it possible to generate resistant forces at the level of the handle, thus forming a force feedback interface.
  • Figure 4A there is shown a second embodiment of a wrist 104 according to the present invention with three degrees of freedom.
  • the wrist 104 comprises a platform 120 whose movements are controlled in space by the cable structure.
  • the platform 120 comprises an upper plate 110, a lower plate 112 connected by a connecting piece 114 rigidly.
  • the wrist 104 also comprises a first segment 121 rotatable about an axis C relative to the platform 120, a second segment 122 rotatable about an axis D on the first segment 121 and a handle 116 rotatable around the X axis on the second segment 122.
  • the first segment 121 and the second segment 122 have for example the shape of an arc.
  • the wrist also has a first motor 124 for driving the segment 121 in rotation around the axis C, the motor 124 is associated with an encoder (not shown).
  • the motor 124 drives the segment 121 through a pulley 128 integral with the motor shaft 124 meshing with a sector 130 secured to the first segment 121. It can also provide a capstan drive, belt or other.
  • the drive is performed in a similar manner to the segment 121.
  • the handle 116 is also rotated around the X axis by a motor 138 associated with an encoder (not shown) via for example a pulley 136 and a sector 134.
  • This wrist allows according to the present invention to increase the deflections in orientation, this time around all the axes C, D, X and not around a single axis X as in the wrist of Figure IB.
  • the rotational movements exerted by the operator can be shared between the tensioned cable structure and the wrist, which operates as two devices in series, thus the respective rotational capacities are added.
  • the range of motion of the cables is then reduced, the risks of contact are then reduced. They can also be performed by the wrist alone, the cable structure serving then only to maintain fixed orientation of the platform.
  • FIG. 4B an exemplary embodiment of a structure 102 with eight cables stretched with a wrist 104 shown in FIG. 4A can be seen, two cables being hooked at each of the ends of the upper and lower plates 110 and 112.
  • FIG. 4C one can see a structure 102 'with seven cables stretched with a wrist 104 shown in Figure 4A. Two cables are attached to each end of the bottom plate 112 and at lower corners of the frame frame, two cables are attached to one end of the top plate 110, and one cable is attached to the other end of the frame. the upper plate 110 and a central portion of one side of the frame.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of a wrist 204 according to the present invention with three degrees of freedom and four motorized axes (this wrist is therefore redundant, which makes it possible to increase the working space by orientation by rejecting singularities at larger inclinations).
  • the wrist 204 comprises a platform 220 formed of an upper plate 210, a lower plate 212 and a connecting piece 214, connecting one end of the upper plate 210 to a central part of the lower plate 212, thus forming a rigid piece substantially C-shaped.
  • the wrist 204 also has a first semicircular segment 221 connected by each of its ends 221.1, 221.2 to the central portions of the upper and lower plates 212 and 212.
  • the first segment 221 is rotatably mounted on the upper plates 210 and lower 212 about an axis E.
  • a motor 224 mounted on the lower plate 212 can control the rotation or apply a resistance to the movement of the operator around this axis E by means of a pulley 226 engaged with the motor 224 and the sector 230 which is integral with the segment 221.
  • This transmission can be carried out by any appropriate means (gears, cables, capstan, belt, ...), similarly to what has been described in connection with FIG. 4A.
  • the motor 224 could also be mounted on the upper plate 210.
  • the wrist 204 also comprises a second segment 222 mounted to rotate about an axis F relative to the first segment 221.
  • the second segment 222 is in the form of a quarter of a circle and is connected at one of its ends 222.1 to a central part of the first segment 221.
  • a motor 232 makes it possible to control the rotation of the second segment 222 or applying resistance to operator movement about this axis F through a pulley and a sector, similarly to the first segment 221.
  • a third segment 223 is rotatably mounted at another end 222.2 of the second segment 222 opposite the end 222.1 connected to the first segment 221. This segment 223 is substantially perpendicular to the second segment 222 and extends substantially vertically upwards in FIG.
  • the segment 223 can rotate about the axis G with respect to the segment 222.
  • a motor 237 makes it possible to control the rotation of the third segment 223 with respect to the second segment 222 about the axis G or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis G via a pulley and a sector which is integral with the third segment 223.
  • the wrist 204 also comprises a handle 216 rotatably mounted on the third segment 223 about an axis X and disposed substantially vertically in Figure 5.
  • a motor 238 is also provided to control the rotation of the handle 216 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, via a pulley and a integral sector of the handle 216.
  • the axes E and X are aligned in the configuration of reference; moreover, the axes E, F, G and X are concurrent. It is understood that the axes E and X could also be shifted, and the axes E, F, G and X may not be concurrent. In the example shown, the axes E, F, G and X are orthogonal in the reference configuration, but they could also make a different angle between them.
  • Each motor is associated with an angular position sensor (not shown).
  • this wrist 204 makes it possible to increase the deflections in orientation around all the axes.
  • These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. The rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.
  • Rotations can be shared between the tensioned cable robot and the serial wrist. They can also be performed by the wrist alone, the cable robot then serving only to maintain fixed orientation of the platform. In this embodiment, the actuators of the wrist are embedded thereon, which makes it possible to preserve the simplicity of the cable structure.
  • FIG. 6A an exemplary embodiment of a structure 202 with eight cables stretched with a wrist 204-represented in FIG. cables being hooked at each end of the upper plates 110 and lower 112.
  • FIG. 6B there can be seen a structure with seven tensioned cables 202 'with a wrist 204 shown in FIG. 5.
  • Two cables are fixed at each of the ends of the bottom plate 112 and at the lower corners of the frame 203, two cables are attached to one end of the upper plate 110, and one cable is attached to the other end of the upper plate 110 and to a central portion of one side of the frame 203.
  • FIGS. 7A and 7B we can see a first example of a second embodiment of a wrist according to the present invention, in which the wrist actuators are not embarked on it, but are supported by the structure cables and connected to the wrist by cables.
  • the wrist structure of FIGS. 7A and 7B is very close to that of the wrist of FIG.
  • the wrist 304 comprises an upper plate 310 and a lower plate 312 integrally connected by a connecting shaft 314.
  • the plates 310, 312 and the shaft 314 therefore have no relative movement.
  • the cables are hung in pairs at the ends of the plates 310, 312.
  • the cables 306.1, 306.2 are attached to an end 310.1 of the plate 310.
  • the cables 306.3, 306.4 are attached to an end 310.2 of the plate 310, opposite the end 310.1.
  • the cables 306.5, 306.6 are attached to an end 312.1 of the plate 312.
  • the cables 306.7, 306.8 are attached to an end 312.2 of the plate 312, opposite the end 312.1.
  • the wrist 304 also comprises a handle 316 rotatably mounted around the connecting shaft 314, by means of bearings (not shown).
  • the handle 316 has, for example, the shape of a tube mounted around the connecting shaft 314 coaxially with it, and is able to rotate about this connecting axis 314, thus forming an axis of rotation X for the handle 316.
  • the position and the orientation of the platform 320 are controlled by eight winders / unwinders 308.1 to 308.8 located at the corners of the frame 303 and the associated cables 306.1 to 306.8, which are attached to the ends of the plates 310, 312 (on the 8A, the winder / unwinder 308.1 is hidden by the support 303).
  • the handle is moved in rotation about an axis X by means of two reels / unwinders 340, 342 mounted on the frame 303 of the cable structure 302.
  • reels / unwinders 340, 342 mounted on the frame 303 of the cable structure 302.
  • 340, 342 are located near the middle of one of the edges of the frame 303 and are connected to the handle 316 by two cables 344, 346.
  • the cables 344, 346 pass through the lower plate 312 in which two holes 348, 350 have been made.
  • the holes 348, 350 are provided on the side of a bottom face 312.4 of eyecups 354 to limit friction and on the side of an upper surface 312.3 of the lower plate 312 of return pulleys 352, which which makes it possible to reduce the friction of the cables 344, 346 on the bottom plate 312.
  • these pulleys can advantageously be supported by supports mounted free to rotate on the plate.
  • their support can be fixed relative to the plate.
  • the cables 344, 346 are fixed on the periphery of the handle 316 by a stop member 356.
  • the handle 316 is rotated in the clockwise direction. By pulling on the cable 346, it is driven counterclockwise. These two movements are coordinated. Moreover these movements are also coordinated with those of the platform 320 of the wrist 304 which is also mobile, since all the movements are coupled.
  • the rotations can also be calculated from the information from the sensors of the reels / unwinders. It is also possible to combine the two measuring means.
  • FIG. 8A the complete interface with the frame 303 and the wrist 304 and the two additional reels / unwinders 340, 342, mounted one beside the other in a middle portion of one side can be seen of the frame 303.
  • the reels / unwinders 340, 342 are similar to those of the cable structure and described in connection with Figures 3A to 3C.
  • the cables 344 and 346 may be formed of two separate cables attached at one of their ends to the stop member 356 and at the other end to the reels / unwinders 340, 342 or to form two strands. the same cable attached substantially in the middle to the stop member 356 and at its ends on one side to the reel / unwinder 340 and the other to the reel / unwinder 342.
  • FIGS. 8B and 8C another exemplary embodiment of an interface implementing the wrist 304, in which the reels / unwinders are arranged in different ways, can be seen.
  • the winders / unwinders 340, 342 are arranged near the vertices of the armature 303. In this case, the visual intrusion is less.
  • the additional cables 344, 346 for actuating the handle 316 are parallel to those of the cable interface which controls the platform 320 of the wrist 304. This improves its aesthetic appearance.
  • the reels / unwinders implemented are simple and of limited cost. It offers a good dynamic because of the small number of moving parts, since the reels / unwinders are carried by the armature and are therefore immobile.
  • This wrist increases the deflections around the axis X of the handle.
  • the rotations desired by the manipulator around the X axis can therefore be distributed between the rotation of the wrist 304 relative to the support and the rotation of the handle 316 relative to a platform 320.
  • the means for moving the handle 316, ie the cables 344, 346, ie the suspension cables 306.1 to 306.8 are controlled in a coupled manner in order to distribute the rotations between those made by the platform 320 relative to the support and those of the handle 316 made with respect to the platform.
  • FIGS. 10A to 10C different views of a wrist 404 can be seen according to a second example of the second embodiment with two degrees of freedom.
  • the wrist 404 has a structure close to that of the wrist 104, and differs from it in that the reels / unwinders are carried by the armature
  • the first segment 421, rotatably mounted on the connecting piece 414 about the axis C, is rotated by two cables 460, 462 mounted around a pulley 461 integral with the segment 421 and fixed to this pulley 461 by a stop means 463, the cables 460, 462 being each connected by their second end to winders / unwinders 464, 466 mounted on the armature 403.
  • the cables 460, 462 being each connected by their second end to winders / unwinders 464, 466 mounted on the armature 403.
  • the second segment 422, rotatably mounted on the first segment 421 about the axis D, is rotated by two cables 468, 470 mounted around a pulley 469 integral with the second segment 422 and fixed to this pulley 469 by a stop means 471, the cables 468, 470 being each connected by their second end to winders / unwinders 472, 474 mounted on the frame 403.
  • the cables 468, 470 pass through the connecting piece 414.
  • the connecting piece comprises at the intersection of the axis C and the connecting piece 414, on its face 414.1 on which is mounted the first segment 421 an orifice 473 for the passage of two cables 468, 470, and on its opposite side 412.2 two holes for each of the cables 468, 470.
  • the holes are bordered by eyecups 475, for example made of bronze or any other material adapted to reduce friction.
  • Eyecups 475 for example made of bronze or any other material adapted to reduce friction.
  • Return pulleys mounted on the face 414.2 of the connecting piece 414 could be used in place of the eyecups.
  • the cables 468, 470 passing through the platform 420 near the axis C, their length is not affected by a rotation of the first segment 421 around this axis C.
  • Each cable 468, 470 is then guided by a pair of return pulleys 476.1-476.2, 478.1-478.2 respectively to the pulley 469.
  • the return pulleys 476.1, 476.2, 478.1, 478.2 are mounted in rotation on supports fixed on the first segment 421.
  • the handle 416 can be secured to the second segment, so the actuation of the cables 468, 470 causes the movement of the handle 416.
  • the handle 416 could be mounted directly on the pulley 469.
  • the handle 416 could also be rotatable relative to the second segment about an axis X, for that an onboard motor similar to that described for the wrist 104 would be provided.
  • the wrist 404 would offer three degrees of freedom, two of these degrees of freedom being actuated by reels / unwinders fixed on the support 403 and the last being actuated by an onboard engine.
  • the position and the orientation of the platform 420 are controlled by the eight winders / unwinders 408.1 to 408.8 located at the corners of the armature 403 and the associated cables 406.1 to 406.8 which are connected to the ends of the plates 404, 410 of the wrist 404.
  • Two pairs of additional reels / unwinders 464, 466 and 472, 474 are mounted on the frame 403. These additional reels / unwinders are located, in the example shown, near four of the vertices of the frame 403, which limits their visual intrusion. They could however adopt any other position.
  • Two of these reels / unwinders 464, 466 (those located in the lower part of the frame) allow to actuate the rotation of the first segment 421 around the axis C
  • the other two 472, 474 (those located in the part high of the frame) allow to actuate the rotation of the second segment 422 around the axis D.
  • the movements of all the cables are coordinated, in particular those of the cables 460, 462 and those of the cables 468, 470 because all the movements are coupled. It may be advantageous to facilitate this coupling to integrate angular position sensors on the pulley 461 of the first segment 421 and on the pulley 469 of the second segment 422, in addition to the sensors located on the reels / unwinders.
