EP2794198A1 - Membre articulé pour robot ou interface haptique et robot et interface haptique comportant au moins un tel membre articulé - Google Patents

Membre articulé pour robot ou interface haptique et robot et interface haptique comportant au moins un tel membre articulé

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Publication number
EP2794198A1
EP2794198A1 EP12806456.5A EP12806456A EP2794198A1 EP 2794198 A1 EP2794198 A1 EP 2794198A1 EP 12806456 A EP12806456 A EP 12806456A EP 2794198 A1 EP2794198 A1 EP 2794198A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
articulated
axis
members
segment
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12806456.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florian Gosselin
Javier Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2794198A1 publication Critical patent/EP2794198A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05D—HINGES OR SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS
    • E05D1/00—Pinless hinges; Substitutes for hinges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/27—Arm part
    • Y10S901/28—Joint
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20329—Joint between elements

Definitions

  • the present invention relates to an articulated member for robot or haptic interface and to robots and haptic interfaces implementing at least one such articulated member.
  • joints in which two segments come, such as the bones of the human body, roll and / or slide on one another in housing machined for this purpose.
  • One example is the articulation proposed in Article X. Zhe, E. Todorov, B. Dellon, Y. Matsuoka, 'Design and Analysis of an Artificial Finger Joint for Anthropomorphic Robotic Hands', Submitted to IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2011, May 9-13, 2011, Shanghai, China. It is proposed in this document to recreate an articulation having a behavior close to that of the human metacarpophalangeal joint. It includes a patella and elements simulating the ligaments.
  • hinges fabric to connect two rigid elements such as those described in document FR 2 775 927 and used in furniture.
  • these hinges have a local fragility that is incompatible with use in a robot.
  • WO 2008/015178 discloses an articulated member having two rigid segments and a hinge, the hinge is a fibrous material fixed in each of the rigid segments. Such articulation has almost no resistance. Moreover if the segments are beveled they can be placed very close to each other. In these conditions the free length of the fibrous material is very short. The fibrous material is also very resistant to elongation, the parasitic movements are very limited and the movement is of high quality. Fibers assembled for example in the form of cables or fabrics are pinched or molded into the segments.
  • an articulated member provided with a hinge allowing a large deflection while offering great strength, and opposing only a low resistance force when the movement of the joint, and whose design allows a high accuracy of realization while having a reduced cost of implementation.
  • the previously stated purpose is achieved by an articulated limb having two rigid members and a hinge formed of a fibrous material connecting ends of the rigid members and of which the free length between these elements is small, each rigid member having at least two parts, a first part or insert forming the end connected to the other rigid element by the hinge and a second part forming the body of the rigid element.
  • the first part requiring a high degree of accuracy can be achieved initially, which is then secured to the body of the rigid element which, in general, requires less precision.
  • the first parts of all the rigid elements can be made in large series and be mounted on bodies adapted to the application but whose realization is less expensive.
  • the fibrous material offers only a very low resistance to movement, a high strength, especially in the direction of the fibers. Moreover, it is easy to manufacture and easy to assemble with the segments of the member to achieve.
  • the member comprises three sets: a fibrous material of which a very small length is left free so as to achieve a very precise and very transparent pivot connection, two rigid elements that are to be made mobile in rotation; one relative to the other and two inserts arranged at the end of the rigid elements and advantageously coming into contact during assembly.
  • the inserts serve to guide the fibrous material of the joint and ensure contact between the segments.
  • the bodies of the rigid elements place the inserts in the space and require only a few precise dimensions, mainly the spacing between the planes coming to receive the rear part of the inserts. Their other dimensions do not need precise tolerances and these parts can be made cheaply, even if they are all different.
  • the inserts are made of hard material, which makes it possible to reduce frictional wear between the first two parts and to obtain good mechanical strength.
  • the inserts can be made of steel while the bodies can be made by molding in light material as a plastic material or aluminum, which ultimately allows to maintain a relatively light structure.
  • the inserts comprise transverse guide means of the fibrous portion, for example formed by grooves in the case of cables, which avoids any movement along the axis of rotation of the joint.
  • the realization of such grooves requires great precision.
  • they are formed in the inserts which are already made with great precision.
  • the present invention is therefore particularly adapted to the implementation of such guide means.
  • the subject of the present invention is then an articulated member comprising at least first and second rigid segments and an articulation ensuring pivoting of the first and second segments relative to one another about an axis of rotation, said articulation comprising fibers, wherein each of the segments has a body and an element disposed at one end of said body, referred to as an "end member", the two end members being held facing each other by said hinge said end members having tapered profiles having vertices disposed facing each of said end members being made prior to being secured to the corresponding body.
  • the vertices have a rounded profile.
  • the articulation is advantageously formed of at least two elongated elements extending, in a reference configuration, in a direction perpendicular to the axis of articulation between the first and the second segment.
  • the elongate members may be formed by cables and / or woven or non-woven fiber webs.
  • the hinge is formed of a woven or non-woven fiber web whose average plane passes by or near the pivot axis and extends, in a reference configuration, in a direction perpendicular to the axis of articulation between the first and the second segment, said band comprise edges separated by a distance in the direction of the axis of the articulation close to the dimensions of the end elements in this direction.
  • the joint is formed of several woven or non-woven fiber webs whose average plane passes through or near the pivot axis and extends, in a reference configuration, in a direction perpendicular to the axis of articulation between the first and second segments, said strips comprising at least first and second strips, said first and second strips being disposed at the outer ends of the hinge in the direction of the axis of the joint, the outer edges of said first and second outer bands being separated by a distance in the direction of the axis of the joint close to the dimensions of the end members in this direction.
  • the one or more strips or elongated elements pass through each end element at a plane of each of said end elements passing through their apex, said plane comprising, in a reference configuration, the axis of rotation.
  • At least one of the end members is split into two portions, wherein the one or more strips or elongate members are received between the two portions.
  • the end elements separated into two parts may then comprise means for securing the two parts against each other.
  • each end member is formed in a pierced portion for passing the band (s) or elongated elements, the hole having a shape adapted to the band (s) or elongated elements.
  • the rounded profile of the apex of each end element may be symmetrical, in a reference configuration, with respect to the plane containing the strip or elongated elements and passing through said end element.
  • the rounded profile of the top of each end element can be distributed between the two parts of each of the end elements, the profile of each of the end elements obtained after placement of said two parts being continuous.
  • the profile of the rounded tip of each end element can be carried by only one of the two parts of each of the end elements, the profile of each of the end elements obtained after placement of said two parts being continued.
  • the elongated elements run on outer faces of the end elements, said faces defining the tapered profile and joining at the top, said elongated elements intersecting at the axis of rotation.
  • first elongate elements run on outer faces of the end elements, said faces defining the tapered profile and joining at the top, said first elongate elements intersecting at the axis of rotation, and wherein elongated second members pass through the end members at a plane of said end members passing through their apex, said cutting plane, in a reference pattern, the axis of rotation.
  • the elongate members may be woven and nonwoven cables and / or fiber webs.
  • the bodies may have two parts between which the end members are held.
  • the bodies may be molded on the end members.
  • the articulated member comprises means preventing displacement of the band (s) or elongated elements along the axis of rotation.
  • the means preventing displacement of the band (s) or elongated elements along the axis of rotation comprise grooves extending perpendicularly to the axis of rotation, formed on at least one of the faces. view of the parts forming each end element.
  • the grooves may be formed in the two faces of facing portions and vis-à-vis so as to form channels for the strip (s) or the elongated elements.
  • the grooves may be formed on the face of only one of the parts of each end element so as to form channels for the band (s) or elongated elements, the other part facing each element end being smooth.
  • the depth of the channels is advantageously less than the thickness of the band (s) or elongated elements so as to crush them slightly.
  • the means preventing displacement of the band (s) or elongated elements along the axis of rotation may comprise grooves formed on at least one of the outer faces of the end members, said grooves extending perpendicularly to the axis of rotation.
  • the means preventing displacement of the band (s) or elongated elements along the axis of rotation comprise grooves formed in the apex of at least one end element.
  • the means preventing displacement of the band (s) or elongated elements along the axis of rotation comprise grooves extending perpendicularly to the axis of rotation formed on at least one faces facing the portions forming each end member and / or grooves formed on at least one of the outer faces of the end members, said grooves extending perpendicularly to the axis of rotation and / or grooves formed in the top of at least one end element.
  • the means preventing displacement of the band (s) or elongate elements along the axis of rotation comprise a pair of flanges carried by one of the segments and providing a space whose transverse dimension is adapted to receive the proximal portion of the other segment and to prevent its displacement along the axis of rotation.
  • the length of the strip (es) or elongated elements may be chosen such that their ends project perpendicularly to the axis of rotation of the ends of the bodies situated opposite the end elements, making it possible to exert an tensile force on these.
  • the hinged member may advantageously comprise means for exerting a tension force on the strip (s) or the elongated elements.
  • the subject of the present invention is also an articulated limb according to the present invention comprising at least a first and a second elongate element, the first elongated element being situated near first lateral edges of the end members and the second elongated member being located near the opposite second side edges.
  • the joint may comprise two pairs of two cables, each pair being located near the side edges of the end members.
  • the end members are made of hard material such as steel.
  • the bodies are of light material, such as aluminum or a plastic material.
  • the main elongation direction of the first segment forms, in a reference configuration, an angle with the main elongation direction of the second segment.
  • the articulated limb may comprise at least one measuring element, a part of which is fixed on the first rigid segment and a part is fixed on the second rigid segment.
  • the measuring element comprises a first part on the first segment and a second part on the second segment, the first and second parts not being mechanically connected to each other.
  • the present invention also relates to an articulated mechanism having n articulated members according to the invention, n being a positive integer greater than or equal to 2.
  • n-1 segments of the mechanism are common to at least two articulated members .
  • all the segments being common to at least two articulated members.
  • the mechanism may include an actuator for moving one segment relative to the other.
  • the actuating device comprises a rotary or linear actuator provided with measuring means such as an angular or linear position sensor.
  • the actuating device may comprise at least one electric motor and a gearbox or is a hydraulic or pneumatic actuator.
  • the present invention also relates to a haptic interface comprising at least one articulated member according to the present invention.
  • the present invention also relates to a robot comprising at least one articulated member according to the present invention.
  • the present invention also relates to a force feedback glove comprising at least one robot according to the present invention for interacting with a finger.
  • the present invention also relates to a method for producing an articulated limb according to the present invention, comprising the following steps:
  • step e) takes place between step b) and step c).
  • step e) takes place after step d) and step e) is a step of molding the bodies on the end elements and on the elongated elements.
  • the end elements are made by machining.
  • FIG. 1A is a perspective view of a first example of a first embodiment of an articulated limb according to the present invention, in which the articulation is made by means of cables,
  • FIG. 1B is a variant of the member of FIG. 1A,
  • FIGS. 2A and 2B are perspective views of alternative embodiments of inserts suitable for producing articulated limbs according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view of another variant of an insert suitable for producing an articulated limb according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view of an example of an insert adapted to producing an articulated member according to another example of the first embodiment
  • FIG. 5 is a perspective view of another example of an articulated limb according to the first embodiment, in which the joint is produced by means of strips of woven or non-woven fibrous material,
  • FIGS. 6A and 6B are perspective overall and detail views respectively of an example of a member according to a second embodiment, in which articulation is carried out by means of cables,
  • FIG. 7 is a perspective view of a variant of the articulated member of FIGS. 6A and 6B,
  • FIGS. 8A and 8B are top and bottom perspective views of another alternative embodiment of the articulated member of FIGS. 6A and 6B,
  • FIG. 9A is a perspective view of another exemplary embodiment of an articulated member according to the second embodiment.
  • FIG. 9B is a perspective view of the insert of the example of FIG. 9A shown alone,
  • FIG. 10 is a perspective view of another embodiment of an articulated member according to the second embodiment, in which the articulation is made by means of strips of woven or non-woven fibrous material,
  • FIGS. 11A and 11B are perspective views of an example of an articulated member and the insert according to a third embodiment
  • FIG. 12 is a perspective view of another example of an articulated member according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view of an exemplary embodiment of a poly-articulated mechanism comprising articulated members according to the invention
  • FIGS. 14A and 14B are perspective views of another exemplary embodiment of a poly-articulated mechanism comprising articulated members according to the invention, having a closed-loop configuration
  • FIGS. 15, 16 and 17 are perspective views of examples of actuated structures incorporating at least one articulated member according to the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view of an exemplary embodiment of a robot using articulated members according to the invention.
  • FIG. 19 is a perspective view of an exemplary embodiment of a haptic interface using articulated members according to the invention.
  • FIG. 20 is a perspective view of an example of a force-return glove implementing articulated members according to the present invention.
  • proximal ends The longitudinal ends of the segments and facing inserts will be referred to as “proximal ends” and the opposite longitudinal ends of the segments and inserts will be referred to as “distal ends”.
  • FIG. 1A shows a first embodiment of an articulated limb, comprising a first segment 2 and a second rigid segment 4, respectively extending mainly along the axes X 2 and X 4 and an articulation 6 connecting the two segments. 2, 4.
  • the two segments are then articulated relative to each other by a pivot connection or can be likened to a pivot link Y axis perpendicular to the axes X2 and X4.
  • the Y axis is fixed or almost fixed with respect to the segments 2 and 4 even if the position of this axis with respect to these segments may vary slightly during the movement in some cases and according to the geometry of the proximal ends of the segments and inserts and / or due to slight parasitic movements of the joint.
  • the Y axis extends in a transverse direction and the X2 and X4 axes extend in a longitudinal direction.
  • Figure 1A the device is shown in a reference configuration in which the X2 and X4 axes are aligned. It is understood that when the joint is moved around the Y axis the X2 and X4 axes do not remain parallel.
  • the hinge 6 is formed, in the example shown, by four strands of cables arranged in pairs on either side of the X2 and X4 axes.
  • the strands extend advantageously parallel to the axis X2 in the segment 2 and parallel to the axis X4 in the segment 4. They can be held for example by pinching as illustrated in FIG. 1A, ie at the level of their ends in the rigid segments 2, 4 are inside these segments, so that their free length between these segments remains low and varies little during the movements around the axis Y.
  • a cable is formed of a set of wires or compounds of natural or synthetic woven or non-woven fibers having a main elongation direction much greater than its transverse dimensions.
  • a cable may be formed by an assembly of strands, the strands may themselves be wrapped around a core. Its section may be for example and not limited to round or elliptical.
  • the cables may be made of steel, aramid, Kevlar®, Dyneema® or Micro Dyneema®, polypropylene or any other material capable of offering the desired mechanical properties for such a joint, that is to say a very low flexural strength and high tensile strength, and high resistance to fatigue.
  • the fibers can be braided and not formed from strands or they can be formed from strands.
  • the cables can be treated in depth or coated to promote their resistance to eg wear, moisture or ultraviolet radiation. purples. This treatment can be provided to each fiber individually and / or to the entire cable.
  • the two rigid segments 2, 4 are of similar structures.
  • the first segment 2 comprises a first part 8.1 forming the body of the segment and a second part 10.1 located at a proximal end of the first segment and intended to come in proximity and advantageously in contact with the second rigid segment 4.
  • the second part 10.1 is formed by an insert attached to the body 8.1.
  • the second segment 4 also comprises a body 8.2 and an insert 10.2 at its proximal end intended to come in proximity and advantageously in contact with the insert 10.1.
  • the inserts 10.1 and 10.2 comprise a lower part and an upper part receiving between them the cables that they can contribute to maintaining, for example by pinching.
  • the proximal ends of the inserts have a section, in a plane perpendicular to the axis of the joint, advantageously substantially triangular to allow a large angular displacement between the two segments and to ensure the guiding of the joint.
  • These inserts are made with great precision.
  • the free length of the cables between the two proximal ends of the inserts is very small in order to achieve a very precise articulation.
  • the proximal end of the inserts has a profile ensuring both a good mechanical strength and the realization of a joint between the two inserts as close as possible to a pivot.
  • it is a rounded profile.
  • the roundings are of very small size over the entire width of the inserts.
  • the line of contact between these roundings which can vary slightly according to the rolling and sliding movements between them, defines the axis of rotation Y.
  • the realization of these roundings requires a great precision so that the Y axis varies the least possible during the movement.
  • the diameter of the round is typically of the order of magnitude or slightly smaller than the diameter of the cables or their smaller dimension once pinched between the inserts.
  • the rounding may have the shape of an angular portion of a cylinder whose generator is a circle, an ellipse or any other adapted form.
  • the bodies 8.1, 8.2 also comprise a lower portion and an upper portion secured to each other, for example by means of screws as shown in Figure 1A, now simultaneously in place the inserts and can also contribute to maintaining cables by pinching.
  • Other securing means are possible, for example by riveting, gluing, welding or assembly by any other appropriate means.
  • transverse edges of the articulation that is to say the parts of the inserts furthest from the axes X2 and X4 along the axis Y, are the most stressed areas of the joint when stresses are applied in all directions.
  • the cable strands are then arranged on the transverse edges of the segments.
  • the inserts 10.1, 10.2 comprise transverse means for holding the cables, preventing any movement along the axis of rotation Y.
  • the inserts are provided with grooves each receiving a cable.
  • the grooves on the two inserts are made so that they are aligned in pairs along the longitudinal direction when mounting the device.
  • the holding means could also be formed by stamping the surfaces of the inserts from gripping the cables.
  • the inserts are made of hard material, for example steel or stainless steel.
  • the structure then offers good mechanical strength and low wear, which is produced due to friction between the two inserts.
  • the bodies 8.1, 8.2 segments are lightweight material, which allows for lightweight structures, for example aluminum or plastic material.
  • the cables are held longitudinally by pinching between the lower and upper portions of the inserts and / or bodies of each segment.
  • the facing surfaces of the upper and lower portions of the inserts and the bodies of the segments may still have an irregular surface condition obtained for example by machining, sanding or stamping, in order to maintain the cables more effectively.
  • the cable or cables may be provided with nodes to promote this grip.
  • Other parts such as for example and in a nonlimiting manner pions perpendicular to the X2 and Y axes, respectively X4 and Y, and around which the cables would be wound can still be inserted in the segments 2 and 4 to guide and / or further strengthen the cable retention.
  • the cables could be mounted free longitudinally in the inserts and bodies and subsequently tensioned by an additional external tensioning system.
  • the inserts 10.1, 10.2 are advantageously placed in contact with each other so that the free length of the cables is minimal. After assembly the inserts no longer move relative to the body.
  • the inserts have a transverse dimension greater than that of the bodies and / or have lateral impressions, which makes it possible to hold them in place by means of additional means (not shown), for example fixed brackets or clamps, time to perform body mounting or body molding on inserts.
  • cables that protrude longitudinally bodies at the distal ends and come the tender during molding.
  • other parts such as for example and not limited to pions perpendicular to the X2 and Y axes, respectively X4 and Y, held by the mold and around which would come to wind the cables before molding so to guide them and / or to reinforce their maintenance.
