INTRODUCTION
Domaine de l'invention L'invention concerne un ressort à comportement contrôlé. Plus précisément, l'invention se rapporte à un ressort dont ie comportement est régi par un actionneur qui en contrôle soit (impédance, soit la force de contact.
Description de l'art antérieur L'impédance d'un ressort se définit généralement par le rapport entre le mouvement généré
et la force qui en est la cause. L'impédance d'un ressort contraint et immobile est sa rigidité.
Dans le domaine des systèmes mécaniques, les contrôleurs les plus répandus ont pour fonction le contrôle d'une grandeur physique tel que la position, la vitesse ou la force. Le contrôle de l'impédance est beaucoup plus rare et la théorie qui la sous tend est beaucoup plus récente.
Le mode impédance de l'invention repose sur une théorie de la commande dite par impédance initialement publiée en 1985 par Hogan [1]. Cette théorie établit que la dynamique même d'un système peut être contrôlée par opposition au simple contrôle de grandeurs physiques. Cette théorie fut par la suite adaptée afin d'en faciliter son application en 1999 par Blain [2].
A ce jour, aucun brevet n'aurait été accordé pour un ressort dont l'impédance ou la force de contact serait contrôlée selon le procédé décrit dans cette invention.
SOMMAIRE DE l'INVENTION
L'invention est un dispositif dont les principales composantes sont un ressort muni de capteurs, d'un actionneur et d'un contrôleur. Une extrémité du ressort est fixe et l'autre est mobile. Lorsqu'un objet entre en contact avec l'extrémité mobile, un capteur permet de mesurer la force de contact entre cet objet et l'extrémité mobile du ressort.
La réaction du ressort dépend de l'état dans lequel il se trouve, de la force de contact ainsi que du mode de fonctionnement selon lequel opère le contrôleur. Ledit état se définit généralement par la position et la vitesse de l'extrémité mobile du ressort. Ledit contrôleur offre deux modes de fonctionnement, le mode impédance et le mode force.
En mode impédance, le dispositif contrôle la réaction du ressort à une force de contact donnée pour un état initial donné. Ce contrôle s'exerce par l'application d'une force additionnelle appliquée par l'actionneur sur l'extrémité libre du ressort ce qui peut lui faire adopter une dynamique différente de celle qui lui est naturelle. Par exemple, un ressort très rigide naturellement pourra se comporter comme un ressort plus mou ou encore, comme un ressort muni d'un amortisseur.
Lorsqu'il est en mode force, le dispositif contrôle la force de contact exercée par l'extrémité
mobile sur un objet ou de façon plus générale sur son environnement. Comme en mode impédance, le contrôle s'effectue par l'application d'une force additionnelle à l'extrémité libre du ressort par l'actionneur.
Cette invention rend variable l'impédance d'un ressort qui autrement est généralement constante. Typiquement, un ressort est doté de propriétés invariables. Par exemple, un ressort a une rigidité déterminée, relativement constante pour une plage d'opération donnée.
Pour modifier ses propriétés on doit donc modifier ou remplacer le ressort, ce qui peut se faire en variant ses dimensions ou en le fabricant avec un autre matériau. Or, il peut ëtre très avantageux de ne pas avoir à modifier physiquement un ressort pour modifier la façon dont il interagit avec son environnement. De plus, le contrôle de son impédance permet de modifier sa dynamique même en cours de fonctionnement, ce qui ne peut évidemment pas se faire avec un ressort non contrôlé.
_2_ Plus précisément, l'invention concerne un dispositif comprenant un ressort dont une extrémité
repose sur une base fixe et l'autre extrémité est mobile. Le mouvement de l'extrémité mobile résulte de l'application de trois forces, soit la force générée par le ressort fui-même lorsqu'il est contraint, la force générée par le contact avec un objet et la force appliquée par l'actionneur. Ledit actionneur applique une force au moyen d'un élément de transmission reliant la base à l'extrémité mobile.
Selon une réalisation préférée, l'élément de transmission est un câble d'acier. D'autres réalisations possibles sont un câble fait d'un matériau flexible autre que de l'acier.