  • the rotations can be shared between the platform 420 controlled by the tensioned cable structure 402 and the wrist 404 driven by the additional reels / unwinders, the controls of their moving means then being dependent.
  • the rotations can also be performed by the wrist 404 alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform 420.
  • the wrist 504 of FIGS. 12A to 12D differs from the wrist 404 in that the handle 516, rotatably mounted on the second segment 522 about the X axis, is actuated by two cables 580,
  • the wrist includes an upper plate 510 and a lower plate 512 rigidly connected by a connecting piece 514, a first segment 521 is mounted to rotate about an axis C on the connecting piece 514, a second segment 522 mounted mobile in rotation at one end of the first segment 521 about an axis D and the handle 516 rotatably mounted on the second segment 522 about the axis X.
  • a pulley 588 rotatably mounted on the handle 516, is rotated in one direction by the cable 580 and in another by the cable 582 attached to the pulley by a stop 587.
  • Each cable 580, 582 is guided from the pulley 588 to the reel / unwinder 584, 586 respectively by pulleys.
  • the guide means of the cable 580, those of the cable 582 being similar.
  • the cable 580 is guided by six return pulleys 580.1 to 580.6.
  • the cable 580 passes through the upper plate 510, in which is formed a passage comprising, advantageously eyecups at its ends to reduce friction.
  • the pulley 580.1 is mounted on an inner face 510.1 of the upper plate on the side of the handle 516.
  • the pulley 580.2 is mounted on the connecting piece 514.
  • the pulley 580.3 is mounted on the first segment 521 free to rotate thereon in the example shown, the pulley 580.3 is mounted coaxially with the pulley 561.
  • the pulley 580.4 is mounted on the first segment 521, in the example shown, the pulley is supported by a shaft located substantially at the bent portion so that the cable 580 substantially follows the shape of the first segment 521.
  • the pulley 580.5 is rotatably mounted on the second segment 522, in the example shown, it is coaxial with the pulley 569 for actuating the second segment 522.
  • the pulley 580.6 is mounted on the second segment, at its bent portion.
  • the cable 580 thus bypasses the axis C while traveling on the pulley 580.3 which rotates about the axis C, it then travels along the segment 521 by the deflection pulley 580.4 then bypasses the axis D by turning around the pulley 580.5 which is free to rotate about this axis independently of the movements of the first and second segments 521 and 522.
  • the cable 580 bypasses the pulley 580.6 to actuate the pulley 588 integral in rotation with the handle 516.
  • the cable 582 travels substantially parallel to the cable 580, the pulleys 582.1 to
  • FIGS. 14A to 14D show a wrist 604 with three degrees of freedom according to a third embodiment of the present invention, the operation of which is partly obtained by remote means and for another by means embedded on the wrist, thus forming a hybrid embodiment between the first embodiment and the second embodiment of realization.
  • the wrist 604 comprises an upper plate 610 and a lower plate 612 rigidly connected by a connecting piece 614, and a handle 616 suspended from the upper plate 610 by two parallel flanges 631, 633 fixed on the lower face 610.1 of the upper plate 610. .
  • the handle 616 is able to be moved in rotation around two axes of rotation H, I by means of pairs of cables 630, 632 and 634, 636 and around the axis X by an electric motor 638.
  • the cables 630 to 636 are respectively connected to reels / unwinders 664 to 670 mounted on the frame 603 of the cable structure 602.
  • the cables 630, 632 pass through the upper plate 610 by two passages 640 and are attached to a pulley 642. by means of a stop 644.
  • the cables 634, 636 pass through the upper plate 610 by two passages 646 and are fixed to a pulley 648 by means of a retainer 650.
  • the pulleys 642 and 648 are coaxial and rotatably mounted on the outer faces of the flanges 631, 633.
  • the cables 630 to 636 are advantageously guided on the upper face 610.2 of the upper plate 610 by eyecups to reduce the friction. We could also use pulleys.
  • the pulleys 642 and 648 are each connected in rotation to planetaries 652, 654 forming a differential.
  • the differential also comprises a satellite carrier 656 and a satellite 658.
  • This satellite 658 supports the handle 616 which is actuated by the onboard engine 638 associated with an encoder (not shown) via a pulley 660 and a sector 662, for example by means of gears, a cable, a belt, or any other suitable means.
  • the planet carrier 656 rotates about the axis H, driving the satellite 658 which is linked thereto about the axis H, and that the handle 616.
  • the planet carrier 656 remains stationary and the satellite 658 is rotated about the axis I, in turn driving the handle 616 around it. of this axis.
  • the onboard motor 638 drives the handle 616 around the X axis.
  • the axes H, I and X are represented concurrently and perpendicularly in the reference configuration. Any other placement of these axes for generating rotations around all or part of the axes of the space is within the scope of the present invention.
  • the axes are not concurrent in the center of the handle, unlike the other three embodiments. degrees of freedom. But it is understood that the configurations of the actuation means proposed for the first and second embodiments are also applicable, when the wrist axes are offset relative to the handle as shown in Figures 14A to 14D.
  • FIG. 15 a complete view of the interface in which the wrist of FIGS. 14A to 14D is implemented in a cable structure can be seen.
  • the four reels / unwinders used in this embodiment are arranged in the example shown at the four upper corners of the frame 603.
  • FIGS. 16 to 18 examples of wrists similar to that of FIG. 4A can be seen, and incorporating additional functions.
  • the handle 716 has control buttons 718.
  • this trigger 818 can possibly be motorized using an on-board actuator or remote on the frame of the tensioned cable interface.
  • Actuators and tactile matrices can take many forms. For example, they can in particular restore static or vibratory information, by normal indentation to the skin or tangential displacement, this information being able to be related to the texture or the local shape of the objects (local orientation of the surface, curvature, etc.). .). Moreover, their actuation can be performed in different ways (electromagnetic actuators, shape memory actuators, piezoelectric actuators, ). In Figs. 19A and 19B, two views of an example of a wrist according to the present invention can be seen used as a haptic interface gripper.
  • the handle can be replaced by a gripper 1016.
  • One of the jaws 1017 is secured to the third segment 1023 (body of the gripper).
  • the other jaw 1018 is rotatably mounted relative to the third segment 1023 around an axis J shown vertical in FIG. 19.
  • An actuator 1024 comprising a motor 1026 provided with an encoder makes it possible to control the movements of this jaw 1018 relative to the segment 1023 and thus to control the closure of the clamp 1016.
  • the motor 1026 is, in this example, embedded but it could also be offset on the frame of the cable tensioned interface. Any other Arrangement of the clip forms part of the present invention.
  • FIGS. 20A and 20B an embodiment of a wrist 1104 according to the present invention can be seen with three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure.
  • Wrist 1104 has a platform
  • the wrist 1104 also has a first segment 1121 in the shape of a circle portion and connected at one of its ends to the plate 1114 and at its other end to a second segment 1122.
  • the first segment 1121 is rotatable relative to the plate 1114 and can rotate about an axis E.
  • a motor 1125 associated with an encoder (not shown) and mounted on the plate 1114 can control the rotation or apply resistance to the movement of the segment
  • the second segment 1122 is rotatable about an axis F with respect to the first segment 1121.
  • the wrist 1104 also has a third segment 1123, one end of which is mounted in rotation about the axis E relative to the plate 1114 and the other end is rotatable about an axis G relative to a fourth segment 1124.
  • a motor 1127 associated with an encoder allows to control the rotation of the third segment 1123 or to apply a resistance to the movement of this segment about the axis E through a pulley 1128 and a sector 1130, similarly to the first segment 1121.
  • 1124 are linked together at their second end. They are rotatably mounted around an X axis.
  • the wrist 1104 comprises a handle 1116 rotatably mounted relative to the fourth segment 1124 about an axis aligned with the X axis.
  • a motor 1131 associated with an encoder (not shown) and fixed on the fourth segment is provided. to control the rotation of the handle 1116 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, via a pulley 1132 and a sector 1133 integral with the handle 1116 for example by means of gears, a cable, a belt, or any other suitable means.
  • the articulated assemblies formed on the one hand of the segments 1121 and 1122 and on the other hand of the segments 1123 and 1124 are arranged in parallel between the plate 1114 and the handle 1116. They therefore form a structure of the parallel type.
  • the handle is arranged in series with these two sets connected in parallel.
  • the axes E, F, G and X are concurrent at a point advantageously located in the center of the handle.
  • FIG. 21 presents a complete view of the interface 1102 in which the wrist of FIGS. 2OA and 2OB is implemented in a cable structure incorporating eight reels / unwinders 1108.1 to 1108.8 arranged in the example represented at the eight vertices of the reinforcement 1103, two cables being hooked at each of the ends of the upper plates 1110 and lower 1112 of the wrist 1104.
  • the wrist 1104 makes it possible to increase the displacements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure serving then only to maintain fixed orientation of the platform.
  • FIGS. 22A and 22B we can see a second embodiment of a wrist 1204 according to the present invention with three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure.
  • the wrist 1204 is similar to the wrist 1104 of FIGS. 20A and 20B. It comprises a platform 1220 formed of an upper plate 1210, a lower plate 1212 and a connecting piece 1214 forming a rigid part.
  • the wrist 1204 also has a first segment 1221 connected on one side to the plate 1214 and the other to a second segment 1222.
  • the first segment 1221 is rotatable about an axis E relative to the plate 1214.
  • Two winders / unwinders 1260 and 1262 mounted on a frame 1203 make it possible to control the rotation or to apply a resistance to the movement of the segment 1221 by means of two cables 1268 and 1270 (or two strands of the same cable) fixed on a pulley 1281 by means of a stop element 1283 identical to the stop element 1284 and not visible in FIGS. 22A and 22B by the sector 1230.
  • the pulley 1281 is rigidly connected to the sector 1229 which is integral with the segment 1221.
  • the second segment 1222 is rotatable about an axis F relative to the first segment 1221.
  • the wrist 1204 also has a third segment 1223, one end of which is rotatably mounted about the axis E with respect to to the plate 1214 and the other end is rotatable about an axis G relative to a fourth segment 1224.
  • Two winders / unwinders 1264 and 1266 mounted on the frame 1203 can control the rotation or apply a resistance to the movement of the segment 1223 by means of two cables 1272 and 1274 fixed on a pulley 1282 via a stop element 1284.
  • the pulley 1282 is rigidly connected to the sector 1230 which is secured to the segment 1223. the example shown, the cables 1268,
  • the holes 1280 are advantageously provided with eyecups whose material is chosen to limit friction (eg bronze). We could also provide pulleys.
  • the second and fourth segments 1222 and 1224 are interconnected at their second end. They are rotatably mounted around an X axis.
  • the wrist 1204 comprises a handle 1216 rotatably mounted relative to the fourth segment 1224 about the X axis.
  • a motor 1231 associated with an encoder (not shown) and fixed on the fourth segment is provided to control the rotation of the the handle 1216 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, through a pulley 1232 and a sector 1233 integral with the handle 1216.
  • the operation of the wrist 1204 is similar to that of the wrist 1104.
  • the axes E, F, G and X are concurrent at a point advantageously located at the center of the handle.
  • the segments 1221, 1222, 1223 and 1224 rotate around the axis E, causing the handle 1216 around this axis.
  • the pulleys 1229 and 1230 are each driven in an opposite direction about the axis E, the articulated chains formed by the segments 1221 and 1222 on the one hand and 1223 and 1224 on the other hand are driven in opposite directions and the handle 1216 is rotated about an axis I perpendicular to the axis E.
  • the motor 1231 drives the handle 1216 about the axis X.
  • FIG. 23 presents a complete view of the interface 1202 in which the wrist of FIGS. 22A and 22B is implemented in a cable structure incorporating twelve winders / unwinders 1208.1 to 1208.8 and 1260, 1262, 1264, 1266 arranged in the example shown at eight corners of the frame 1203.
  • the reels / unwinders 1208.1 to 1208.8 can control the position and orientation of the wrist 1204 or the force applied on the wrist.
  • two of the cables connected to these reels / unwinders are attached to each end of the top plates 1210 and 1212 of the lower wrist 1204.
  • the reels / unwinders 1260, 1262, 1264 and 1266 allow them to control the orientation or the couples applied on the handle 1216.
  • the wrist 1204 makes it possible to increase the displacements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.
  • the wrist 1304 also comprises a movable member 1318 formed of a movable part 1322 which can for example be globally hemispherical, an actuating part 1320 which can take the form of a cross, a return piece 1324 and a a 1326.
  • the movable part 1322, the actuating part 1320, the return piece 1324 and the handle 1326 are also fixed together and form a rigid piece.
  • the handle 1326 could also be directly attached to the moving part 1322.
  • the projecting portion 1316 of the platform 1308 may comprise at its end a surface forming a portion of a sphere on which the moving part 1322 of the movable element 1318 comes into play, the face of which faces the protruding part 1316 has an impression having also a form of sphere portion.
  • a ball is thus made between the parts 1316 and 1322 and therefore between the platform 1308 and the movable member 1318, allowing a relative rotational movement in a certain range of deflections around all the axes passing through the center of the spherical surfaces of the parts 1316 and 1322. Any other solution to make this ball joint would be possible, in particular the use of three concurrent pivot links.
  • winders / unwinders 1360 to 1366 mounted on the frame 1303 can control the rotation or apply resistance to the movement of the actuating part 1320 on which is fixed the handle 1326 entered by the operator.
  • the reels / unwinders 1360 to 1366 are connected to the actuating part 1320 by four cables 1368 to 1374 respectively. These cables pass through the connecting piece 1314 through four holes 1380 which are advantageously provided with guide eyelets (for example). bronze example) or guide pulleys to minimize friction between the cables and the connecting piece 1314.