  • the insert 10.1 is that implemented in the member of FIG. 1A, this latter comprises two parts 10.1 ', 10.1 ", each being provided with grooves 12 extending along the longitudinal direction and to form a housing for each cable
  • two pairs of housings are thus formed. Width close to or slightly greater than the diameter of the cables to facilitate their insertion and a height close to or slightly less than the diameter of the cables to crush them slightly without hurting them.
  • the cables are then brought as close as possible to the middle plane of the articulated limb so that the joint works optimally.
  • the total height of the housing may be 0.3 mm or 0.4 mm.
  • the grooves prevent any transverse movement of the cables.
  • each of the proximal ends of the portions 10.1 ', 10.1 " has a tapered shape so that when the two insert portions are superimposed, the insert has a pointed end end, and each of the proximal ends preferably has a rounded shape.
  • the rounded shapes of the proximal ends of the two parts 10.1 ', 10.1 " are advantageously symmetrical so that the middle plane of the rounding formed by the assembly of the parts 10.1', 10.1" of the insert is in the middle plane of the cables.
  • the inserts can be molded or machined separately or along a long rod, which is then cut to separate each insert.
  • the roundings have an arcuate profile. It is understood that this profile could be different and of any type adapted, for example and not limited to elliptical arc or involute circle.
  • insert 210.1 This differs from those previously described in that it can be assembled before assembling the bodies.
  • the distal ends of the parts 210.1 ', 210.1 “comprise assembly means 214, for example by screwing, after the introduction of the cables.
  • the inserts could be made in one piece, holes would be bored or drilled for the passage of cables.
  • the flanges could also be made on the segments. In both cases, however, the contacts between the flanges and the insert or the opposite segment reduce the transparency of the device in comparison with inserts provided with grooves according to the examples described above.
  • FIG. 5 another example of a hinged limb according to the first embodiment can be seen in which the hinge 406 comprises two strips or plies 406.1, 406.2 of fibrous materials.
  • the bodies 408.1, 408.2 are molded around the inserts 410.1, 410.2. It is understood that they could also be assembled as in the embodiment of Figure 1A.
  • the fibrous material of the strips or plies which form the hinge 406 may be of the woven type, that is to say that it is obtained by weaving weft yarns and warp yarns. It then offers a significant resistance along the axis of the weft yarn and along the axis of the warp yarn.
  • the strips or webs of fibrous material may also be formed of nonwoven material.
  • it is made of a veil or a sheet of individual fibers oriented directionally or randomly, particularly bonded by friction and / or cohesion and / or adhesion.
  • the orientation of the fibers makes it possible to determine a preferred direction of tensile strength.
  • the fibrous material can be treated in depth or coated to promote its resistance to eg wear, moisture or ultraviolet rays.
  • This treatment can be provided to each fiber individually and / or to the set of each strip or each sheet.
  • the width of the strips or sheets can vary without departing from the scope of the invention.
  • stray movements in particular the rotational movements about the axes X2 and X4.
  • grooves are provided in the inserts to limit the transverse displacement of the strips.
  • the grooves have a width sufficient to fully accommodate each band.
  • FIGS 6A and 6B is shown an example of articulated member according to a second embodiment. This differs from the first embodiment in that the cables and / or strips are not arranged inside the inserts and segments but run on the outer faces of the inserts.
  • the articulated member has two segments 502, 504 each formed of a body 508.1, 508.2 and an insert 510.1, 510.2 and a hinge 506.
  • the inserts 510.1 and 510.2 are each formed in one piece. They have a proximal end of section, in a plane perpendicular to the axis of the joint, preferably generally triangular and a distal end intended to form a fastening portion with the body.
  • the two inserts 510.1, 510.2 are in contact by their proximal ends.
  • the inserts are advantageously made of hard material, such as steel, and bodies of light material, for example aluminum or plastic material.
  • the proximal end of the inserts may be rounded locally, with an arcuate profile or otherwise.
  • the body is made in one piece and molded on the attachment portion of the insert.
  • the body is made in two parts assembled together and with the inserts with a fixing by screw, rivet, glue, welding or any other suitable means.
  • the joint is formed of cable strands attached to a lower face, respectively upper of a segment and an upper face, respectively lower of the other segment.
  • the cable strands then run along the bodies 508.1, 508.2, and inclined faces of the inserts 510.1, 510.2.
  • the inserts 510.1, 510.2 comprise grooves 512 on their inclined faces for guiding the cable strands.
  • the grooves 512 advantageously have a depth chosen so that the total depth of the grooves facing is substantially equal to or slightly less than the diameter of the cable. In this case, the portion of the cable strands located at the axis of rotation Y is fully transversely constrained.
  • the inserts 510.1, 510.2 comprise on each inclined face two groups of four grooves 512, each groove having a depth close to or slightly less than half the diameter of the cable, thus leaving a space of depth substantially equal to the diameter of the cable at the interface between the two inserts.
  • the cable 505 actually only travels two grooves per group.
  • This embodiment makes it possible to have only one model of insert which can be used for the two segments. Indeed, as can be seen in Figure 6B, it is not the same grooves 512 which are traversed by the cables on the insert on the left and the insert on the right. This achievement allows significant cost savings and simplification in the realization of each segment.
  • the cable strands are advantageously located at both transverse ends of the segments and inserts.
  • the cable strands are staggered, one cable strand of a segment alternating with a cable strand of the other segment. This realization is not limiting.
  • the cable strands form four loops obtained for example by gluing, knotting or splicing two cable ends together. These loops pass around pins 513 protruding bodies, which keeps the segments in contact.
  • a cable tensioning system such as for example and without limitation a turnbuckle, an eccentric or a set screw. These means are well known to man and the art and will not be described in detail.
  • the 8 cables of the 2 sets of 4 cables could still be independent and each one fixed on the segments 502 and 504.
  • FIG. 7 an articulated limb variant of FIGS. 6A and 6B can be seen in which the bodies 508.1 ', 508.2' are molded on the cables 505.
  • the cables are trapped in the segments after molding.
  • pins that are perpendicular to the axes X 2 and Y, respectively X 4 and Y, and around which the cables would be wound can still be inserted into the segments 50 2 and 50 4 to guide and / or further strengthen the cable retention.
  • These devices are of course not limiting and any other means for promoting the attachment of the cables in the segments 502, 504 can be used.
  • FIGS. 8A and 8B another variant of the second embodiment can be seen in which the inserts 610.1, 610.2 comprise a number of grooves 612 equal to the number of cable strands 605.
  • the inserts 610.1, 610.2 comprise a number of grooves 612 equal to the number of cable strands 605.
  • only one 610.1 ' , 610.2 'inclined faces of each insert 610.1, 610.2 has grooves 612 whose depth is substantially equal to or slightly less than the diameter of the cable.
  • Each cable strand travels in a groove 612 on an inclined face 610.1 ', respectively 610.2', of an insert 610.1, respectively 610.2, then when it passes over the other insert 610.2, respectively 610.1, it travels on the inclined face 610.2 ", respectively 610.1", devoid of grooves, the other insert 610.2, respectively 610.1 ( Figure 8B).
  • the number of machining per insert is thus reduced.
  • the grooves are made on the faces 610. and 610.2 'and the faces 610.1 "and 610.2" are smooth. It is understood that the grooves could also be made on any other combination of two faces to maintain the cables in the direction of the axis of the joint, for example the faces 610. and 610.1 ", the other two faces, for example 610.2 'and 610.2 ", being smooth.
  • the grooves have a constant depth. It is understood that they could also have a variable depth, for example zero on the side of the body segments and a depth sufficient to receive the cables or fiber strips near the joint.
  • the guide means are formed by two lateral flanges on the inserts and / or the segments as in FIG. 4.
  • FIGs 9A and 9B we can see another embodiment of an articulated member according to the second embodiment, wherein the guide means are formed by notches 712 made only at the vertices of the inserts. These notches 712 also allow here to ensure that the cable crosses the connecting axis while ensuring the locking along the axis. These are very simple and very inexpensive to perform, as shown in Figure 9B.
  • Each insert 710.1, 710.2 has two groups of four notches 712. On each group of four notches, two of them receive the strands of cable 705 passing from the upper face of the segment 702 to the lower face of the segment 704 and the other two the cable strands 705 passing from the lower face of the segment 702 to the upper face of the segment 704. This allows the manufacture of a single insert model.
  • inserts may also have proximal triangular or locally rounded ends.
  • FIG. 10 another example of an articulated limb according to the second embodiment can be seen, in which the hinge 806 is formed by 807 strips of woven or non-woven fibers.
  • the body 808.1, 808.2 is molded on the insert 810.1, 810.2 and on the fiber strips 807.
  • the strips advantageously protrude from the mold so as to be able to stretch them during the assembly of the device, then they are embedded in the material of the segments, which keeps them in place.
  • this molding on the strips provides protection vis-à-vis the external environment. As before or could use a different number of bands or webs, or even a single band of great width.
  • articulated limbs using cables it would be possible in this case as on all the articulated members made by molding the segments of the bodies on the inserts to pass the strips or sheets of woven or non-woven fibers in sheaths shapes adapted so that they are not fixed in the bodies of the segments after the molding and can be folded or replaced in case of wear.
  • an attached cover could be provided to protect the cables or strips.
  • these configurations where the cables are visible can change them in case of wear or breakage, which promotes the maintenance of the device.
  • a third embodiment is shown. This combines the first and second embodiments, the hinge 906 is then formed by cables 905 which are housed in the inserts 910.1, 910.2 and cables 905 'which run on the inserts 910.1, 910.2 and / or the bodies 908.1, 908.2 segments. In Figure 11B, only one of the two parts of the insert is shown.
  • the inserts 910.1, 910.2 are in two parts provided with grooves 912 (FIG. 11B) for guiding the cables 905 housed in the inserts and notches 912 'in the vertices of the inserts 910 for guiding the cables 905' walking on the inserts.
  • inserts of the first and second embodiments may be combined and implemented in the articulated limb according to the third embodiment of realization.
  • the bodies may be overmolded on the inserts and the cables may form loops around pawns on the bodies.
  • the guidance of the cables could be achieved by the different types of grooves described above.
  • FIG. 12 shows another example of an articulated limb according to the third embodiment, in which the cables are replaced by strips of woven or non-woven fibers 907.
  • the strips 907 protrude longitudinally from the distal ends of the body, which allows them to be stretched during molding
  • the articulated members of the various embodiments described may be equipped with one or more measuring elements.
  • This measuring element may be in the form of a thin flexible film.
  • This measuring element may for example be composed of two fine electrodes deposited on a thin flexible polymer element, the deformation of which will lead to a variation of the shape of the electrodes and / or the distance between the electrodes, hence the resistance or the capacity of the device. It can also be formed from a flexible plastic or conductive polymer (loaded with metal particles for example) whose resistance varies as a function of its deformation, for example in the form of son. Alternatively, it may also consist of one or more optical fibers associated with a transmitter (for example a diode) and a receiver (for example a photodiode).
  • the amount of light transmitted through the fiber varies according to its curvature and the measurement of the amount of light received by the receiver gives an image of the angle of articulation.
  • It can still be a woven or non-woven fibrous material, for example filled with metal particles, and whose electrical properties, for example the resistance or the capacitance between two probes, varies according to the configuration of the joint.
  • the fibrous material may advantageously be the same as that of the joint.
  • the longitudinal ends of the measuring elements could also be pinched in the inserts together with the cables or strips.
  • Such measuring elements are very compact and very flexible and offer little resistance to movement of the joint. They allow at any time to know the position of the joint.
  • the measuring element can be placed in parallel with the articulation.
  • it could be formed by a diode placed on one of the segments and a photodiode placed on the other segment and connected by an optical fiber passing next to the joint, for example by cutting the Y axis and bypassing inserts or passing over or under the inserts, optical fiber whose optical losses increase with the radius of curvature.
  • the light received by the photodiode is a function of the distance between it and the diode so the angle between the two segments.
  • the senor may be formed by a portion carried by the first segment and a portion carried by the second segment without mechanical connection between the two parts.
  • This type of sensor has the advantage of being completely transparent at the joint. Indeed, the elements of measurement presented previously add a resistance at the level of the articulation, which is not the case here.
  • a coil deposited or glued on one of the segments for example on one of the inserts, and a second coil deposited or glued on the other segment, for example on the other insert, and functioning as antennas whose inductive coupling is a function of the angle between the segments.
  • It may also be a coil deposited or glued on one of the segments, for example on one of the inserts, and a magnet fixed or glued on the other segment, for example on the other insert and modifying the electric or magnetic field of the coil depending on the angle between the segments.
  • It can also be a diode fixed on one of the segments, for example on one of the inserts, and a photodiode or a linear or surface PSD fixed on the other segment, the amount of light received by the photodiode and / or the position of the diode image on the PSD varying according to the angle of the joint. It may still be a miniature camera attached to one of the segments and whose image of the second segment varies with the angle of the joint.
  • the sensor can still provide an indirect measurement of the position of the joint. It may thus for example and without limitation consist of a first accelerometer deposited or glued on one of the segments, for example on one of the inserts, and another accelerometer fixed or glued on the other segment , for example on the other insert, and whose combination of measurements can calculate the acceleration of the joint and, by double integration, possibly filtered, its position.
  • the articulated members generally comprise inserts at each of their longitudinal ends for allow to achieve poly-articulated structures, for example of the parallelogram type.
  • Each articulated member does not have, at both ends, necessarily the same type of articulation and inserts, and all combinations are possible.
  • they are members according to two different embodiments. The use of the same embodiment and the same technical solutions will, however, be advantageously retained for all the joints of the same structure because it allows to minimize the cost of production.
  • the inserts are generally symmetrical with respect to the plane of the cables or the fibrous material and the bodies of the segments and the inserts are contained in the same plane. This arrangement is particularly advantageous for obtaining symmetrical deflections with respect to a reference configuration where the segments are in the same plane.
  • the bodies of the segments are not contained in the plane of the inserts defined as the bisecting plane of the inclined faces of these inserts.
  • the bodies of the segments may be located in planes orthogonal to the planes of the inserts or having any inclination with respect thereto as a function of the structure of the mechanism to be produced.
  • the articulated limbs according to the invention can be used to produce poly-articulated mechanical chains. They are particularly adapted to the realization of small mechanisms because they are compact and light, to the realization of portable mechanisms because they are light and solid, and mechanisms presenting a complex kinematic architecture (parallel and / or coupled) because they are compact and simple to make.
  • the assembly of a complex mechanism can be molded in a single operation, with the use of molds of sufficient size and to maintain all the cables or bands and all the inserts during molding.
  • Fig. 13 an example of a polyarticulate mechanism made from articulated limbs according to the present invention can be seen.
  • the mechanism comprises three articulated members according to the invention arranged in series.
  • a first segment M2 articulated at one of its ends is connected by a first articulation to a first segment M1 articulated at its two ends
  • segment M1 is connected by a second articulation to a second segment M1 also articulated at its two ends
  • the second segment Ml being itself connected by a third articulation to a second segment M2 articulated at one of its ends.
  • this mechanism can be obtained by simultaneously molding the three articulated members, which are here of the type of those of Figure 5.
  • the mold advantageously incorporates devices for holding the inserts and cables during operation. injection of the segment material. To stretch the fiber strips during this phase, they advantageously exceed external segments so that we can hold and stretch them. Alternatively, one could also use cable strands.
  • This example of a mechanism is not limiting and such a mechanism can be realized with all the examples of articulated members described above.
  • Such a mechanism can also be obtained by performing each of the links separately and then assembling the segments together in a conventional manner, for example by gluing, riveting, screwing, welding, etc.
  • FIGS. 14A and 14B another example of a poly-articulated mechanism can be seen. In this example the mechanism forms a closed loop.
  • This mechanism comprises straight segments 2 and bent segments 2 '.
  • the longitudinal axis of the body 8 'and the longitudinal axis of the insert 10' form, in the example shown, a right angle.
  • Such a mechanism can be realized in two steps, a first molding step similar to that of the mechanism of FIG. 13 and then a step of closing the mechanism by a mechanical assembly, for example by means of screws as represented in FIG. 14B. .
  • a mechanical assembly for example by means of screws as represented in FIG. 14B.
  • the structure of Figure 14B allows for significant deflections in both directions.
  • Such mechanisms and more generally such articulated members can be motorized to move one of the segments relative to the other around the axis of rotation, or be provided with a brake to oppose a displacement of the one of the segments with respect to the other, for example in force feedback systems.
  • the actuating device 18 comprises a motor 20 advantageously provided with an angular position sensor 21 and fixed on the segment 2 which drives the other segment 4 by means of a capstan reducer comprising a first pulley 22 in direct contact with the motor shaft 20, a cable 24 wound several times on the first pulley 22 to prevent sliding on the latter and fixed at its two ends to a second pulley 26 of axis Y which is fixed on the other segment 4.
  • the second pulley 26 provided with a support can be attached to the segment 4, for example by screwing, gluing or welding. Alternatively, it can be molded together with this segment with which it then forms a single piece.
  • the first pulley 22 is of smaller diameter, and the second pulley is of larger diameter.
  • this displacement or torque is transmitted to the other segment 4 via the pulley 26.
  • This type of gearbox has the advantage of being reversible, very transparent and a very high efficiency.
  • the movements of the moving segment can be measured and controlled precisely using the engine position sensor and / or a sensor placed directly at the joint.
  • the effort on the moving segment can be measured and enslaved precisely by using the motor torque and / or an additional force sensor.
  • the motor torque can be advantageously estimated from the current flowing in its windings if it is an electric actuator.
  • the first pulley 22 may be smooth or threaded to promote the attachment of the cable thereon.
  • the attachment of the ends of the cable on the second pulley and the means of stretching the cable are made by any known means and will not be described in detail here.
  • gear units may be used, for example and without limitation gear reducers, friction, tape, wheel and worm, etc.
  • the angular position sensor can be of any type, for example an optical encoder, a Hall effect sensor, a magneto-optical sensor, etc.
  • the motor can also be of any suitable type, for example a DC electric motor, a Brushless motor, a pneumatic or hydraulic actuator, a shape memory alloy, an electro-active polymer, etc. It could also be used.
  • brake for example electrorheological fluids or magnetorheological, a disk brake, powder, ...
  • the actuator comprises a jack 27 whose body 28 is rotatably mounted on the segment 2 about an axis Y1 parallel to the axis of rotation Y and the rod 30 is articulated at the level of its free end on the other section 4 about an axis Y2 parallel to the axis of rotation Y.
  • the cylinder 27 may be equipped with any type of position sensor for measuring the position of the rod 30 relative to the body 28, for example and without limitation an LVDT sensor or a linear potentiometer. It is, of course, also understood that the Y1 and Y2 axis links could be made using articulated members according to the present invention.
