FR2542659A1 - Capteurs tactiles pour pinces robotiques et analogues - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CAPTEUR TACTILE POUR DETECTER LA PRESSION IMPRIMEE PAR UN OBJET EN CONTACT AVEC LUI. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UNE COUCHE SUPERIEURE 4 EN UN MATERIAU FLEXIBLE ET ELECTRIQUEMENT ISOLANT AVEC DES TIGES CONDUCTRICES FLEXIBLES 18A, B, C PARALLELES LES UNES AUX AUTRES, UNE COUCHE INFERIEURE 8 EN UN MATERIAU ELECTRIQUEMENT ISOLANT AVEC DES TIGES CONDUCTRICES 28A, B, C PARALLELES LES UNES AUX AUTRES ET CROISANT LES TIGES DE LA PREMIERE COUCHE A UN CERTAIN ANGLE POUR FORMER UN AGENCEMENT SENSORIEL COMPRENANT UN CERTAIN NOMBRE DE POINTS SUPERPOSES D'INTERSECTION ET UNE COUCHE INTERMEDIAIRE 6 EN UN MATERIAU ELASTIQUE ET ELECTRIQUEMENT ISOLANT AVEC DES BORNES CONDUCTRICES 36 TRANSVERSALES AUX COUCHES SUPERIEURE, INFERIEURE ET INTERMEDIAIRE, FAITES EN UN MATERIAU ELASTIQUE ET DISPOSEES DE FACON QUE L'UNE DES BORNES SOIT DISPOSEE A CHAQUE POINT D'INTERSECTION POUR COUPLER ELECTRIQUEMENT L'UNE DES TIGES CONDUCTRICES DE LA COUCHE SUPERIEURE A L'UNE DES TIGES CONDUCTRICES DE LA COUCHE INFERIEURE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX CAPTEURS POUR DES ROBOTS.

Description

La présente invention se rapporte à des robots industriels en général, et
plus particulièrement à des
capteurs tactiles à utiliser dans de tels robots.
Les robots industriels sont bien connus De tels robots sont destinés à remplacer les ouvriers dans une grande variété de tâches d'assemblage On a reconnu qu'afin que de tels robots remplacent efficacement les ouvriers dans des tâches de plus en plus délicates et détaillées, il était nécessaire de prévoir un appareil sensoriel pour les robots, fonctionnellement équivalent aux divers sens dont sont naturellement dotés les
ouvriers, c'est-à-dire la vue, l'oule et autres.
Le sens du toucher a une importance particulière pour des tâches délicates et détaillées d'assemblage Le toucher peut être important pour des travaux rapprochés d'assemblage o la vision peut être obscurcie par les bras ou d'autres objets, et le toucher peut être important pour obtenir la réaction sensorielle nécessaire pour
saisir fermement des objets délicats sans les endommager.
Le toucher peut également former un moyen utile de discrimination entre des objets ayant des dimensions, des formes ou des poids différents En conséquence, divers capteurs tactiles ont été développés pour une utilisation
avec des robots industriels.
Un tel capteur tactile, développé par William D Hillis et John Hollerback, est révélé dans l'article "How Smart Robots Are Becoming Smarter", de Paul Kunnucan, High Technology Magazine, édition de Septembre/Octobre, pages 32,36, Technology Publishing Company Ce capteur tactile comprend 256 commutateurs électriques sensibles
à la pression agencés en un motif en grille de 16 x 16.
Quand un objet est amené en contact avec le capteur, des commutateurs appropriés sont déclenchés afin de produire un motif de signaux électriques qui correspond au "toucher" de l'objet contactant le capteur Hillis et Hoilerback ont construit leur capteur tactile en plaçant un morceau de bas collant ordinaire en sandwich entre une couche t 542659 supérieure composée d'un morceau de caoutchouc de silicone non conducteur imprégné de graphite conducteur le long de 16 lignes parallèles et une couche inférieure composée
d'une planche de circuit imprimé ayant 16 lignes conduc-
trices parallèles Hillis et Hollerback ont orienté les couches supérieure et inférieure l'une par rapport à l'autre de façon que les 16 lignes conductrices parallèles de la couche supérieure soient disposées à angle droit avec les 16 lignes conductrices parallèles de la couche inférieure, pour former ainsi un agencement sensoriel comprenant 256 pointssuperposés d'intersection agencés en un motif en grille de 16 x 16 Les lignes conductrices de la couche supérieure sont normalement séparées des lignes conductrices de la couche inférieure par le bas collant Cependant, lorsqu'un objet vient en contact avec le capteur et exerce une pression minimale requise sur le capteur, les lignes conductrices viennent en contact les unes avec les autres à travers les mailles du collant aux points d'intersection qui se trouvent en dessous des points de pression, permettant ainsi au courant de s'écouler entre les couches supérieure et inférieure en des emplacements choisis afin de produire un motif des signaux électriques qui correspond au
"toucher" de l'objet contactant le capteur.