  • axes E, F and X intersecting and passing through the center of the ball joint connecting the parts 1316 and 1322 are defined. These axes can be chosen perpendicular in the reference configuration illustrated by FIGS. 24B. These axes could be defined in different directions since the knee rotates around any axis of the space.
  • the movable element By simultaneously pulling on the cables 1368 and 1370, the movable element is rotated about the axis F in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1372 and 1374, the movable element is rotated about the axis F in an opposite direction. By simultaneously pulling on the cables 1368 and 1372, the moving element is rotated about the X axis in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1370 and 1374, the movable element is rotated about the axis X in an opposite direction. Finally, by simultaneously pulling on the cables 1368 and 1374, the movable element is rotated about the axis E in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1370 and 1372, the movable element is rotated about the axis E in an opposite direction.
  • FIG. 25 presents a complete view of the interface 1302 in which the wrist 1304 of FIGS. 24A and 24B is implemented in a cable structure integrating twelve reels / unwinders 1308.1 to 1308.8 and 1360, 1362, 1364, 1366 disposed in the The example shown at the eight corners of the frame 1303.
  • the reels / unwinders 1308.1 to 1308.8 can control the position and orientation of the wrist 1304 or the force applied on the wrist.
  • the reels / unwinders 1360, 1362, 1364 and 1366 allow them to control the orientation or the torques applied on the handle 1326.
  • the wrist 1304 makes it possible to increase the movements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform. It is understood that all the wrists, and more generally all the interfaces described are non-limiting examples of embodiments and that any wrist, and more generally any interface made by a combination of the means described do not come within the scope of the present invention.
  • the motors can be used both to control the position of the handle (especially when the interface is used in robot or assisted mode) to control the forces applied to it, especially in response to the movements of the user (when the interface is used as a force feedback control device).
  • the measurement of the position of the handle for capturing a movement made by the operator to transmit for example to a robot is obtained, for example by the position sensors of the motors or by an additional sensor (for example of the Motion Capture type). .
  • the handle can also integrate ancillary functions such as buttons or a clamp closing control trigger or tactile actuators or a clamp.
  • the present invention makes it possible to significantly increase the working space in orientation. Rotations can be shared between the tensioned rope structure and the serial or parallel wrist. They can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.

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Abstract

A tight cable structure for haptic interface having a rigid framework (3), an element capable of interacting with the exterior environment, said element including a platform (20) and a mobile member (16) capable of pivoting about at least one rotational axis (X) relative to said platform (20), said platform (20) being suspended inside the framework (3) by suspension cables linked to winders/unwinders, wherein the structure is fixed to the said framework (3) secured within said framework (3), said platform (20) being movable by winding and unwinding said cables on said winders/unwinders, structure in which displacement means of said mobile member (16) relative to the platform (20) are provided, the displacement means of the mobile member (16) relative to the platform being distinct to the winders/unwinders of the suspension cables.

Description

INTERFACE HAPTIQUE MUNIE D'UNE STRUCTURE A CABLES TENDUS, A GRAND ANGLE DE MANOEUVRE HAPTIC INTERFACE HAVING A STRUCTURE WITH TENSILE CABLES WITH A WIDE ANGLE OF MANEUVER
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEURTECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
La présente invention se rapporte à des interfaces haptiques à grand champ en orientation comportant des structures à câbles tendus redondantes, qui peuvent être utilisés en environnement immersif, en rééducation...The present invention relates to haptic interfaces with large field orientation with redundant tensile cable structures, which can be used in immersive environment, rehabilitation ...
La plupart 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 1' utilisateur .Most haptic interfaces use an articulated mechanical chain with several moving bodies interconnected by joints connecting a fixed base to the effector, such as manufacturing robots, or gripper grasped by the user, such as a return interface effort. This polyarticulated chain makes it possible to control the position and / or the orientation of the terminal member relative to the base. We can distinguish open kinematic chain robots (series architecture) and closed-chain robots (parallel architecture). A serial robot has n + 1 body of which n moving bodies linked together by n articulations. A parallel robot has b branches each having the structure of a serial robot. In both cases, the setting in motion of the terminal member causes the displacement of many moving bodies. The dynamics is therefore limited. In addition, the segments of the robot represent a volume not negligible and may interfere with the vision of the user.
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.There is also a solution of actuating a handle or clamp with cables stretched directly between the handle or the clamp and motor blocks ensuring the winding and unwinding of the cables. In this case, the moving parts are reduced to the minimum (to the effector and the cables), which makes it possible to obtain good dynamic performances. Moreover, the cables being very thin, this type of structure has a very weak visual intrusion. Finally, mechanics is reduced to engine blocks that are very simple. The cost of these robots is reduced. This type of structure is for example known from US 5,305,429 and 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 libertéThis type of structure, however, has two disadvantages. First of all, since the cables are flexible, you can only pull on them. Under these conditions, it is necessary to have at least one motor and one cable more than degrees of freedom
(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.(of mobilities). Thus, the robot called Sacso 7 made by ONERA has seven cables to control the three translations and three rotations of the terminal organ. It must be ensured that no cable is relaxed. It is necessary to use for this purpose a suitable control-command algorithm. Actuation redundancy is used to apply the desired force to the effector (main function) and to manage the voltages of the cables (secondary function). The workspace depends on the position of the motor blocks and the cable attachment points around the handle. To increase it, it is possible to add additional motor blocks and cables.
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.Second, the motors and cables must be evenly distributed around the terminal organ. In the case of the robot called SPIDAR I, which is the haptic cable interface tense most known, the engine blocks are distributed on the tops of a pyramid. This interface consists of four cables that control the forces applied to the handle in all directions (interface with three degrees of freedom in translation). The cables are theoretically all concurrent at the point of attachment on the handle and the rotations are free (the handle is in fact a die in which one inserts the finger). The useful working space, i.e. in which forces can be generated in all directions, is limited inside the pyramid formed by the outputs of the motor block cables. Outside this volume, no force can be generated in a direction opposite to the pyramid since it would be necessary to push on at least one cable, which is 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 poignée en un mouvement de translation.There are also interfaces whose motors are not distributed around the handle but in this case the forces can no longer be generated in all directions. For example, the haptic interface called SPIDAR 8 consists of eight effectors and 24 motor blocks. This one is intended for allow handling with eight fingers. Each effector is connected to only three motors. Therefore, it is impossible to generate forces in all directions of space. US 6,630,923 discloses a six degrees of freedom interface, comprising eight motor blocks connected to a movable effector, on which both forces and moments can be applied. In addition, this interface comprises a handle consisting of two mutually movable parts, which generates a controlled capture (or closure) movement. This mobility can be exploited directly in rotation or in translation by using a screw system to transform the relative rotational movement of the two parts of the handle into a translational movement.
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 permettant d' obtenir des rotations plus importantes tout en conservant les qualités des interfaces à câbles tendus, dont les blocs moteurs mis en œuvre 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.Moreover, in known cable structures, during large rotations, there is a significant risk that the cables come into contact with each other or with the body of the user. In addition, for large rotations, the effort can be generated in all directions is limited. The useful working space of this type of structure is therefore limited in rotation. It is therefore an object of the present invention to provide a haptic interface for obtaining greater rotations while retaining the qualities of tense cable interfaces, whose engine blocks implemented are simple and cost limited, offering a good dynamic low number of moving parts and low visual intrusion.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE 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.The previously stated goal is achieved, in the case of a haptic interface, by a cable structure comprising a control wrist, which is provided with a handle movable relative to a base of the wrist, so that the amplitude of the wrist is increased. possible displacement by adding to the range of displacement of the wrist, an amplitude of movement of the handle relative to the base of the wrist.
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, etIn other words, the tensioned cable interface according to the present invention with a large field of orientation comprises two stages: a stretched cable stage for controlling the position and orientation of an on-board wrist, and
- un poignet embarqué motorisé permettant de piloter l'orientation d'une poignée formant une interface à retour d'effort.- A motorized wrist motorized to control the orientation of a handle forming a force feedback interface.
Dans le cas d'un effecteur de robot, l'extrémité active est montée mobile par rapport à une base de l'effecteur.In the case of a robot effector, the active end is movably mounted relative to a base of the effector.
On rend donc possible un mouvement relatif au niveau même de l'élément de commande de l'interface haptique. 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 structures à câbles tendus à celui des structures articulées en embarquant un poignet articulé sur l'organe terminal d'une interface à câbles pour augmenter l'espace de travail en rotation.This makes it possible to move relative to the level of the control element of the haptic interface. For large rotations, the movement of the cables is close to that for a conventional cable structure for small movements, so the risk of contact between the cables and between the cables and the operator's member is reduced. The principle of tensioned cable structures is associated with that of articulated structures by embedding an articulated wrist on the terminal member of a cable interface to increase the working space in 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.In general, the proposed solution combines: a tensioned cable interface for controlling the position and orientation of a composite active member, an embedded active composite member having an active end which it can drive, the end active being either an element capable of acting on the environment, or an element for transmitting a command from an operator.
La présente invention a alors principalement pour objet une interface haptique comportant une structure à câbles tendus comprenant 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, l'interface comportant également 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.The present invention therefore mainly relates to a haptic interface comprising a stretched cable structure comprising a rigid frame, an element capable of interacting with the external environment or an operator, said element comprising a platform and a movable member pivotable about at least one axis of rotation relative to said platform, said platform being suspended inside the frame by suspension cables fixed to said frame, said platform being able to be moved by winding and unwinding of said cables obtained on reels / unwinders of said suspension cables, structure in which means for moving said member relative to the platform are provided, the moving member moving means by relative to the platform being distinct from the reels / unwinders of the suspension cables, the interface also comprising means for controlling the reels / unwinders and means for controlling the displacement means of the moving member to generate a feedback at the level of the member mobile.
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.In a first embodiment, said moving means are embedded on the platform. Said on-board moving means may comprise a rotary electric motor and a rotation sensor of said motor.
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.For example, the rotational drive of the mobile member by the motor can be performed by friction, gear, cable (capstan type), belt.
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.In a second embodiment, said moving means are of the cable type fixed on the rigid frame and connected by cables to the movable member.
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.Said cable type moving means may comprise at least two rotation cables fixed on the mobile member and a retractor / unwinder fixed on the frame for each of the cables.
L'enroulement/déroulement desdits câbles de rotation est alors avantageusement coordonné.The winding / unwinding of said rotation cables is then advantageously coordinated.
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.Advantageously, the reels / unwinders of said moving member moving means are juxtaposed to the reels / unwinders of the suspension cables for reduce the visual intrusion of these and the cables they control.
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.In one exemplary embodiment, the two rotation cables pass through the platform and are fixed on the periphery of the mobile member substantially in the same place, so as to be able to each exert a tangential force on the mobile member to move it in rotation in one direction and in an opposite direction depending on the winding / unwinding of each of the rotation cables.
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.In an alternative embodiment, the movable member is rotated about one or more axes by cable displacement means and around other axes by motorized means embedded on the platform.
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 .The structure according to the present invention may then comprise a differential formed by two coaxial pulleys adapted to be driven separately in rotation by two pairs of cables connected to reels / unwinders mounted on the frame, planetary sheaves linked to the pulleys, a carrier-satellite and a satellite supporting the mobile member, said differential being able to rotate the movable element about two axes of rotation according to the rotational directions of the pulleys, the displacement around a third axis of rotation being effected by the means embedded on the platform.
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 lui-même 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.The structure according to the present invention can then also comprise a structure of the parallel type formed by two branches each comprising a pair of first and second segments, the segments of each of the pair being rotatably attached to each other by one end, the first segment being connected to a sector adapted to be rotated by two motors or cables moved by reels / unwinders mounted on the armature, the two branches joining at one end, and a movable member mounted at said end of the branches, said wrist of parallel type being adapted to drive in rotation the element movable around two axes of rotation according to the directions of rotation of the sectors, the displacement around a third axis of rotation being effected by the means on board the platform. In an exemplary embodiment, the member may be rotatably mounted on a second segment, itself rotatably mounted on a first segment, rotatably mounted on the platform, the axes of rotation of the movable member and the first and second segments being distinct. In this case, the cables are advantageously guided by return pulleys along the first and second segments. In this example, each of the first and second segments can be rotated by a pair of cables, the reels / unwinders are fixed on the frame.
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.In another variant embodiment, the mobile member is rotatably mounted around three axes relative to the platform by means of a ball joint, said movable member being able to be moved relative to the platform at way at least four cables attached at their ends to the periphery of an actuating part of the movable member and passing through the platform, so as to exert forces on the movable member to move it in rotation in one direction and in one direction. opposite direction around the three axes of rotation according to the combination of the windings / unwraps of the rotation cables.
La pièce d' actionnement peut être en forme de croix, les câbles étant fixés à chacune des extrémités de la croix.The actuating part may be cross - shaped, the cables being fixed at each end of the cross.
On peut prévoir également que les câbles soient guidés par des œilletons lorsque les câbles traversent la plateforme ou des poulies de renvoi, pour réduire les frottements.It can also be provided that the cables are guided by eyecups when the cables pass through the platform or pulleys, to reduce friction.