  • FIG. 17 shows an actuating device comprising two opposing motors 32, 34 mounted, in the example shown, for one on one face of the segment 2 and for the other on an opposite face of the segment 2
  • the motors 32, 34 are advantageously provided with angular position sensors 33, 35 (hidden in FIG.
  • a pulley 36 or 38 is mounted in direct engagement with the motor shaft 32, respectively 34.
  • a second large-diameter pulley 39 is integral with the other segment 4.
  • a cable 40 formed of a single strand or two separate strands each associated with a motor runs and is fixed on the pulley 39 and is wound and fixed at a first end on the pulley 36, and at a second end on the pulley 38.
  • the antagonistic operation of the two motors can control at the both the pivoting around the Y axis up or down the segment 4 and the internal forces in the joint.
  • FIG. 18 An example of a robot is shown in FIG. 18.
  • This comprises a first hinged member similar to that of FIG. 15 consisting of a base 41, a first movable segment 42 and a vertical A-axis hinge. actuated by a motor A1 fixed to the base 41 and ensuring the displacement of the segment 42 about the axis A by means of a first capstan gearbox C1 whose secondary pulley is fixed on the segment 42.
  • the Capstan cables are not shown so as not to overload it.
  • the robot also comprises an articulated parallelogram 43 similar to the mechanism of FIG. 14B but having an additional articulation to ensure its mobility with respect to segment 42.
  • This parallelogram thus comprises 5 articulated members, the first member consisting of segment 42, a second mobile segment 44 and a horizontal axis B articulation, and actuated by an A2 actuator attached to the segment 42 (and not visible in Figure 18) via a capstan reducer including secondary pulley C2 is fixed on the segment 44, the second member consisting of the segment 42, a third movable segment 45 and a joint axis B identical to that of the second articulated member, and actuated by an actuator A3 also fixed on the segment 42 by means of a capstan reducer whose secondary pulley C3 is fixed on the segment 45, the third, fourth and fifth members being passive and constituted s respectively for the third member of the segment 44, a fourth movable segment 46 and a C-axis joint, for the fourth member of the segment 45, a fifth movable segment 47 and an
  • the axes B, C, D and E are parallel to each other and the distances between the axes B and D and between the axes C and E are equal, as well as the distances between the axes B and C and between the axes D and E.
  • the segment 47 serves as connecting rod and transmits the movements and efforts of the segment 45 to the segment 46.
  • the robot still has a wrist with a clip.
  • This wrist has three joints implementing four articulated members according to the invention.
  • the first member consists of the end of the segment 46, the movable segment 50 having two parallel arms 52 rigidly connected by a U-shaped part 54 and an axis F articulation advantageously parallel to the main elongation direction of the segment 46. It is actuated by an actuator A4 fixed on the segment 46 by means of a capstan reducer whose secondary pulley C4 is fixed on the U-shaped part 54.
  • the second and third members consist of portions of the two parallel arms 52 located at their end opposite to that connected to the U-shaped piece 54, parallel arms 58 rigidly connected by a cross member 60 so as to form a U-shaped piece 56 and two collinear G-axis joints allowing a single mobility of the segment 56 relative to the segment 50 around the axis G.
  • the second articulated member is actuated by an actuator A5 attached to one of the arms 52 via a reducer capstan whose secondary pulley C5 is fixed on the arm 58 opposite.
  • the third member is passive.
  • the crosspiece 60 carries an eighth movable segment 61 provided at its free end with a clamp 62.
  • the cross member 60 forms with the segment 61 and a hinge axis H an articulated member actuated by an actuator A6 fixed on the cross member 60 by the intermediate of a capstan reducer whose secondary pulley C6 partially visible in Figure 18 is fixed on the segment 61.
  • An actuator (not shown) is provided to open and close the clamp.
  • the clip is schematically represented. It can comprise a varied number of joints according to the complexity of its kinematics. It may advantageously be performed using articulated members according to the invention. It could also be a more complex gripper, possibly equipped with several actuators, such as for example and without limitation a robotic hand, without departing from the scope of the invention.
  • This robot architecture allows the gripper to move in all directions in translation and in rotation. All the actuators are advantageously provided with angular position sensors, which makes it possible to control these displacements and / or the forces applied by the robot. Thanks to the invention, the structure is relatively light and its cost is reduced because of the realization of all the inserts in series.
  • FIG. 19 we can see an example of a haptic interface made using articulated members according to the invention.
  • the structure is identical to that of the robot of FIG. 18, with the exception of the clamp which has been replaced by a handle 64 allowing manipulation by an operator.
  • the references designating the other parts of this interface which are similar to that of the robot of FIG. 18 are not shown in FIG. 19.
  • Actuators and position sensors can thus be of any type, in particular those described above.
  • Reducers also can be of any type and not necessarily capstan reducers.
  • the articulated members may also be provided with position sensors, in particular those described above.
  • such structures can combine articulated limbs according to the invention and more conventional joints such as for example and non-exhaustively ball bearing joints or smooth bearings, for example bronze or PTFE, without leaving the framework of the invention.
  • the wrist of the robot of Figure 18 or the haptic interface of Figure 19 could be replaced by a parallel or mixed serial wrist parallel, such as for example and not limited to a 4-bar spherical mechanism in series with a pivot connection.
  • Articulated limbs according to the present invention are particularly suitable for the realization of small size mechanisms such as portable devices, such as a glove force return.
  • An example of such a glove made with articulated members according to the invention is shown in FIG.
  • the glove of FIG. 20 comprises three force return robots R1, R2, R3 intended to interact with the thumb, the index and the middle finger, respectively.
  • the robot R2 comprises a carrier with three degrees of freedom formed of a pivot connection 65 in series with a parallelogram structure 66.
  • these axes are actuated by remote motors whose movements are transmitted to the glove by means of cables running in sheaths of which only the ends 67 are shown in FIG. 20.
  • they could be actuated by onboard motors.
  • the motors are here used bidirectionally, two sheaths are then required for each motorized joint.
  • the engine or motors would be used to drive the efforts in one direction, for example to resist the efforts of closing the hand, a single sheath would be necessary. Springs could then for example be provided to act in the other direction.
  • Return pulleys may advantageously be placed inside the cowling 100 of the robot to deflect the cables and return them correctly between the outputs of the ducts and the pulleys to be actuated.
  • Such return pulleys as well as the means of arranging them correctly in space are well known to man and art and will not be detailed here.
  • the cowling is shown closed in Figure 20 and hides the return pulleys.
  • the robot R2 comprises pivot connections made in conventional manner using plain bearings to rotate the two elements to be articulated with respect to one another.
  • This is the pivot connection 65 between the base 68 of the robot and a shoulder 70 of the robot R2 comprising an actuating pulley 70a and a U-shaped part 70b supporting the parallelogram 66, a pivot connection between the shoulder 70 and the arm 74 and a pivot connection between the shoulder 70 and a rod 76 which drives the actuating rod 78 a forearm 80 that we see better on the robot R3 major.
  • These guides are classic and are not presented in detail. One could of course provide for all or part of these links with members articulated according to the present invention.
  • the same cable is used to contribute to the realization of several links and two cables 91, 92 only are used to achieve the three links of the parallelogram associated with articulated members according to the present invention.
  • the cable 91 is attached to a tensioner 93 disposed on the arm 74, the tensioner being movable in rotation relative thereto. It then travels along the segment of the arm 74 then passes through the inserts of the arm 74 and a first end of the forearm 80 and then travels along the segment of the forearm 80. It then passes through the inserts disposed at the other end of the forearm 80 and at one end of the connecting rod 78 and then runs along the connecting rod.
  • the cable 92 follows a similar path starting from a tensioner 94 and then running along the parts of the parallelogram and through the inserts at their ends and then back to the tensioner 94.
  • the tensioners are provided to ensure the tensioning of the cables 91, 92. For example, they are drilled pins that allow to stretch the cable by turning them about their axis. They are then held in place with a nut and a locknut.
  • a cable is located on one edge of the parts and the other on the opposite edge so as to distance as far as possible the cables to best resist stray forces, as already described above.
  • the robot R2 also has a wrist 84. On most robots the wrists have three swivel joints. As we have seen in Figures 18 and 19, most of the time the first pivot connection has its axis parallel to the main elongation direction of the forearm and is disposed near the end of the robot the second is perpendicular and the third is perpendicular to the first two in a reference configuration. In the example shown in Figure 20, the selected configuration is different.
  • the first pivot connection 88 which is better seen on the robot RI has an axis parallel to the main elongation direction of the forearm, but here it is advantageously offset near the parallelogram.
  • the first mobile segment 85 of the wrist can thus advantageously be hollowed over a great length. This recess lets the finger pass when it is folded.
  • the second pivot connection 89 has an axis advantageously perpendicular to the first and is disposed at the end of the robot. It connects the segment 85 to a second movable segment 86 of the wrist for receiving the end of the finger.
  • the base of the robot is advantageously placed relative to the palm of the hand so that, for most users, this axis is parallel or almost parallel to the axes of the inter-phalangeal connections.
  • the size of the second mobile segment of the wrist, and in particular the depth of the hollow receiving the end of the finger is also advantageously chosen so that this axis passes in the middle plane of the end phalanx of the finger.
  • the hollow of the segment 86 receiving the end of the finger advantageously has the shape of a cylinder terminated by a sphere so as to accommodate slight parasitic movements. It is understood that one could add a third pivot connection, perpendicular or not to the first two in a reference configuration, without departing from the scope of the invention.
  • These two links are made by means of articulated members according to the present invention.
  • the pivot connection 89 is obtained here by means of two articulated members making pivotal connections 89a and 89b of colinear axes that are better seen on the robot.
  • a cable 95 is attached to a tensioner 97 disposed on the first segment 85 of the wrist, the tensioner 97 being rotatable relative thereto. It then passes through the inserts of the segment 85 and the forearm 80 then goes around a pin disposed on the forearm 80. It then passes through another groove of the inserts of the forearm 80 and segment 85 and then runs along the segment 85 bypassing a pin that allows to maintain it above one of the edges of the recessed portion of the segment 85. It then passes through inserts arranged at the other end of the segment 85 in one of the edges of the recessed portion of this segment and the second segment 86 of the wrist.
  • the cable 96 follows a similar path starting from a tensioner 98 and then running along the wrist pieces through the inserts at their ends then returning to the turnbuckle 98.
  • the tensioners are drilled axes which allow the cable to be tensioned by turning them about their axis. They are then held in place with a nut and a locknut.
  • a cable is located on one edge of the parts and the other on the opposite edge so as to distance as far as possible the cables to best resist stray forces.
  • the cable 95 passes in particular on one of the edges of the recessed portion of the segment 85 and the cable 96 on the other edge of the recessed portion of the segment 85.
  • the glove is also provided with flexible straps 87 arranged at the end of each of the robots and for maintaining the fingertips in contact with the segments 86.
  • flexible straps 87 arranged at the end of each of the robots and for maintaining the fingertips in contact with the segments 86.
  • RI, R2, R3 whose movements are measured by the encoders of local or distant motors (not shown). This information can then be used for example to control an application in a virtual environment or a remote robot. Engines can also be ordered to return the user a force feedback based on interactions in the virtual environment or contacts of the user. robot with its environment. These efforts are transmitted to the fingers by the three robots R1, R2, R3.
  • Pulleys 74a and 76a having a role similar to that of the pulley 70a are fixed on the arm 74 and on the rod 76 and make it possible to transmit displacements and forces between the segments displaced by the user and the return motors of effort by means of hidden cables in FIG. 20.
  • Additional return pulleys are advantageously used on the base of the robot and on the U-shaped part 70b of the shoulder to bring back the four cable strands actuating the pulleys 74a and 76a. near the axis of the joint 65, so as to decouple the movements of the three motorized axes. This arrangement is known to those skilled in the art and will not be detailed here. It is understood that one could also operate the wrist connections without departing from the scope of the invention.
  • the robots R1, R2, R3 are advantageously placed close to the fingers, which allows wrists to two degrees of freedom only without detriment to the comfort of the device.
  • the glove is advantageously fixed to the palm of the hand through straps.
  • the glove could also be mounted on a robot or a haptic interface, for example in place of the clamp on the robot of Figure 18 or the handle on the haptic interface of Figure 19.
  • the glove could be worn by the robot and could then be detached from the palm of the hand.
  • the movements of the user's hand would then be advantageously measured by a system of type "motion capture" device well known to those skilled in the art, to enslave the movements of the robot so that it permanently maintains the glove near the hand of the user.
  • the glove of Figure 20 is given as an example.
  • the parallelogram could be replaced by a more complex coupled structure, more closely following the movements of the human fingers. With this type of coupled structures, one could reduce the number of engines, typically one or two per finger.
  • Haptic interfaces such as those of FIG. 19 or on the ends of the glove robots of FIG. 20 could also be integrated on the handle with tactile actuators, for example piezoelectric or electromagnetic actuators, so as to increase the realism of the feedback of 'effort.
  • tactile actuators for example piezoelectric or electromagnetic actuators
  • robots, cobots and haptic interfaces with parallel architecture with six degrees of freedom actuated using, for example, three branches with two or three motors each,
  • robots, cobots and haptic interfaces with mixed architecture with six degrees of freedom actuated for example using two branches made with a pivot and a parallelogram and a series axis,
  • the articulated limb according to the present invention has a very simple and compact articulation with few parts.
  • the articulation is also precise, since it presents almost no parasitic movement.
  • the use of fibrous material to connect the two segments allows for very transparent joints having virtually no resistance to movement imposed by motors or a user.
  • the articulated member may advantageously be very strong and have little wear.
  • articulated members according to the present invention allow for poly-articulated devices of low cost, and generally having a limited mass compared to devices of the state of the art.

Abstract

Membre articulé comportant au moins des premier (2) et deuxième (4) segments rigides et une articulation (6) assurant un pivotement des premier et deuxième segments l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (Y), ladite articulation (6) comportant des fibres, dans lequel chacun des segments (2, 4) comporte un corps (8.1, 8.2) et un élément d'extrémité (10.1, 10.2) disposé à une extrémité dudit corps, les deux éléments d'extrémité (10.1, 10.2) étant maintenus l'un en face de l'autre par ladite articulation (6), lesdits éléments d'extrémité (10.1, 10.2) comportant des profils effilés présentant des sommets disposés en regard, chacun desdits éléments d'extrémité (10.1, 10.2) étant réalisés préalablement à sa solidarisation au corps correspondant (8.1, 8.2).

Description

MEMBRE ARTICULÉ POUR ROBOT OU INTERFACE HAPTIQUE ET ROBOT ET INTERFACE HAPTIQUE COMPORTANT AU MOINS UN TEL MEMBRE ARTICULÉ
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un membre articulé pour robot ou pour interface haptique et à des robots et à des interfaces haptiques mettant en œuvre au moins un tel membre articulé.
La plupart des robots et des interfaces haptiques connus utilise une chaîne cinématique articulée constituée de plusieurs corps mobiles liés entre eux par des articulations reliant une base fixe à un ou des effecteur(s) dans le cas d'un robot manufacturier ou à un ou des préhenseur(s) saisi(s) par l'utilisateur dans le cas d'une interface à retour d'effort.
Ces chaînes poly-articulées permettent de contrôler la position et/ou l'orientation de l'organe terminal par rapport à la base.
Les articulations de la plupart des robots existants sont réalisées à base de roulements à billes ou de paliers lisses. Cette solution permet d'optimiser les performances de transmission des efforts tout en minimisant les jeux et les frottements. Cependant, ce type d'articulations met en œuvre de nombreuses pièces mécaniques qui nécessitent un ajustement précis pour assurer le bon fonctionnement de l'articulation.
Ces articulations sont donc complexes et coûteuses. Par ailleurs, elles sont généralement lourdes et encombrantes par rapport à la taille du robot.
D'autres dispositifs utilisent des articulations dans lesquelles deux segments viennent, comme les os du corps humain, rouler et/ou glisser l'un sur l'autre dans des logements usinés à cet effet. On peut citer l'exemple de l'articulation proposée dans l'article X. Zhe, E. Todorov, B. Dellon, Y. Matsuoka, 'Design and Analysis of an Artificial Finger Joint for Antrhopomorphic Robotic Hands', Submitted to IEEE International Conférence on Robotics and Automation, 2011, 9-13 mai 2011, Shanghai, Chine. I l est proposé dans ce document de recréer une articulation ayant un comportement proche de celui de l'articulation métacarpo-phalangienne humaine. Elle comprend une rotule et des éléments simulant les ligaments.
Une approche semblable est utilisée dans l'article M. Grebenstein, M. Chalon, G. Hirzinger, R. Siegwart, 'Antagonistically Driven Finger Design for the Anthropomorphic DLR Hand Arm System', Proceedings of the 2010 IEEE-RAS International Conférence on Humanoid Robots, 6-8 décembre 2010, Nashville, 77V, USA, pp. 609-616.
Dans les deux cas cependant, il résulte de ces solutions une cinématique complexe et non un simple pivot. Par ailleurs ces articulations doivent toujours rester sous tension et sont donc soumises en permanence à des efforts, ce qui peut réduire leur durée de vie. Enfin elles sont fragiles et peuvent se luxer comme les articulations humaines. Dans ce cas la géométrie du mécanisme n'est plus assurée et il faut le réparer avant de pouvoir le réutiliser.
En outre, dans le domaine des micro et méso technologies, ces deux types d'articulations peuvent difficilement être mis en œuvre du fait de la taille des dispositifs réalisés dans ce domaine. Afin de s'affranchir des problèmes de fabrication et d'assemblage à faible échelle, des articulations sous forme de ressort ou en matériau déformable aminci localement ont été proposées. Ces articulations sont relativement faciles à réaliser, elles représentent donc des solutions intéressantes d'un point de vue économique et, en outre, elles permettent d'éviter les défauts des structures articulées, notamment le jeu et l'usure. Cependant, le déplacement relatif des pièces situées de part et d'autre de ce type d'articulation doit rester faible si l'on veut que le matériau formant la liaison reste dans son domaine élastique. Un autre défaut de cette solution est que l'articulation présente une résistance, en général élastique, au mouvement, qui réduit son rendement.
II existe également des charnières flexibles en tissu pour relier deux éléments rigides telles que celles décrites dans le document FR 2 775 927 et utilisées dans l'ameublement. Cependant, ces charnières présentent une fragilité locale qui est incompatible avec une utilisation dans un robot.
D'autres articulations, utilisées comme charnières de portes de containers, ont également été proposées dans le document EP 1 464 784. Sur ces articulations la zone amincie est formée par deux couches de fibres de carbone reliées entre elles sur au moins une partie de la longueur de la charnière. Cette articulation est assez épaisse et de longueur relativement grande. Il en résulte que l'articulation n'est pas un simple pivot et que l'un des éléments articulés subit un mouvement combiné de translation et de rotation. En outre, cette articulation ne résiste pas aux efforts parasites, par exemple des efforts verticaux.
