FR2900086A1 - Organe de commande a cables tendus - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile, formé d'au moins un objet à animer et/ou à manipuler et de son support, suivant une pluralité de directions prédéterminées.Suivant l'invention un tel dispositif comprend au moins une structure définissant un polyèdre régulier dont le volume intérieur, défini par au moins quatre de ses sommets, forme un espace tridimensionnel de mise en mobilité dudit au moins un ensemble mobile, de façon à pouvoir modifier les positions et orientations de ce dernier par l'intermédiaire de moyens d'actionnement aptes à collaborer avec ledit polyèdre, lesdits moyens d'actionnement comprenant au moins quatre ensembles de câbles tendus respectivement entre un desdits au moins quatre sommets distincts dudit polyèdre et un point d'accrochage audit ensemble mobile à animer et/ou à manipuler, et en ce qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles, non jointifs, maintenus parallèles, formant parallélogramme déformable de maintien dudit ensemble mobile selon des orientations prédéterminées relativement à ladite structure.

Description

ORGANE DE COMMANDE A CABLES TENDUS 1. DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de

l'invention est celui de l'interfaçage haptique. Le domaine connexe est celui des automates dévolus à la manipulation d'objets dans l'espace.

Plus précisément, l'invention concerne un organe de commande homme-machine, encore appelé bras maître, permettant de contraindre le mouvement d'un opérateur ou de stimuler ses capteurs haptiques. L'invention a ainsi de nombreuses applications haptiques, telles que par exemple la téléopération, l'activité de soutien à la rééducation, les jeux, la conception assistée par ordinateur, l'interconnexion d'un être humain avec un environnement de réalité virtuelle. Plus généralement, elle peut s'appliquer dans tous les cas où on souhaite créer une interface matérielle active entre la main d'un opérateur et un environnement réel, de réalité augmentée, ou virtuelle, ou bien lorsqu'on souhaite déplacer un ensemble mobile librement en translation en immobilisant cet ensemble suivant un ou plusieurs degrés de liberté en rotation. Dans un aspect complémentaire, l'invention peut également être intégré à un organe de manoeuvre à commande programmable. 2. ART ANTÉRIEUR Traditionnellement, les retours sensoriels haptiques sont depuis longtemps pris en compte dans la mise en oeuvre des techniques de téléopération en robotique, de conduite automobile (les forces d'interaction roues/sol transmises au volant du conducteur), de pilotage d'avions (manches à retour d'effort). L'émergence des technologies intégrant un contexte de réalité virtuelle a par ailleurs permis de voir la naissance d'interfaces haptiques de types nouveaux. On connaît ainsi, dans l'état de la technique, différents types de bras maîtres. Ainsi une première technique concerne des bras maîtres composés d'une pluralité de tronçons jointifs (bielles, vérins,...) articulés successivement entre eux. Le déplacement par l'opérateur de l'extrémité du bras, munie d'un organe de préhension, entraîne alors une réaction mécanique ou retour d'effort, afin de restituer un rendu tactile à celui-ci.

Une deuxième technique concerne un bras maître constitué d'un élément de manoeuvre, encore appelé élément mobile, suspendu par quatre câbles, ou filins, déroulés des sommets d'un tétraèdre régulier. Un opérateur manipule un tel bras en introduisant une phalange dans un logement de l'élément de manoeuvre semblable à un dé à coudre. Des moteurs assurant la tension des câbles peuvent en outre être placés aux sommets du tétraèdre pour procurer une action de retour d'effort. En déplaçant l'élément de manoeuvre, l'opérateur modifie alors les longueurs déroulées des câbles. Une mesure des variations de longueur des câbles par l'intermédiaire de capteurs permet de restituer une commande prédéterminée. Cette deuxième technique est décrite notamment dans le document intitulé un appareil d'interface pour déplacements tridimensionnels utilisant des câbles tendus (en anglais A 3D Spacial Interface device Using Tensed Strings ) d'Ishii et Sato paru dans la revue Presence (volume 3, numéro 1, hiver 1994, pages 81 à 86).

Une variante de cette deuxième technique consiste à dérouler les câbles à partir de positions correspondant à quatre sommets non consécutifs d'un cube. Dans une autre variante de cette technique, l'élément de manoeuvre comporte un deuxième logement pour venir introduire une deuxième phalange. Le mouvement du second logement est guidé par quatre autres câbles déroulés à partir des sommets inoccupés du cube précité. Cette technique permet alors d'influer sur la mobilité d'un élément de manoeuvre tel qu'un objet non assimilable à un ensemble ponctuel comprenant deux logements pour venir introduire respectivement l'extrémité du pouce et une phalange. La mise en mobilité de l'objet prend place dans le volume formé par l'intersection des cieux tétraèdres reliant les sommets non consécutifs du cube.