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.The mobile member may be a handle adapted to be entered by an operator, which may comprise at least one control button, at least one touch actuator and / or at least one control trigger.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure IA 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 ;The present invention will be better understood with the aid of the description which follows and the appended drawings, in which: FIG. 1A is a perspective view of a first example of a first embodiment of a structure with cables according to the present invention and whose wrist offers a degree of freedom;
- la figure IB 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 IA ;- Figure IB is a detail view of a wrist according to the first embodiment; FIGS. 2A and 2B are perspective views of an alternative embodiment of the cable structure of FIG. 1A;
- les figures 3A à 3C sont des vues en perspective de deux variantes de blocs moteurs pouvant être mis en œuvre dans la structure à câbles de la présente invention ;FIGS. 3A to 3C are perspective views of two variants of engine blocks that can be implemented in the cable structure of the present 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 ;FIG. 4A is a perspective view of a second exemplary embodiment according to the first embodiment of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom;
- les figure 4B et 4C sont des vues en perspective de la structure à câbles mettant en œuvre 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 ;FIGS. 4B and 4C are perspective views of the cable structure implementing the wrist of FIG. 4A; FIG. 5 is a perspective view of an alternative embodiment of the wrist of FIG. 4;
- les figure 6A et 6B sont des vues en perspective de la structure à câbles mettant en œuvre le poignet de la figure 5 ;- Figures 6A and 6B are perspective views of the cable structure implementing the wrist of 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 présente invention offrant un degré de liberté ; - les figures 8A à 8C sont des vues en perspective de structures à câbles mettant en œuvre le poignet des figures 7A et 7B ;FIGS. 7A and 7B are two different perspective views of a first example of a second embodiment of a wrist according to the present invention offering a degree of freedom; FIGS. 8A to 8C are perspective views of cable structures using the wrist of FIGS. 7A and 7B;
- la figure 9 est une vue en perspective d'un détail de l'une des structures des figures 8A à 8C ; - les figures 1OA à 1OC sont des vues en perspectives différentes d'un deuxième exemple de réalisation d'un poignet selon le deuxième mode de réalisation offrant deux degrés de liberté ; - la figure 11 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en œuvre le poignet des figures 1OA à 1OC ;Fig. 9 is a perspective view of a detail of one of the structures of Figs. 8A-8C; FIGS. 10A to 10C are views in different perspectives of a second exemplary embodiment of a wrist according to the second embodiment offering two degrees of freedom; - Figure 11 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of Figures 1OA to 1OC;
- les figures 12A à 12D sont des vues en perspectives différentes d'un troisième exemple de réalisation d'un poignet selon le deuxième mode de réalisation offrant trois degrés de liberté ;FIGS. 12A to 12D are views in different perspectives of a third exemplary embodiment of a wrist according to the second embodiment offering three degrees of freedom;
- la figure 13 est une vue en perspective d'une structures à câbles mettant en œuvre le poignet 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 ;FIG. 13 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of FIGS. 12A to 12D; FIGS. 14A to 14D are views in different perspectives of a wrist according to a third embodiment offering three degrees of freedom;
- la figure 15 est une vue en perspective d'une structures à câbles mettant en œuvre le poignet des figures 14A à 14D ;- Figure 15 is a perspective view of a cable structures implementing the wrist of Figures 14A to 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 ;FIGS. 16 to 18 are perspective views of examples of wrists according to the present invention incorporating additional functions; FIGS. 19A and 19B are perspective views of an exemplary embodiment of an effector;
- les figures 2OA 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 œuvre au sein d'une structure parallèle; - la figure 21 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en œuvre le poignet des figures 2OA et 2OB ;FIGS. 20A and 20B are perspective views of a first example of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure; FIG. 21 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of FIGS. 2OA and 2OB;
- 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 œuvre au sein d'une structure parallèle ;FIGS. 22A and 22B are perspective views of a second example of a wrist according to the present invention offering three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure;
- la figure 23 est une vue en perspective d'une structure à câbles mettant en œuvre le poignet des figures 22A et 22B ;Fig. 23 is a perspective view of a cable structure embodying the wrist of Figs. 22A and 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 œuvre le poignet des figures 24A et 24B.FIGS. 24A and 24B are perspective views of an exemplary wrist according to the present invention offering three degrees of freedom in parallel; - Figure 25 is a perspective view of a cable structure implementing the wrist of Figures 24A and 24B.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
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.The present invention will be set forth in the following description describing a haptic interface, however the present invention fully applies to effector robots.
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.In addition, in the following description, we will place ourselves in the case of an interface with six degrees of freedom, however this is in no way limiting.
Sur la figure IA, on peut voir une 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 l'exemple représenté de forme parallélépipédique rectangle, au moyen de câbles 6.1 à 6.8 de suspension.In FIG. 1A, we can see a haptic interface in the form of a cable structure 4 comprising a wrist 2 suspended inside a frame or support 3 having a rigid reinforcement, in the example shown rectangular parallelepiped shape, by means of cables 6.1 to 6.8 suspension.
Le poignet 2 est rendu mobile à l'intérieur du supportThe wrist 2 is made mobile inside the support
3 au moyen d'enrouleurs/dérouleurs 8.1 à 8.8 fixés sur le support et assurant un enroulement et déroulement des câbles 6.1 à 6.8.3 by means of reels / unwinders 8.1 to 8.8 fixed on the support and ensuring a winding and unwinding of the cables 6.1 to 6.8.
Dans le cas d'une interface haptique, le poignet forme l'élément que va déplacer l'opérateur en le saisissant par exemple avec une main. Dans l'exemple représenté, les huit enrouleurs/dérouleurs sont disposés aux coins du 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.In the case of a haptic interface, the wrist forms the element that will move the operator by seizing for example with a hand. In the example shown, the eight reels / unwinders are arranged at the corners of the support 3. But any other provision as we shall see later, is within the scope of the present invention. In particular, in a seven-wire interface, a winder / unwinder can be arranged in the middle of one side of the cube.
Sur la figure IB, 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.FIG. 1B shows in detail the wrist 2 comprising an upper plate 10 and a lower plate 12 integrally connected by a connecting pin 14. In the example shown, the plates 10, 12 have substantially a shape shuttle, oriented orthogonally with respect to each other.
Les platines 10, 12 et l'axe 14 n'ont aucun mouvement relatif.The plates 10, 12 and the axis 14 have no relative movement.
Les câbles sont accrochés par paire aux extrémités des platines 10, 12.The cables are hung in pairs at the ends of the plates 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 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.The cables 6.1, 6.2 are fixed at one end 10.1 of the plate 10. The cables 6.3, 6.4 are fixed at one end 10.2 of the plate 10, opposite the end 10.1. The cables 6.5, 6.6 are fixed at one end 12.1 of the plate 12. The cables 6.7, 6.8 are attached to an end 12.2 of the plate 12, opposite the end 12.1. This arrangement of the cables is given as an example. Any other provision is within the scope of the invention. The cables could in particular be fixed at eight different points of the plates 10 and 12 or the connecting pin 14. The wrist 2 also comprises a gripping element 16, which we will call handle later, intended to be gripped by the 'user. The handle 16 is rotatably mounted about the connection axis 14 by means of bearings (not shown). The handle 16 has, for example, the shape of a tube mounted around the connecting axis 14 coaxially with it, and capable of rotating about this connecting axis 14, thus forming an axis of rotation X of the handle 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.The wrist 2 also comprises a motor 18 equipped with an angular encoder (not shown) or any other means of measuring the rotation. The encoder is fixed in the example shown on the lower plate 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.The motor 18 drives the rotating handle by means of a driving pulley 19, by friction, by gearing, by cable (capstan type), by belt or any other suitable means, to generate a force feedback.
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.This wrist according to the present invention increases the deflections around the axis X of the handle. The rotations desired by the manipulator around the X axis can therefore be distributed between the rotation of the wrist 2 relative to the support and the rotation of the handle relative to a platform 20 formed by the plates 10, 12 and the connecting axis 14. Thus Large rotations are possible by avoiding contact between the cables. For this, the means for moving the handle 16, ie the motor in the example described and those of the wrist, ie the suspension cables 6.1 to 6.8 are controlled in a coupled manner in order to distribute the rotations between those made by the platform 20 relative to the support and those of the handle 16 made with respect to the platform. Thus the amplitude of the displacements of the platform 20 is reduced, limiting the risks of contact between the cables 6.1 to 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.The rotations can also be performed within the wrist alone, ie by the rotation of the handle 16 relative to the platform 20. In this mode of operation, the support and the cables serve only to maintain fixed orientation of the platform. form 20 in space. The handle 16 is generally provided with control buttons, as we shall see later, but which are not shown here for the sake of simplicity and clarity of the figures.
Plusieurs types d'enrouleur/dérouleur 8.1-8.8 peuvent être mis en œuvre 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.Several types of reel / unwinder 8.1-8.8 can be implemented in the present invention. In Figure 3A, we can see a first variant of such a winder / unwinder. The reel / unwinder 8.1 comprises a motor 21 driving in rotation a pulley 22 mounted on its shaft 24, around which the cable 6.1 is intended to wind. Advantageously, a support 26 for fixing the winder / unwinder 8.1 on the armature 3, comprises a passage 28 for guiding the movement of the cable 6.1. One could also provide a winding directly on the output shaft 24 of the engine. In the example shown, the cable is wound on the pulley 22 which allows to control its winding so its length and / or the force exerted along its axis. The rotation of the motor 21 is measured by an angular position sensor 23. It should be noted that the length of the cable could be measured by other means, for example by directly measuring with a stereoscopic measurement system the position and the orientation of the handle.
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 œilleton 30 en bronze pour minimiser les frottements du câble 6.1 sur le support 26.The support 26 may incorporate a bearing, for example of the ball bearing type, at the other end of the pulley 22 to take up the forces exerted on the cable 6.1. A second bearing could be arranged on the motor side to relieve the bearings of the actuator. Advantageously, the passage 28 is bordered by a bronze eyepiece 30 to minimize the friction of the cable 6.1 on the 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'œilleton de guidage 30 varie légèrement en fonction de l'enroulement du câble. Si l'œilleton 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.Particularly advantageously, the pulley 22 is provided with a thread. On the one hand, this prevents the cable 6.1 overlaps and gets entangled by winding and unwinding. On the other hand, it allows to keep a constant radius at the neutral cable 6.1, which would not be the case if the cable overlapped. Under these conditions, the reduction ratio is constant and it is possible to properly control the forces in the cable. On the other hand, the cable advancing on the pulley 22 as it winds or unwinds, its length between the exit point of the pulley and the guide eye 30 varies slightly depending on the winding. cable. If the eyecup 30 is disposed at a sufficient distance from the axis of the pulley and the deflection is limited, this variation is negligible. Otherwise it will be taken into account in the calculation of the length of the cable.
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.In Figures 3B and 3C, we can see a second variant of a reel / unwinder 8.1. This retractor differs from that shown in Figure 3A, in that the cable 6.1 is fixed on the motor pulley 22 by a screw 32 which pinches slightly. The motor 21 is connected to the support 26 which can be connected to the armature 3 by means of two fixing screws 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.In addition, the reel / unwinder 8.1 comprises two holding rollers 36 arranged next to the motor pulley 22; such that their axis is parallel to that of the motor pulley 22. The distance between the surface of the rollers 36 and that of the motor pulley 22 is sufficiently large to allow the cable 6.1 to pass, but small enough that the cable 6.1 can not leave the thread of the motor pulley 22 in which it is guided. It can be provided either to fix the rollers 36 on the support 26 in the case where there is a slight clearance between the cable and the holding rollers, or to mount the rollers 36 in rotation on the support 26, if the cable 6.1 is in contact with them, to minimize friction in the reel / unwinder 8.1. The rollers 36 therefore permanently hold the cable in the thread of the pulley.
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. II est également prévu de remplacer l'œilleton 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 sur la 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.Normally, the motors 21 are controlled so that the 6.1-6.8 cables are always tensioned and these rollers are, in this case, superfluous. However, when the system is not energized, the 6.1-6.8 cables are relaxed and without ancillary device, they can leave the threads of the pulleys 22 and become entangled. Thanks to the rollers, the cables stay in their threads. It is also intended to replace the guide eye 30 with a pulley 38 to further reduce friction. This pulley 38 is mounted on a support 40 mounted free to rotate on the support 26 about an axis A orthogonal to that B22 of the motor pulley 22 and to an axis of rotation B38 of the pulley 38. The movement of the support 40 of pulley around the axis A associated with the winding of the cable 6.1 around the motor pulley 22, allows to always point the cable 6.1 to the point of attachment of the cable 6.1 on the platform 20, and more particularly on the upper plate 10 Indeed, the tension of the cable causes this alignment. This rotation is performed by a bearing (here a non-visible ball bearing, but a sliding bearing would also be suitable) to minimize friction. The pulley 38 is rotatably mounted about the axis B38 which is shown in Figures 3B and 3C parallel to the axis B22 of the motor pulley 22; the pulley 38 can be mounted on ball bearings (a smooth landing could also be used). One could predict to measure the rotations around the axes A and B38 with the use of additional sensors. This information would be useful to know precisely the routing of the cables so their length is used by the controller to determine the position of the wrist in space.
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) .Advantageously, two holding pulleys 42 are provided on the support 26 upstream of the passage 28, these holding pulleys 42 have axes of rotation orthogonal to the axes A and B22 and are arranged on either side of the cable slightly offset along the axis A. These holding pulleys 42 ensure proper entry of the cable 6.1 in the groove of the guide pulley 38, whatever its winding on the motor pulley 22, so whatever the distance between the exit point cable 6.1 of this pulley and the face of the motor, so whatever the angle between the cable 6.1 and the face of the engine. Here again, to be sure that the cable 6.1 rubs in a reduced manner on the flanks of the thread of the motor pulley 22 and that its length does not vary between the point of exit of the motor pulley 22 and the holding pulleys 42, the latter pulleys 42 are advantageously located sufficiently far from the motor axis B22. The motor 21 can be of any type, for example of the DC motor type, brushless motor, geared motor, AMF (shape memory).
