FR2776551A1

FR2776551A1 - Remote control unit for robot manipulation

Info

Publication number: FR2776551A1
Application number: FR9803890A
Authority: FR
Inventors: Thierry Garnier
Original assignee: METROLEC
Current assignee: METROLEC
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-01

Abstract

The remote control unit (7) of a slave unit (1) along the (x1,y1,z1) axes, consists of a joystick (8) for the movement of the slave unit in its two horizontal planes. The control unit contains a rotary disc (12) for the angular correction of the relative difference of orientation between the remote control (7) and the slave unit (1).

Description

"Dispositif de correction angulaire pour dispositif de pilotage à distance"Angle correction device for remote control device

de mouvement" L'invention est du domaine des dispositifs de pilotage à distance de The invention is in the field of remote control devices for

mouvements, en particulier pour la commande de robots manipulateurs. movements, in particular for controlling manipulating robots.

De façon classique, de tels robots manipulateurs, qui comportent typiquement plusieurs degrés de liberté correspondant à des déplacement selon les trois axes de l'espace, sont contrôlés à distance par un opérateur, au moins durant une phase d'apprentissage de séquence de mouvements. Durant cette phase qui sert à définir un ensemble de mouvements fonctionnels du robot manipulateur, I'opérateur pilote, à l'aide d'un mini-manche les mouvements du robot en temps réel, de manière à enregistrer une séquence optimale de Conventionally, such manipulating robots, which typically have several degrees of freedom corresponding to displacement along the three axes of space, are controlled remotely by an operator, at least during a learning sequence of movement sequence. During this phase which is used to define a set of functional movements of the manipulator robot, the operator controls, using a mini-stick, the movements of the robot in real time, so as to record an optimal sequence of

mouvements, que le robot reproduira ensuite de façon répétitive. movements, which the robot will then repeat repeatedly.

Lors de cette phase, des erreurs de manipulation du contrôle à distance peuvent amener un impact de la tête de palpage ou de mesure du robot avec le plancher de sa surface de manipulation, avec un risque non négligeable de destruction d'éléments sensibles du robot. Ces appareils étant de coût très élevé, il est naturellement souhaitable de réduire, autant que faire se peut, les bris dus à During this phase, errors in the handling of the remote control can lead to an impact of the probe or measurement head of the robot with the floor of its handling surface, with a significant risk of destruction of sensitive elements of the robot. These devices being very expensive, it is naturally desirable to reduce, as much as possible, the breakage due to

des erreurs de pilotage par opérateur. piloting errors by operator.

La présente invention a donc pour objet un dispositif permettant de remédier The present invention therefore relates to a device making it possible to remedy

à l'une des sources d'erreur de pilotage de robot manipulateur. to one of the sources of error in piloting robot manipulator.

Selon un second objet de l'invention, le dispositif est économique à fabriquer. Un troisième objet de l'invention est son usage naturel pour les opérateurs According to a second object of the invention, the device is economical to manufacture. A third object of the invention is its natural use for operators

de contrôle de robot manipulateurs. manipulator robot control.

L'invention propose à cet effet un dispositif de pilotage à distance de moyen mobile selon plusieurs axes, comportant un manche de contrôle dont les mouvements par l'opérateur commandent les déplacements du moyen mobile selon les axes du plan horizontal, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de correction de la différence d'orientation angulaire du dispositif de pilotage à To this end, the invention proposes a device for remote control of mobile means along several axes, comprising a control handle whose movements by the operator control the movements of the mobile means along the axes of the horizontal plane, characterized in that it includes means for correcting the difference in angular orientation of the steering device at

distance relativement au moyen mobile. distance relative to the moving means.

On comprend que cette disposition, de nature simple en soi, correspond en fait à l'identification du problème de tendance naturelle des opérateurs a orienter le manche de contrôle sur leur droite lorsque ils souhaitent faire évoluer la tête du robot vers leur droite, et inversement, lorsqu'ils agissent de façon réflexe, alors même qu'il peuvent se trouver dans une position sur le côté ou en face du robot pour laquelle la commande correspondant à un mouvement vers leur droite de la tête du robot peut être, par exemple, de pousser le manche vers l'avant ou à gauche. Cette question de l'absence de correspondance naturelle entre les axes du manche de contrôle et les axes de mouvement du robot manipulateur n'est pas We understand that this arrangement, of a simple nature in itself, corresponds in fact to the identification of the problem of the operators' natural tendency to orient the control stick to their right when they wish to move the robot's head to their right, and vice versa , when they act in a reflex manner, even though they may be in a position on the side or in front of the robot for which the command corresponding to a movement to their right of the robot head can be, for example, push the stick forward or left. This question of the absence of a natural correspondence between the axes of the control handle and the axes of movement of the manipulator robot is not

identifiée, ni prise en compte par les dispositifs actuels. identified, or taken into account by current systems.