Le document WO 2008/015178 décrit un membre articulé comportant deux segments rigides et une articulation, l'articulation est en un matériau fibreux fixé dans chacun des segments rigides. Une telle articulation ne présente quasiment aucune résistance. Par ailleurs si les segments sont biseautés ils peuvent être placés très près l'un de l'autre. Dans ces conditions la longueur libre du matériau fibreux est très courte. Le matériau fibreux étant par ailleurs très résistant en élongation, les mouvements parasites sont très limités et le mouvement est de grande qualité. Les fibres assemblées par exemple sous forme de câbles ou de tissus sont pincées ou moulées dans les segments.
Ce membre articulé donne satisfaction. Cependant, les segments requièrent des usinages très précis, aussi bien localement que globalement. En effet, une grande précision est requise localement au niveau des extrémités des deux segments en regard pour réaliser un profil améliorant le comportement en rotation. Par ailleurs, pour réaliser des structures complexes, par exemple une structure de type parallélogramme formée de quatre membres articulés entre eux, une grande précision est également requise dans les dimensions globales des différents segments. Cette précision, à la fois locale et globale, accroît le coût de la structure. En outre, puisque chaque segment est réalisé d'un seul tenant, cela implique la fabrication de nombreuses pièces différentes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent le but de la présente invention d'offrir un membre articulé muni d'une articulation permettant un grand débattement tout en offrant une solidité importante, et n'opposant qu'un faible effort de résistance lors du mouvement de l'articulation, et dont la conception permet une grande précision de réalisation tout en présentant un coût de réalisation réduit. Le but précédemment énoncé est obtenu grâce à un membre articulé comportant deux éléments rigides et une articulation formée en un matériau fibreux reliant des extrémités des éléments rigides et dont la longueur libre entre ces éléments est faible, chaque élément rigide comportant au moins deux parties, une première partie ou insert formant l'extrémité reliée à l'autre élément rigide par l'articulation et une deuxième partie formant le corps de l'élément rigide.
Ainsi, la première partie nécessitant une grande précision peut être réalisée dans un premier temps, celle-ci étant ensuite solidarisée au corps de l'élément rigide qui, en général, requiert une moindre précision.
Grâce à l'invention, les premières parties de tous les éléments rigides peuvent être réalisées en grande série et être montées sur des corps adaptés à l'application mais dont la réalisation est moins coûteuse. Le matériau fibreux n'offre qu'une très faible résistance aux mouvements, une grande solidité, notamment dans le sens des fibres. Par ailleurs, il est facile à fabriquer et facile à assembler avec les segments du membre à réaliser.
En d'autres termes, le membre comporte trois ensembles : un matériau fibreux dont une très faible longueur est laissée libre de manière à réaliser une liaison pivot très précise et très transparente, deux éléments rigides que l'on veut rendre mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre et deux inserts disposés à l'extrémité des éléments rigides et venant avantageusement en contact lors de l'assemblage. Les inserts ont pour fonction de guider le matériau fibreux de l'articulation et assurent le contact entre les segments. Les corps des éléments rigides placent les inserts dans l'espace et ne nécessitent que quelques cotes précises, principalement l'écartement entre les plans venant recevoir la partie arrière des inserts. Leurs autres dimensions n'ont pas besoin de tolérances précises et ces pièces peuvent donc être réalisées à moindre coût, même si elles sont toutes différentes.
De manière particulièrement avantageuse, les inserts sont réalisés en matériau dur, ce qui permet de réduire l'usure par frottement entre les deux premières parties et d'obtenir une bonne tenue mécanique. Par exemple, les inserts peuvent être réalisés en acier tandis que les corps peuvent être réalisés par moulage en matériau léger comme un matériau plastique ou de l'aluminium, ce qui permet finalement de conserver une structure relativement légère.
De manière également très avantageuse, les inserts comportent des moyens de guidage transversaux de la partie fibreuse, par exemple formés par des rainures dans le cas de câbles, ce qui évite tout mouvement le long de l'axe de rotation de l'articulation. La réalisation de telles rainures requiert une grande précision. Cependant, grâce à l'invention, celles-ci sont formées dans les inserts qui sont déjà réalisés avec une grande précision. La présente invention est donc particulièrement adaptée à la mise en œuvre de tels moyens de guidage.
La présente invention a alors pour objet un membre articulé comportant au moins des premier et deuxième segments rigides et une articulation assurant un pivotement des premier et deuxième segments l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, ladite articulation comportant des fibres, dans lequel chacun des segments comporte un corps et un élément disposé à une extrémité dudit corps, désigné par "élément d'extrémité", les deux éléments d'extrémité étant maintenus l'un en face de l'autre par ladite articulation, lesdits éléments d'extrémité comportant des profils effilés présentant des sommets disposés en regard, chacun desdits éléments d'extrémité étant réalisé préalablement à sa solidarisation au corps correspondant.
De manière préférée, les sommets présentent un profil arrondi.
L'articulation est avantageusement formée d'au moins deux éléments allongés s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation entre le premier et le deuxième segment. Les éléments allongés peuvent être formés par des câbles et/ou par des bandes de fibres tissées ou non tissées.
Dans un exemple de réalisation, l'articulation est formée d'une bande de fibres tissées ou non tissées dont le plan moyen passe par ou à proximité de l'axe de pivotement et s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation entre le premier et le deuxième segment, ladite bande comportent des bords séparés par une distance dans la direction de l'axe de l'articulation proche des dimensions des éléments d'extrémité dans cette direction. Dans un autre exemple de réalisation, l'articulation est formée de plusieurs bandes de fibres tissées ou non tissées dont le plan moyen passe par ou à proximité de l'axe de pivotement et s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation entre le premier et le deuxième segment, lesdites bandes comportant au moins une première et une deuxième bandes, ces dites première et deuxième bandes étant disposées aux extrémités extérieures de l'articulation dans la direction de l'axe de l'articulation, les bords extérieurs desdites première et deuxième bandes extérieures étant séparés d'une distance dans la direction de l'axe de l'articulation proche des dimensions des éléments d'extrémité dans cette direction.
Selon une réalisation, la ou les bandes ou les éléments allongés traversent chaque élément d'extrémité au niveau d'un plan de chacun desdits éléments d'extrémité passant par leur sommet, ledit plan comportant, dans une configuration de référence, l'axe de rotation.
Par exemple, au moins l'un des éléments d'extrémité est séparé en deux parties, la ou lesdites bande(s) ou lesdits éléments allongés étant reçus entre lesdites deux parties. Les éléments d'extrémité séparés en deux parties peuvent alors comporter des moyens de solidarisation des deux parties l'une contre l'autre.
Selon une autre réalisation, chaque élément d'extrémité est réalisé en une partie percée pour laisser passer la ou les bande(s) ou les éléments allongés, le trou ayant une forme adaptée à la ou aux bande(s) ou aux éléments allongés.
Le profil arrondi du sommet de chaque élément d'extrémité peut être symétrique, dans une configuration référence, par rapport au plan contenant la ou les bandes ou les éléments allongés et traversant ledit élément d'extrémité. Alternativement, le profil arrondi du sommet de chaque élément d'extrémité peut être réparti entre les deux parties de chacun des éléments d'extrémité, le profil de chacun des éléments d'extrémité obtenu après mise en place des dites deux parties étant continu. Ou encore, le profil du sommet arrondi de chaque élément d'extrémité peut être porté par une seule des deux parties de chacun des éléments d'extrémité, le profil de chacun des éléments d'extrémité obtenu après mise en place des dites deux parties étant continu. Selon un autre exemple de réalisation, les éléments allongés courent sur des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites faces définissant le profil effilé et se rejoignant au sommet, lesdits éléments allongés se croisant au niveau de l'axe de rotation.
Selon encore un autre exemple de réalisation, des premiers éléments allongés courent sur des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites faces définissant le profil effilé et se rejoignant au sommet, lesdits premiers éléments allongés se croisant au niveau de l'axe de rotation, et dans lequel des seconds éléments allongés traversent les éléments d'extrémité au niveau d'un plan desdits éléments d'extrémité passant par leur sommet, ledit plan coupant, dans une configuration de référence, l'axe de rotation.
Les éléments allongés peuvent être des câbles et/ou des bandes de fibres tissées ou non tissées.
Les corps peuvent comporter deux parties entre lesquelles les éléments d'extrémité sont maintenus. En variante, les corps peuvent être moulés sur les éléments d'extrémité.
De manière avantageuse, le membre articulé comporte de moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation. Par exemple, les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation, formées sur au moins une des faces en regard des parties formant chaque élément d'extrémité.
Les rainures peuvent être formées dans les deux faces de parties en regard et en vis-à-vis de sorte à former des canaux pour la ou les bande(s) ou les éléments allongés. Alternativement, les rainures peuvent être formées sur la face d'une seule des parties de chaque élément d'extrémité de sorte à former des canaux pour la ou les bande(s) ou les éléments allongés, l'autre partie en regard de chaque élément d'extrémité étant lisse.
La profondeur des canaux est avantageusement inférieure à l'épaisseur de la ou des bande(s) ou des éléments allongés de sorte à les écraser légèrement. Selon un autre exemple de réalisation dans lequel les éléments allongés ou la ou les bandes courent sur les faces extérieures des éléments d'extrémité Les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation peuvent comporter des rainures formées sur au moins une des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures formées dans le sommet d'au moins un élément d'extrémité.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation formées sur au moins une des faces en regard des parties formant chaque élément d'extrémité et/ou des rainures formées sur au moins une des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation et/ou des rainures formées dans le sommet d'au moins un élément d'extrémité.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent un paire de flasques portés par l'un des segments et ménageant un espace dont la dimension transversale est apte à recevoir la partie proximale de l'autre segment et à empêcher son déplacement le long de l'axe de rotation.
la longueur de la ou des bande(s) ou des éléments allongés peut être choisie telle que leurs extrémités font saillie perpendiculairement à l'axe de rotation des extrémités des corps situées à l'opposé des éléments d'extrémité, permettant d'exercer un effort de traction sur ceux-ci.
Le membre articulé selon peut comporter avantageusement des moyens pour exercer un effort de tension sur la ou les bande(s) ou les éléments allongés.
La présente invention a également pour objet un membre articulé selon la présente invention comportant au moins un premier et un deuxième élément allongé, le premier élément allongé étant situé à proximité de premiers bords latéraux des éléments d'extrémité et le deuxième élément allongé étant situé à proximité des deuxièmes bords latéraux opposés.
L'articulation peut comporter deux paires de deux câbles, chaque paire étant située à proximité des bords latéraux des éléments d'extrémité.
Par exemple, les éléments d'extrémité sont en matériau dur tel que l'acier. Avantageusement, les corps sont en matériau léger, tel que de l'aluminium ou un matériau plastique.
Dans un exemple de réalisation, la direction d'allongement principale du premier segment forme, dans une configuration de référence, un angle avec la direction d'allongement principale du deuxième segment.
Le membre articulé peut comporter au moins un élément de mesure dont une partie est fixée sur le premier segment rigide et une partie est fixée sur le deuxième segment rigide. De manière très avantageuse, l'élément de mesure comporte une première partie sur le premier segment une deuxième partie sur le deuxième segment, les première et deuxième parties n'étant pas reliés mécaniquement l'une à l'autre.
La présente invention a également pour objet un mécanisme articulé comportant n membres articulés selon l'invention, n étant un entier positif supérieur ou égal à 2. Dans un exemple de réalisation, n-1 segments du mécanisme sont communs à au moins deux membres articulés. Dans un autre exemple, tous les segments étant communs à au moins deux membres articulés.
Le mécanisme peut comporter un dispositif d'actionnement pour déplacer un segment par rapport à l'autre. Par exemple, le dispositif d'actionnement comporte un actionneur rotatif ou linéaire pourvu d'un moyen de mesure tel qu'un capteur de position angulaire ou linéaire. Le dispositif d'actionnement peut comporter au moins un moteur électrique et un réducteur ou est un actionneur hydraulique ou pneumatique.
La présente invention a également pour objet une interface haptique comportant au moins un membre articulé selon la présente invention. La présente invention a également pour objet un robot comportant au moins un membre articulé selon la présente invention.
La présente invention a également pour objet un gant à retour d'effort comportant au moins un robot selon la présente invention destiné à interagir avec un doigt.
La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un membre articulé selon la présente invention, comportant les étapes suivantes:
a) fabrication de deux éléments d'extrémité,
b) mise en place des éléments allongés dans et/ou autour des éléments d'extrémité,
c) mise en contact des éléments d'extrémité par leur sommet, d) mise en tension des éléments allongés,
e) assemblage avec le corps.
Dans un exemple de réalisation, l'étape e) a lieu entre l'étape b) et l'étape c).
Dans un autre exemple de réalisation, l'étape e) a lieu après l'étape d) et l'étape e) est une étape de moulage des corps sur les éléments d'extrémité et sur les éléments allongés.
Avantageusement, les éléments d'extrémité sont réalisés par usinage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexe, sur lesquels :
- la figure 1A est une vue en perspective d'un premier exemple d'un premier mode de réalisation d'un membre articulé selon la présente invention, dans lequel l'articulation est réalisée au moyen de câbles,
- la figure 1B est une variante du membre de la figure 1A,
- les figures 2A et 2B sont des vues en perspective de variantes de réalisation d'inserts adaptés à la réalisation de membres articulés selon le premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue en perspective d'une autre variante d'insert adaptée à la réalisation d'un membre articulé selon le premier mode de réalisation,
- la figure 4 est une vue en perspective d'un exemple d'insert adapté à la réalisation d'un membre articulé selon un autre exemple du premier mode de réalisation,
- la figure 5 est une vue en perspective d'un autre exemple d'un membre articulé selon le premier mode de réalisation, dans lequel l'articulation est réalisée au moyen de bandes de matériau fibreux tissé ou non tissé,
- les figures 6A et 6B sont des vues en perspective d'ensemble et de détail respectivement d'un exemple d'un membre selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel articulation est réalisée au moyen de câbles,
- la figure 7 est une vue en perspective d'une variante du membre articulé des figures 6A et 6B,
- les figures 8A et 8B sont des vues en perspective de dessus et de dessous d'une autre variante de réalisation du membre articulé des figures 6A et 6B,
- la figure 9A est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un membre articulé selon le deuxième mode de réalisation,
- la figure 9B est une vue en perspective de l'insert de l'exemple de la figure 9A représenté seul,
- la figure 10 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un membre articulé selon le deuxième mode de réalisation, dans lequel l'articulation est réalisée au moyen de bandes de matériau fibreux tissé ou non tissé,
- les figures 11A et 11B sont des vues en perspective d'un exemple d'un membre articulé et de l'insert selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 12 est une vue en perspective d'un autre exemple de membre articulé selon le troisième mode de réalisation,
- la figure 13 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un mécanisme poly-articulé comportant des membres articulés selon l'invention, - les figures 14A et 14B sont des vues en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un mécanisme poly-articulé comportant des membres articulés selon l'invention, présentant une configuration en boucle fermée,
- les figures 15, 16 et 17 sont des vues en perspective d'exemples de structures actionnées intégrant au moins un membre articulé selon la présente invention,
- la figure 18 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un robot utilisant des membres articulés selon l'invention,
- la figure 19 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une interface haptique utilisant des membres articulés selon l'invention,
- la figure 20 est une vue en perspective d'un exemple de gant à retour d'effort mettant en œuvre des membres articulés selon la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans toute la description, les mêmes références seront utilisées pour désigner les éléments remplissant la même fonction et ayant sensiblement la même forme.
Les termes « horizontal », « vertical », « au dessous de », ... ne seront pas limitatifs puisque les dispositifs décrits peuvent être disposés suivant n'importe quelle orientation dans l'espace.
Les extrémités longitudinales des segments et des inserts en regard seront désignées "extrémités proximales" et les extrémités longitudinales opposées des segments et des inserts seront désignées "extrémités distales".
Sur la figure 1A on peut voir un premier exemple de réalisation d'un membre articulé, comportant un premier segment 2 et un deuxième segment 4 rigides, s'étendant respectivement principalement suivant les-axes X2 et X4 et une articulation 6 reliant les deux segments 2, 4. Les deux segments sont alors articulés l'un par rapport à l'autre par une liaison pivot ou pouvant être assimilée à une liaison pivot d'axe Y perpendiculaire au axes X2 et X4. Par soucis de simplification nous considérerons ici que l'axe Y est fixe ou quasiment fixe par rapport aux segments 2 et 4 même si la position de cet axe par rapport à ces segments peut varier légèrement au cours du mouvement dans certains cas et suivant la géométrie des extrémités proximales des segments et des inserts et/ou du fait de légers mouvements parasites de l'articulation. L'axe Y s'étend suivant une direction transversale et les axes X2 et X4 s'étendent suivant une direction longitudinale. Sur la figure 1A le dispositif est représenté dans une configuration de référence dans laquelle les axes X2 et X4 sont alignés. Il est bien entendu que lorsque l'articulation est mise en mouvement autour de l'axe Y les axes X2 et X4 ne restent pas parallèles.
L'articulation 6 est formée, dans l'exemple représenté, par quatre brins de câbles disposés par paire de part et d'autre des axes X2 et X4. Les brins s'étendent de manière avantageuse parallèlement à l'axe X2 dans le segment 2 et parallèlement à l'axe X4 dans le segment 4. Ils peuvent être maintenus par exemple par pincement comme cela est illustré sur la figure 1A soit au niveau de leurs extrémités dans les segments rigides 2, 4 soit à l'intérieur de ces segments, de sorte que leur longueur libre entre ces segments reste faible et varie peu lors des mouvements autour de l'axe Y.
Selon la présente demande, un câble est formé d'un ensemble de fils métalliques ou composés de fibres naturelles ou synthétiques tissées ou non tissées ayant une direction d'allongement principale beaucoup plus grande que ses dimensions transverses. Un câble peut être formé par un assemblage de torons, les torons pouvant eux-mêmes être enroulés autour d'une âme. Sa section peut être par exemple et de manière non limitative ronde ou elliptique.
Les câbles peuvent être réalisés en acier, en aramide, en Kevlar®, en Dyneema® ou Micro Dyneema®, en polypropylène ou en tout autre matériau apte à offrir les propriétés mécaniques recherchées pour une telle articulation, c'est-à-dire une très faible résistance en flexion et une grande résistance en traction, et une grande tenue à la fatigue.
Par exemple dans le cas de câbles en Dyneema® ou Micro Dyneema®, les fibres peuvent être tressées et non pas formées à partir de torons ou elles peuvent être formées à partir de torons.
Dans tous les cas les câbles peuvent être traité en profondeur ou enduits pour favoriser leur tenue par exemple à l'usure, à l'humidité ou aux rayons ultra- violets. Ce traitement peut être apporté à chaque fibre individuellement et/ou à l'ensemble du câble.
Les deux segments rigides 2, 4 sont de structures similaires.