On pense que ce même concept est révélé dans une autre publication "Active Touch Sensing" de William
Daniel Hillis, distribuée par le MIT Artificial Intelli-
gence Laboratory sous le nom A I Memo 629 Dans cette
seconde publication, Hillis décrit également le remplace-
ment de la couche intermédiaire du collant par une autre
couche de séparation composée d'une peinture non conduc-
trice Cette peinture non conductrice est pulvérisée directement du côté inférieur de la couche supérieure sous forme d'un brouillard fin de façon à y adhérer sous
forme d'un ensemble de points espacés et non conducteurs.
Les lignes conductrices de la couche supérieure sont normalement séparées des lignes conductrices de la couche inférieure par la couche en brouillardde peinture non conductrice Lorsqu'un objet vient en contact avec le capteur et exerce une pression minimum requise sur le capteur, les lignes conductrices de la couche supérieure viennent en contact avec les lignes conductrices de la couche inférieure à travers les espaces qui existent entre des points adjacents de peinture non conductrice aux points d'intersection disposés en dessous des points de pression, permettant ainsi au courant de s'écouler entre les couches supérieure et inférieure en des emplacements choisis afin de produire un motif de signaux électriques qui correspond au "toucher" de l'objet
contactant le capteur.
Le brevet US NO 4 208 648 révèle un autre capteur tactile qui comprend 256 commutateurs électriques sensibles à la pression agencés en un motif en grille de 16 x 16, de façon que lorsqu'un objet est amené en contact avec le capteur, des commutateurs appropriés soient déclenchés afin de produire un motif des signaux
électriques correspondant au "toucher" de l'objet contac-
tant le capteur Le capteur tactile révélé dans le brevet US NI 4 208 648 diffère de manière significative des capteurs ci-dessus mentionnés sur un certain nombre de points particuliers de sa construction et de son fonctionnement Plus particulièrement, le capteur révélé dans le brevet US NO 4 208 648 comprend trois couches distinctes qui sont disposées en sandwich La couche
supérieure se compose d'un matériau élastique et électri-
quement isolant dans lequel est disposé un premier groupe de 16 lignes conductrices parallèles La couche inférieure se compose d'un matériau élastique et électriquement isolant dans lequel est disposé un second groupe de 16 lignes conductrices parallèles La couche inférieure est disposée par rapport à la couche supérieure de façon que le second groupe de lignes conductrices s'étende à angle droit avec le premier groupe de lignes conductrices, pour former ainsi un agencement sensoriel comprenant 256 points superposés d'intersection agencés en un motif en grille de 16 x 16 La couche intermédiaire se compose d'une résine synthétique qui est électriquement conductrice, à un certain point, à son état naturel et non contraint, et dont la conductivité est augmentée par la compression. Lorsqu'un objet exerce une pression minimale requise sur le capteur, la conductivité de la couche intermédiaire est modifiée aux emplacements se trouvant en dessous des points de pression Par suite, le courant s'écoulant entre les premier et second groupes de lignes conductrices est également modifié aux emplacements affectés par la pression, et un motif de signaux électriques est produit, qui correspond au " 1 toucher"' de l'objet contactant le capteur. Malheureusement, on pense que les capteurs tactiles ci-dessus décrits sont limités sur un ou plusieurs points comme suit: ( 1) mauvaise fiabilité, ( 2) mauvaise durabilité, ( 5) prix élevé de fabrication, ( 4) complexité importante de fabrication, ( 5) sensibilité limitée, ( 6) "diaphonie" compliquant le signal (lorsque le courant du
signal traverse la couche intermédiaire en des emplace-
ments autres que ceux disposés aux points de pression)
et ( 7) relation pression/courant d'utilité limitée.
En conséquence, la présente invention a pour objet principal une forme perfectionnée de capteur tactile permettant de surmonter ou de réduire les limites
indiquées ci-dessus.