Selon un mode de réalisation préféré, la moyen de correction de position angulaire est une bague adaptée à être mue en rotation autour de l'axe vertical du According to a preferred embodiment, the angular position correction means is a ring adapted to be rotated about the vertical axis of the

manche de contrôle.control stick.

On comprend qu'une fois le problème de corrélation entre les mouvements réflexes naturels de l'opérateur et la position sous laquelle il voit le robot manipulateur identifié, une bague de correction angulaire permet de corriger cette We understand that once the problem of correlation between the natural reflex movements of the operator and the position under which he sees the robot manipulator identified, an angular correction ring can correct this

source d'erreur.error source.

Selon un mode de réalisation particulier, la bague de correction angulaire comporte un moyen de préhension adapté à permettre à l'opérateur d'orienter la According to a particular embodiment, the angular correction ring comprises a gripping means adapted to allow the operator to orient the

bague selon sa position relativement au moyen mobile. ring according to its position relative to the movable means.

Selon un mode de réalisation encore plus particulier, la bague de correction angulaire comporte une face supérieure moletée de taille adaptée à sa mise en According to an even more particular embodiment, the angular correction ring has a knurled upper face of a size adapted to its positioning.

mouvement par une main de l'opérateur. movement by an operator's hand.

L'invention vise plus généralement un robot manipulateur de type tridimensionnel comportant un marbre support, une colonne montée coulissante sur ce marbre support suivant une direction horizontale longitudinale, un chariot coulissant verticalement le long de cette colonne, et un bras horizontal muni d'une tête de travail monté coulissant sur ce chariot selon une direction The invention relates more generally to a three-dimensional type manipulator robot comprising a support marble, a column slidingly mounted on this support marble in a longitudinal horizontal direction, a carriage sliding vertically along this column, and a horizontal arm provided with a head. of work mounted sliding on this carriage in a direction

transversale, et un dispositif de pilotage à distance selon l'exposé précédent. transverse, and a remote control device according to the previous description.

La description et les dessins d'un mode préféré de réalisation de l'invention, The description and the drawings of a preferred embodiment of the invention,

donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de given below, will provide a better understanding of the goals and benefits of

l'invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas the invention. It is clear that this description is given by way of example, and has not

de caractère limitatif. La figure 1 est une représentation en perspective d'un robot manipulateur et d'un dispositif de pilotage à distance Dans une configuration classique, telle que schématisée sur la figure 1, un robot manipulateur 1, de type connu de l'homme de l'art, comporte un marbre support 2 disposé sensiblement horizontalement, une colonne verticale 3 montée coulissante le long de ce marbre support suivant une direction horizontale x1, un chariot 4 coulissant le long de cette colonne suivant la direction verticale (notée zi), et un bras horizontal 5 qui coulisse transversalement par rapport au chariot, selon une direction yl, et qui est muni en une extrémité d'une tête de travail 6 limiting. Figure 1 is a perspective representation of a robot manipulator and a remote control device In a conventional configuration, as shown schematically in Figure 1, a robot manipulator 1, of type known to those skilled in the art art, comprises a support marble 2 disposed substantially horizontally, a vertical column 3 slidingly mounted along this support marble in a horizontal direction x1, a carriage 4 sliding along this column in the vertical direction (denoted zi), and an arm horizontal 5 which slides transversely relative to the carriage, in a direction yl, and which is provided at one end with a working head 6

équipée d'outils de mesure ou de palpeurs appropriés à une tâche particulière. equipped with measuring tools or probes suitable for a particular task.

Le dispositif de pilotage à distance 7, comporte usuellement un minimanche de contrôle 8 orientable autour d'un point fixe 9, un clavier 10 d'entrée de données, et un bouton d'arrêt d'urgence 11 disposé à proximité d'une main de l'opérateur. Le dispositif de pilotage 7 est de taille adaptée à être tenu dans une main par l'opérateur (non représenté), qui actionne le mini-manche de contrôle de l'autre main. Ce dispositif de pilotage 7 est de type connu en soi. Il communique avec le robot manipulateur 1 par tout moyen connu, par exemple infrarouge ou The remote control device 7 usually comprises a control mini-stick 8 orientable around a fixed point 9, a keyboard 10 for data entry, and an emergency stop button 11 disposed near a hand operator. The piloting device 7 is of a size adapted to be held in one hand by the operator (not shown), who actuates the control mini-stick with the other hand. This control device 7 is of a type known per se. It communicates with the manipulator robot 1 by any known means, for example infrared or

simplement par fil.simply by wire.