Le premier segment 2 comporte une première partie 8.1 formant le corps du segment et une deuxième partie 10.1 située à une extrémité proximale du premier segment et destinée à venir à proximité et avantageusement en contact avec le deuxième segment rigide 4. La deuxième partie 10.1 est formée par un insert fixé au corps 8.1.
Le deuxième segment 4 comporte également un corps 8.2 et un insert 10.2 au niveau de son extrémité proximale destinée à venir à proximité et avantageusement en contact avec l'insert 10.1.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1A et 1B, les inserts 10.1 et 10.2 comportent une partie inférieure et une partie supérieure recevant entre elles les câbles qu'elles peuvent contribuer à maintenir, par exemple par pincement.
Les extrémités proximales des inserts ont une section, dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'articulation, avantageusement sensiblement triangulaire afin de permettre un grand débattement angulaire entre les deux segments et d'assurer le guidage de l'articulation. Ces inserts-sont réalisés avec une grande précision. La longueur libre des câbles entre les deux extrémités proximales des inserts est très faible afin de réaliser une articulation très précise.
De manière très avantageuse, l'extrémité proximale des inserts présente un profil assurant à la fois une bonne résistance mécanique et la réalisation d'une articulation entre les deux inserts la plus proche possible d'un pivot. Par exemple il s'agit d'un profil arrondi. Les arrondis sont de très petite dimension sur toute la largeur des inserts. La ligne de contact entre ces arrondis, qui peut varier légèrement en fonction des mouvements de roulement et de glissement entre eux, définit l'axe de rotation Y. La réalisation de ces arrondis requiert une grande précision pour que l'axe Y varie le moins possible au cours du mouvement. Le diamètre de l'arrondi est typiquement de l'ordre de grandeur ou légèrement inférieur au diamètre des câbles ou à leur plus petite dimension une fois pincés entre les inserts. L'arrondi peut avoir la forme d'une portion angulaire de cylindre dont la génératrice est un cercle, une ellipse ou toute autre forme adaptée.
Les corps 8.1, 8.2 comportent également une partie inférieure et une partie supérieure solidarisées l'une à l'autre, par exemple au moyen de vis comme cela est illustré sur la figure 1A, maintenant simultanément en place les inserts et pouvant également contribuer au maintien des câbles par pincement. D'autres moyens de solidarisation sont envisageables, par exemple par rivetage, collage, soudage ou par assemblage par tout autre moyen approprié.
Les bords transversaux de l'articulation, c'est-à-dire les parties des inserts les plus éloignées des axes X2 et X4 le long de l'axe Y, sont les zones les plus sollicitées de l'articulation lorsque des efforts parasites sont appliqués dans toutes les directions. De manière avantageuse, les brins de câble sont alors disposés sur les bords transversaux des segments. On pourrait aussi utiliser seulement 2 câbles ou au contraire plus de quatre câbles et les placer tout le long de la liaison pour la renforcer.
De manière très avantageuse, les inserts 10.1, 10.2 comportent des moyens de maintien transversaux des câbles, empêchant tout mouvement le long de l'axe de rotation Y. Dans l'exemple représenté et comme nous le verrons plus en détail par la suite, les inserts sont munis de rainures recevant chacune un câble. Les rainures sur les deux inserts sont réalisées de sorte qu'elles soient alignées deux à deux le long de la direction longitudinale lors du montage du dispositif. Les moyens de maintien pourraient aussi être formés par un matriçage des surfaces des inserts venant pincer les câbles.
Les câbles étant très résistants à la traction mais ne présentant quasiment aucune résistance à la flexion, le principal mouvement possible est la rotation autour de l'axe transversal Y qui varie très peu au cours du mouvement.
De manière également particulièrement avantageuse, les inserts sont en matériau dur, par exemple en acier ou en acier inoxydable. La structure offre alors une bonne tenue mécanique et une faible usure, usure qui est produite du fait des frottements entre les deux inserts. Avantageusement, les corps 8.1, 8.2 des segments sont en matériau léger, ce qui permet de réaliser des structures allégées, par exemple en aluminium ou en matériau plastique.
On obtient ainsi des combinaisons avantageuses en associant un matériau plus dur pour les inserts et un matériau plus léger pour les corps, par exemple et de manière non limitative de l'acier pour les inserts et de l'aluminium pour les corps ou de l'aluminium pour les inserts et du plastique pour les corps ou encore un plastique dur pour les inserts et un plastique plus tendre pour les corps. On pourrait cependant réaliser le corps et l'insert de chaque segment dans le même matériau, par exemple de l'aluminium, sans sortir du cadre de la présente invention.
Comme décrit ci-dessus, les câbles sont maintenus longitudinalement par pincement entre les parties inférieure et supérieure des inserts et/ou des corps de chaque segment. Les surfaces en regard des parties supérieure et inférieure des inserts et des corps des segments peuvent encore présenter un état de surface irrégulier obtenu par exemple par usinage, sablage ou matriçage, afin de maintenir plus efficacement les câbles. Alternativement, le ou les câbles peuvent être pourvus de nœuds pour favoriser cette accroche. D'autres pièces comme par exemple et de manière non limitative des pions perpendiculaires aux axes X2 et Y, respectivement X4 et Y, et autour desquels viendraient s'enrouler les câbles peuvent encore être insérées dans les segments 2 et 4 pour guider et/ou renforcer encore le maintien des câbles.
En variante, les câbles pourraient être montés libres longitudinalement dans les inserts et les corps et être tendus ultérieurement par un système de tension additionnel extérieur.
Lors du montage du membre articulé, les inserts 10.1, 10.2 sont avantageusement placés au contact l'un de l'autre de sorte que la longueur libre des câbles soit minimale. Après assemblage les inserts ne bougent plus par rapport aux corps.
Avantageusement, les inserts présentent une dimension transversale supérieure à celle des corps et/ou comportent des empreintes latérales, ce qui permet de les maintenir en place à l'aide de moyens additionnels non représentés, par exemple des supports fixes ou des serre-joints, le temps d'effectuer le montage du corps ou le moulage du corps sur les inserts.
Sur la figure 1B, on peut voir une variante de réalisation du membre de la figure 1A, dans laquelle les corps 8.1, 8.2 ne sont plus en deux parties reliées mécaniquement pour maintenir les inserts mais sont réalisés directement par moulage autour des inserts. Ils sont donc en une partie, ce qui simplifie la réalisation, encore plus si les corps des deux segments sont moulés en une seule opération à l'aide d'un moule unique. La mise en œuvre d'inserts à grande précision de réalisation est particulièrement intéressante dans cette variante, dans laquelle les corps sont réalisés avec une précision bien moindre, la précision de positionnement étant fournie par le moule.
Dans cette variante de réalisation, il est particulièrement avantageux d'avoir des câbles qui dépassent longitudinalement des corps au niveau des extrémités distales et de venir les tendres lors du moulage. Comme précédemment on peut prévoir ici aussi d'autres pièces comme par exemple et de manière non limitative des pions perpendiculaires aux axes X2 et Y, respectivement X4 et Y, maintenus par le moule et autour desquels viendraient s'enrouler les câbles avant moulage de manière à les guider et/ou à renforcer leur maintien.
Dans cette variante de réalisation, il est également possible de faire passer les câbles dans des gaines, notamment au niveau des corps des segments, de telle sorte qu'à l'issue du moulage les câbles ne soient pas fixés dans les corps et puissent être facilement retendus et / ou échangés en cas d'usure.
Sur les figures 2A et 2B, on peut voir différents exemples de réalisation d'inserts, représentés seuls, pouvant être mis en œuvre dans des membres articulés selon le premier mode de réalisation. Ces exemples sont fournis à titre purement illustratif et ne sont pas limitatifs.
Sur la figure 2A, l'insert 10.1 est celui mis en œuvre dans le membre de la figure 1A, celui-ci comporte deux parties 10.1', 10.1", chacune étant munie de rainures 12 s'étendant le long de la direction longitudinale et destinées à se faire face, de sorte à délimiter un logement pour chaque câble. Dans l'exemple représenté, deux paires de logements sont ainsi formées. De manière avantageuse, les logements présentent une largeur proche ou légèrement supérieure au diamètre des câbles pour faciliter leur insertion et une hauteur proche ou légèrement inférieure au diamètre des câbles afin de les écraser légèrement sans les blesser. Les câbles sont alors ramenés le plus près possible du plan milieu du membre articulé afin que l'articulation fonctionne de manière optimale. Par exemple, pour un câble de 0,5 mm de diamètre, la hauteur totale du logement peut être de 0,3 mm ou 0,4 mm. Comme décrit précédemment, les rainures empêchent tout déplacement transversal des câbles.
En outre, chacune des extrémités proximales des parties 10.1', 10.1" présente une forme biseautée de sorte que lorsque les deux parties de inserts sont superposées, l'insert présente une extrémité proximale en pointe. Chacune des extrémités proximales comporte encore avantageusement une forme arrondie. Dans le cas illustré par la figure 2A les formes arrondies des extrémités proximales des deux parties 10.1', 10.1" sont avantageusement symétriques de telle sorte que le plan milieu de l'arrondi formé par l'assemblage des parties 10.1', 10.1" de l'insert se situe dans le plan milieu des câbles.
Cette exemple de réalisation permet de réaliser des inserts tous identiques en série et donc de réduire les coûts de fabrication. Par exemple, les inserts peuvent être moulés ou usinés séparément ou le long d'une longue tige, qui est ensuite coupée pour séparer chaque insert.
Sur la figure 2B, on peut voir un autre exemple d'insert 110.1 dans lequel seule l'une des parties est munie de rainures 12 ayant chacune une profondeur permettant de recevoir entièrement un câble. En outre, dans le cas où l'on réalise un arrondi sur l'extrémité proximale de l'insert, celui-ci est réalisé uniquement sur la partie 110.1" munie des rainures de sorte que le plan milieu de l'arrondi se trouve encore dans le plan moyen des câbles. Cet exemple de réalisation présente l'avantage que l'une des parties 110.1" est très simple à réaliser, toutes ses faces étant lisses.
Sur les exemples représentés sur les figures 2A et 2B, les arrondis ont un profil en arc de cercle. Il est bien entendu que ce profil pourrait être différent et de tout type adapté, par exemple et de manière non limitative en arc d'ellipse ou en développante de cercle. Sur la figure 3, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un insert 210.1. Celui-ci diffère de ceux décrits précédemment en ce qu'il peut être assemblé avant l'assemblage des corps. Les extrémités distales des parties 210.1', 210.1" comportent des moyens d'assemblage 214, par exemple par vissage, après la mise en place des câbles.
En alternative, les inserts pourraient être réalisés d'un seul tenant, des trous seraient alors alésés ou percés pour le passage des câbles.
Sur la figure 4, on peut voir une autre variante de réalisation des inserts 310.1, 310.2. Ceux- ci diffèrent de ceux décrits précédemment en ce que les moyens pour limiter un mouvement le long de l'axe de rotation sont formés par deux flasques latéraux 316 portés par l'un des inserts 310.1 et destinés à recevoir l'extrémité proximale de l'autre insert 310.2.
Ainsi lorsque le membre articulé est assemblé, i.e. que les câbles sont tendus et les inserts en contact, les mouvements des inserts et des segments le long de l'axe de rotation Y sont impossibles. Alternativement, les flasques pourraient également être réalisés sur les segments. Dans les deux cas cependant les contacts entre les flasques et l'insert ou le segment en regard diminuent la transparence du dispositif en comparaison des inserts munis de rainures selon les exemples décrits précédemment.
Sur la figure 5, on peut voir un autre exemple de membre articulé selon le premier mode de réalisation, dans lequel l'articulation 406 comporte deux bandes ou nappes 406.1, 406.2 de matériaux fibreux. Dans cet exemple, les corps 408.1, 408.2 sont moulés autour des inserts 410.1, 410.2. Il est bien entendu qu'ils pourraient également être assemblés comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1A.
Le matériau fibreux des bandes ou nappes qui forment l'articulation 406 peut être de type tissé, c'est-à-dire qu'il est obtenu par tissage de fils de trame et de fils de chaîne. Il offre alors une résistance importante selon l'axe du fil de trame et selon l'axe du fil de chaîne.
Les bandes ou nappes de matériau fibreux peuvent également être formées par du matériau non tissé. Dans ce cas, il est fait d'un voile ou d'une nappe de fibres individuelles orientées directionnellement ou au hasard, liées notamment par friction et/ou cohésion et/ou adhésion. De manière avantageuse, l'orientation des fibres permet de déterminer une direction privilégiée de résistance à la traction.
Dans tous les cas le matériau fibreux peut être traité en profondeur ou enduit pour favoriser sa tenue par exemple à l'usure, à l'humidité ou aux rayons ultra- violets. Ce traitement peut être apporté à chaque fibre individuellement et/ou à l'ensemble de chaque bande ou de chaque nappe.
Il est bien entendu que la largeur des bandes ou nappes peut varier sans sortir du cadre de l'invention. On pourrait ainsi avoir une seule bande ou nappe, sous réserve que sa largeur soit suffisante pour empêcher les mouvements parasites, en particulier les mouvements de rotation autour des axes X2 et X4. Ainsi dans le cas où une seule bande ou nappe est utilisée elle sera avantageusement la plus large possible et s'étendra sur la majeure partie de la largeur des inserts.
Avantageusement, des rainures sont prévues dans les inserts pour limiter le déplacement transversal des bandes. Les rainures présentent une largeur suffisante pour loger entièrement chaque bande.
Les exemples d'insert décrits précédemment en relation avec une articulation à câbles s'appliquent entièrement à une articulation à bandes, et inversement.
En outre, on peut prévoir de réaliser des articulations associant des câbles et des bandes.
Sur les figures 6A et 6B est représenté un exemple de membre articulé selon un deuxième mode de réalisation. Celui-ci diffère du premier mode de réalisation en ce que les câbles et/ou bandes ne sont pas disposés à l'intérieur des inserts et des segments mais courent sur les faces extérieures des inserts.
Comme on peut le voir sur les figures 6A et 6B, le membre articulé comporte deux segments 502, 504 formés chacun d'un corps 508.1, 508.2 et d'un insert 510.1, 510.2 et une articulation 506.
Dans l'exemple représenté, les inserts 510.1 et 510.2 sont formés chacun d'un seul tenant. Ils comportent une extrémité proximale de section, dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'articulation, avantageusement globalement triangulaire et une extrémité distale destinée à former une partie d'accrochage avec le corps.
Les deux inserts 510.1, 510.2 sont en contact par leurs extrémités proximales.
Comme pour le premier mode de réalisation, les inserts sont avantageusement réalisés en matériau dur, comme l'acier, et les corps en matériau léger, par exemple en aluminium ou en matériau plastique.
Comme pour le premier mode de réalisation également, l'extrémité proximale des inserts peut être arrondie localement, avec un profil en arc de cercle ou autre.
Dans l'exemple représenté, le corps est réalisé en une seule partie et moulé sur la partie d'accrochage de l'insert. On peut cependant envisager que le corps soit réalisé en deux parties assemblées entre elles et avec les inserts avec une fixation par vis, rivet, colle, soudage ou tout autre moyen adapté.
L'articulation est formée de brins de câble fixés sur une face inférieure, respectivement supérieure d'un segment et sur une face supérieure, respectivement inférieure de l'autre segment. Les brins de câble courent alors le long des corps 508.1, 508.2, et des faces inclinés des inserts 510.1, 510.2.
De manière avantageuse, les inserts 510.1, 510.2 comportent des rainures 512 sur leurs faces inclinés pour guider les brins de câbles. Les rainures 512 ont avantageusement une profondeur choisie de sorte que la profondeur totale des rainures en regard soit sensiblement égale ou légèrement inférieure au diamètre du câble. Dans ce cas, la partie des brins de câbles située au niveau de l'axe de rotation Y est entièrement contrainte transversalement.
Dans l'exemple des figures 6A et 6B, on utilise deux ensembles de quatre câbles 505 pour réaliser l'articulation. Pour guider ces câbles, les inserts 510.1, 510.2 comportent sur chaque face inclinée deux groupes de quatre rainures 512, chaque rainure ayant une profondeur proche ou légèrement inférieure à la moitié du diamètre du câble, laissant ainsi un espace de profondeur sensiblement égale au diamètre du câble à l'interface entre les deux inserts. Le câble 505 ne parcourt effectivement que deux rainures par groupe. Cette réalisation permet de n'avoir qu'un seul modèle d'insert qui peut être utilisé pour les deux segments. En effet, comme on peut le voir sur la figure 6B, ce ne sont pas les mêmes rainures 512 qui sont parcourues par les câbles sur l'insert situé à gauche et sur l'insert situé à droite. Cette réalisation permet un gain de coût important et une simplification dans la réalisation de chaque segment.
Dans l'exemple représenté, les brins de câbles sont avantageusement situés aux deux extrémités transversales des segments et des inserts. Dans l'exemple représenté également, les brins de câble sont disposés en quinconce, un brin de câble d'un segment alternant avec un brin de câble de l'autre segment. Cette réalisation n'est pas limitative.
Dans l'exemple illustré sur les figures 6A et 6B, les brins de câble forment quatre boucles obtenues par exemple en collant, en nouant ou en assemblant à l'aide d'épissures deux extrémités de câble. Ces boucles passent autour de pions 513 en saillie des corps, ce qui maintient les segments en contact. Avantageusement on pourrait prévoir un système de tension des câbles, tel que par exemple et de manière non limitative un ridoir, un excentrique ou une vis de réglage. Ces moyens sont bien connus de l'homme et l'art et ne seront pas décrits en détail.
Les 8 câbles des 2 ensembles de 4 câbles pourraient encore être indépendants et chacun fixé sur les segments 502 et 504.
Dans ce cas on pourrait avantageusement utiliser plusieurs brins de câbles pour chaque extrémité transversale, dont les extrémités libres dépasseraient des segments. Les câbles seraient alors tendus lors de l'assemblage du membre articulé, par exemple lors d'une étape de moulage.
Sur la figure 7, on peut voir une variante de membre articulé des figures 6A et 6B, dans laquelle les corps 508.1', 508.2' sont moulés sur les câbles 505. Dans ce cas les câbles sont prisonniers des segments après moulage. Pour favoriser leur accroche dans le matériau des corps, on peut réaliser des boucles de câbles disposées autour d'inserts comme sur la figure 6A. On peut encore utiliser des brins de câbles indépendants dépassant avantageusement des segments pour pouvoir les tendre lors du moulage. Dans ce cas il pourrait être avantageux que les câbles soient pourvus de nœuds pour favoriser cette accroche. Comme précédemment, d'autres pièces comme par exemple et de manière non limitative des pions perpendiculaires aux axes X2 et Y, respectivement X4 et Y, et autour desquels viendraient s'enrouler les câbles peuvent encore être insérées dans les segments 502 et 504 pour guider et/ou renforcer encore le maintien des câbles. Ces dispositifs ne sont bien sûr pas limitatifs et tout autre moyen permettant de favoriser l'accroche des câbles dans les segments 502, 504 peut être utilisé.