Selon une autre réalisation préférée, l'élément de transmission est apte à
appliquer une force bidirectionnelle, en traction et en compression au ressort. Cet élément de transmission peut être une crémaillère actionnée par un pignon ou une courroie actionnée par une poulie.
Selon une autre réalisation préférée, l'actionneur est un moteur électrique ou un piston hydraulique ou un piston pneumatique ou un piston électromécanique.
Selon une autre réalisation préférée, plusieurs actionneurs en parallèles appliquent une force axiale au ressort.
Selon une autre réalisation préférée, le ressort est droit, à spirales de courbures constantes et de pas réguliers. Une autre réalisation serait un ressort conique et/ou de courbures irrégulières et/ou de pas irréguliers.
Selon une autre réalisation préférée, le ressort est un organe élastique destiné à exercer une force en tendant à reprendre sa forme ïnitiale après avoir été comprimé ou étiré.
La force de contact avec un objet est décelée par un capteur de force axial fixé à ladite extrémité mobile. Un capteur d'accélération axiale, facultatif, est également fixé à l'extrémité
mobile. Un capteur de position permet de mesurer le déplacement axial de l'extrémité mobile par rapport à la base fixe. Par direction axiale, on entend l'axe formé par le déplacement rectiligne de l'extrémité mobile du ressort.
Les capteurs de force, de position et, s'il existe, d'accélération, génèrent chacun un signal transmis au contrôleur. Ces signaux sont échantillonnés à intervalle par le contrôleur et servent d'entrées au programme informatique qui calcule le signal de contrôle à envoyer à
l'actionneur. La transmission de chacun de ces signaux peut se faire par un 1:<I conducteur ou par onde électromagnétique.
Selon une autre réalisation préférée, ie capteur d'accélération est fixé à
l'élément de transmission ou à l' un des éléments mobiles de l'actionneur.
Selon une autre réalisation préférée, plusieurs capteurs peuvent être utilisés pour mesurer chacune des grandeurs de force, de position et d'accélération.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Dans les dessins qui illustrent l'invention, la FIGURE 1 est une vue en élévation d'un dispositif selon la présente invention, la FIGURE 2 est un diagramme du corps libre illustrant les forces en jeu, la FIGURE 3 illustre des alternatives d'élément de transmission, la FIGURE 4 décrit les séquences de fonctionnement.
DESCRIPTION DE RÉALISATIONS PREFERENTIELLES
En se référant à la figure 1, on verra que le dispositif est constitué
principalement d'un ressort droit 1, d'un élément de transmission 2, d'un actionneur 3 et d'un contrôleur 4 .
L'extrémité mobile 5 du ressort 1 est rattachée à un élément de transmission INTRODUCTION
Field of the invention The invention relates to a spring with controlled behavior. More precisely, the invention relates to a spring whose behavior is governed by an actuator which control either (impedance, the contact force.
Description of the prior art The impedance of a spring is usually defined by the ratio of the generated motion and the force that is the cause. The impedance of a constrained spring and motionless is its rigidity.
In the field of mechanical systems, the most widespread controllers have for function control of a physical quantity such as position, speed or strength. The impedance control is much rarer and the theory that underlies it is a lot more recent.
The impedance mode of the invention is based on a theory of the so-called control by impedance originally published in 1985 by Hogan [1]. This theory establishes that the same dynamics of a system can be controlled as opposed to the simple control of physical quantities. This theory was subsequently adapted in order to facilitate its application in 1999 by Blain [2].
To date, no patent has been granted for a spring whose impedance or the strength of contact would be controlled according to the method described in this invention.
SUMMARY OF THE INVENTION
The invention is a device whose main components are a spring provided with sensors, an actuator and a controller. One end of the spring is fixed and the other is mobile. When an object comes into contact with the moving end, a sensor allows measure the contact force between this object and the moving end of the spring.