Dans sa réalisation initiale, le dispositif de pilotage à distance 7 est agencé de telle sorte que les mouvements du mini-manche dans les axes horizontaux sont conformes à ceux du robot manipulateur 1 lorsque le dispositif est placé derrière le robot, conformément à la figure 1, et orienté avec le mini-manche 8 placé le plus près du robot manipulateur 1 et le bouton d'arrêt d'urgence 11 placé le plus loin de ce robot manipulateur 1. Cette orientation est caractérisée par un repère x2, y2, lié au dispositif de pilotage, identique en orientation au repère xl, yl du robot manipulateur 1. Il est clair que cette disposition de référence est In its initial embodiment, the remote control device 7 is arranged so that the movements of the mini-stick in the horizontal axes conform to those of the manipulator robot 1 when the device is placed behind the robot, in accordance with FIG. 1 , and oriented with the mini-handle 8 placed closest to the manipulator robot 1 and the emergency stop button 11 placed furthest from this robot manipulator 1. This orientation is characterized by a reference x2, y2, linked to the control device, identical in orientation to the reference xl, yl of the manipulator robot 1. It is clear that this reference arrangement is

donnée simplement à titre d'exemple non limitatif. given simply by way of nonlimiting example.

Dans cette configuration, un mouvement dans le sens +x2 du mini-manche 8 entraîne le déplacement de la tête de travail 6 dans le sens +xl, parallèle à x2. Il en est de même pour les mouvements selon les autres directions du plan horizontal. Le dispositif de pilotage à distance 7 est en mode de commande "naturelle", conforme aux actes réflexes de l'opérateur. La commande de mouvement vertical se fait usuellement par rotation du mini-manche 8 autour de son axe dans un sens ou dans l'autre selon que l'opérateur désire déplacer la tête In this configuration, a movement in the + x2 direction of the mini-handle 8 causes the working head 6 to move in the + xl direction, parallel to x2. The same is true for movements in the other directions of the horizontal plane. The remote control device 7 is in "natural" control mode, in accordance with the operator's reflex actions. The vertical movement control is usually done by rotation of the mini-handle 8 around its axis in one direction or the other depending on whether the operator wishes to move the head.

de travail 6 vers le haut (+zl) ou vers la bas (-zl). working 6 up (+ zl) or down (-zl).

On comprend que lorsque l'opérateur, souhaitant voir l'action du robot manipulateur 1 sous un autre angle, tourne autour de celui-ci avec son dispositif de pilotage à distance 7 en main, les repères liés, d'une part au dispositif de pilotage à distance 1 (x2, y2), et, d'autre part, au robot manipulateur (xl, yl), ne sont plus identiques, et que les mouvements de l'opérateur doivent être réfléchis avant toute action et ne sont plus naturels. Il en résulte une mise au point plus lente par l'opérateur des mouvements du robot manipulateur 1 en phase d'apprentissage, et les mouvements combinés sur les deux axes horizontaux en particulier sont souvent incorrectement anticipés par l'opérateur à l'aide de son It is understood that when the operator, wishing to see the action of the manipulator robot 1 from another angle, turns around it with his remote control device 7 in hand, the associated references, on the one hand to the remote control 1 (x2, y2), and, on the other hand, the manipulator robot (xl, yl), are no longer identical, and that the movements of the operator must be reflected before any action and are no longer natural . This results in a slower development by the operator of the movements of the manipulator robot 1 in the learning phase, and the combined movements on the two horizontal axes in particular are often incorrectly anticipated by the operator using his

dispositif de pilotage à distance 7. remote control device 7.

Dans le dispositif conforme à l'invention, le mini-manche 8 est monté sur une bague de correction angulaire 12. Cette bague est typiquement mobile en rotation autour de l'axe vertical du mini-manche 8 grâce.à un roulement à bille ou à tout In the device according to the invention, the mini-handle 8 is mounted on an angular correction ring 12. This ring is typically movable in rotation about the vertical axis of the mini-handle 8 thanks to a ball bearing or asset

autre mécanisme de type connu, non détaillé ici. other mechanism of known type, not detailed here.

La bague de correction angulaire 12 est moletée à sa partie supérieure, et comporte des repères de position angulaire, par exemple sous forme de bandes colorées 13, 14 correspondant à des bandes 15, 16 de couleurs identiques The angular correction ring 12 is knurled at its upper part, and has angular position markers, for example in the form of colored bands 13, 14 corresponding to bands 15, 16 of identical colors

disposées sur les bords du marbre support 2. arranged on the edges of the support marble 2.

Le mini-manche 8 est relié à un émetteur par un moyen tel que faisceau de fils, non représenté ici, qui traverse simplement la bague de correction angulaire 12. Dans ce cas, le nombre de tours que peut réaliser la bague de correction The mini-sleeve 8 is connected to a transmitter by means such as a bundle of wires, not shown here, which simply crosses the angular correction ring 12. In this case, the number of turns that the correction ring can achieve

angulaire 12 est naturellement limité, ce qui implique simplement une ré- angular 12 is naturally limited, which simply implies a re-

initialisation régulière de la position de la bague de correction angulaire 12. regular initialization of the position of the angular correction ring 12.