Ces objets et d'autres encore de l'invention sont atteints selon un mode de réalisation préféré, en prévoyant un capteur tactile qui comprend trois couches distinctes disposées en sandwich La couche supérieure se compose d'un matériau flexible et électriquement isolant et d'un certain nombre de tiges flexibles parallèles et conductrices La couche inférieure se compose d'un matériau électriquement isolant et d'un certain nombre de tiges conductrices parallèles qui s'étendent à angle droit avec les tiges conductrices de la couche supérieure, pour former ainsi un agencement sensoriel comprenant un certain nombre de points superposés d'intersection agencés en un motif en grille La couche intermédiaire se compose d'un matériau élastique et électriquement isolant o sont disposées un certain nombre de bornes conductrices parallèles qui s'étendent perpendiculairement aux plans des trois couches Ces bornes sont formées d'un matériau élastique conducteur Chaque borne conductrice est
disposée à l'un des points ci-dessus mentionnés d'inter-
section du capteur afin de coupler électriquement l'une des tiges conductrices de la couche supérieure à l'une des tiges conductrices de la couche inférieure Les tiges conductrices ont une section transversale choisie, afin que des changements de la quantité de pression exercée sur le capteur produisent des changements correspondants de la surface de contact, et par conséquent un changement de la résistance de contact électrique, entre les tiges conductrices et les bornes conductrices disposées en dessous des points de pression Par suite de cette construction, le capteur peut mieux produire un motif de signaux électriques qui, en utilisant un calculateur et son logitiel approprié, donnera une détermination s'approchant mieux du "toucher" d'un objet contactant
le capteur.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective fragmentaire avec des parties arrachées, du mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une illustration calibrée de de la forme en section transversale des tiges conductrices utilisées dans le mode de réalisation préféré des figures 1 et 2; la figure 4 donne un schéma-bloc d'un circuit de commande électronique intégrant la présente invention; et les figures 5 à 8 montrent d'autres modes de
réalisation de la présente invention.
En se référant d'abord aux figures 1 et 2, le capteur tactile 2 comprend généralement trois couches distinctes disposées en sandwich: une couche supérieure 4,
une couche intermédiaire 6 et une couche inférieure 8.
La couche supérieure 4 se compose d'un matériau
flexible et électriquement isolant qui résiste à l'usure.
De préférence, la couche supérieure 4 est formée d'une matière polymérique comme un élastomère, par exemple un mélange de polybutadiène et de caoutchouc naturel, et sa dureté est comprise entre environ 50 et 60 au duromètre
à l'échelle Shore A-2 La couche 4 a une surface supé-
rieure plane 10 et une surface inférieure plane 12 avec un certain nombre de gorges parallèles 14 Dans le mode de
réalisation préféré, il y a 16 gorges 14.
Dans chacune des gorges 14 est fixée une tige conductrice 18 A, 18 B, 18 C, etc, par un adhésif ou moyen équivalent Les tiges 18 A, 18 B, 18 C et autres sont formées d'un matériau conducteur flexible De préférence, les tiges 18 A, 18 B, 18 C et autres sont faites d'un élastomère polymérique comme du chloroprène, qui est dopé d'un
matériau conducteur approprié comme du noir de fumée.
Les tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc sont formées de façon à avoir une dureté comprise-entre environ 70 et 80 au
duromètre à l'échelle Shore A-2.
Les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc,
sont configurées de façon qu'en leurs parties intermédiai-
res (c'est-à-dire les parties des tiges qui s'étendent à proximité de la couche intermédiaire 6), chacune ait un profil en section transversale généralement semblable au
profil en section transversale d'une "coque" de bateau.