The reaction of spring depends on the state in which it is located, the contact force as well as the mode of operation by which the controller operates. Said state is defined generally by the position and speed of the moving end of the spring. Said controller offers two modes of operation, impedance mode and force mode.
In impedance mode, the device controls the spring response to a force of contact given for a given initial state. This control is exercised by the application of a force additional pressure applied by the actuator on the free end of the spring who can do it to adopt a dynamic different from that which is natural to it. For example, a very spring rigid naturally can behave like a softer spring or again, like a spring provided with a shock absorber.
When in force mode, the device controls the contact force exercised by the end mobile on an object or more generally on its environment. As in fashion impedance, the control is effected by the application of an additional force at the free end of the spring by the actuator.
This invention makes the impedance of a spring that otherwise is variable usually constant. Typically, a spring has invariable properties. By example, a spring has a fixed stiffness, relatively constant for a beach given operation.
To modify its properties one must therefore modify or replace the spring, this who can do it by varying its dimensions or by manufacturing it with another material. Gold, he can be very advantage of not having to physically modify a spring to change the way he interacts with his environment. In addition, the control of its impedance allows to modify its dynamics even during operation, which obviously can not be make with an uncontrolled spring.
_2_ More specifically, the invention relates to a device comprising a spring one end rests on a fixed base and the other end is mobile. The movement of the moving end results from the application of three forces, the force generated by the spring himself is constrained, the force generated by the contact with an object and the force applied by the actuator. Said actuator applies a force by means of an element of transmission connecting the base to the moving end.
According to a preferred embodiment, the transmission element is a cable steel. other Possible embodiments are a cable made of a flexible material other than steel.
According to another preferred embodiment, the transmission element is suitable for apply force bidirectional, in tension and in spring compression. This element of transmission can be a rack actuated by a pinion or belt actuated by a pulley.
According to another preferred embodiment, the actuator is an electric motor or A piston hydraulic or pneumatic piston or electromechanical piston.
According to another preferred embodiment, several actuators in parallel apply force axial to the spring.
According to another preferred embodiment, the spring is straight, with spirals of constant curvatures and regular steps. Another achievement would be a conical spring and / or curvatures irregular and / or irregular steps.
According to another preferred embodiment, the spring is an elastic member intended to exercise force to return to its original form after being compressed or stretched.
The force of contact with an object is detected by an axial force sensor attached to said moving end. An optional axial acceleration sensor is also attached to the end mobile. A position sensor is used to measure the axial displacement of the moving end relative to the fixed base. By axial direction, we mean the axis formed by the displacement rectilinear of the movable end of the spring.
Force, position and, if it exists, acceleration sensors, generate each a signal transmitted to the controller. These signals are sampled at intervals by the controller and serve as inputs to the computer program that calculates the control signal to send to the actuator. The transmission of each of these signals can be done by a 1: <I driver or by electromagnetic wave.
According to another preferred embodiment, the acceleration sensor is fixed at the element of transmission or to one of the moving parts of the actuator.
According to another preferred embodiment, several sensors can be used to measure each of the magnitudes of force, position and acceleration.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
In the drawings that illustrate the invention, FIGURE 1 is an elevational view of a device according to the present invention, FIGURE 2 is a free body diagram illustrating the forces involved, FIGURE 3 illustrates transmission element alternatives, FIGURE 4 describes the operating sequences.
DESCRIPTION OF PREFERENTIAL ACHIEVEMENTS
Referring to Figure 1, it will be seen that the device is constituted mainly from a spring 1, a transmission element 2, an actuator 3 and a controller 4.
The movable end 5 of the spring 1 is attached to a transmission element
2. L'autre extrémité 6 du ressort 1 est fixée à une base 7. L'élément de transmission 2 est généralement un câble s'enroulant sur une poulie 8 montée sur un l'arbre 9 d'un actionneur 3.
L'actionneur 3 est généralement un moteur électrique ou hydraulique ou pneumatique. Ledit actionneur est activé par un signal de puissance généré par un amplificateur 10, lequel signal lui est généralement transmis par un conducteur 11. Ledit amplificateur 10 reçoit un signal de contrôle émis par le contrôleur 4 et généralement transmis par un conducteur 12. Ledit amplificateur 10 possède généralement une boucle de contrôle de l'actionneur dont la consigne est le signal de contrôle émis par le contrôleur 4.