Ce moteur peut être utilisé de différentes manières. En mode guidé, il sera plutôt utilisé pour mettre en mouvement l'effecteur tandis que, en mode normal, il sera plutôt utilisé pour résister aux mouvements de l'utilisateur.This engine can be used in different ways. In guided mode, it will be used instead to set the effector in motion while, in normal mode, it will be used instead to resist the movements of the user.
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.In the latter case, one could also associate the motor 21 with a brake (powder type, magnetic brake, rheological fluid brake, ...) to increase the ability of the interface to oppose the movements of the user.
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, ....Similarly for the position sensor, it can be an optical encoder, a hall effect sensor, a magneto-optical sensor, a potentiometer, ....
On pourrait prévoir d'ajouter un capteur d'effort sur le câble ou une des pièces de guidage (le support, œilleton, 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.One could provide to add a force sensor on the cable or one of the guide pieces (the support, eyecup, or pulley, ...) to measure the tension of the cable. A balance device with spiral or straight spring could also be added to the motor pulley 22 or the cable 6.1 to compensate for all or part of the weight of the wrist 2.
Les câbles peuvent également être en différents matériaux (métal, plastique, textile, kevlar, composite, ...) et de différents types (monobrin, multi-brins, tressé, doublé, ...) .The cables can also be in different materials (metal, plastic, textile, Kevlar, composite, ...) and of different types (single-strand, multi-strand, braided, doubled, ...).
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.The wrist axes can also be equipped with additional position sensors, just as the platform can be located in the space by a suitable device such as a stereoscopic 3D vision system, says Motion Capture.
Le moteur 18 pourrait être intégré directement dans l'axe de la poignée 16, comme cela est représenté sur la figure 2B.The motor 18 could be integrated directly in the axis of the handle 16, as shown in 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.Moreover, FIGS. 2A and 2B show two examples of interface according to the present invention, comprising seven reels / unwinders 8.1-8.7, one 8.1 of the reels / unwinders 8.1-8.7 being disposed substantially in the center of a side of the frame.
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.In Figure 2B, the motor is integrated directly in the axis of the handle, ensuring an actuation in the axis of the handle. The haptic interface according to the present invention is intended for example to remotely control the movements of an effector robot which may be of the type of the present 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.The controls of the operator are detected by means of the sensors carried by the wrist, in particular by means of those measuring the rotation of the handle 16 relative to the platform and those measuring the winding and unwinding of each of the cables. All these measurements are used in one unit to calculate the relative movement of the handle relative to the cable support and to control the robot accordingly. Moreover, the cables and the motor 18 make it possible to generate resistant forces at the level of the handle, thus forming a force feedback interface. In Figure 4A, there is shown a second embodiment of a wrist 104 according to the present invention with three degrees of freedom.
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.The wrist 104 comprises a platform 120 whose movements are controlled in space by the cable structure. The platform 120 comprises an upper plate 110, a lower plate 112 connected by a connecting piece 114 rigidly.
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.The wrist 104 also comprises a first segment 121 rotatable about an axis C relative to the platform 120, a second segment 122 rotatable about an axis D on the first segment 121 and a handle 116 rotatable around the X axis on the second segment 122. The first segment 121 and the second segment 122 have for example the shape of an arc.
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 . II est également prévu un deuxième moteurWith such a configuration, it is possible to generate any orientation in a limited workspace. The three axes of rotation D, C, X can advantageously be concurrent as in the example shown (which makes it possible to generate rotational movements at the point of concurrence of the axes without associated parasitic translation movement) and advantageously be perpendicular in the configuration. reference (which makes it possible to reject singular configurations in which the robot can no longer be correctly controlled and which appear when two axes of rotation are aligned at important orientations, substantially equal to ninety degrees). The wrist also has a first motor 124 for driving the segment 121 in rotation around the axis C, the motor 124 is associated with an encoder (not shown). The motor 124 drives the segment 121 through a pulley 128 integral with the motor shaft 124 meshing with a sector 130 secured to the first segment 121. It can also provide a capstan drive, belt or other. There is also a second motor
132 pour entraîner en rotation le deuxième segment 122 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 134.132 to rotate the second segment 122 about the axis D, associated with an encoder (not shown), the drive is performed in a similar manner to the segment 121. The handle 116 is also rotated around the X axis by a motor 138 associated with an encoder (not shown) via for example a pulley 136 and a sector 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 IB. 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.This wrist allows according to the present invention to increase the deflections in orientation, this time around all the axes C, D, X and not around a single axis X as in the wrist of Figure IB. The rotational movements exerted by the operator can be shared between the tensioned cable structure and the wrist, which operates as two devices in series, thus the respective rotational capacities are added. The range of motion of the cables is then reduced, the risks of contact are then reduced. They can also be performed by the wrist alone, the cable structure serving then only to maintain fixed orientation of the platform.
On pourrait également envisager un poignet de type parallèle, dont des exemples sont représentés sur les figures 2OA, 2OB, 21 et 22A, 22B, 23 et seront décrits en détail par la suite.One could also consider a wrist type parallel, examples of which are shown in Figures 20A, 20B, 21 and 22A, 22B, 23 and will be described in detail later.
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.In addition, any other type of actuator could be used as previously described (motors or brakes). In FIG. 4B, an exemplary embodiment of a structure 102 with eight cables stretched with a wrist 104 shown in FIG. 4A can be seen, two cables being hooked at each of the ends of the upper and lower plates 110 and 112. In FIG. 4C, one can see a structure 102 'with seven cables stretched with a wrist 104 shown in Figure 4A. Two cables are attached to each end of the bottom plate 112 and at lower corners of the frame frame, two cables are attached to one end of the top plate 110, and one cable is attached to the other end of the frame. the upper plate 110 and a central portion of one side of the frame.
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.FIG. 5 shows an alternative embodiment of a wrist 204 according to the present invention with three degrees of freedom and four motorized axes (this wrist is therefore redundant, which makes it possible to increase the working space by orientation by rejecting singularities at larger inclinations). The wrist 204 comprises a platform 220 formed of an upper plate 210, a lower plate 212 and a connecting piece 214, connecting one end of the upper plate 210 to a central part of the lower plate 212, thus forming a rigid piece substantially C-shaped.
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.The wrist 204 also has a first semicircular segment 221 connected by each of its ends 221.1, 221.2 to the central portions of the upper and lower plates 212 and 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.The first segment 221 is rotatably mounted on the upper plates 210 and lower 212 about an axis E. A motor 224 mounted on the lower plate 212, can control the rotation or apply a resistance to the movement of the operator around this axis E by means of a pulley 226 engaged with the motor 224 and the sector 230 which is integral with the segment 221. This transmission can be carried out by any appropriate means (gears, cables, capstan, belt, ...), similarly to what has been described in connection with FIG. 4A. The motor 224 could also be mounted on the upper plate 210. The wrist 204 also comprises a second segment 222 mounted to rotate about an axis F relative to the first segment 221. The second segment 222 is in the form of a quarter of a circle and is connected at one of its ends 222.1 to a central part of the first segment 221. A motor 232 makes it possible to control the rotation of the second segment 222 or applying resistance to operator movement about this axis F through a pulley and a sector, similarly to the first segment 221. A third segment 223 is rotatably mounted at another end 222.2 of the second segment 222 opposite the end 222.1 connected to the first segment 221. This segment 223 is substantially perpendicular to the second segment 222 and extends substantially vertically upwards in FIG.
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.The segment 223 can rotate about the axis G with respect to the segment 222. A motor 237 makes it possible to control the rotation of the third segment 223 with respect to the second segment 222 about the axis G or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis G via a pulley and a sector which is integral with the third segment 223. The wrist 204 also comprises a handle 216 rotatably mounted on the third segment 223 about an axis X and disposed substantially vertically in 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.A motor 238 is also provided to control the rotation of the handle 216 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, via a pulley and a integral sector of the handle 216. In the example shown in Figure 5, the axes E and X are aligned in the configuration of reference; moreover, the axes E, F, G and X are concurrent. It is understood that the axes E and X could also be shifted, and the axes E, F, G and X may not be concurrent. In the example shown, the axes E, F, G and X are orthogonal in the reference configuration, but they could also make a different angle between them.
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 plateforme .Each motor is associated with an angular position sensor (not shown). As for the wrist 104 of FIG. 4A, this wrist 204 makes it possible to increase the deflections in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. The rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.
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 .This configuration therefore makes it possible to significantly increase the working space in orientation. Rotations can be shared between the tensioned cable robot and the serial wrist. They can also be performed by the wrist alone, the cable robot then serving only to maintain fixed orientation of the platform. In this embodiment, the actuators of the wrist are embedded thereon, which makes it possible to preserve the simplicity of the cable structure.
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.In FIG. 6A, an exemplary embodiment of a structure 202 with eight cables stretched with a wrist 204-represented in FIG. cables being hooked at each end of the upper plates 110 and lower 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.In FIG. 6B, there can be seen a structure with seven tensioned cables 202 'with a wrist 204 shown in FIG. 5. Two cables are fixed at each of the ends of the bottom plate 112 and at the lower corners of the frame 203, two cables are attached to one end of the upper plate 110, and one cable is attached to the other end of the upper plate 110 and to a central portion of one side of the frame 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 IA. 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.In FIGS. 7A and 7B, we can see a first example of a second embodiment of a wrist according to the present invention, in which the wrist actuators are not embarked on it, but are supported by the structure cables and connected to the wrist by cables. The wrist structure of FIGS. 7A and 7B is very close to that of the wrist of FIG. The wrist 304 comprises an upper plate 310 and a lower plate 312 integrally connected by a connecting shaft 314. The plates 310, 312 and the shaft 314 therefore have no relative movement. The cables are hung in pairs at the ends of the plates 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.The cables 306.1, 306.2 are attached to an end 310.1 of the plate 310. The cables 306.3, 306.4 are attached to an end 310.2 of the plate 310, opposite the end 310.1. The cables 306.5, 306.6 are attached to an end 312.1 of the plate 312. The cables 306.7, 306.8 are attached to an end 312.2 of the plate 312, opposite the end 312.1. The wrist 304 also comprises a handle 316 rotatably mounted around the connecting shaft 314, by means of bearings (not shown). The handle 316 has, for example, the shape of a tube mounted around the connecting shaft 314 coaxially with it, and is able to rotate about this connecting axis 314, thus forming an axis of rotation X for the handle 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) .Any other basic form might be suitable. The position and the orientation of the platform 320 are controlled by eight winders / unwinders 308.1 to 308.8 located at the corners of the frame 303 and the associated cables 306.1 to 306.8, which are attached to the ends of the plates 310, 312 (on the 8A, the winder / unwinder 308.1 is hidden by the 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/dérouleursMoreover, in this embodiment, the handle is moved in rotation about an axis X by means of two reels / unwinders 340, 342 mounted on the frame 303 of the cable structure 302. In FIG. winders / unwinders
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, 346.340, 342 are located near the middle of one of the edges of the frame 303 and are connected to the handle 316 by two cables 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'œilletons 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.In the example shown, the cables 344, 346 pass through the lower plate 312 in which two holes 348, 350 have been made. In the example shown, the holes 348, 350 are provided on the side of a bottom face 312.4 of eyecups 354 to limit friction and on the side of an upper surface 312.3 of the lower plate 312 of return pulleys 352, which which makes it possible to reduce the friction of the cables 344, 346 on the bottom plate 312.
On pourrait également prévoir des œilletons ou des poulies de renvoi sur les deux faces 312.3, 312.4 de la platine inférieure 312.It would also be possible to provide eyecups or return pulleys on the two faces 312.3, 312.4 of the lower plate 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.In the case where the return pulleys are used on the lower face of the plate 312, these pulleys can advantageously be supported by supports mounted free to rotate on the plate. In the case where the return pulleys are used on the upper face of the plate 312, their support can be fixed relative to the plate.
Les câbles 344, 346 sont fixés sur la périphérie de la poignée 316 par un élément d'arrêt 356.The cables 344, 346 are fixed on the periphery of the handle 316 by a stop member 356.
On pourrait prévoir d' augmenter ou de réduire localement le diamètre de la poignée pour diminuer ou accroître le couple disponible.It may be possible to increase or reduce the diameter of the handle locally to decrease or increase the available torque.
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 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 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 informations provenant des capteurs des enrouleurs/dérouleurs. On peut également prévoir d'associer les deux moyens de mesure.Thus, by pulling on the cable 344, the handle 316 is rotated in the clockwise direction. By pulling on the cable 346, it is driven counterclockwise. These two movements are coordinated. Moreover these movements are also coordinated with those of the platform 320 of the wrist 304 which is also mobile, since all the movements are coupled. To facilitate this coordination between all the reels / unwinders, it is possible to integrate in the return pulleys 352 and / or between the connecting element 314 and the handle 316 angular position sensors (not shown) to know the rotations internal to the wrist 304. The rotations can also be calculated from the information from the sensors of the reels / unwinders. It is also possible to combine the two measuring means.
Sur la figure 8A, on peut voir l'interface complète avec l'armature 303 et le poignet 304 et les 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.In FIG. 8A, the complete interface with the frame 303 and the wrist 304 and the two additional reels / unwinders 340, 342, mounted one beside the other in a middle portion of one side can be seen of the frame 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.The reels / unwinders 340, 342 are similar to those of the cable structure and described in connection with Figures 3A to 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.The cables 344 and 346 may be formed of two separate cables attached at one of their ends to the stop member 356 and at the other end to the reels / unwinders 340, 342 or to form two strands. the same cable attached substantially in the middle to the stop member 356 and at its ends on one side to the reel / unwinder 340 and the other to the reel / unwinder 342.