Par ailleurs, dans cette variante également il serait possible de faire passer les câbles dans des gaines, notamment au niveau des corps des segments, de telle sorte qu'à l'issue du moulage les câbles ne soient pas fixés dans les corps et puissent être facilement retendus et / ou échangés en cas d'usure.
Sur les figures 8A et 8B, on peut voir une autre variante du second mode de réalisation, dans laquelle les inserts 610.1, 610.2 comportent un nombre de rainures 612 égal au nombre de brins de câbles 605. En outre, seule l'une 610.1', 610.2' des faces inclinées de chaque insert 610.1, 610.2 comporte des rainures 612 dont la profondeur est sensiblement égale ou légèrement inférieure au diamètre du câble. Chaque brin de câble chemine dans une rainure 612 sur une face inclinée 610.1', respectivement 610.2', d'un insert 610.1, respectivement 610.2, puis lorsqu'il passe sur l'autre insert 610.2, respectivement 610.1, il chemine sur la face inclinée 610.2", respectivement 610.1", dépourvue de rainures, de l'autre insert 610.2, respectivement 610.1 (figure 8B). Le nombre d'usinages par insert est ainsi réduit.
Sur l'exemple représenté sur les figures 8A et 8B, les rainures sont effectuées sur les faces 610. et 610.2' et les faces 610.1" et 610.2" sont lisses. Il est bien entendu que les rainures pourraient également être effectuées sur toute autre combinaison de deux faces permettant de maintenir les câbles dans la direction de l'axe de l'articulation, par exemple les faces 610. et 610.1", les deux autres faces, par exemple 610.2' et 610.2", étant lisses. On peut ainsi envisager de réaliser des membres articulés comportant un segment avec un insert muni de rainures sur ses deux faces inclinées et de l'associer avec un segment dont l'insert ne comporte aucune rainure sur des faces inclinées. Lors de la fabrication, on réaliserait en série des inserts lisses, puis la moitié d'entre eux seraient usinés.
Dans les exemples représentés sur les figures 6 à 8, les rainures ont une profondeur constante. Il est bien entendu qu'elles pourraient également avoir une profondeur variable, par exemple nulle du côté des corps des segments et d'une profondeur suffisante pour recevoir les câbles ou bandes de fibres à proximité de l'articulation.
Dans un autre exemple de réalisation non représenté, les moyens de guidage sont formés par deux flasques latéraux sur les inserts et/ou les segments comme sur la figure 4.
Sur les figures 9A et 9B, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un membre articulé selon le deuxième mode de réalisation, dans lequel les moyens de guidage sont formés par des encoches 712 réalisées uniquement aux sommets des inserts. Ces encoches 712 permettent ici aussi de faire en sorte que le câble croise l'axe de liaison tout en assurant le blocage le long de l'axe. Celles-ci sont très simples et très peu coûteuses à réaliser, comme le montre la figure 9B. Chaque insert 710.1, 710.2 comporte deux groupes de quatre encoches 712. Sur chaque groupe de quatre encoches, deux d'entre elles reçoivent les brins de câble 705 passant de la face supérieure du segment 702 à la face inférieure du segment 704 et les deux autres les brins de câble 705 passant de la face inférieure du segment 702 à la face supérieure du segment 704. Ceci permet la fabrication d'un seul modèle d'insert.
Il est bien entendu que comme pour le premier mode de réalisation, on pourrait sur les exemples des figures 6 à 9 utiliser un nombre de câbles différent. On pourrait ainsi n'utiliser que deux paires de câbles croisés passant à proximité des extrémités transversales des inserts ou au contraire utiliser plus de quatre paires de câbles croisés pour renforcer l'articulation.
Il est bien entendu également que les inserts peuvent avoir ici aussi des extrémités proximales triangulaires ou arrondies localement.
Sur la figure 10, on peut voir un autre exemple de membre articulé selon le deuxième mode de réalisation, dans lequel l'articulation 806 est formée par de bandes 807 de fibres tissées ou non. Dans cet exemple, le corps 808.1, 808.2 est moulé sur l'insert 810.1, 810.2 et sur les bandes de fibres 807. Comme précédemment, les bandes dépassent avantageusement du moule de manière à pouvoir les tendre lors de l'assemblage du dispositif puis elles sont noyées dans le matériau des segments, ce qui permet de les maintenir en place. En outre, ce moulage sur les bandes assure une protection vis-à-vis de l'environnement extérieur. Comme précédemment ou pourrait utiliser un nombre différent de bandes ou de nappes, voire une seule bande de grande largeur.
Bien entendu, comme pour les membres articulés utilisant des câbles, il serait possible dans ce cas comme sur tous les membres articulés réalisés par moulage des corps des segments sur les inserts de faire passer les bandes ou nappes de fibres tissées ou non tissées dans des gaines de formes adaptées de telle sorte qu'elles ne soient pas fixées dans les corps des segments à l'issue du moulage et puissent être retendues ou remplacées en cas d'usure.
Dans les exemples de réalisation des figures 6A, 6B, 8A, 8B, 9A, 9B et 11, on pourrait prévoir un capot rapporté pour protéger les câbles ou bandes. En outre ces configurations où les câbles sont apparents permettent de les changer en cas d'usure ou de casse, ce qui favorise la maintenance du dispositif.
Sur les figures 11A et 11B, un troisième mode de réalisation est représenté. Celui-ci combine les premiers et deuxièmes modes de réalisation, l'articulation 906 est alors formée par des câbles 905 qui sont logés dans les inserts 910.1, 910.2 et des câbles 905' qui courent sur les inserts 910.1, 910.2 et/ou les corps 908.1, 908.2 des segments. Sur la figure 11B, seule une des deux parties de l'insert est représentée.
Dans l'exemple représenté, les inserts 910.1, 910.2 sont en deux parties munies des rainures 912 (figure 11B) pour le guidage des câbles 905 logés dans les inserts et des encoches 912' dans les sommets des inserts 910 pour guider les câbles 905' cheminant sur les inserts.
Les exemples d'inserts des premier et deuxième modes de réalisation peuvent être combinés et mis en œuvre dans le membre articulé selon le troisième mode de réalisation. Par exemple, les corps peuvent être surmoulés sur les inserts et les câbles peuvent former des boucles autour de pions sur les corps. On pourrait prévoir un moulage sur les câbles. Le guidage des câbles pourraient être réalisé par les différents types de rainures décrits précédemment.
Sur la figure 12, on peut voir un autre exemple de membre articulé selon le troisième mode de réalisation, dans lequel les câbles sont remplacés par des bandes de fibres tissées ou non 907. Dans cet exemple, les bandes 907 dépassent longitudinalement des extrémités distales du corps, ce qui permet de les tendre lors du moulage
Les exemples décrits pour chacun des modes de réalisation ne forment pas une liste exhaustive et les différents exemples peuvent être combinés, en particulier en ce qui concerne l'articulation, les inserts et les corps.
Ainsi les exemples décrits précédemment utilisent soit des câbles soit des bandes ou nappes de matériau fibreux tissé ou non. Il est bien entendu que toute combinaison de câbles et de bandes est également utilisable quel que soit le mode de réalisation.
Les membres articulés des différents modes de réalisation décrits peuvent être équipés de un ou plusieurs éléments de mesure.
Cet élément de mesure peut se présenter sous la forme d'un film flexible mince. Cet élément de mesure peut par exemple être composé de deux électrodes fines déposées sur un élément fin en polymère flexible dont la déformation conduira à une variation de la forme des électrodes et/ou de la distance entre les électrodes, donc de la résistance ou de la capacité du dispositif. Il peut également être formé à partir d'un matériau plastique ou polymère conducteur (chargé de particules métalliques par exemple) souple dont la résistance varie en fonction de sa déformation, par exemple sous la forme de fils. En variante, il peut également être constitué d'une ou plusieurs fibres optiques associées à un émetteur (par exemple une diode) et un récepteur (par exemple une photodiode). Dans ce cas, la quantité de lumière transmise à travers la fibre varie en fonction de sa courbure et la mesure de la quantité de lumière reçue par le récepteur donne une image de l'angle de l'articulation. Il peut encore s'agir d'un matériau fibreux tissé ou non tissé, par exemple chargé de particules métalliques, et dont les propriétés électriques, par exemple la résistance ou la capacité entre deux sondes, varie en fonction de la configuration de l'articulation. Dans ce cas le matériau fibreux pourra avantageusement être le même que celui de l'articulation. Ces dispositifs de mesure sont connus de l'homme de l'art et ne seront pas détaillés ici. On ne présentera pas en particulier les éléments de traitement électroniques et informatiques de signaux représentatifs de la résistance ou de la capacité du dispositif et qu'il faut traiter pour reconstruire une image de la déformation du matériau donc de l'angle de l'articulation. Par souci de simplification, ces éléments de mesure ainsi que les éléments d'alimentation et de câblage des éléments de mesure ne sont pas représentés.
Dans les exemples de réalisation où les câbles ou les bandes formant l'articulation sont pincés dans les inserts, les extrémités longitudinales des éléments de mesure pourraient également être pincées dans les inserts en même temps que les câbles ou les bandes.
De tels éléments de mesure sont très compacts et très souples et offrent peu de résistance aux mouvements de l'articulation. Ils permettent à tout moment de connaître la position de l'articulation.
Dans un autre exemple, l'élément de mesure peut être placé en parallèle de l'articulation. Par exemple il pourrait être formé par une diode placée sur un des segments et une photodiode placée sur l'autre segment et reliées par une fibre optique passant à côté de l'articulation, par exemple en coupant l'axe Y et en passant à côté des inserts ou en passant au-dessus ou au-dessous des inserts, fibre optique dont les pertes optiques augmentent avec le rayon de courbure. Ainsi, la lumière reçue par la photodiode serait fonction de la distance entre elle et la diode donc de l'angle entre les deux segments. De la même manière, on pourrait utiliser deux bobines déposées sur un film flexible ί-et fonctionnant comme des antennes dont le couplage inductif est fonction de l'angle entre les segments. On peut également utiliser des jauges de contraintes disposées sur une membrane souple dont la déformation entraine des efforts dans les jauges fonction de l'angle de l'articulation. De manière très avantageuse, le capteur peut être formé par une partie portée par le premier segment et une partie portée par le deuxième segment sans liaison mécanique entre les deux parties. Ce type de capteur a pour avantage d'être complètement transparent au niveau de l'articulation. En effet, les éléments de mesure présentés précédemment ajoutent une résistance au niveau de l'articulation, ce qui n'est pas le cas ici. Il peut s'agir par exemple et de manière non limitative d'une bobine déposé ou collée sur l'un des segments, par exemple sur l'un des inserts, et d'une seconde bobine déposée ou collée sur l'autre segment, par exemple sur l'autre insert, et fonctionnant comme des antennes dont le couplage inductif est fonction de l'angle entre les segments. II peut encore s'agir d'une bobine déposée ou collée sur l'un des segments, par exemple sur l'un des inserts, et d'un aimant fixé ou collé sur l'autre segment, par exemple sur l'autre insert, et venant modifier le champ électrique ou magnétique de la bobine en fonction de l'angle entre les segments. Il peut encore s'agir d'une diode fixée sur l'un des segments, par exemple sur l'un des inserts, et d'une photodiode ou d'un PSD linéaire ou surfacique fixé sur l'autre segment, la quantité de lumière reçue par la photodiode et/ou la position de l'image de la diode sur le PSD variant en fonction de l'angle de l'articulation. Il peut encore s'agir d'une caméra miniature fixée sur l'un des segments et dont l'image du second segment varie avec l'angle de l'articulation.
Le capteur peut encore fournir une mesure indirecte de la position de l'articulation. Il pourra ainsi par exemple et de manière non limitative être constitué d'un premier accéléromètre déposé ou collé sur l'un des segments, par exemple sur l'un des inserts, et d'un autre accéléromètre fixé ou collé sur l'autre segment, par exemple sur l'autre insert, et dont la combinaison des mesures permet de calculer l'accélération de l'articulation puis, par double intégration, éventuellement filtrée, sa position.
II est bien entendu que ces exemples ce sont pas limitatifs et qu'un membre articulé selon l'un quelconque des modes de réalisation pourrait être équipé de tout autre dispositif de mesure de position, de vitesse ou d'accélération de l'articulation sans sortir du cadre de l'invention.
En outre comme nous le verrons par la suite, les membres articulés comportent généralement des inserts à chacune de leurs extrémités longitudinales pour permettre de réaliser des structures poly-articulées, par exemple de type parallélogramme. Chaque membre articulé ne comporte pas, à ses deux extrémités, nécessairement le même type d'articulation et d'inserts, et toutes les combinaisons sont envisageables. Par exemple, on peut envisager qu'aux deux extrémités il s'agisse d'un membre articulé selon le premier mode de réalisation, avec pour l'un une articulation à câbles et pour l'autre une articulation à bandes. On peut encore prévoir qu'aux deux extrémités, il s'agisse de membres selon deux modes de réalisation différents. L'utilisation du même mode de réalisation et des mêmes solutions techniques sera toutefois avantageusement retenue pour toutes les articulations d'une même structure car cela permet d'en minimiser le coût de réalisation.
Par ailleurs, dans les exemples de réalisation présentés précédemment, les inserts sont globalement symétriques par rapport au plan des câbles ou du matériau fibreux et les corps des segments et les inserts sont contenus dans le même plan. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour obtenir des débattements symétriques par rapport à une configuration de référence où les segments se trouvent dans le même plan.
Dans le cas où on cherche à obtenir des débattements différents dans les deux directions autour de l'axe Y ou dans le cas où on veut réaliser une structure plus complexe dans laquelle les segments ne se trouvent plus dans le prolongement les uns des autres dans la configuration de référence, on utilisera avantageusement une configuration différente. On pourra par exemple faire en sorte que les corps des segments ne soient pas contenus dans le plan des inserts défini comme le plan bissecteur des faces inclinées de ces inserts. Comme nous le verrons par la suite, les corps des segments peuvent être situés dans des plans orthogonaux aux plans des inserts ou présentant une inclinaison quelconque par rapport à ceux-ci en fonction de la structure du mécanisme à réaliser. On pourrait également sans sortir du cadre de l'invention réaliser un biseau d'angle différent sur les deux faces inclinées des inserts, ou même ne réaliser un biseau que sur l'une de ces faces. Ces angles peuvent par ailleurs être identiques ou différents sur les inserts en regard. Ces deux exemples ne sont pas limitatifs et tout autre moyen permettant de favoriser les mouvements dans une direction pourrait être utilisé.
Les membres articulés selon l'invention peuvent être utilisés pour réaliser des chaînes mécaniques poly-articulées. Ils sont particulièrement adaptés à la réalisation de mécanismes de petite taille car ils sont compacts et légers, à la réalisation de mécanismes portables car ils sont légers et solides, et de mécanismes présentant une architecture cinématique complexe (parallèle et/ou couplée) car ils sont compacts et simples à réaliser. Ainsi l'ensemble d'un mécanisme complexe peut être moulé en une seule opération, moyennant l'utilisation de moules de taille suffisante et permettant de maintenir l'ensemble des câbles ou bandes et l'ensemble des inserts pendant le moulage.
Sur la figure 13, on peut voir un exemple de mécanisme polyarticulé réalisé à partir de membres articulés selon la présente invention.
Dans cet exemple, le mécanisme comporte trois membres articulés selon l'invention disposés en série. Un premier segment M2 articulé à une seule de ses extrémités est relié par une première articulation à un premier segment Ml articulé à ses deux extrémités, le segment Ml est relié par une seconde articulation à un second segment Ml lui aussi articulé à ses deux extrémités, le second segment Ml étant lui- même relié par une troisième articulation à un second segment M2 articulé à une seule de ses extrémités. De manière très avantageuse, ce mécanisme peut être obtenu en moulant simultanément les trois membres articulés, qui sont ici du type de ceux de la figure 5. Dans ce cas, le moule intègre avantageusement des dispositifs permettant de tenir les inserts et les câbles pendant l'injection du matériau des segments. Pour tendre les bandes de fibres pendant cette phase, celles-ci dépassent avantageusement des segments externes pour que l'on puisse les tenir et les tendre. En alternative, on pourrait aussi utiliser des brins de câbles. Cet exemple de mécanisme n'est pas limitatif et on peut réaliser un tel mécanisme avec tous les exemples de membres articulés décrits précédemment.
Un tel mécanisme peut également être obtenu en réalisant chacune des liaisons séparément puis en assemblant entre eux les segments de façon classique, par exemple par collage, rivetage, vissage, soudage, etc. Sur les figures 14A et 14B, on peut voir un autre exemple de mécanisme poly-articulé. Dans cet exemple le mécanisme forme une boucle fermée.
Ce mécanisme comporte des segments droits 2 et des segments coudés 2'. Dans le cas des segments coudés, l'axe longitudinal du corps 8' et l'axe longitudinal de l'insert 10' forment, sur l'exemple représenté, un angle droit.
Un tel mécanisme peut être réalisé en deux étapes, une première étape de moulage similaire à celui du mécanisme de la figure 13 puis une étape de fermeture du mécanisme par un assemblage mécanique, par exemple au moyen de vis comme cela est représenté sur la figure 14B. On obtient alors un parallélogramme articulé. La structure de la figure 14B permet d'avoir des débattements importants dans les deux directions.
D'autres mécanismes peuvent bien entendu être réalisés, ceux des figures 13 et 14 n'étant fournis qu'à titre d'exemples.
De tels mécanismes et plus généralement de tels membres articulés peuvent être motorisés afin de déplacer l'un des segments par rapport à l'autre autour de l'axe de rotation , ou encore être munis de frein pour s'opposer à un déplacement de l'un des segments par rapport à l'autre, par exemple dans des systèmes à retour d'effort.
Sur la figure 15, on peut voir un exemple de membre articulé tel que celui représenté sur la figure 5 actionné. Dans l'exemple représenté, le dispositif d'actionnement 18 comporte un moteur 20 avantageusement muni d'un capteur de position angulaire 21 et fixé sur le segment 2 qui entraîne l'autre segment 4 par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan comprenant une première poulie 22 en prise directe avec l'arbre du moteur 20, un câble 24 enroulé plusieurs fois sur la première poulie 22 pour éviter un glissement sur celle-ci et fixé à ses deux extrémités sur une seconde poulie 26 d'axe Y qui est fixée sur l'autre segment 4.
La seconde poulie 26 munie d'un support peut être rapportée sur le segment 4, par exemple par vissage, par collage ou soudage. En variante, elle peut être moulée en même temps que ce segment avec lequel elle forme alors une pièce unique.