L'actionneur 3 est doté d'un capteur de position 13, généralement angulaire.
Ledit capteur de position 13 transmet un signal de position au contrôleur4 généralement par un conducteur 14.
Un capteur de force 15 est fixé à un élément de support 16 installé sur l'extrémité mobile 5.
Ledit capteur de force 15 émet un signal en fonction de la force axiale qui lui est appliquée, lequel signal varie lorsqu'un objet 17 entre en contact avec le dispositif, et transmet ce signal au contrôleur généralement par un conducteur 18. Ledit objet 17 ne fait pas partie de l'invention.
Un capteur d'accélération 19 est fixé préférablement à l'élément de support 16. Ledit capteur d'accélération 19 émet un signal en fonction de l'accélération axiale de l'extrémité mobile 5 et transmet ce signal au contrôleur généralement par un conducteur 20.
La figure 3 présente deux alternatives de réalisation préférée de l'élément de transmission.
En se référant à la figure 3a, on verra que l'élément de transmission est constitué
principalement d'une crémaillère 21 actionnée par un pignon 22, ladite crémaillère 21 étant rattachée à l'élément de support 16 et ledit pignon 22 étant entraîné par l'actionneur 3. En se référant à la figure 3b, on verra que l'élément de transmission est constitué
principalement de deux poulies actionnant une courroie 25 rattachée à l'extrémité mobile 16 du ressort 1. Une des deux poulies 23 ou 24 est entraînée par l'actionneur 3.
Bien qu'en perpétuele évolution, l'industrie du cirque est demeurée très conservatrice en matière d'engins acrobatiques. Les moyens de propulsion et de réception des acrobates sont presque exclusivement des appareils dont le principe de fonctionnement est simple et non motorisé, tel que la planche coréenne, la balançoire russe ou le trampoline.
Dans certains numéros un acrobate dit cc homme canon » est projeté par un ressort préalablement comprimé et relâché au moment opportun.
L'invention permet la création d'un nouvel engin acrobatique où l'interaction avec l'acrobate est contrôlable, variable et plus sécuritaire. Elle permet par exemple de simuler le comportement d'un engin acrobatique traditionnel, tel un trampoline, tout en limitant la force en deçà d'une limite acceptable pour l'acrobate. La dynamique du dispositif s'ajuste aux besoins d'un numéro ou des caractéristiques propres à un acrobate.
L'une des réalisations préférées où le ressort est conique et l'élément de transmission est un câble s'enroulant sur une poulie, offre un grand avantage par son peu d'encombrement.
Lorsque compressé au ma~mum, un ressort conique s'emboîte sur lui-même ce qui, combiné
à une transmission par câble, encombre très peu la surface d'un plancher de scène.
L'invention offre d'autres avantages importants : (apport d'énergie nécessaire à la propulsion provient de l'actionneur plutôt que de l'acrobate lui-même, plusieurs dispositifs peuvent cohabiter simultanément sur une même scène, les dispositifs peuvent être synchronisés les uns par rapport aux autres.
Par mesure de sécurité, il est fortement recommandé d'ajouter un frein mécanique à
l'actionneur, surtout pour des applications où le dispositif interagit directement avec des êtres vivants.
Les séquences illustrées à la figure 4 montrent une réalisation préférée de fonctionnement du contrôleur. La première opération du contrôleur est d'initialiser S 1 l'ensemble des variables.
Aprés quoi une boucle de contrôle S2 est lancée et exécutée à intervalle, généralement constant et de l'ordre de la milliseconde.