Un premier inconvénient de la première solution connue est que la course des bras est souvent limitée, ce qui réduit leur mobilité effective. Un autre inconvénient de la première solution connue est liée à sa complexité de mise en oeuvre. Encore un autre inconvénient de cette première solution connue concerne l'inertie importante de tels bras maîtres, laquelle pénalise la vitesse de déplacement possible pouvant être mise en oeuvre pour mouvoir l'extrémité du bras.

Un premier inconvénient de la deuxième solution connue est de permettre un contrôle précis du mouvement de l'élément de manoeuvre seulement dans le voisinage immédiat du ou des deux logement(s) accueillant une phalange et donc de fournir un retour d'effort uniquement sur l'extrémité du doigt de l'opérateur.

Un autre inconvénient de la deuxième solution connue est qu'elle ne permet pas de maintenir un élément de manoeuvre selon une direction constante lors de son déplacement, ce qui peut se révéler fort utile dans de nombreuses situations, et par exemple lorsque l'élément à manipuler doit être maintenu vertical en toute circonstance. Encore un autre inconvénient de la deuxième solution connue est de mettre en oeuvre un nombre important de câbles tendus, ce qui limite la zone d'accès à l'élément de manoeuvre (un nombre de huit câbles est employé dans cette technique pour manipuler un objet volumique). Par ailleurs la mise en oeuvre de cette deuxième technique nécessite d'utiliser un moteur par câble, ce qui augmente la complexité et l'encombrement d'un tel bras maître. 3. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, l'un des objectifs de la présente invention, est de fournir une technique permettant de piloter avec précision, et de façon contrôlée (notamment en opposant une certaine résistance au déplacement), un ensemble mobile, encore appelé élément mobile, en translation tout en garantissant que cet élément conserve une ou des orientation(s) prédéterminée(s) lors de ses déplacements et/ou changements de posture. En d'autres termes, un objectif de l'invention est de permettre d'agir sur le déplacement en translation de l'élément mobile et de bloquer ses rotations suivant certaines directions, lors de sa mise en mobilité. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique mettant en oeuvre un nombre réduit de moyens d'actionnement (moteurs,...) pour piloter le mouvement d'un élément mobile composé d'un objet à animer et/ou à manipuler solidaire d'un support.

Dans au moins un mode de réalisation particulier, un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique permettant d'exercer un retour actif d'effort sur l'ensemble de la surface de la main d'un opérateur, de façon à procurer une sensation de commande de l'élément mobile plus agréable et plus précise, en sollicitant les capteurs haptiques de la main. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique de mise en mobilité d'un élément mobile qui soit simple à mettre en oeuvre et d'un coût de réalisation réduit. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de mise en mobilité d'un élément mobile dont le volume d'évolution est le moins encombré par la présence d'éléments de liaison ou de suspension, de façon à pouvoir faciliter l'accès de l'élément à l'opérateur et à ne pas entraver ses propres mouvements en venant buter sur les éléments de liaison. 4. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile, formé d'au moins un objet à animer et/ou à manipuler et de son support, suivant une pluralité de directions prédéterminées. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un dispositif comprenant au moins une structure définissant un polyèdre régulier dont le volume intérieur, défini par au moins quatre de ses sommets, forme un espace tridimensionnel de mise en mobilité dudit au moins un ensemble mobile, de façon à pouvoir modifier les positions et orientations de ce dernier par l'intermédiaire de moyens d'actionnement aptes à collaborer avec ledit polyèdre, lesdits moyens d'actionnement comprenant au moins quatre ensembles de câbles tendus respectivement entre un desdits au moins quatre sommets distincts dudit polyèdre et un point d'accrochage audit ensemble mobile à animer et/ou à manipuler, et tel qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles, non jointifs, maintenus parallèles, formant parallélogramme déformable de maintien dudit ensemble mobile selon des orientations prédéterminées relativement à ladite structure.

Le principe général de l'invention consiste donc à suspendre l'élément mobile aux sommets d'une structure d'aspect polyédrique par au moins une paire de câbles tendus, maintenus parallèles, de façon à déplacer l'élément mobile en suivant les déformations d'un parallélogramme.