Le profil en section transversale des parties intermé-
diaires des tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc, est montré en plus de détail sur la figure 3 Comme on peut le voir sur la figure 3, les parties intermédiaires des tiges conductrices présentent une double courbure d'un caractère fonctionnel choisi et ont une partie formant nez en saillie 19 Les gorges 14 et les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C etc, sont dimensionnées les unes par rapport aux autres de façon que les parties de nez en saillie 19 des tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, s'étendent en dessous de la surface inférieure 12 de la couche supérieure 4 (voir figure 2) Comme on le décrira ci-après en plus de détail, les tiges conductrices 18 A, 18 Be 18 C, etc, sont configurées à leurs parties extremes (c'est-à-dire les
parties des tiges qui font saillie vers l'extérieur au-
delà dae la région de la couche intermédiaire 6)d de façon que
chacune ait une section transversale sensiblement rectan-
gulaire, comme cela est indiqué sur la figure 1 en 18 'D, 18 'E, 18 'F, etc. La couche inférieure 8 se compose d'un matériau rigide et électriquement isolant comme un polymère non conducteur ou de la sorte de matériau que l'on utilise typiquement pour fabriquer des substrats de planche de circuit, comme des feuilles de fibre de verre imprégnées de résine La couche 8 a une surface supérieure plane 20 et une surface inférieure plane 22 et elle est pourvue d'un certain nombre de bus conducteurs plats en cuivre 26 A, 26 B, 25 C, etc Dans le mode de réalisation préféré, il y a 16 bus 26 A, 26 B, 26 C, Les bus 26 A, 26 B, 26 C, etc, sont de préférence maintenus en place sur la surface supérieure 20 de la couche inférieure 8 en les collant ou par tout autre moyen équivalent Les bus 26 A, 26 B, 26 C, etc, sont dimensionnés par rapport à la couche inférieure 8 de façon qu'une partie extrême de chaque bus s'étende vers l'extérieur au-delà de l'extrémité de la couche inférieure 8, comme le montrent les figures 1 et 20 Sur la couche inférieure 8 sont également disposées un certain nombre de tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc sont de préférence identiques aux tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc)ci-dessus décrites à l'exception qu'elles manquent de toute partie extrême plate en protubérance correspondant aux parties extrêmes en protubérance 18 'D, 18 'E, 18 'F, etc,ci-dessus notées Dans le mode de réalisation préféré, il y a 16 tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc. Les tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, sont de préférence maintenues en place comme le montrent les figures 1 et 2 par un adhésif ou autre moyen équivalent de façon que les tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, soient en bon contact conducteur avec les bus 26 A, 26 B, 26 C, etc. La couche inférieure 8 est disposée par rapport
à la couche supérieure 4 de façon que les tiges conduc-
trices 28 A, 28 B, 28 C, etch s'étendent à angle droit avec les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, pour ainsi former un agencement sensoriel comprenant 256 points superposés d'intersection agencés en un motif en grille de 16 x 16 De préférence, les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, sont uniformément espacées les unes des
autres et la même chose est vrai pour les tiges conduc-
trices 28 A, 28 B, 28 C, etc. La couche intermédiaire 6 se compose d'un tampon 30 formé d'un matériau élastomère non conducteur comme du polyuréthane et sa dureté est comprise entre environ 40 et 60 au duromètre à l'échelle Shore A-2 o Le tampon 30 a des surfaces supérieure et inférieure planes 32 et 34 La couche intermédiaire 6 comprend un certain nombre de bornes conductrices 36 s'étendant
transversalement Les bornes 36 s'étendent perpendiculai-
rement au plan majeur du tampon 30 et passent entre les surfaces supérieure et inférieure 32 et 34 du tampon, qu'elles coupent Les bornes conductrices 36 sont formées en un élastomère qui est électriquement conducteur Les bornes 36 sont de préférence formées en un matériau d'une conductivité choisie, comme un polymère tel que du chloroprène mélangé à du noir de fumée pour être conducteur, et ont une dureté comprise entre environ 50 et 60 au duromètre à l'échelle Shore A-2 Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, une borne conductrice 36 est disposée à chacun des points ci-dessus mentionnés d'intersection du capteur afin de coupler électriquement l'une des tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, de la couche supérieure 4 à l'une des couches conductrices
28 A, 28 B, 28 C, etc de la couche inférieure 8.
Comme on peut le voir sur la figure 2, quand aucune force n'est appliquée à la surface supérieure 10
du capteur, seuls les nez en saillie des tiges conduc-
trices 18 A, 18 B, 18 C, etc, contactent les bornes conductrices 36 et seuls les nez en saillie des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc# contactent les bornes conductrices 36 Cependant, quand un objet vient en contact avec la surface supérieure 10 du capteur et exerce une certaine pression minimale requise sur le
capteur, les couches 4, 6 et 8 sont forcées à se rappro-
cher,donc les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, s'approchent aux points de pression Alors que les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc,sont forcées à se rapprocher aux points de pression, les tiges conductrices ont tendance à presser dans la couche intermédiaire plus molle 6 afin d'augmenter
la surface effective de contact avec les bornes conduc-
trices 36 disposées aux points de pression Par suite, la résistance de contact électrique établie entre les tiges conductrices et les bornes conductrices disposées en dessous des points de pression a tendance à diminuer de manière correspondante, et donc pour une tension donnée appliquée entre les tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc, et les tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, l'écoulement de courant augmente en relation inverse aux changements de la t 542659
résistance de contact.