Ä l'entrée de la boucle S2, le contrôleur vérifie s'il doit arrêter S3 le dispositif, s'il dort le faire, il exécute une procédure d'arrët, sinon il vérifie si les paramètres du procédé sont à modifier S4. S'il doit modifier les paramètres, il exécute une procédure de modification des paramètres S5, sinon il procède à la lecture des entrées S6, au calcul de la commande S7 et à l'actualisation de la sortie S8, après quoï il recommence au début de la boucle en vérifiant à
nouveau s'il doit arrêter S3 le dispositif.
La procédure de modification des paramètres S5 établit le mode de fonctionnement (impédance ou force), actualise les paramètres régissant la dynamique de fonctionnement ainsi que les divers autres paramètres de fonctionnement, tel que la force maximale permise.
La procédure de lecture des entrées S6 lit généralement la position, la force de contact et si disponible, l'accélération.
La procédure de calcul de la commande S7 calcule le signal de commande, généralement une force, à envoyer à l'amplificateur 10.
La procédure d'arrêt S9 immobilise le dispositif dans un état sécuritaire.
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont comme il suit:
Dispositif muni d'un moyen élastique dont le comportement est régi par un actionneur en réaction à l'application de force de contact, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une extrémité du moyen élastique est fixée à une base et l'autre extrémité est mobile, cette dernière extrémité mobile étant entraînée par un moyen de transmission la reliant audit actionneur, ledit actionneur agit par un signal émis par un contrôleur, lequel signal est calculé
à partir d'autres signaux émis par des capteurs en fonction du mode d'opération, de paramètres et de l'état du dispositif.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen élastique est constitué de un ou de plusieurs éléments élastiques assemblés de façon concentrique et/ou en parallèle.
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce qu'un élément élastique est un ressort en spirale, droit ou conique et dont les spires ont un pas régulier ou irrégulier.
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce qu'un élément élastique est plein, évidé
en son centre, fabriqué avec un matériau de type caoutchouc ou polymère.
Disposïtif selon la revendication 0, caractérisé en ce que le ressort en spirale est fabriqué à
partir d'un prisme cylindrique tel une broche à ressort conventionnelle ou d'un prisme de section quelconque, y compris mais de façon non exclusive de section rectangulaire.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ie comportement induit par l'actionneur produise une impédance donnée, ce qui particularise ledit mode de fonctionnement à celui dït mode impédance, laquelle impédance se définit comme étant le rapport entre le mouvement généré et la force q ui est la cause de ce mouvement; en terme mathématique l'impédance se définit par le quotient de deux équations différentielles, le numérateur étant un polynôme constitué â un facteur près de la position et de ses dérivées, le dénominateur étant un polynôme constitué à un facteur près de la force et de ses dérivées.
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce que ladite force est la force appliquée par l'environnement sur l'extrémité mobile du moyen élastique.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comportement induit par l'actionneur vise le contrôle de la force appliquée par l'environnement sur l'extrémité mobile du moyen élastique, ce qui particularise ledit mode de fonctionnement à celui dit mode force.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur est un moteur électrique ou un piston hydraulique ou un piston pneumatique ou un piston électromécanique.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transmission se réalise par une transmission unidirectionnelle ou par une transmission bidirectionnelle .
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce que la transmission unidirectionnelle se réalise par un câble 2 ou une courroie s'enroulant sur une poulie 8.
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce que la transmission bidirectionnelle se réalise par une crémaillère 21 actionnée par un pignon 22 ou une courroie entraînée 25 par une paire de poulies 23, 24.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de contrôle est constitué
d'un contrôleur et d'une unité d'amplification, ledit contrôleur a comme fonction principale le calcul de la consigne, laquelle est un signal de basse puissance envoyé à
ladite unité
d'amplification, qui génère un signal amplifié agissant sur l'actionneur.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs sont des capteurs de force, de position et facultativement d'accélération, ledit capteur de force est disposé sur l'extrémité mobile du dispositif de façon à émettre un signal au contact de l'environnement, ledit capteur de position mesure le déplacement entre la partie fixe et la partie mobile de l'actionneur, le capteur d'accélération est disposé sur l'extrémité mobile du dispositif.