De préférence la première poulie 22 est de plus petit diamètre, et la seconde poulie est de plus grand diamètre. Ainsi, dés que le moteur est entraîné en rotation ou exerce un couple sur la première poulie 22, ce déplacement ou ce couple est transmis à l'autre segment 4 par l'intermédiaire de la poulie 26. De la même façon, si on déplace le segment 4 ou si on exerce sur lui un effort, ce déplacement ou cet effort est transmis au moteur 20. Ce type de réducteur a l'avantage d'être réversible, très transparent et d'un très haut rendement.
Ainsi les mouvements du segment mobile peuvent être mesurés et commandés précisément à l'aide du capteur de position du moteur et/ou d'un capteur placé directement au niveau de l'articulation. De la même façon, l'effort sur le segment mobile peut être mesuré et asservi précisément en utilisant le couple du moteur et/ou un capteur d'effort additionnel. Le couple moteur peut être avantageusement estimé à partir du courant circulant dans ses bobinages s'il s'agit d'un actionneur électrique.
La première poulie 22 peut être lisse ou filetée pour favoriser l'accroche du câble sur celle-ci. L'accrochage des extrémités du câble sur la seconde poulie et les moyens de tendre ce câble sont réalisés par tous moyens connus et ne seront pas décrits en détail ici.
D'autres types de réducteurs peuvent être utilisés, par exemple et de manière non limitative des réducteurs à engrenages, à friction, à rubans, à roue et vis sans fin, etc. De la même façon, le capteur de position angulaire peut être de tout type, par exemple un codeur optique, un capteur à effet Hall, un capteur magnéto-optique, ...
Le moteur aussi peut être de tout type approprié, par exemple un moteur électrique à courant continu, un moteur Brushless, un actionneur pneumatique ou hydraulique, un alliage à mémoire de forme, un polymère électro-actif, ... On pourrait aussi utiliser un frein, par exemple à fluides électro-rhéologiques ou magnéto- rhéologiques, un frein à disques, à poudre, ... On pourrait encore utiliser un moteur associé à un frein, en série ou en parallèle, ou deux ou plusieurs moteurs, en série ou en parallèle, par exemple deux moteurs antagonistes liés à la poulie secondaire par des transmissions flexibles pilotables ou non.
Par exemple sur la figure 16, on peut voir la mise en œuvre d'un actionneur pneumatique ou hydraulique pour déplacer l'un des segments par rapport à l'autre. Dans l'exemple représenté, l'actionneur comporte un vérin 27 dont le corps 28 est monté articulé en rotation sur le segment 2 autour d'un axe Yl parallèle à l'axe de rotation Y et la tige 30 est montée articulée au niveau de son extrémité libre sur l'autre section 4 autour d'un axe Y2 parallèle à l'axe de rotation Y. Le vérin 27 peut être équipé de tout type de capteur de position permettant de mesurer la position de la tige 30 par rapport au corps 28, par exemple et de manière non limitative un capteur LVDT ou un potentiomètre linéaire. Il est bien entendu par ailleurs que les liaisons d'axes Yl et Y2 pourraient être réalisées à l'aide de membres articulés selon la présente invention.
Sur la figure 17, on peut voir un dispositif d'actionnement comportant deux moteurs antagonistes 32, 34 montés, dans l'exemple représenté, pour l'un sur une face du segment 2 et pour l'autre sur une face opposée du segment 2. Les moteurs 32, 34 sont avantageusement munis de capteurs de position angulaire 33, 35 (caché sur la figure 17). Une poulie 36, respectivement 38 est montée en prise directe sur l'arbre du moteur 32, respectivement 34. Une seconde poulie de grand diamètre 39 est solidaire de l'autre segment 4. Un câble 40 formé d'un unique brin ou de deux brins distincts chacun associé à un moteur chemine et est fixé sur la poulie 39 et est enroulé et fixé à une première extrémité sur la poulie 36, et à une deuxième extrémité sur la poulie 38. Le fonctionnement antagoniste des deux moteurs permet de piloter à la fois le pivotement autour de l'axe Y vers le haut ou vers le bas du segment 4 et les efforts internes dans l'articulation.
On pourrait également insérer entre les poulies 36, 38 et la poulie 39 des mécanismes flexibles à raideur constante ou variable, pilotée ou non. Ces dispositifs, par exemple de type SEA (ou Séries Elastic Actuators) font actuellement l'objet de nombreux développements. Ils sont connus de l'homme de l'art et ne seront pas détaillés ici.
Les mécanismes décrits précédemment, actionnés ou non, peuvent être associés pour réaliser un robot muni d'une pince ou tout autre dispositif de saisie ou une interface haptique munie d'une poignée ou tout autre moyen de saisie destiné à être manipulé par un opérateur. Un exemple de robot est représenté sur la figure 18. Celui-ci comporte un premier membre articulé similaire à celui de la figure 15 constitué d'une base 41, d'un premier segment mobile 42 et d'une articulation d'axe A vertical actionnée par un moteur Al fixé sur la base 41 et assurant le déplacement du segment 42 autour de l'axe A grâce à un premier réducteur à cabestan Cl dont la poulie secondaire est fixée sur le segment 42. Sur cette figure et la suivante, les câbles des cabestans ne sont pas représentés pour ne pas la surcharger.
Le robot comporte également un parallélogramme articulé 43 semblable au mécanisme de la figure 14B mais comportant une articulation supplémentaire pour assurer sa mobilité par rapport au segment 42. Ce parallélogramme comporte ainsi 5 membres articulés, le premier membre étant constitué du segment 42, d'un second segment mobile 44 et d'une articulation d'axe B horizontal, et actionné par un actionneur A2 fixé sur le segment 42 (et non visible sur la figure 18) par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan dont la poulie secondaire C2 est fixée sur le segment 44, le second membre étant constitué du segment 42, d'un troisième segment mobile 45 et d'une articulation d'axe B identique à celle du second membre articulé, et actionné par un actionneur A3 également fixé sur le segment 42 par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan dont la poulie secondaire C3 est fixée sur le segment 45, les troisième, quatrième et cinquième membres étant passifs et constitués respectivement pour le troisième membre du segment 44, d'un quatrième segment mobile 46 et d'une articulation d'axe C, pour le quatrième membre du segment 45, d'un cinquième segment mobile 47 et d'une articulation d'axe D et pour le cinquième membre des segments 46 et 47 et d'une articulation d'axe E. Les axes B, C, D et E sont parallèles entre eux et les distances entre les axes B et D et entre les axes C et E sont égales, de même que les distances entre les axes B et C et entre les axes D et E. Le segment 47 sert de bielle et transmet les mouvements et les efforts du segment 45 au segment 46.
Le robot comporte encore un poignet muni d'une pince. Ce poignet comporte trois articulations mettant en œuvre quatre membres articulés suivant l'invention. Le premier membre est constitué de l'extrémité du segment 46, du segment mobile 50 comportant deux bras parallèles 52 reliés rigidement par une pièce en U 54 et d'une articulation d'axe F avantageusement parallèle à la direction d'allongement principale du segment 46. Il est actionné par un actionneur A4 fixé sur le segment 46 par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan dont la poulie secondaire C4 est fixée sur la pièce en U 54.
Les second et troisième membres sont constitués des portions des deux bras parallèles 52 situées à leur extrémité opposée à celle reliée à la pièce en U 54, de bras parallèles 58 reliés rigidement par un traverse 60 de sorte à former une pièce en U 56 et de deux articulations colinéaires d'axe G autorisant une seule mobilité du segment 56 par rapport au segment 50 autour de l'axe G. Le second membre articulé est actionné par un actionneur A5 fixé sur un des bras 52 par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan dont la poulie secondaire C5 est fixée sur le bras 58 en regard. Le troisième membre est passif.
La traverse 60 porte un huitième segment mobile 61 muni à son extrémité libre d'une pince 62. La traverse 60 forme avec le segment 61 et une articulation d'axe H un membre articulé actionné par un actionneur A6 fixé sur la traverse 60 par l'intermédiaire d'un réducteur à cabestan dont la poulie secondaire C6 partiellement visible sur la figure 18 est fixée sur le segment 61. Un actionneur (non représenté) est prévu pour ouvrir et fermer la pince.
Sur la figure 18, la pince est représentée de façon schématique. Elle peut comporter un nombre varié d'articulations suivant la complexité de sa cinématique. Elle pourra avantageusement être réalisée en utilisant des membres articulés suivant l'invention. Il pourrait également s'agir d'un préhenseur plus complexe, éventuellement muni de plusieurs actionneurs, comme par exemple et de manière non limitative une main robotique, sans sortir du cadre de l'invention.
Cette architecture de robot permet un déplacement de la pince dans toutes les directions en translation et en rotation. Tous les actionneurs sont avantageusement munis de capteurs de position angulaire, ce qui permet de piloter ces déplacements et/ou les efforts appliqués par le robot. Grâce à l'invention, la structure est relativement légère et son coût est réduit du fait de la réalisation de tous les inserts en série.
En outre, elle présente avantageusement une durée de vie augmentée grâce à la fabrication des inserts en matériau dur.
Sur la figure 19, on peut voir un exemple d'une interface haptique réalisée à l'aide de membres articulés selon l'invention. La structure est identique à celle du robot de la figure 18, à l'exception de la pince qui a été remplacée par une poignée 64 permettant la manipulation par un opérateur. Les références désignant les autres pièces de cette interface qui sont similaires à celle du robot de la figuré 18 ne sont pas reprises sur la figure 19.
La structure décrite sur les figures 18 et 19 est uniquement donnée à titre d'exemple et n'est en aucun cas limitative. Toute autre combinaison est envisageable en fonction des besoins.
Les actionneurs et les capteurs de position peuvent ainsi être de tout type, en particulier ceux décrits précédemment. Les réducteurs aussi peuvent être de tout type et pas nécessairement des réducteurs à cabestan. Il est bien entendu que les membres articulés peuvent également être munis de capteurs de position, en particulier ceux décrits précédemment. Par ailleurs de telles structures peuvent combiner des membres articulés selon l'invention et des articulations plus classiques telles que par exemple et de manière non exhaustive des articulations à roulements à billes ou à pallier lisses, par exemple en bronze ou en PTFE, sans sortir du cadre de l'invention.
La cinématique décrite sur les figures 18 et 19 est également donnée uniquement à titre d'exemple et toute autre structure utilisant des membres articulés selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans ce document entre dans le cadre de l'invention. En particulier, les axes de l'articulation des premier et second membres du parallélogramme 43 pourraient ne pas être alignés, le parallélogramme 43 étant dans ce cas remplacé par un mécanisme à 5 barres bien connu de l'homme de l'art.
De la même façon, le poignet du robot de la figure 18 ou de l'interface haptique de la figure 19 pourrait être remplacé par un poignet parallèle ou mixte série parallèle, comme par exemple et de manière non limitative un mécanisme sphérique à 4 barres en série avec une liaison pivot.
Les membres articulés selon la présente invention sont particulièrement adaptés à la réalisation de mécanismes de petites tailles comme par exemple des dispositifs portables, tel qu'un gant à retour d'effort. Un exemple de tel gant réalisé avec des membres articulés selon l'invention est représenté sur la figure 20.
Le gant de la figure 20 comporte trois robots à retour d'effort RI, R2, R3 destinées à interagir avec le pouce, l'index et le majeur respectivement.
Les trois robots RI, R2, R3 étant similaires, seul le robot R2 interagissant avec l'index sera décrit en détail.
Le robot R2 comporte un porteur à trois degrés de liberté formé d'une liaison pivot 65 en série avec une structure en parallélogramme 66. Dans l'exemple représenté, ces axes sont actionnés par des moteurs déportés dont les mouvements sont transmis au gant par des câbles circulant dans des gaines dont seules les extrémités 67 sont représentées sur la figure 20. En variante, ils pourraient être actionnés par des moteurs embarqués. Les moteurs sont ici utilisés de manière bidirectionnelle, deux gaines sont alors requises pour chaque articulation motorisée. Dans le cas où le ou les moteurs ne seraient utilisés pour piloter les efforts que dans un seul sens, par exemple pour résister aux efforts de fermeture de la main, une seule gaine serait nécessaire. Des ressorts pourraient alors par exemple être prévus pour agir dans l'autre sens. Des poulies de renvoi peuvent avantageusement être placées à l'intérieur du capotage 100 du robot pour dévier les câbles et les renvoyer correctement entre les sorties des gaines et les poulies à actionner. De telles poulies de renvoi de même que les moyens de les disposer correctement dans l'espace sont bien connus de l'homme et l'art et ne seront pas détaillés ici. Pour des raisons de clarté, le capotage est représenté fermé sur la figure 20 et cache les poulies de renvoi.
Dans l'exemple représenté, le robot R2 comporte des liaisons pivots réalisées de manière classique à l'aide de paliers lisses permettant de faire tourner l'un par rapport à l'autre les deux éléments à articuler. Il s'agit ici de la liaison pivot 65 entre la base 68 du robot et une épaule 70 du robot R2 comprenant une poulie d'actionnement 70a et une pièce en U 70b support du parallélogramme 66, d'une liaison pivot entre l'épaule 70 et le bras 74 et d'une liaison pivot entre l'épaule 70 et une biellette 76 qui entraîne la bielle d'actionnement 78 d'un avant-bras 80 que l'on voit mieux sur le robot R3 du majeur. Ces guidages sont classiques et ne sont pas présentés de façon détaillée. On pourrait bien-entendu prévoir de réaliser tout ou partie de ces liaisons avec des membres articulés selon la présente invention. Les autres liaisons du parallélogramme, à savoir l'articulation 81 entre le bras 74 et l'avant-bras 80, que l'on voit mieux sur le robot R3, l'articulation 82 entre la biellette 76 et la bielle 78 et l'articulation 83 entre la bielle 78 et l'avant-bras 80, que l'on voit également mieux sur le robot R3, sont obtenues en utilisant des membres articulés selon la présente invention.
Dans cet exemple, un même câble est utilisé pour contribuer à la réalisation de plusieurs liaisons et deux câbles 91, 92 seulement sont utilisés pour réaliser les trois liaisons du parallélogramme associées aux membres articulés selon la présente invention. Le câble 91 est fixé à un tendeur 93 disposé sur le bras 74, le tendeur étant mobile en rotation par rapport à celui-ci. Il chemine ensuite le long du segment du bras 74 puis passe par les inserts du bras 74 et d'une première extrémité de l'avant-bras 80 puis chemine le long du segment de l'avant-bras 80. Il passe ensuite par les inserts disposés à l'autre extrémité de l'avant-bras 80 et à une première extrémité de la bielle 78 puis chemine le long de la bielle. Il passe enfin par les inserts disposés à l'autre extrémité de la bielle 78 et sur la biellette 76 puis chemine le long de la biellette et fait le tour d'un pion situé sur cette biellette. Il revient ensuite en sens inverse jusqu'au tendeur 93 en passant juste à côté du chemin aller. Le câble 92 suit un chemin similaire en partant d'un tendeur 94 puis en cheminant le long des pièces du parallélogramme et à travers les inserts situés à leurs extrémités puis en revenant au tendeur 94. Les tendeurs sont prévus pour assurer la mise en tension des câbles 91, 92. Par exemple, ce sont des axes percés qui permettent de tendre le câble en les tournant autour de leur axe. Ils sont ensuite maintenus en place à l'aide d'un écrou et d'un contre écrou. Avantageusement un câble est situé sur un bord des pièces et l'autre sur le bord opposé de manière à éloigner autant que possible les câbles pour résister au mieux aux efforts parasites, comme cela a déjà été décrit précédemment. Le robot R2 comporte également un poignet 84. Sur la plupart des robots les poignets comportent trois liaisons pivots concourantes. Comme nous l'avons vu sur les figures 18 et 19, la plupart du temps la première liaison pivot a son axe parallèle à la direction d'allongement principal de l'avant-bras et elle est disposée à proximité de l'extrémité du robot, la seconde lui est perpendiculaire et la troisième est perpendiculaire aux deux premières dans une configuration de référence. Dans l'exemple représenté sur la figure 20, la configuration retenue est différente. La première liaison pivot 88 que l'on voit mieux sur le robot RI a un axe parallèle à la direction d'allongement principal de l'avant-bras mais elle est ici avantageusement déportée à proximité du parallélogramme.
Le premier segment mobile 85 du poignet peut ainsi avantageusement être évidé sur une grande longueur. Cet évidement laisse passer le doigt lorsque celui-ci est plié. La seconde liaison pivot 89 a un axe avantageusement perpendiculaire au premier et elle est disposée à l'extrémité du robot. Elle relie le segment 85 à un second segment mobile 86 du poignet destiné à recevoir l'extrémité du doigt. La base du robot est avantageusement placée par rapport à la paume de la main de telle sorte que, pour la plupart des utilisateurs, cet axe soit parallèle ou quasiment parallèle aux axes des liaisons inter-phalangiennes. La taille du second segment mobile du poignet, et en particulier la profondeur du creux venant recevoir l'extrémité du doigt, est également choisie de manière avantageuse de telle sorte que cet axe passe dans le plan moyen de la phalange d'extrémité du doigt. Dans ces conditions les mouvements du doigt autour d'un axe perpendiculaire aux deux premiers sont faibles et il n'est pas nécessaire d'ajouter une troisième liaison pivot. Le creux du segment 86 recevant l'extrémité du doigt a cependant de manière avantageuse la forme d'un cylindre terminé par une sphère de sorte à accommoder de légers mouvements parasites. Il est bien entendu que l'on pourrait ajouter une troisième liaison pivot, perpendiculaire ou non aux deux premières dans une configuration de référence, sans sortir du cadre de l'invention. Ces deux liaisons sont réalisées au moyen de membres articulés selon la présente invention. Tout comme la seconde liaison pivot du poignet du robot de la figure 18, la liaison pivot 89 est obtenue ici à l'aide de deux membres articulés réalisant des liaisons pivot 89a et 89b d'axes colinéaires que l'on voit mieux sur le robot RI. Ici encore un même câble est utilisé pour contribuer à la réalisation de plusieurs liaisons. Un câble 95 est fixé à un tendeur 97 disposé sur le premier segment 85 du poignet, le tendeur 97 étant mobile en rotation par rapport à celui-ci. Il passe ensuite par des inserts du segment 85 et de l'avant-bras 80 puis fait le tour d'un pion disposé sur l'avant-bras 80. Il repasse ensuite par une autre rainure des inserts de l'avant-bras 80 et du segment 85 puis chemine le long du segment 85 en contournant un pion qui permet de le maintenir au-dessus d'un des bords de la partie évidée du segment 85. Il passe ensuite par des inserts disposés à l'autre extrémité du segment 85 dans l'un des bords de la partie évidée de ce segment et sur le second segment 86 du poignet. Il fait alors le tour d'un pion situé sur le segment 86 avant de repasser par une autre rainure des inserts du second segment 86 et du premier bord de la partie évidée du segment 85. Il chemine enfin le long du segment 85 en contournant un pion, avantageusement le même qu'à l'aller, avant de revenir au tendeur 97. Le câble 96 suit un chemin similaire en partant d'un tendeur 98 puis en cheminant le long des pièces du poignet à travers les inserts situés à leurs extrémités puis en revenant au tendeur 98.