T En tenant compte de la construction ci-dessus, on peut voir qu'un commutateur sensible à la pression est
formé à chacun des points d'intersection du capteur.
Lorsqu'ils sont couplés à un circuit électrique approprié, ces commutateurs sont capables de produire,-ensemble, un motif de signaux électriques correspondant au "toucher"
d'un objet contactant le capteur.
On peut noter que les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, doivent être suffisamment flexibles sur leur longueur de façon que l'application localisée de pression en un point d'intersection ne corresponde pas
de manière significative aux points adjacents d'inter-
section En même tempscependant, les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, doivent avoir une dureté suffisante vis-à-vis des composants de la couche intermédiaire 6 pour que ce soit la couche 6, et non pas les tiges conductrices, qui se déforme sous l'application de la pression La forme en section transversale choisie pour les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc (que l'on peut voir en détail sur la figure 3), est telle que la relation pression/courant du capteur 2 ait tendance à avoir une réponse non linéaire de forme sensiblement logarithmique lui permettant de réfléchir avec précision de minuscules variations de pression sous de très légères charges ainsi que de grandes variations de pression sous de très fortes charges Il faut noter que la forme en section transversale des tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc, et des tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, est semblable au profil en section transversale de la coque d'un bateau ayant des doubles courbures symétriques coopérant avec les nez 19 pour donner l'effet souhaité On peut également noter que la relation précise pression/courant du capteur 2 dépendra également d'un certain nombre d'autres facteurs comme les épaisseurs des couches, les compositions des couches et également les duretés relatives des tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, et 28 A, 28 B, 28 C, etc, et des bornes conductrices 36 En ajustant sélectivement les facteurs ci-dessus, il est possible de construire un capteur
tactile ayant la sensibilité souhaitée.
Afin de rendre le capteur tactile 2 sensiblement imperméable aux effets de certains climats inhospitaliers, comme l'eau ou l'huile, il est préférable que les bords de la couche supérieure 4 et de la couche inférieure 8 s'étendent au-delà des bords de la couche intermédiaire 6 de façon que les deux première puissent être rassemblées et jointes pour former un environnement étanche Plus particulièrement, il est preférable que la couche supérieure 4 soit pliée vers le bas et collée à la couche
inférieure 8 à la façon représentée sur la figure 2.
En même temps, pour permettre au capteur d'être couplé à un circuit électrique approprié, les parties extrêmes en saillie 18 'A, 18 'B, 18 'C, etchdes tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C sont retournées comme le montre la figure 1 de façon à passer le long de la surface supérieure 20 de la couche inférieure 8 vers le périmètre du capteur et ces parties extrêmes en saillie (de forme sensiblement rectangulaire comme on l'a noté ci-dessus) et les bus 26 A, 26 B, 26 C et autres s'étendent vers l'extérieur au-delà des bords latéraux scellés du capteur, prêts pour un
couplage à un circuit électrique approprié.
La figure 4 montre la façon dont la forme préférée du capteur tactile 2 peut être couplée à un circuit électrique pour une utilisation avec un robot
industriel o Ce circuit comprend généralement un calcula-
teur 50 qui est couplé à la ligne d'entrée d'un démulti-
plexeur 52 à 16 lignes Le calculateur 50 est également couplé au démultiplexeur 52 par une ligne de commande (représentée en tracé fantôme) Les 16 lignes de sortie du démultiplexeur 52 sont respectivement attachées aux 16 parties extrêmes en saillie des tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc> du capteur 2 Les 16 parties extrêmes en saillie des bus 26 A, 26 B, 26 C, etc, du capteur 2 sont f 542659 respectivement attachées aux 16 lignes d'entrée d'un convertisseur courant-tension 54 Les 16 lignes de sortie du convertisseur 54 sont respectivement attachées aux 16 lignes d'entrée d'un multiplexeur 56 o La ligne de sortie du multiplexeur 56 est couplée à un convertisseur analogique-numérique 58 et la ligne de commande du multiplexeur 56 (montrée en tracé fantôme) est couplée au calculateur 50 o La sortie du convertisseur 58 est appliquée au calculateur 50 La sortie du calculateur 50 est couplée à un calculateur de robot 60, qui est lui-mûme attaché aux commandes de manipulation du robot 62 Les commandes 62 commandent un bras ou autre accessoire du
robot fonctionnant en coopération avec le capteur tactile 2.