Dispositif selon la revendication 0, caractérisé en ce que le capteur d'accélération est remplacé par le calcul de la seconde dérivée de la position par rapport au temps par le contrôleur.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mode d'opération est un mode impédance tel que décrit à la revendication 0 ou un mode force tel que décrit à la revendication 0.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'état du dispositif se définit généralement par la position et la vitesse de son extrémité mobile.
_8_ RÉFÉRENCES
[1] Hogan, N., 1985, "Impedance control: An approach to manipulation: Part I-Theory", Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 107, pp. 1-7.
[2] Blain, M., Loi de contrôle hybride force-impédance pour robots redondants en interaction avec un environnement ïncertain, Thése de maïtrise, École Polytechnique de Montréal, Déc. 1999.
_g_ 2. The other end 6 of the spring 1 is attached to a base 7. The transmission element 2 is generally a cable winding on a pulley 8 mounted on a shaft 9 an actuator 3.
Actuator 3 is generally an electric or hydraulic motor or pneumatic. said actuator is activated by a power signal generated by an amplifier 10, which signal it is generally transmitted by a driver 11. Said amplifier 10 receives a signal from control issued by the controller 4 and generally transmitted by a driver 12. Said amplifier 10 usually has a control loop of the actuator whose setpoint is the control signal sent by the controller 4.
The actuator 3 is provided with a position sensor 13, generally angular.
Said sensor position 13 transmits a position signal to the controller4 generally by a driver 14.
A force sensor 15 is attached to a support member 16 installed on the moving end 5.
Said force sensor 15 emits a signal as a function of the axial force which it is applied to him, which signal varies when an object 17 comes into contact with the device, and transmits this signal to the controller generally by a driver 18. Said object 17 does not part of the invention.
An acceleration sensor 19 is preferably attached to the support member 16. Said sensor of acceleration 19 emits a signal according to the axial acceleration of the moving end 5 and transmits this signal to the controller generally by a driver 20.
Figure 3 shows two alternative embodiments of the element of transmission.
Referring to FIG. 3a, it will be seen that the transmission element is consisting mainly of a rack 21 actuated by a pinion 22, said rack 21 being attached to the support member 16 and said pinion 22 being driven by the actuator 3. In Referring to Figure 3b, it will be seen that the transmission element is constituted mainly from two pulleys operating a belt 25 attached to the movable end 16 of the spring 1. A
two pulleys 23 or 24 is driven by the actuator 3.
Although in perpetual evolution, the circus industry has remained very conservative acrobatic gear. The means of propulsion and reception of acrobats are almost exclusively devices whose operating principle is simple and not motorized, such as the Korean board, the Russian swing or the trampoline.
In some numbers an acrobat said cc man gun 'is projected by a spring beforehand compressed and released at the appropriate time.
The invention allows the creation of a new acrobatic craft where the interaction with the acrobat is controllable, variable and more secure. It allows for example to simulate the the behavior of a traditional acrobatic craft, such as a trampoline, while limiting the force below an acceptable limit for the acrobat. The dynamics of the device adjusts to needs of a number or the characteristics of an acrobat.
One of the favorite embodiments where the spring is tapered and the element of transmission is a cable wrapping on a pulley, offers a great advantage by its little congestion.
When compressed at the same time, a conical spring fits on itself, which combined a cable transmission, very little clutter the surface of a floor of scene.
The invention offers other important advantages: (necessary energy supply to propulsion comes from the actuator rather than the acrobat himself, several devices can coexist simultaneously on the same stage, the devices can be synchronized one against another.
As a safety measure, it is strongly recommended to add a brake mechanical to the actuator, especially for applications where the device interacts directly with beings living.
The sequences illustrated in FIG. 4 show a preferred embodiment of functioning of controller. The first operation of the controller is to initialize S 1 the set of variables.
After which a control loop S2 is started and executed at intervals, usually constant and of the order of the millisecond.