Sur les figures 8B et 8C, on peut voir un autre exemple de réalisation d'une interface mettant en œuvre 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.In FIGS. 8B and 8C, another exemplary embodiment of an interface implementing the wrist 304, in which the reels / unwinders are arranged in different ways, can be seen. In FIGS. 8B and 8C, the winders / unwinders 340, 342 are arranged near the vertices of the armature 303. In this case, the visual intrusion is less. By adjusting this position, it can be found that in the reference configuration, the additional cables 344, 346 for actuating the handle 316 are parallel to those of the cable interface which controls the platform 320 of the wrist 304. This improves its aesthetic appearance.
L' interface selon ce mode de réalisation présente les avantages suivants :The interface according to this embodiment has the following advantages:
Les enrouleurs/dérouleurs mis en œuvre 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.The reels / unwinders implemented are simple and of limited cost. It offers a good dynamic because of the small number of moving parts, since the reels / unwinders are carried by the armature and are therefore immobile.
Elle offre une faible intrusion visuelle puisque la taille du poignet est réduite.It offers a weak visual intrusion since the size of the wrist is reduced.
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 344, 346, 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.This wrist according to the present invention increases the deflections around the axis X of the handle. The rotations desired by the manipulator around the X axis can therefore be distributed between the rotation of the wrist 304 relative to the support and the rotation of the handle 316 relative to a platform 320. Thus, large rotations are possible while avoiding contact. between the cables. For this, the means for moving the handle 316, ie the cables 344, 346, ie the suspension cables 306.1 to 306.8 are controlled in a coupled manner in order to distribute the rotations between those made by the platform 320 relative to the support and those of the handle 316 made with respect to the platform.
Ainsi l'amplitude des déplacements de la plateforme 320 est réduite, limitant les risques de contact entre les câbles .Thus the amplitude of the movements of the platform 320 is reduced, limiting the risk of contact between the cables.
Sur la figure 9, on peut voir en détail l'enrouleur/dérouleur 308.5 et l'enrouleur/dérouleurIn Figure 9, we can see in detail the winder / unwinder 308.5 and the winder / unwinder
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.342 of Figures 8B and 8C, these are arranged next to each other, so the visual intrusion of the reels / unwinders and the visual intrusion of the cables in the reference position are very small.
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.Any other arrangement of additional reels / unwinders is possible. They could also be inclined or replaced by drive blocks guided by return pulley.
Sur les figures 1OA à 1OC, on peut voir différentes vues d'un poignet 404 selon un deuxième exemple du deuxième mode de réalisation à deux degrés de liberté.In FIGS. 10A to 10C, different views of a wrist 404 can be seen according to a second example of the second embodiment with two degrees of freedom.
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'armatureThe wrist 404 has a structure close to that of the wrist 104, and differs from it in that the reels / unwinders are carried by the 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.403 of the cable structure 402. The description which follows will be limited to describing in detail the connections between the reels / unwinders and the wrist.
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,The first segment 421, rotatably mounted on the connecting piece 414 about the axis C, is rotated by two cables 460, 462 mounted around a pulley 461 integral with the segment 421 and fixed to this pulley 461 by a stop means 463, the cables 460, 462 being each connected by their second end to winders / unwinders 464, 466 mounted on the armature 403. In the example shown, the cables 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 œilletons 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.462 are guided through the lower plate 412 on its upper face 412.4 and on its lower face 412.3 by bronze eyecups or any other material adapted to the nature of the cable to minimize friction. It would also be possible to use return pulleys, as in the wrist of FIGS. 7A and 7B. In this case, it would be preferable for the support of the input pulleys (situated on the lower face 412.3 of the lower plate) to be free to rotate around the axis of passage of the cable through the base, as to the support of the pulleys. on the upper face of the lower plate, it may not turn.
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.The second segment 422, rotatably mounted on the first segment 421 about the axis D, is rotated by two cables 468, 470 mounted around a pulley 469 integral with the second segment 422 and fixed to this pulley 469 by a stop means 471, the cables 468, 470 being each connected by their second end to winders / unwinders 472, 474 mounted on the frame 403.
Dans l'exemple représenté, les câbles 468, 470 traversent la pièce de liaison 414.In the example shown, the cables 468, 470 pass through the connecting piece 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.The connecting piece comprises at the intersection of the axis C and the connecting piece 414, on its face 414.1 on which is mounted the first segment 421 an orifice 473 for the passage of two cables 468, 470, and on its opposite side 412.2 two holes for each of the cables 468, 470.
De manière avantageuse, les trous sont bordés par des œilletons 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 œilletons.Advantageously, the holes are bordered by eyecups 475, for example made of bronze or any other material adapted to reduce friction. Return pulleys mounted on the face 414.2 of the connecting piece 414 could be used in place of the eyecups.
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.The cables 468, 470 passing through the platform 420 near the axis C, their length is not affected by a rotation of the first segment 421 around this axis 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.Each cable 468, 470 is then guided by a pair of return pulleys 476.1-476.2, 478.1-478.2 respectively to the pulley 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.The return pulleys 476.1, 476.2, 478.1, 478.2 are mounted in rotation on supports fixed on the first 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.The handle 416 can be secured to the second segment, so the actuation of the cables 468, 470 causes the movement of the handle 416.
La poignée 416 pourrait être montée directement sur la poulie 469.The handle 416 could be mounted directly on the pulley 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 embarqué 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.Similarly to the wrist 104, the handle 416 could also be rotatable relative to the second segment about an axis X, for that an onboard motor similar to that described for the wrist 104 would be provided. In this case, the wrist 404 would offer three degrees of freedom, two of these degrees of freedom being actuated by reels / unwinders fixed on the support 403 and the last being actuated by an onboard engine.
Sur la figure 11, on peut voir l'interface complète mettant en œuvre le poignet 404 des figures 1OA à 1OC.In Figure 11, we can see the complete interface implementing the wrist 404 of Figures 1OA to 1OC.
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.The position and the orientation of the platform 420 are controlled by the eight winders / unwinders 408.1 to 408.8 located at the corners of the armature 403 and the associated cables 406.1 to 406.8 which are connected to the ends of the plates 404, 410 of the wrist 404. Two pairs of additional reels / unwinders 464, 466 and 472, 474 are mounted on the frame 403. These additional reels / unwinders are located, in the example shown, near four of the vertices of the frame 403, which limits their visual intrusion. They could however adopt any other position. Two of these reels / unwinders 464, 466 (those located in the lower part of the frame) allow to actuate the rotation of the first segment 421 around the axis C, the other two 472, 474 (those located in the part high of the frame) allow to actuate the rotation of the second segment 422 around the axis 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 .As in the case of the wrist 304, the movements of all the cables are coordinated, in particular those of the cables 460, 462 and those of the cables 468, 470 because all the movements are coupled. It may be advantageous to facilitate this coupling to integrate angular position sensors on the pulley 461 of the first segment 421 and on the pulley 469 of the second segment 422, in addition to the sensors located on the reels / unwinders.
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 plateforme 420.The rotations, similar to the other interfaces, can be shared between the platform 420 controlled by the tensioned cable structure 402 and the wrist 404 driven by the additional reels / unwinders, the controls of their moving means then being dependent. The rotations can also be performed by the wrist 404 alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform 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,The wrist 504 of FIGS. 12A to 12D differs from the wrist 404 in that the handle 516, rotatably mounted on the second segment 522 about the X axis, is actuated by two cables 580,
582 dont les enrouleurs/dérouleurs 584, 586 sont fixés sur l'armature 503 de la structure à câbles tendus 502.582 whose reels / unwinders 584, 586 are attached to the frame 503 of the tensioned cable structure 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 10C déjà décrites .In the following description, we will therefore describe in detail the remote means for actuating the handle 516, the other elements being similar to those of the wrist of FIGS. 10A to 10C already described.
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 mobile en 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.The wrist includes an upper plate 510 and a lower plate 512 rigidly connected by a connecting piece 514, a first segment 521 is mounted to rotate about an axis C on the connecting piece 514, a second segment 522 mounted mobile in rotation at one end of the first segment 521 about an axis D and the handle 516 rotatably mounted on the second segment 522 about the axis X. As previously written, the rotation of the segments 521, 522 around the axes C, D respectively is performed in the same way as for the wrist 404. It will therefore not be detailed later. A pulley 588, rotatably mounted on the handle 516, is rotated in one direction by the cable 580 and in another by the cable 582 attached to the pulley by a stop 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.Each cable 580, 582 is guided from the pulley 588 to the reel / unwinder 584, 586 respectively by pulleys. We will detail the guide means of the cable 580, those of the cable 582 being similar.
Dans l'exemple représenté, le câble 580 est guidé par six poulies de renvoi 580.1 à 580.6.In the example shown, the cable 580 is guided by six return pulleys 580.1 to 580.6.
Le câble 580 traverse la platine supérieure 510, dans laquelle est pratiqué un passage comportant, avantageusement des œilletons 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.The cable 580 passes through the upper plate 510, in which is formed a passage comprising, advantageously eyecups at its ends to reduce friction. The pulley 580.1 is mounted on an inner face 510.1 of the upper plate on the side of the handle 516. The pulley 580.2 is mounted on the connecting piece 514. The pulley 580.3 is mounted on the first segment 521 free to rotate thereon in the example shown, the pulley 580.3 is mounted coaxially with the pulley 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.The pulley 580.4 is mounted on the first segment 521, in the example shown, the pulley is supported by a shaft located substantially at the bent portion so that the cable 580 substantially follows the shape of the first segment 521. The pulley 580.5 is rotatably mounted on the second segment 522, in the example shown, it is coaxial with the pulley 569 for actuating the second segment 522. The pulley 580.6 is mounted on the second segment, at its bent portion.
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.The cable 580 thus bypasses the axis C while traveling on the pulley 580.3 which rotates about the axis C, it then travels along the segment 521 by the deflection pulley 580.4 then bypasses the axis D by turning around the pulley 580.5 which is free to rotate about this axis independently of the movements of the first and second segments 521 and 522.
Enfin, le câble 580 contourne la poulie 580.6 pour actionner la poulie 588 solidaire en rotation de la poignée 516.Finally, the cable 580 bypasses the pulley 580.6 to actuate the pulley 588 integral in rotation with the handle 516.
Le câble 582 chemine sensiblement de manière parallèle au câble 580, les poulies 582.1 àThe cable 582 travels substantially parallel to the cable 580, the pulleys 582.1 to
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 1' actionnement de la poignée 516.582.6 being arranged parallel to or symmetrically with the pulleys 580.1 to 580.6 respectively relative to the median planes of the segments 514, 521 and 522. The movements of these cables 580, 582 are coordinated with each other and with those of the wrist 504 for 1 '. actuation of the handle 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.It should be noted that the configuration of each of the remote actuating means is not limiting and may be different. Furthermore, the shape of the wrist, including the plates 510, 512 and the connecting piece is also in no way limiting. FIGS. 14A to 14D show a wrist 604 with three degrees of freedom according to a third embodiment of the present invention, the operation of which is partly obtained by remote means and for another by means embedded on the wrist, thus forming a hybrid embodiment between the first embodiment and the second embodiment of realization.
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.The wrist 604 comprises an upper plate 610 and a lower plate 612 rigidly connected by a connecting piece 614, and a handle 616 suspended from the upper plate 610 by two parallel flanges 631, 633 fixed on the lower face 610.1 of the upper plate 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.The handle 616 is able to be moved in rotation around two axes of rotation H, I by means of pairs of cables 630, 632 and 634, 636 and around the axis X by an electric motor 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.The cables 630 to 636 are respectively connected to reels / unwinders 664 to 670 mounted on the frame 603 of the cable structure 602. The cables 630, 632 pass through the upper plate 610 by two passages 640 and are attached to a pulley 642. by means of a stop 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.The cables 634, 636 pass through the upper plate 610 by two passages 646 and are fixed to a pulley 648 by means of a retainer 650.
Les poulies 642 et 648 sont coaxiales et montées mobiles en rotation sur les faces extérieures des flasques 631, 633.The pulleys 642 and 648 are coaxial and rotatably mounted on the outer faces of the flanges 631, 633.
Les câbles 630 à 636 sont avantageusement guidés sur la face supérieure 610.2 de la platine supérieure 610 par des œilletons pour réduire les frottements. On pourrait également utiliser des poulies de renvoi.The cables 630 to 636 are advantageously guided on the upper face 610.2 of the upper plate 610 by eyecups to reduce the friction. We could also use pulleys.
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.The pulleys 642 and 648 are each connected in rotation to planetaries 652, 654 forming a differential. The differential also comprises a satellite carrier 656 and a satellite 658. This satellite 658 supports the handle 616 which is actuated by the onboard engine 638 associated with an encoder (not shown) via a pulley 660 and a sector 662, for example by means of gears, a cable, a belt, or any other suitable means.
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.When the pulleys 642 and 648 are moved in the same direction about the axis H, the planet carrier 656 rotates about the axis H, driving the satellite 658 which is linked thereto about the axis H, and that the handle 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 .When the pulleys 642, 648 are each driven in an opposite direction around the H axis, the planet carrier 656 remains stationary and the satellite 658 is rotated about the axis I, in turn driving the handle 616 around it. of this axis. Finally, the onboard motor 638 drives the handle 616 around the X axis. The axes H, I and X are represented concurrently and perpendicularly in the reference configuration. Any other placement of these axes for generating rotations around all or part of the axes of the space is within the scope of the present 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.In this embodiment, the axes are not concurrent in the center of the handle, unlike the other three embodiments. degrees of freedom. But it is understood that the configurations of the actuation means proposed for the first and second embodiments are also applicable, when the wrist axes are offset relative to the handle as shown in Figures 14A to 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 œuvre dans une structure à câbles.In FIG. 15, a complete view of the interface in which the wrist of FIGS. 14A to 14D is implemented in a cable structure can be seen.