Il faut noter que le calculateur 50, le démultiplexeur 522 le convertisseur courant-tension 54, le multiplexeur 56, le convertisseur analogique-numérique 58, le calculateur 60 du robot et les commandes 62 de manipulation du robot sont
tous d'un type bien connu.
Dans un cas typique, le capteur 2 est monté
sur un accessoire de robot de façon que la couche infé-
rieure rigide 8 fasse face et soit fixée à l'accessoire et que la couche supérieure flexible 4 soit tournée vers l'extérieur en position pour engager un objet à manipuler. Pendant le fonctionnement du robot, la présence d'un objet sur le capteur 2 est déterminée par
le circuit de commande à la façon qui suit Le calcula-
teur 50 applique un signal au démultiplexeur 52 pour exciter la tige conductrice 18 Ao Comme la tige conductrice 18 A est couplée à chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, par les bornes conductrices 36 aux points d'intersection superposés du capteur, l'excitation de la tige conductrice 18 A produit un courant dans chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Cependant, comme on l'a précédemment décrit, le courant qui s'écoule dans chacune des lignes 28 A, 28 B, 28 C, etc, varie selon la quantité de pression appliquée au capteur aux intersections
2542659.
de la tige conductrice 18 A, avec les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Le convertisseur 54 reçoit le courant présent dans chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, en vertu de sa connexion aux bus 26 A, 26 B, 26 C, etc, et convertit le courant qui s'écoule dans chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, en une tension correspondante La sortie du convertisseur 54 est alors appliquée au multiplexeur 56 Le calculateur 50 utilise le multiplexeur 56 comme mécanisme de déclenchement afin de lui permettre d'échantillonner séquentiellement la sortie de chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C,
etc, et d'appliquer les sorties au convertisseur 58.
Ce dernier convertit ces tensions analogiques de sortie en signaux numériques qui sont automatiquement appliqués au calculateur 50 Alors, le calculateur ordonne au démultiplexeur 52 de désexciter la tige conductrice 18 A et d'exciter la tige conductrice 18 B Comme la tige 18 B est couplée à chacune des tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, par les bornes 36 aux points d'intersection superposés du capteur, l'excitation de la tige conductrice 18 B augmente le courant dans chacune des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Cependant, comme on l'a précédemment décrit, le courant qui s'écoule dans chacune des tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc, varie selon la quantité de pression appliquée au capteur aux intersections de la tige conductrice 18 B avec les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Le calculateur utilise le circuit tel que décrit ci-dessus pour échantillonner séquentiellement la sortie dérivée des tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc et appliquer la sortie au convertisseur 58 Ce processusse répète jusqu'à ce que le calculateur 50 ait échantillonné les signaux électriques des 256 points d'intersection sur le capteur et ait coordonné les données numériques afin de donner une conclusion concernant la présence d'un objet sur le capteur tactile Le calculateur 50 transmet alors alors cette information numérique au calculateur 60 du robot qui ajuste automatiquement les commandes 62 de
2542659.
manipulation du robot selon ce qui est nécessaire.
Le mode de réalisation préféré de la présente invention qui est décrit et illustré ici présente de
nombreux avantages par rapport à l'art antérieur.
D'abord, le capteur tactile révélé présente une large plage de sensibilité La forme unique des tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etce et 28 A, 28 B, 28 C, etc X garantit que le signal à la sortie du capteur variera logarithmiquement avec les pressions de contact, afin que le capteur puisse déterminer les variations minuscules de pression sous de très légères charges ainsi que les variations importantes de pression sous des charges très fortes. Deuxièmement, le capteur tactile révélé ici est relativement fiable, durable, peu coûteux à fabriquer
et simple à produire.
Troisièmement, le capteur tactile révélé ici présente une couche intermédiaire qui est conductrice uniquement aux points d'intersection superposés du capteur, donc les signaux peuvent passer entre les tiges conductrices des couches supérieure et inférieure
uniquement aux points d'intersection.