Comme précédemment sur l'exemple représenté les tendeurs sont des axes percés qui permettent de tendre le câble en les tournant autour de leur axe. Ils sont ensuite maintenus en place à l'aide d'un écrou et d'un contre écrou. Comme précédemment également, avantageusement un câble est situé sur un bord des pièces et l'autre sur le bord opposé de manière à éloigner autant que possible les câbles pour résister au mieux aux efforts parasites. Le câble 95 passe en particulier sur l'un des bords de la partie évidée du segment 85 et le câble 96 sur l'autre bord de la partie évidée du segment 85.
Dans l'exemple représenté, le gant est également pourvu de sangles souples 87 disposées à l'extrémité de chacun des robots et permettant de maintenir le bout des doigts au contact des segments 86. Ainsi l'utilisateur peut déplacer les robots
RI, R2, R3 dont les mouvements sont mesurés par les codeurs des moteurs locaux ou distants (non représentés). Ces informations peuvent ensuite être utilisées par exemple pour commander une application en environnement virtuel ou un robot distant. Les moteurs peuvent également être commandés pour renvoyer à l'utilisateur un retour d'effort en fonction des interactions dans l'environnement virtuel ou des contacts du robot avec son environnement. Ces efforts sont transmis aux doigts par les trois robots RI, R2, R3.
Dans l'exemple représenté, seules les liaisons pivot entre la base 68 et l'épaule 70, respectivement entre l'épaule 70 et le bras 74 et entre l'épaule 70 et la biellette 76 sont motorisées, les autres liaisons étant passives. Sur la liaison entre la base 68 et l'épaule 70, les mouvements et les efforts provenant du moteur distant sont transmis à l'épaule 70 par l'intermédiaire des deux brins d'un câble 70c représenté par soucis de clarté sur le robot RI et cheminant dans les gaines d'extrémités 67 et sur les poulies de renvoi jusqu'à la poulie 70a. Ce câble permet également de transmettre les déplacements et les efforts imposés par l'utilisateur jusqu'au moteur de retour d'effort. Des poulies 74a et 76a ayant un rôle similaire à celui de la poulie 70a sont fixées sur le bras 74 et sur la biellette 76 et permettent de transmettre les déplacements et les efforts entre les segments déplacés par l'utilisateur et les moteurs de retour d'effort par l'intermédiaire de câbles cachés sur la figure 20. Des poulies de renvoi supplémentaires sont avantageusement utilisées sur la base du robot et sur la pièce en U 70b de l'épaule pour ramener les 4 brins de câbles actionnant les poulies 74a et 76a à proximité de l'axe de l'articulation 65, de manière à découpler les mouvements des trois axes motorisés. Cette disposition est connue de l'homme de l'art et ne sera pas détaillée ici. Il est bien entendu que l'on pourrait également actionner les liaisons du poignet sans sortir du cadre de l'invention.
Comme nous l'avons expliqué précédemment, les robots RI, R2, R3 sont avantageusement placés à proximité des doigts, ce qui permet de réaliser des poignets à deux degrés de liberté seulement sans que cela soit préjudiciable au confort du dispositif.
Dans l'exemple représenté, le gant est avantageusement fixé à la paume de la main grâce à des sangles.
En variante, le gant pourrait également être monté sur un robot ou une interface haptique, par exemple en lieu et place de la pince sur le robot de la figure 18 ou de la poignée sur l'interface haptique de la figure 19. Dans ce cas le gant pourrait être porté par le robot et pourrait alors être détaché de la paume de la main. On mesurerait alors avantageusement les mouvements de la main de l'utilisateur grâce à un système de type "motion capture", dispositif bien connu de l'homme de l'art, afin d'asservir les mouvements du robot de telle sorte qu'il maintienne en permanence le gant à proximité de la main de l'utilisateur.
Le gant de la figure 20 est donné à titre d'exemple. On pourrait très bien réaliser un gant avec un nombre de robots différents, par exemple deux pour interagir avec le pouce et l'index ou cinq pour interagir avec tous les doigts de la main. De la même façon on pourrait utiliser pour chaque doigt une architecture différente, comportant par exemple six degrés de liberté indépendants pour certains robots ou pour tous les robots ou au contraire seulement quatre pour certains robots ou pour tous les robots. On pourrait encore remplacer le parallélogramme par une structure couplée plus complexe suivant de plus près les mouvements des doigts humains. Avec ce type de structures couplées, on pourrait réduire le nombre de moteurs, à typiquement un ou deux par doigt.
On pourrait aussi les embarquer sur la paume de la main. On pourrait encore les remplacer sur tout ou partie des axes les moteurs par des freins ou par des combinaisons de moteurs et de freins. Il est bien entendu également que l'on pourrait utiliser d'autres types de câbles d'articulation, de bandes de fibres tissées ou non, d'inserts et de tendeurs, en particulier ceux décrits précédemment, ou encore des segments de formes différentes, sans sortir du cadre de l'invention. On pourrait aussi utiliser des moyens différents pour fixer le robot sur la paume de la main, par exemple et de manière non limitative un gant passif sur lequel viendrait se fixer la base du gant à retour d'effort. De la même manière, on pourrait utiliser des moyens différents pour maintenir les extrémités des doigts en contact avec les extrémités des robots, par exemple et de manière non limitative des dés calibrés recevant le bout des doigts et venant se fixer sur les segments 86.
On pourrait encore intégrer sur la poignée des interfaces haptiques telles que celles de la figure 19 ou sur les extrémités des robots du gant de la figure 20 des actionneurs tactiles, par exemple piézo-électriques ou électromagnétiques, de manière à accroître le réalisme du retour d'effort.
Ces exemples ne sont bien sûr pas limitatifs. On pourrait également utiliser des liaisons de ce type et de manière non exhaustive sur les dispositifs suivants : - les robots, cobots et interfaces haptiques à architecture série à trois ou six degrés de liberté actionnés, utilisant par exemple un porteur à pivot et parallélogramme,
- les robots, cobots et interfaces haptiques à architecture parallèle à six degrés de liberté actionnés, utilisant par exemple trois branches à deux ou trois moteurs chacune,
- les robots, cobots et interfaces haptiques à architecture mixte à six degrés de liberté actionnés, utilisant par exemple deux branches réalisées avec un pivot et un parallélogramme et un axe en série,
- les exosquelettes de jambes, de tronc, de bras et de mains,
- les robots séries,
- les robots parallèles,
- les robots humanoïdes, en particulier leurs jambes, bras et mains.
Le membre articulé selon la présente invention présente une articulation très simple et compacte comportant peu de pièces. L'articulation est en outre précise, puisqu'elle ne présente quasiment aucun mouvement parasite. De plus, la mise en œuvre de matériau fibreux pour relier les deux segments permet de réaliser des articulations très transparentes n'exerçant quasiment aucune résistance au mouvement que leur imposent des moteurs ou un utilisateur. Le membre articulé peut avantageusement être très solide et présenter peu d'usure.
En outre, les membres articulés selon la présente invention permettent de réaliser des dispositifs poly-articulés d'un coût peu élevé, et présentant en générale une masse limitée par rapport aux dispositifs de l'état de la technique.
Par comparaison, aucune des articulations de l'état de la technique n'offre tous ces avantages simultanément. En effet, les articulations à roulements à billes ou paliers lisses sont précises et transparentes mais elles sont encombrantes et complexes. Les articulations bio-inspirées sont complexes, ne réalisent pas en général des mouvements simples et sont fragiles. Les articulations flexibles à flexibilité répartie sont simples à réaliser mais elles ont des débattements limités (elles sont donc encombrantes pour des déplacements importants), ne sont pas solides, ont un rendement modéré et ne sont pas transparentes. Les articulations flexibles à flexibilité locale, qu'elles utilisent des cols minces, des tiges rapportées, des ressorts ou des matériaux souples, sont simples et compactes mais souffrent des mêmes défauts que celles à flexibilité répartie. Les charnières amincies sont simples mais peu solides, elles sont donc en général très larges.
Elles résistent également mal en général à des efforts parasites quelconques. Dans le cas ou plusieurs couches sont utilisées une longueur libre importante est nécessaire et la liaison n'est pas précise. Enfin, les liaisons composites à deux composantes peuvent être simples, compactes et très transparentes. Cependant, sur un système complexe comme un robot leur mise en œuvre est coûteuse. Par ailleurs sur un système léger comme un robot elles peuvent s'user rapidement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Membre articulé comportant au moins des premier (2) et deuxième (4) segments rigides et une articulation (6) assurant un pivotement des premier et deuxième segments l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation (Y), ladite articulation (6) comportant des fibres, dans lequel chacun des segments (2, 4) comporte un corps (8.1, 8.2) et un élément (10.1, 10.2) disposé à une extrémité dudit corps, désigné par "élément d'extrémité", les deux éléments d'extrémité (10.1, 10.2) étant maintenus l'un en face de l'autre par ladite articulation (6), lesdits éléments d'extrémité (10.1, 10.2) comportant des profils effilés présentant des sommets disposés en regard, chacun desdits éléments d'extrémité (10.1, 10.2) étant réalisé préalablement à sa solidarisation au corps correspondant (8.1, 8.2).
2. Membre articulé selon la revendication 1, dans lequel les sommets présentent un profil arrondi.
3. Membre articulé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'articulation est formée d'au moins deux éléments allongés s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation entre le premier et le deuxième segment.
4. Membre articulé selon la revendication 3, dans lequel les éléments allongés sont formés par des câbles et/ou par des bandes de fibres tissées ou non tissées.
5. Membre articulé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'articulation est formée d'une bande de fibres tissées ou non tissées dont le plan moyen passe par ou à proximité de l'axe de pivotement et s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation (Y) entre le premier et le deuxième segment, ladite bande comportent des bords séparés par une distance dans la direction de l'axe de l'articulation (Y) proche des dimensions des éléments d'extrémité dans cette direction.
6. Membre articulé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'articulation est formée de plusieurs bandes de fibres tissées ou non tissées dont le plan moyen passe par ou à proximité de l'axe de pivotement et s'étendant, dans une configuration de référence, selon une direction perpendiculaire à l'axe de l'articulation entre le premier et le deuxième segment, lesdites bandes comportant au moins une première et une deuxième bandes, ces dites première et deuxième bandes étant disposées aux extrémités extérieures de l'articulation dans la direction de l'axe de l'articulation, les bords extérieurs desdites première et deuxième bandes extérieures étant séparés d'une distance dans la direction de l'axe de l'articulation proche des dimensions des éléments d'extrémité dans cette direction.
7. Membre articulé selon la revendication 4, 5 ou 6, dans lequel la ou les bandes ou les éléments allongés traversent chaque élément d'extrémité au niveau d'un plan de chacun desdits éléments d'extrémité passant par leur sommet, ledit plan comportant, dans une configuration de référence, l'axe de rotation.
8. Membre articulé selon la revendication précédente, dans lequel au moins l'un des éléments d'extrémité est séparé en deux parties, la ou lesdites bande(s) ou lesdits éléments allongés étant reçus entre lesdites deux parties.
9. Membre articulé selon la revendication 8, dans lequel les éléments d'extrémité séparés en deux parties comportent des moyens de solidarisation des deux parties l'une contre l'autre.
10. Membre articulé selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel chaque élément d'extrémité est réalisé en une partie percée pour laisser passer la ou les bande(s) ou les éléments allongés, le trou ayant une forme adaptée à la ou aux bande(s) ou aux éléments allongés.
11. Membre articulé selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le profil arrondi du sommet de chaque élément d'extrémité est symétrique, dans une configuration référence, par rapport au plan contenant la ou les bandes ou les éléments allongés et traversant ledit élément d'extrémité.
12. Membre articulé selon la revendication 8 ou 9 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le profil arrondi du sommet de chaque élément d'extrémité est réparti entre les deux parties de chacun des éléments d'extrémité, le profil de chacun des éléments d'extrémité obtenu après mise en place des dites deux parties étant continu.
13. Membre articulé selon la revendication 8 ou 9 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le profil du sommet arrondi de chaque élément d'extrémité est porté par une seule des deux parties de chacun des éléments d'extrémité, le profil de chacun des éléments d'extrémité obtenu après mise en place des dites deux parties étant continu.
14. Membre articulé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les éléments allongés courent sur des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites faces définissant le profil effilé et se rejoignant au sommet, lesdits éléments allongés se croisant au niveau de l'axe de rotation.
15. Membre articulé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel des premiers éléments allongés courent sur des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites faces définissant le profil effilé et se rejoignant au sommet, lesdits premiers éléments allongés se croisant au niveau de l'axe de rotation, et dans lequel des seconds éléments allongés traversent les éléments d'extrémité au niveau d'un plan desdits éléments d'extrémité passant par leur sommet, ledit plan coupant, dans une configuration de référence, l'axe de rotation.
16. Membre articulé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel les éléments allongés sont des câbles et/ou des bandes de fibres tissées ou non tissées.
17. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel les corps comportent deux parties entre lesquelles les éléments d'extrémité sont maintenus.
18. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel les corps sont moulés sur les éléments d'extrémité.
19. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 18 en combinaison avec les revendications 3 ou 5, comportant de moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation.
20. Membre articulé selon la revendication précédente en combinaison avec les revendications 8 ou 9, dans lequel les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation, formées sur au moins une des faces en regard des parties formant chaque élément d'extrémité.
21. Membre articulé selon la revendication précédente, dans lequel les rainures sont formées dans les deux faces de parties en regard et en vis-à-vis de sorte à former des canaux pour la ou les bande(s) ou les éléments allongés.
22. Membre articulé selon la revendication 20, dans lequel les rainures sont formées sur la face d'une seule des parties de chaque élément d'extrémité de sorte à former des canaux pour la ou les bande(s) ou les éléments allongés, l'autre partie en regard de chaque élément d'extrémité étant lisse.
23. Membre articulé selon la revendication 21 ou 22, dans lequel la profondeur des canaux est inférieure à l'épaisseur de la ou des bande(s) ou des éléments allongés de sorte à les écraser légèrement.
24. Membre articulé selon la revendication 19 en combinaison avec la revendication 14 ou 15, dans lequel les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures formées sur au moins une des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation.
25. Membre articulé selon la revendication 19 en combinaison avec la revendication 14 ou 15, dans lequel les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures formées dans le sommet d'au moins un élément d'extrémité.
26. Membre articulé selon la revendication 19 en combinaison avec les revendications 8 ou 9 et avec la revendication 15 ou 16, dans lequel les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent des rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation formées sur au moins une des faces en regard des parties formant chaque élément d'extrémité et/ou des rainures formées sur au moins une des faces extérieures des éléments d'extrémité, lesdites rainures s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation et/ou des rainures formées dans le sommet d'au moins un élément d'extrémité.
27. Membre articulé selon la revendication 19, dans lequel les moyens empêchant un déplacement de la ou des bande(s) ou des éléments allongés le long de l'axe de rotation comportent un paire de flasques portés par l'un des segments et ménageant un espace dont la dimension transversale est apte à recevoir la partie proximale de l'autre segment et à empêcher son déplacement le long de l'axe de rotation.
28. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 27 en combinaison avec la revendication 3, 4, 5 ou 6, dans lequel la longueur de la ou des bande(s) ou des éléments allongés est telle que leurs extrémités font saillie perpendiculairement à l'axe de rotation des extrémités des corps situées à l'opposé des éléments d'extrémité, permettant d'exercer un effort de traction sur ceux-ci.
29. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 28, comportant des moyens pour exercer un effort de tension sur la ou les bande(s) ou les éléments allongés.
30. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 29 en combinaison avec la revendication 3 ou 4, comportant au moins un premier et un deuxième élément allongé, le premier élément allongé étant situé à proximité de premiers bords latéraux des éléments d'extrémité et le deuxième élément allongé étant situé à proximité des deuxièmes bords latéraux opposés.
31. Membre articulé selon la revendication 30, dans lequel l'articulation comporte deux paires de deux câbles, chaque paire étant située à proximité des bords latéraux des éléments d'extrémité.
32. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 31, dans lequel les éléments d'extrémité sont en matériau dur tel que l'acier.
33. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 31, dans lequel les corps sont en matériau léger, tel que de l'aluminium ou un matériau plastique.
34. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 33, dans lequel la direction d'allongement principale du premier segment forme, dans une configuration de référence, un angle avec la direction d'allongement principale du deuxième segment.
35. Membre articulé selon l'une des revendications 1 à 34, comportant au moins un élément de mesure dont une partie est fixée sur le premier segment rigide et une partie est fixée sur le deuxième segment rigide
36. Membre articulé selon la revendication 35, dans lequel l'élément de mesure comporte une première partie sur le premier segment une deuxième partie sur le deuxième segment, les première et deuxième parties n'étant pas reliés mécaniquement l'une à l'autre.
37. Mécanisme articulé comportant n membres articulés selon l'une des revendications 1 à 36, n étant un entier positif supérieur ou égal à 2, n-1 segments étant communs à au moins deux membres articulés.
38. Mécanisme articulé comportant au moins trois membres articulés selon l'une des revendications 1 à 36, tous les segments étant communs à au moins deux membres articulés.
39. Mécanisme articulé selon l'une des revendications 1 à 36, comportant un dispositif d'actionnement pour déplacer un segment par rapport à l'autre.
40. Mécanisme articulé selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif d'actionnement comporte un actionneur rotatif ou linéaire pourvu d'un moyen de mesure tel qu'un capteur de position angulaire ou linéaire.
41. Mécanisme articulé selon la revendication 39, dans lequel le dispositif d'actionnement comporte au moins un moteur électrique et un réducteur ou est un actionneur hydraulique ou pneumatique.
42. Interface haptique comportant au moins un membre articulé selon l'une des revendications 1 à 36.
43. Robot comportant au moins un membre articulé selon l'une des revendications 1 à 36.
44. Gant à retour d'effort comportant au moins un robot selon la revendication 43 destiné à interagir avec un doigt.
45. Procédé de réalisation d'un membre articulé selon l'une des revendications 1 à 36, comportant les étapes suivantes:
a) fabrication de deux éléments d'extrémité,
b) mise en place des éléments allongés dans et/ou autour des éléments d'extrémité,
c) mise en contact des éléments d'extrémité par leur sommet, d) mise en tension des éléments allongés,
e) assemblage avec le corps.
46. Procédé de réalisation selon la revendication 45, dans lequel l'étape e) a lieu entre l'étape b) et l'étape c).
47. Procédé de réalisation selon la revendication 45, dans lequel l'étape e) a lieu après l'étape d) et dans lequel l'étape e) est une étape de moulage des corps sur les éléments d'extrémité et sur les éléments allongés.
48. Procédé de réalisation d'un membre articulé selon la revendication 45, 46 ou 47, dans lequel les éléments d'extrémité sont réalisés par usinage.
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