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.The four reels / unwinders used in this embodiment are arranged in the example shown at the four upper corners of the frame 603. In FIGS. 16 to 18, examples of wrists similar to that of FIG. 4A can be seen, and incorporating additional functions.
Sur la figure 16, la poignée 716 comporte des boutons de commande 718. La poignée 816 du poignet 804 de la figureIn FIG. 16, the handle 716 has control buttons 718. The wrist handle 816 804 of FIG.
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.17 comprises a trigger 818 clamp closing control of a remote robot, this trigger 818 can possibly be motorized using an on-board actuator or remote on the frame of the tensioned cable interface.
La poignée 916 du poignet 904 de la figureThe handle 916 of the wrist 904 of the 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.18 comprises a matrix of tactile actuators 918 for improving the rendering of haptic information. But it may comprise a single touch actuator or several touch actuator matrices. The additional functions described are of course applicable to all embodiments of wrist according to the present 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 préhenseur pour interface haptique .Actuators and tactile matrices can take many forms. For example, they can in particular restore static or vibratory information, by normal indentation to the skin or tangential displacement, this information being able to be related to the texture or the local shape of the objects (local orientation of the surface, curvature, etc.). .). Moreover, their actuation can be performed in different ways (electromagnetic actuators, shape memory actuators, piezoelectric actuators, ...). In Figs. 19A and 19B, two views of an example of a wrist according to the present invention can be seen used as a haptic interface gripper.
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 .In this case, the handle can be replaced by a gripper 1016. One of the jaws 1017 is secured to the third segment 1023 (body of the gripper). The other jaw 1018 is rotatably mounted relative to the third segment 1023 around an axis J shown vertical in FIG. 19. An actuator 1024 comprising a motor 1026 provided with an encoder makes it possible to control the movements of this jaw 1018 relative to the segment 1023 and thus to control the closure of the clamp 1016. The motor 1026 is, in this example, embedded but it could also be offset on the frame of the cable tensioned interface. Any other Arrangement of the clip forms part of the present invention.
Sur les figures 2OA et 2OB, on peut voir un exemple de réalisation d'un poignet 1104 selon la présente invention à trois degrés de liberté dont deux mis en œuvre au sein d'une structure parallèle.In FIGS. 20A and 20B, an embodiment of a wrist 1104 according to the present invention can be seen with three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure.
Le poignet 1104 comporte une plateformeWrist 1104 has a platform
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.1120 formed of an upper plate 1110, a lower plate 1112 and a connecting piece 1114, connecting one end of the upper plate 1110 to a central portion of the lower plate 1112, thus forming a rigid part.
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 segmentThe wrist 1104 also has a first segment 1121 in the shape of a circle portion and connected at one of its ends to the plate 1114 and at its other end to a second segment 1122. The first segment 1121 is rotatable relative to the plate 1114 and can rotate about an axis E. A motor 1125 associated with an encoder (not shown) and mounted on the plate 1114 can control the rotation or apply resistance to the movement of the 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 et1121 caused by a movement of the operator by means of a pulley 1126 engaged with the motor 1125 and the sector 1129 which is integral with the segment 1121. This transmission can be carried out by any appropriate means (gears, cables, capstan , belt, ...) . The second segment 1122 is rotatable about an axis F with respect to the first segment 1121. The wrist 1104 also has a third segment 1123, one end of which is mounted in rotation about the axis E relative to the plate 1114 and the other end is rotatable about an axis G relative to a fourth segment 1124. A motor 1127 associated with an encoder (not shown) allows to control the rotation of the third segment 1123 or to apply a resistance to the movement of this segment about the axis E through a pulley 1128 and a sector 1130, similarly to the first segment 1121. The second and fourth segments 1122 and
1124 sont liés entre eux à leur seconde extrémité. Ils sont montés mobiles en rotation autour d'un axe X.1124 are linked together at their second end. They are rotatably mounted around an X axis.
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.Finally, the wrist 1104 comprises a handle 1116 rotatably mounted relative to the fourth segment 1124 about an axis aligned with the X axis. A motor 1131 associated with an encoder (not shown) and fixed on the fourth segment is provided. to control the rotation of the handle 1116 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, via a pulley 1132 and a sector 1133 integral with the handle 1116 for example by means of gears, a cable, a belt, or any other suitable means.
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.The articulated assemblies formed on the one hand of the segments 1121 and 1122 and on the other hand of the segments 1123 and 1124 are arranged in parallel between the plate 1114 and the handle 1116. They therefore form a structure of the parallel type. The handle is arranged in series with these two sets connected in parallel. The axes E, F, G and X are concurrent at a point advantageously located in the center of the handle. When the pulleys 1129 and 1130 are moved in the same direction about the axis E, the segments 1121, 1122, 1123 and 1124 rotate around the axis E, causing the handle 1116 which is connected to the segment 1124 around the axis E. When the pulleys 1129 and 1130 are each driven in an opposite direction about the axis E, the chains articulated formed by the segments 1121 and 1122 on the one hand and 1123 and 1124 on the other hand are driven into opposite senses. These two chains being linked at the end of the segments 1122 and 1124, the axes F and G move away from or near each other while the handle 1116 is rotated about an axis I perpendicular to the axis E. Finally, the motor 1131 drives the handle 1116 about the axis X.
La figure 21 présente une vue complète de l'interface 1102 dans laquelle le poignet des figures 2OA et 2OB est mis en œuvre 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.FIG. 21 presents a complete view of the interface 1102 in which the wrist of FIGS. 2OA and 2OB is implemented in a cable structure incorporating eight reels / unwinders 1108.1 to 1108.8 arranged in the example represented at the eight vertices of the reinforcement 1103, two cables being hooked at each of the ends of the upper plates 1110 and lower 1112 of the wrist 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.As in the other cases, the wrist 1104 makes it possible to increase the displacements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure serving then only to maintain fixed orientation of the platform.
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 œuvre au sein d'une structure parallèle.In FIGS. 22A and 22B, we can see a second embodiment of a wrist 1204 according to the present invention with three degrees of freedom, two of which are implemented within a parallel structure.
Le poignet 1204 est semblable au poignet 1104 des figures 2OA et 2OB. 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.The wrist 1204 is similar to the wrist 1104 of FIGS. 20A and 20B. It comprises a platform 1220 formed of an upper plate 1210, a lower plate 1212 and a connecting piece 1214 forming a rigid part.
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.The wrist 1204 also has a first segment 1221 connected on one side to the plate 1214 and the other to a second segment 1222. The first segment 1221 is rotatable about an axis E relative to the plate 1214. Two winders / unwinders 1260 and 1262 mounted on a frame 1203 make it possible to control the rotation or to apply a resistance to the movement of the segment 1221 by means of two cables 1268 and 1270 (or two strands of the same cable) fixed on a pulley 1281 by means of a stop element 1283 identical to the stop element 1284 and not visible in FIGS. 22A and 22B by the sector 1230. The pulley 1281 is rigidly connected to the sector 1229 which is integral with the segment 1221. The second segment 1222 is rotatable about an axis F relative to the first 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,The wrist 1204 also has a third segment 1223, one end of which is rotatably mounted about the axis E with respect to to the plate 1214 and the other end is rotatable about an axis G relative to a fourth segment 1224. Two winders / unwinders 1264 and 1266 mounted on the frame 1203 can control the rotation or apply a resistance to the movement of the segment 1223 by means of two cables 1272 and 1274 fixed on a pulley 1282 via a stop element 1284. The pulley 1282 is rigidly connected to the sector 1230 which is secured to the segment 1223. the example shown, the cables 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'œilletons dont la matière est choisie pour limiter les frottements (par exemple du bronze) . On pourrait également prévoir des poulies de renvoi .1270, 1272 and 1274 pass through the upper plate 1210 in which have been made four holes 1280. In the example shown, the holes 1280 are advantageously provided with eyecups whose material is chosen to limit friction (eg bronze). We could also provide pulleys.
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.As on the wrist 1104, the second and fourth segments 1222 and 1224 are interconnected at their second end. They are rotatably mounted around an X axis.
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.Finally, the wrist 1204 comprises a handle 1216 rotatably mounted relative to the fourth segment 1224 about the X axis. A motor 1231 associated with an encoder (not shown) and fixed on the fourth segment is provided to control the rotation of the the handle 1216 about the X axis, or to apply a resistance to the movement of the operator around this axis X, through a pulley 1232 and a sector 1233 integral with the handle 1216. The operation of the wrist 1204 is similar to that of the wrist 1104. The axes E, F, G and X are concurrent at a point advantageously located at the center of the handle. When the pulleys 1229 and 1230 are moved in the same direction around the axis E, the segments 1221, 1222, 1223 and 1224 rotate around the axis E, causing the handle 1216 around this axis. When the pulleys 1229 and 1230 are each driven in an opposite direction about the axis E, the articulated chains formed by the segments 1221 and 1222 on the one hand and 1223 and 1224 on the other hand are driven in opposite directions and the handle 1216 is rotated about an axis I perpendicular to the axis E. Finally, the motor 1231 drives the handle 1216 about the axis X.
La figure 23 présente une vue complète de l'interface 1202 dans laquelle le poignet des figures 22A et 22B est mis en œuvre 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. II 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.FIG. 23 presents a complete view of the interface 1202 in which the wrist of FIGS. 22A and 22B is implemented in a cable structure incorporating twelve winders / unwinders 1208.1 to 1208.8 and 1260, 1262, 1264, 1266 arranged in the example shown at eight corners of the frame 1203. The reels / unwinders 1208.1 to 1208.8 can control the position and orientation of the wrist 1204 or the force applied on the wrist. In the example shown, two of the cables connected to these reels / unwinders are attached to each end of the top plates 1210 and 1212 of the lower wrist 1204. The reels / unwinders 1260, 1262, 1264 and 1266 allow them to control the orientation or the couples applied on the handle 1216. It would also be possible to use a wrist with three degrees of freedom in parallel, for example by actuating the handle around the X axis by means of a coaxial pulley with sectors 1229 and 1230 and connecting rods and rods forming parallelograms with segments 1221 and 1222 or 1223 and 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.As in the other cases, the wrist 1204 makes it possible to increase the displacements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.
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 plateformeIn Figures 24A and 24B, we can see an embodiment of a wrist 1304 according to the present invention with three degrees of freedom in parallel. Wrist 1304 has a platform
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.1308 formed of an upper plate 1310, a lower plate 1312, a connecting piece 1314 connecting the upper plate 1310 to the lower plate 1312, and a projection 1316. These four references are fixed together and form a rigid piece.
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.The wrist 1304 also comprises a movable member 1318 formed of a movable part 1322 which can for example be globally hemispherical, an actuating part 1320 which can take the form of a cross, a return piece 1324 and a a 1326. The movable part 1322, the actuating part 1320, the return piece 1324 and the handle 1326 are also fixed together and form a rigid piece. The handle 1326 could also be directly attached to the moving part 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.The projecting portion 1316 of the platform 1308 may comprise at its end a surface forming a portion of a sphere on which the moving part 1322 of the movable element 1318 comes into play, the face of which faces the protruding part 1316 has an impression having also a form of sphere portion. A ball is thus made between the parts 1316 and 1322 and therefore between the platform 1308 and the movable member 1318, allowing a relative rotational movement in a certain range of deflections around all the axes passing through the center of the spherical surfaces of the parts 1316 and 1322. Any other solution to make this ball joint would be possible, in particular the use of three concurrent pivot links.
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'œilletons de guidages (par exemple en bronze) ou de poulies de guidage pour minimiser les frottements entre les câbles et la pièce de liaison 1314.Four winders / unwinders 1360 to 1366 mounted on the frame 1303 can control the rotation or apply resistance to the movement of the actuating part 1320 on which is fixed the handle 1326 entered by the operator. The reels / unwinders 1360 to 1366 are connected to the actuating part 1320 by four cables 1368 to 1374 respectively. These cables pass through the connecting piece 1314 through four holes 1380 which are advantageously provided with guide eyelets (for example). bronze example) or guide pulleys to minimize friction between the cables and the connecting piece 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 nimporte quel axe de l'espace.To explain the operation of the wrist 1304, three axes E, F and X intersecting and passing through the center of the ball joint connecting the parts 1316 and 1322 are defined. These axes can be chosen perpendicular in the reference configuration illustrated by FIGS. 24B. These axes could be defined in different directions since the knee rotates around any axis of the space.
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 .By simultaneously pulling on the cables 1368 and 1370, the movable element is rotated about the axis F in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1372 and 1374, the movable element is rotated about the axis F in an opposite direction. By simultaneously pulling on the cables 1368 and 1372, the moving element is rotated about the X axis in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1370 and 1374, the movable element is rotated about the axis X in an opposite direction. Finally, by simultaneously pulling on the cables 1368 and 1374, the movable element is rotated about the axis E in one direction. By simultaneously pulling on the cables 1370 and 1372, the movable element is rotated about the axis E in an opposite direction.