Quatrièmement, le capteur tactile est totalement scellé par rapport à son environnement ce qui le rend opérationnel sous une grande variété de conditions menaçantes. Il est bien entendu possible de modifier le mode deréalisation préféré de l'invention sans s'écarter
de son cadre.
Ainsi, par exemple, le capteur tactile 2 peut présenter plus ou moins de 16 tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, et plus ou moins de 16 tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc Ou bien les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc 1 et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, peuvent s'étendre à un certain angle autre qu'un angle
droit les unes par rapport aux autres.
De manière facultative, les bornes conductrices 36 peuvent présenter une forme en section transversale différente de la forme circulaire montrée sur les figures 1 et 2, par exemple une forme carrée ou autre forme arbitraire; de môme, les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc, et 28 A, 28 B, 28 C, etc, peuvent présenter une forme en section transversale différente de celle
montrée sur les figures 1 à 3, par exemple triangulaire.
Par ailleurs, la couche inférieure 8 du capteur ne doit pas nécessairement être raide ou rigide mais peut être formée d'un matériau flexible comme celui couramment utilisé pour former des planches flexibles de circuit, ou bien d'un matériau identique ou semblable à celui dont
est faite la couche supérieure 4.
Evidemment, la façon dont le capteur tactile 2 est couplé dans le circuit électrique de la figure 4 peut également varier Ainsi, par exemple, les lignes de sortie du démultiplexeur 52 peuvent être couplées aux bus 26 A, 26 B, 26 C, etc, et les lignes d'entrée du
convertisseur 54 peuvent être couplées aux tiges conduc-
trices 18 A, 18 B, 18 C, etc De même, le calculateur 50 peut être programmé pour échantillonner le courant qui s'écoule aux points d'intersection du capteur dans une séquence autre que celle-révélée Alternativement, le capteur 2 peut être utilisé avec un circuit totalement
différent de celui de la figure 4.
En se référant à la figure 5, le matériau entre les gorges dans la couche supérieure 4 peut être étendu en longueur comme cela est indiqué en 100 de façon que les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etcne contactent pas
normalement les bornes 36 disposées dans l'organe inter-
médiaire 6 Cette construction a pour résultat que le capteur nécessite un certain seuil de pression non nulle avant qu'un signal électrique puisse passer entre les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etcde la couche supérieure 4 et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc,
de la couche inférieure 8.
Alternativement, comme le montre la figure 6, la couche intermédiaire 6 des figures 1 et 2 peut être remplacée par une nouvelle couche intermédiaire 6 ' formée d'une feuille uniforme d'un élastomère qui est conducteur, par exemple une couche de caoutchouc de silicone imprégnée de particules conductrices comme des particules de carbone, d'argent, de cuivre et analogues (voir brevet US
NO 4 208 648).
De même, comme le montre la figure 7, les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C, etc 4 et les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, peuvent être formées de façon à avoir des sections transversales sensiblement rectangulaires ou carrées sur toute leur longueur, et les bornes conductrices 36 peuvent être formées de façon que leurs extrémités en saillie aient des profils en section transversale semblables à la coque d'un bateau comme on l'a précédemment décrit pour les tiges 18 A, 18 Be 18 C, etc, et les tiges 28 A, 28 B, 28 C, etc Bien entendu, dans cet agencement, les tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc, et 28 A, 28 B, 28 C, etc, auront une dureté plus faible que la dureté des bornes conductrices 36, afin que les tiges 18 A, 18 B, 18 C, etc -et 28 A, 28 B, 28 C, etca se déforment sous l'application de pression à la face du capteur 2 tandis
que les bornes 36 restent sensiblement non déformées.
Il est également envisagé, comme le montre la figure 8, que la couche intermédiaire 6 puisse être totalement omise Dans ce cas, les tiges conductrices 18 A, 18 B, 18 C etc, contacteront directement les tiges conductrices 28 A, 28 B, 28 C, etc, et en formant un ou plusieurs groupes de tiges en compositions relativement molles, des variations requises de pression du contact de surface (et par conséquent de la résistance de contact électrique) peuvent être obtenues aux points affectés d'intersection. Par ailleurs, le capteur peut être formé de façon que seules les tiges conductrices de la couche supérieure aient une duretésupérieure à la couche intermédiaire ou de façon que seules les tiges conductrices de la couche inférieure aient une dureté
supérieure à la couche intermédiaire.