Le mode d'utilisation du dispositif est simple. Lorsque l'opérateur tourne autour du marbre support 2 et vient se placer en une nouvelle position, il oriente manuellement la bague d'orientation angulaire 12 de façon telle que les bandes colorées 13, 14 de repère de position du dispositif de pilotage à distance 7 soient approximativement parallèles aux bandes 15, 16 de couleurs prévues sur les bords du marbre support 2. Une erreur de quelques degrés est sans grande The method of using the device is simple. When the operator turns around the support plate 2 and comes to place himself in a new position, he manually orients the angular orientation ring 12 in such a way that the colored bands 13, 14 of the position marker of the remote control device 7 are approximately parallel to the bands 15, 16 of colors provided on the edges of the support marble 2. An error of a few degrees is minor

influence sur le fonctionnement du dispositif. influence on the functioning of the device.

Dès lors, les actions sur le mini-manche 8 se font selon un repère axial ramené à celui du robot manipulateur 1, et donc de façon naturelle pour l'opérateur. Dans une variante non représentée, un mécanisme de correction automatique de position de l'opérateur est réalisable, par exemple en utilisant un moyen de détection de position et d'orientation du dispositif de pilotage à distance 7 par 2 commandes infrarouges détectant les positions avant et arrière du dispositif de pilotage à distance 1, et par changement de repère, réalisé par une unité de commande, des ordres transmis par le mini-manche selon les axes x2, y2 Therefore, the actions on the mini-handle 8 are done according to an axial reference reduced to that of the manipulator robot 1, and therefore naturally for the operator. In a variant not shown, an automatic operator position correction mechanism can be implemented, for example by using a position detection and orientation means of the remote control device 7 by 2 infrared commands detecting the front positions and rear of the remote control device 1, and by change of reference, produced by a control unit, of the orders transmitted by the mini-stick along the axes x2, y2

en ordres sur les axes xl, yl.in order on the axes xl, yl.

On a bien encore ici un contrôle naturel par l'opérateur du robot manipulateur 1, qui oriente toujours son mini-manche 8 dans la direction identique We still have here a natural control by the operator of the manipulator robot 1, which always directs its mini-sleeve 8 in the same direction

au déplacement souhaité de la tête de travail 6 du robot manipulateur 1. to the desired movement of the working head 6 of the manipulator robot 1.

Ces différentes variantes de réalisation du dispositif offrent pour avantage majeur un comportement naturel de l'opérateur lors de son pilotage du robot manipulateur 1, et donc un gain de temps, de fiabilité des ordres transmis, et une These various alternative embodiments of the device offer the major advantage of natural behavior of the operator when piloting the manipulator robot 1, and therefore a saving of time, reliability of the orders transmitted, and a

réduction des erreurs de pilotage à distance. reduction of remote control errors.

La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées a titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux The scope of the present invention is not limited to the details of the above embodiments considered by way of example, but on the contrary extends to

modifications à la portée de l'homme de l'art. modifications within the reach of ordinary skill in the art.

Claims

1. Remote control device (7) for mobile means (1) along several axes (xl, yl, zl), comprising a mini-handle (8) for control, the movements of which by the operator control the movements of the mobile means (1) along the axes of the horizontal plane, characterized in that it comprises means for correcting (12) the difference in angular orientation of the remote control device (7) relative to the

moving medium (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the angular position correction means (12) is an angular correction ring (12) adapted to be rotated around the vertical axis of the mini-handle (8) of

control.

3. Device according to claim 2, characterized in that the angular correction ring (12) comprises a gripping means adapted to allow

the operator to orient the ring according to its position relative to the movable means.

4. Device according to claim 3, characterized in that the angular correction ring (12) has a knurled upper face of suitable size

when set in motion by an operator's hand.

5. Device according to claim 2, characterized in that the angular correction ring (12) comprises means of visual identification (13, 14) of its

angular orientation.

6. Device according to claim 5, characterized in that the visual identification means (13, 14) consists of colored bands whose colors

correspond to identical bands (15, 16) integral with the mobile means (1).

7. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means for automatically detecting the position and orientation of the remote control device (7) relative to the mobile means (1), and means for automatically changing the mark of the orders transmitted by the mini-stick (8)

along the axes of control of the mobile means (1).

8. Robot manipulator device (1) of three-dimensional type comprising a support plate (2), a column (3) slidingly mounted on this support plate (2) in a longitudinal horizontal direction (xl), a carriage (4) sliding vertically along this column (3), and a horizontal arm (5) provided with a working head (6) slidably mounted on this carriage (5) in a transverse direction (yl), characterized in that it also comprises a device

remote control (7) according to any one of claims 1 to 4.