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 œuvre 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.As in the other cases, the movements of all the cables are coordinated because all the movements are coupled. Particular attention is paid to cables 1368, 1370, 1372 and 1374 of such so that is not applied a significant effort tending to separate the parts 1316 and 1322, which could in some embodiments cause dislocation of the patella. FIG. 25 presents a complete view of the interface 1302 in which the wrist 1304 of FIGS. 24A and 24B is implemented in a cable structure integrating twelve reels / unwinders 1308.1 to 1308.8 and 1360, 1362, 1364, 1366 disposed in the The example shown at the eight corners of the frame 1303. The reels / unwinders 1308.1 to 1308.8 can control the position and orientation of the wrist 1304 or the force applied on the wrist. The reels / unwinders 1360, 1362, 1364 and 1366 allow them to control the orientation or the torques applied on the handle 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. II est bien entendu que tous les poignets, et plus généralement toutes les interfaces décrits sont des exemples de réalisation non limitatifs et que tout poignet, et plus généralement toute interface réalisée 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 en mode robot ou assisté) 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) .As in the other cases, the wrist 1304 makes it possible to increase the movements in orientation around all the axes. These rotations can be shared between the tensioned rope structure and the wrist. Rotations can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform. It is understood that all the wrists, and more generally all the interfaces described are non-limiting examples of embodiments and that any wrist, and more generally any interface made by a combination of the means described do not come within the scope of the present invention. Note also that the motors can be used both to control the position of the handle (especially when the interface is used in robot or assisted mode) to control the forces applied to it, especially in response to the movements of the user (when the interface is used as a force feedback control device). The measurement of the position of the handle for capturing a movement made by the operator to transmit for example to a robot, is obtained, for example by the position sensors of the motors or by an additional sensor (for example of the Motion Capture type). .
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.The handle can also integrate ancillary functions such as buttons or a clamp closing control trigger or tactile actuators or a clamp.
La présente invention permet d' augmenter de manière importante l'espace de travail en orientation. Les rotations peuvent être partagées entre la structure à câbles tendus et le poignet série ou parallèle. Elles peuvent également être effectuées par le poignet seul, la structure à câbles servant alors seulement à maintenir fixe l'orientation de la plate-forme. The present invention makes it possible to significantly increase the working space in orientation. Rotations can be shared between the tensioned rope structure and the serial or parallel wrist. They can also be performed by the wrist alone, the cable structure then serving only to maintain fixed orientation of the platform.

Claims

REVENDICATIONS
1. Interface haptique comportant une structure à câbles tendus comprenant 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, interface haptique 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) par rapport à la plateforme étant distincts des enrouleurs/dérouleurs des câbles de suspension, 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.A haptic interface comprising a tensioned cable structure comprising a rigid armature (3, 203, 303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303), an element (2, 104, 204, 304, 404, 504, 604). , 704, 804, 904, 1104, 1204, 1304) adapted to interact with the external environment, said element comprising a platform (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) and a movable member (16 , 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) adapted to pivot about at least one axis of rotation (X) with respect to said platform (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320), said platform (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) being suspended within the frame (3, 203, 303 , 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303) by suspension cables connected to reels / unwinders (308.1 to 308.8, 408.1 to 408.8, 1108.1 to 1108.8, 1208.1 to 1208.8, 1308.1 to 1308.8) attached to said armature ( 3, 203, 303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303), said platform (20, 120, 2 20, 320, 420, 1120, 1220, 1320) being able to be moved by winding and unfolding said cables on said reels / unwinders, a haptic interface in which means for moving said movable member (16, 116, 216, 316, 416 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) relative to the platform (20, 120, 220, 320, 420, 1120, 1220, 1320) are provided, the member moving means mobile (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916, 1016, 1116, 1216, 1318) with respect to the platform being distinct from the reels / unwinders of the suspension cables, control means of the reels / unwinders and means for controlling the moving member of the moving member to generate a feedback at the mobile member.
2. Interface haptique selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de déplacement sont embarqués sur la plateforme.2. haptic interface according to claim 1, wherein said moving means are embedded on the platform.
3. Interface haptique selon la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens de déplacement embarqués comportent un moteur électrique rotatif et un capteur de rotation dudit moteur.3. haptic interface according to claim 2, wherein said on-board moving means comprise a rotary electric motor and a rotation sensor of said motor.
4. Interface haptique selon la revendication 3, dans laquelle l'entraînement en rotation du membre mobile par le moteur s'effectue par frottement, par engrenage, par câble (de type cabestan), par courroie.4. haptic interface according to claim 3, wherein the drive of rotation of the mobile member by the motor is by friction, by gear, cable (capstan type), belt.
5. Interface haptique selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de déplacement sont du 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) .A haptic interface according to claim 1, wherein said moving means are of the cable type fixed to the rigid armature (303, 403, 503, 603, 1103, 1203, 1303) and connected by cables to the movable member ( 316, 416, 516, 616, 1116, 1216, 1318).
6. Interface haptique selon la revendication 5, 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).The haptic interface of claim 5, wherein said cable type moving means comprises at least two rotation cables (344, 346) attached to the movable member (316) and a retractor / unwinder (340, 342) attached to the frame (303) for each of the cables (344, 346).
7. Interface haptique selon la revendication 6, dans laquelle l'enroulement/déroulement desdits câbles de rotation est coordonné.7. haptic interface according to claim 6, wherein the winding / unwinding of said rotation cables is coordinated.
8. Interface haptique 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 .8. haptic interface according to claim 6 or 7, wherein the reels / unwinders of said movable member moving means are juxtaposed to the reels / unwinders of the suspension cables to reduce the visual intrusion thereof and cables that they control.
9. Interface haptique 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.9. haptic interface according to one of claims 6 to 8, wherein the two cables (344, 346) of rotation through the platform (320) and are fixed on the periphery of the movable member (316) substantially in the same place, so as to be able to each exert a tangential force on the movable member (316) to move it in rotation in one direction and in an opposite direction depending on the winding / unwinding of each of the cables (344, 346) of rotation.
10. Interface haptique 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 .10. haptic interface according to one of claims 1 to 9 in combination with claims 2 and 5, wherein the movable member. is rotated about one or more axes by means of moving cables and around other axes by motorized means embedded on the platform.
11. Interface haptique 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.11. haptic interface according to claim 10, comprising a differential formed by two coaxial pulleys (642, 648) adapted to be driven separately in rotation by two pairs of cables (630, 632, 634, 636) connected to winders / unwinders mounted on the frame, planetary gears (652, 654) connected to the pulleys (642, 648), a planet carrier (656) and a satellite (658) supporting the movable member (616), said differential being able to drive in rotation the movable element (616) around two axes of rotation (H, I) as a function of the rotational directions of the pulleys (642, 648), the displacement around a third axis of rotation (X) being effected by the means embedded on the platform.
12. Interface haptique 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 mobileThe haptic interface of claim 10 including a wrist (1104, 1204) of the parallel type formed by two legs each having a pair of first and second segments (1121, 1122 and 1123, 1124; 1221, 1222 and 1223, 1224). the segments of each pair being rotatably attached to each other at one end, the first segment being connected to a sector (1129, 1130, 1229, 1230) adapted to be rotated by two motors (1125, 1127) or cables (1268, 1270, 1272, 1274) displaced by winders / unwinders mounted on the frame, the two branches joining at one end, and a movable member (1116, 1216) mounted at said end of the branches, said parallel-type wrist being rotatable the moving element
(1116, 1216) autour de deux axes de rotation (E, I) en fonction des sens de rotation des secteurs (1129,(1116, 1216) around two axes of rotation (E, I) according to the directions of rotation of the sectors (1129,
1130 ; 1229, 1230), le déplacement autour d'un troisième axe de rotation (X) s' effectuant par les moyens embarqués sur la plateforme.1130; 1229, 1230), the displacement around a third axis of rotation (X) being effected by the means on board the platform.
13. Interface haptique 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, 420,13. haptic interface according to one of claims 1 to 12, wherein the movable member (116, 216, 416, 516, 1116, 1216) is rotatably mounted on a second segment (122, 222, 422, 522, 1122, 1222), itself rotatably mounted on a first segment (121, 221, 421, 521, 1121, 1221), rotatably mounted on the platform (120, 220, 420,
1120, 1220), les axes de rotation du membre mobile et des premier et deuxième segments (121, 221, 421, 521,1120, 1220), the axes of rotation of the movable member and the first and second segments (121, 221, 421, 521,
1121, 1221, 122, 222, 422, 522, 1122, 1222) étant distincts .1121, 1221, 122, 222, 422, 522, 1122, 1222) being distinct.
14. Interface haptique 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.14. A haptic interface according to one of claims 5 to 9 in combination with claim 13, wherein the cables are guided by return pulleys along the first and second segments.
15. Interface haptique 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.The haptic interface of claim 13, wherein each of the first and second segment is rotated by a pair of cables, whose reels / unwinders are fixed on the frame.
16. Interface haptique 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.16. haptic interface according to one of claims 6 to 8, wherein the movable member (1318) is rotatably mounted about three axes relative to a platform (1308) by means of a ball joint, said mobile member being adapted to be moved relative to the platform by means of at least four cables (1368, 1370, 1372, 1374) fixed at their end to the periphery of an actuating part (1320) of the limb movable and traversing the platform, so as to exert forces on the movable member to move it in rotation in one direction and in an opposite direction around the three axes of rotation depending on the combination of windings / unwraps of the rotation cables.
17. Interface haptique 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.17. haptic interface according to the preceding claim, wherein the actuating part (1320) is cross-shaped, the four cables (1368, 1370, 1372, 1374) being each fixed at one end of the cross.
18. Interface haptique selon l'une des revendications 5 à 17, dans laquelle les câbles sont guidés par des œilletons ou des poulies de renvoi lorsque les câbles traversent la plateforme, pour réduire les frottements. 18. haptic interface according to one of claims 5 to 17, wherein the cables are guided by eyecups or return pulleys when the cables through the platform, to reduce friction.
19. Interface haptique selon l'une des revendications 1 à 18, dans laquelle le membre mobile est une poignée apte à être saisie par un opérateur.19. haptic interface according to one of claims 1 to 18, wherein the movable member is a handle adapted to be grasped by an operator.
20. Interface haptique selon la revendication 19, dans laquelle la poignée (716, 816, 916) comporte au moins un bouton de commande (718), au moins un actionneur tactile (918) et/ou au moins une gâchette de commande (818) .The haptic interface of claim 19, wherein the handle (716, 816, 916) comprises at least one control button (718), at least one touch actuator (918) and / or at least one control trigger (818). ).
21. Interface haptique selon l'une des revendications 1 à 18, dans laquelle le membre mobile est un mors (1016) d'un préhenseur, la plateforme comportant un mors fixe (1017) disposé de manière à permettre la commande de la préhension d'un objet virtuel ou distant par un robot. 21. haptic interface according to one of claims 1 to 18, wherein the movable member is a jaw (1016) of a gripper, the platform comprising a fixed jaw (1017) arranged to allow the control of the gripping of a virtual or remote object by a robot.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2251767A1 (en) 2009-05-11 2010-11-17 ETH Zurich Haptic interface for a virtual environment
DE102012025432B3 (en) * 2012-12-21 2014-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Robot arrangement i.e. parallel rope robot, has structure components spatially arranged along platform and counter bearings such that torque oriented around one of axes is produced or torque oriented around another axis is produced
WO2021005284A1 (en) * 2019-07-08 2021-01-14 Sorbonne Université Robotic traction module

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2580031B1 (en) 2010-06-08 2016-04-20 Beckhoff Automation GmbH Robot module
KR101794963B1 (en) * 2016-07-05 2017-11-07 전남대학교산학협력단 A cable robot capable of changing of workspace
KR102553533B1 (en) * 2017-12-22 2023-07-07 마르체시니 그룹 에스.피.에이. cable driven robot
WO2019241690A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Mcroberts Cameron Reed Apparatus and method for cable-driven robotics
JP7420543B2 (en) * 2019-12-13 2024-01-23 川崎重工業株式会社 remote control device
IT202000004765A1 (en) 2020-03-06 2021-09-06 Marchesini Group Spa CABLE OPERATED ROBOT
FR3112300B1 (en) * 2020-07-10 2022-06-10 Inst De Rech Tech Jules Verne Mobile platform carrying an on-board motor assembly and parallel robot with cables comprising such a mobile platform
IT202100002558A1 (en) 2021-02-05 2022-08-05 Marchesini Group Spa CABLE OPERATED ROBOT

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007122242A1 (en) * 2006-04-25 2007-11-01 Haption Control member using tensioned cables

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5585707A (en) * 1994-02-28 1996-12-17 Mcdonnell Douglas Corporation Tendon suspended platform robot
JPH1011143A (en) * 1996-06-19 1998-01-16 Nippon Flex Kogyo Kk Device for controlling movement of object by wire driving
DE10011512B4 (en) * 2000-03-09 2006-04-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Machine tool for high-precision spatial arrangement of a tool or workpiece

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007122242A1 (en) * 2006-04-25 2007-11-01 Haption Control member using tensioned cables

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ROBERT L. WILLIAMS II: "Cable-Suspended Haptic Interface", INTERNATIONAL JOURNAL OF VIRTUAL REALITY, vol. 3, no. 3, 1998, IPI PRESS USA, pages 13 - 21, XP002471521, ISSN: 1081-1451, Retrieved from the Internet <URL:http://www.ent.ohiou.edu/~bobw/PDF/CSHI.pdf> [retrieved on 20080304] *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2251767A1 (en) 2009-05-11 2010-11-17 ETH Zurich Haptic interface for a virtual environment
WO2010130346A1 (en) 2009-05-11 2010-11-18 Eth Zurich Haptic interface for a virtual environment
DE102012025432B3 (en) * 2012-12-21 2014-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Robot arrangement i.e. parallel rope robot, has structure components spatially arranged along platform and counter bearings such that torque oriented around one of axes is produced or torque oriented around another axis is produced
WO2021005284A1 (en) * 2019-07-08 2021-01-14 Sorbonne Université Robotic traction module
FR3098432A1 (en) * 2019-07-08 2021-01-15 Sorbonne Université ROBOTIC TRACTION MODULE

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