On peut également envisager que la surface supérieure 10 de la couche supérieure 4 soit texturée ou ait un contour échelonne -afin d'améliorer la
traction Par ailleurs, le capteur ne doit pas néces-
sairement être plan le long de ses surfaces mais chacune des surfaces ainsi que la structure associée peut être formée de segments d'une sphère ou d'un cylindre.

Claims (12)

R E V E N D I C A T I 0 N S
1. Capteur tactile pour détecter la pression imprimée par un objet en contact avec lui, caractérisé en ce qu'il est formé d'une structure en sandwich comprenant: (a) une couche supérieure ( 4) composée d'un matériau flexible et électriquement isolant et d'une première quantité de tiges conductrices flexibles ( 18 A, B, C) parallèles les unes aux autres; (b) une couche inférieure ( 8) composée d'un matériau électriquement isolant et d'une seconde quantité de tiges conductrices ( 28 A, B, C) parallèles les unes aux autres, ladite couche inférieure étant disposée par rapport à ladite couche supérieure de-façon que les tiges de la première quantité de tiges s'étendent à un certain angle par rapport aux tiges de la seconde quantité de tiges afin de former un agencement sensoriel
comprenant un certain nombre de points superposés d'inter-
section agencés en grille; et (c) une couche intermédiaire ( 6) composée d'un matériau élastique et électriquement isolant et d'un certain nombre de bornes conductrices ( 36) s'étendant transversalement auxdites couches supérieure, inférieure et intermédiaire, lesdites bornes conductrices étant faites en un matériau élastique et étant disposées de façon que l'une desdites bornes conductrices soit disposée à chacun des points d'intersection afin de coupler électriquement l'une desdites tiges conductrices de la couche supérieure à l'une desdites tiges conductrices de
la couche inférieure.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges conductrices des couches supérieure et inférieure ont toutes un profil en section transversale correspondant sensiblement à la coque d'un
bateau.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que toutes les tiges conductrices
sont formées en un matériau flexible.
4. Capteur selon la revendication 3,9 caractérisé en ce que les tiges conductrices d'au moins l'une des couches supérieure et inférieure ont une
dureté supérieure à celle de la couche intermédiaire.
5. Capteur selon la revendication 4,
caractérisé en ce que le matériau flexible et électrique-
ment isolant de la couche supérieure se compose d'un polymère, le matériau électriquement isolant de la couche inférieure se compose d'un polymère, le matériau
élastique et électriquement isolant de la couche intermé-
diaire se compose d'un polymère et les bornes conductrices se composent d'un polymère mélangé à un matériau conducteur.
6. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tiges conductrices se composent
de polymères.
7 Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il y a 16 tiges conductrices dans la couche supérieure et 16 tiges conductrices dans la
couche inférieure.
8. Capteur tactile pour détecter un objet en
contact avec lui, caractérisé en ce qu'il comprend -
(a) une couche supérieure ( 4)-en un matériau flexible et électriquement isolant et, comprenant un certain nombre de premières tiges conductrices ( 18 A, BC) parallèles les unes aux autres, lesdites premières tiges conductrices étant flexibles sur leur longueur et ayant un profil en section transversale sensiblement identique à celui de la coque d'un bateau; (b) une couche inférieure ( 8) en un matériau électriquement isolant et comprenant un certain nombre de secondes tiges conductrices ( 28 AB Cc) parallèles les unes aux autreslesdites secondes tiges conductrices ayant un profil en section transversal sensiblement identique
2542659 '
au profil-d'une coque d'un bateau, ladite couche inférieure étant également disposée par rapport à la couche supérieure de façon que les secondes tiries conductrices s'étendent à un certain angle par rapport aux premières tiges conductrices, pour former ainsi un agencement sensoriel comprenant un certain nombre de points superposés d'intersection agencés en grille; et (c) une couche intermédiaire ( 6) en un
matériau élastique électriquement conducteur.
9 Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premières tiges conductrices et les secondes tiges conductrices sont formées du
même matériau.
10. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premières tiges conductrices et les secondes tiges conductrices ont une dureté
supérieure à celle de la couche intermédiaire.
11. Capteur selon la revendication 10,
caractérisé en ce que le matériau flexible et électrique-
ment isolant de la couche supérieure est en un polymère, le matériau électriquement isolant de la couche inférieure est en un polymère et la couche intermédiaire est faite
d'un polymère mélangé à un matériau conducteur.
12. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il y a 16 tiges conductrices dans la couche supérieure et 16 tiges conductrices dans la
couche inférieure.
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