At the input of loop S2, the controller checks whether to stop S3 on device, if he sleeps doing it, it performs a shutdown procedure, otherwise it checks whether the parameters of the process are to be modified S4. If he has to modify the parameters, he executes a procedure of modification of S5 parameters, otherwise it proceeds to the reading of the inputs S6, to the calculation of the S7 command and updating the S8 output, after which it starts again at the beginning of the loop by checking to again if it has to stop S3 the device.
The procedure for modifying the S5 parameters establishes the mode of operation (impedance or force), update the parameters governing the dynamics of operation as well as various other operating parameters, such as force maximum permitted.
The procedure for reading S6 inputs usually reads the position, the force contact and if available, acceleration.
The procedure for calculating the command S7 calculates the control signal, usually a force, to send to the amplifier 10.
The S9 shutdown procedure immobilizes the device in a safe state.
The embodiments of the invention, concerning which an exclusive right of property or privilege is claimed, are as follows:
Device provided with an elastic means whose behavior is governed by a Actuator reaction to the application of contact force, said device being characterized in that end of the elastic means is attached to one base and the other end is mobile, this last mobile end being driven by a transmission means connecting audit actuator, said actuator acts by a signal emitted by a controller, which signal is calculated from other signals emitted by sensors depending on the mode operation, settings and device status.
Device according to claim 1, characterized in that the elastic means is made of one or more elastic elements assembled concentrically and / or in parallel.
Device according to claim 0, characterized in that an elastic element is a spring spiral, straight or conical and whose turns have a regular pitch or irregular.
Device according to claim 0, characterized in that an elastic element is full, hollow in the center, made of rubber or polymer material.
Arrangement according to claim 0, characterized in that the spring spiral is made to from a cylindrical prism such as a conventional spring pin or a prism of any section, including but not limited to section rectangular.
Device according to claim 1, characterized in that the behavior induced by the actuator produces a given impedance, which particularizes said mode of operation to that of impedance mode, which impedance is defined as being the relationship between the generated motion and the force that is the cause of this movement; in terms mathematical impedance is defined by the quotient of two equations differential, the numerator being a polynomial consisting of a factor near the position and of its derivatives, the denominator being a polynomial consisting of a factor close to the force and of its derivatives.
Device according to claim 0, characterized in that said force is the applied force by the environment on the movable end of the elastic means.
Device according to claim 1, characterized in that the behavior induced by the actuator aims at controlling the force applied by the environment on the moving end elastic means, which particularizes said operating mode to that says mode force.
Device according to claim 1, characterized in that the actuator is a electric motor or a hydraulic piston or a pneumatic piston or a piston electromechanical.
Device according to claim 1, characterized in that the means of transmission is realized by a unidirectional transmission or by a transmission bidirectional.
Device according to claim 0, characterized in that the transmission unidirectional made by a cable 2 or a belt winding on a pulley 8.
Device according to claim 0, characterized in that the transmission bidirectional realized by a rack 21 actuated by a pinion 22 or a belt driven by a pair of pulleys 23, 24.
Device according to claim 1, characterized in that the system of control is constituted a controller and an amplification unit, said controller has as main function the calculation of the setpoint, which is a low power signal sent to said unit amplifier, which generates an amplified signal acting on the actuator.
Device according to claim 1, characterized in that the sensors are sensors from force, position and optionally acceleration, said force sensor is arranged on the mobile end of the device so as to emit a signal in contact with the environment, said position sensor measures the displacement between the fixed part and the moving part of the actuator, the acceleration sensor is disposed on the movable end of the device.
Device according to claim 0, characterized in that the sensor acceleration is replaced by the calculation of the second derivative of the position with respect to time by the controller.
Device according to claim 1, characterized in that said mode of operation is a mode impedance as described in claim 0 or a force mode as described to the claim 0.
Device according to claim 1, characterized in that the state of the device is defined usually by the position and speed of its moving end.
_8_ REFERENCES
[1] Hogan, N., 1985, "Impedance control: An approach to manipulation: Part I-Theory "
Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 107, pp. 1-7.
[2] Blain, M., Hybrid force-impedance control law for redundant robots in interaction with a certain environment, Mastery Thesis, École Polytechnique de Montréal, Dec. 1999.
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