Ainsi, dans ce mode de réalisation particulier, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de la mise en oeuvre d'au moins un bras maîtres à câbles tendus. En effet, l'invention permet de contrôler les déplacements d'un objet mobile en permettant à un opérateur de déplacer cet élément mobile en translation tout en le bloquant un ou plusieurs de ses orientations.

De façon avantageuse, ledit polyèdre est un tétraèdre régulier, et ledit support dudit objet à animer et/ou à manipuler comprend ledit point d'accrochage audit ensemble mobile. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit polyèdre est un heptaèdre régulier, ledit support dudit objet à animer et/ou à manipuler comprend ledit point d'accrochage audit ensemble mobile, et lesdits moyens d'actionnement comprennent trois second ensembles de câbles tendus respectivement entre un des trois sommets non compris parmi lesdits au moins quatre sommets distincts dudit heptaèdre et un point d'accrochage audit objet à animer et/ou à manipuler. Ainsi l'invention permet d'animer et/ou manipuler des objets de forme complexe ou de volume important articulés sur leur support. Avantageusement, lesdits moyens d'actionnement comprennent au moins quatre moteurs de retour d'effort collaborant au voisinage d'au moins quatre des sommets dudit polyèdre avec lesdits aux moins quatre ensembles de câbles tendus respectivement par l'intermédiaire de moyens d'enroulement' de déroulement.

Ainsi, un nombre restreint de moteurs est mis en oeuvre pour mettre en mobilité l'ensemble mobile. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens d'enroulement/ de déroulement collaborent avec au moins une paire de poulies déviatrices espacées d'une distance prédéterminée au voisinage de chacun desdits au moins quatre sommets.

Préférentiellement, ladite distance prédéterminée séparant les poulies de ladite paire de poulies déviatrices est sensiblement identique à la distance séparant les deux points d'accrochage de deux desdits câbles, et l'une des directions principales de ladite paire de poulies déviatrices est sensiblement parallèle à la direction définie par lesdits deux points d'accrochage, de façon que l'ensemble formé par lesdits deux câbles tendus entre ladite paire de poulies déviatrices et lesdits points d'accrochage situés sur l'ensemble mobile forme un parallélogramme déformable en fonction du déroulement/ de l'enroulement desdits câbles sur lesdits moyens d'enroulement/ de déroulement dudit moteur de retour d'effort. Ainsi, on dispose d'une solution mécanique pour empêcher la rotation de l'ensemble mobile autour d'une direction peu complexe à mettre en oeuvre.

De façon préférentielle, ladite au moins une paire de poulies déviatrices est centrée sur au moins un desdits quatre sommets. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens d'actionnement comprennent des moyens de rappel agissant sur lesdits moyens d'enroulement et/ou de déroulement de façon à maintenir tendus ledit au moins un câble.

Ainsi les ensembles de câbles peuvent être maintenus tendus lorsque les moteurs ne sont pas sous tension. Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens d'actionnement comprennent des moyens de mise sous tension desdits ensembles de câbles appartenant au groupe comprenant : prétensionneur ; poulie de pré-tension. Selon une caractéristique préférentielle, les moyens d'actionnement comprennent des moyens de pilotage par automate programme collaborant avec des moyens formant capteur de mesure de la longueur déroulée desdits deux câbles dudit au moins un desdits ensembles de câbles. Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un dispositif d'animation interactif d'un objet virtuel comprenant : des moyens de capture du mouvement d'un ensemble mobile; des moyens d'affectation desdits mouvements capturés audit objet virtuel, tel que lesdits moyens de capture comprennent au moins une structure définissant un polyèdre régulier dont le volume intérieur, défini par au moins quatre de ses sommets, forme un espace tridimensionnel de mise en mobilité dudit au moins un ensemble mobile, de façon à pouvoir modifier les positions et orientations de ce dernier par l'intermédiaire de moyens d'actionnement aptes à collaborer avec ledit polyèdre, lesdits moyens d'actionnement comprenant au moins quatre ensembles de câbles tendus respectivement entre un desdits au moins quatre sommets distincts dudit polyèdre et un point d'accrochage audit ensemble mobile à animer et/ou à manipuler, et tel qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles, non jointifs, maintenus parallèles, formant parallélogramme déformable de maintien dudit ensemble mobile selon des orientations prédéterminées relativement à ladite structure.

Dans encore un autre mode de réalisation, l'invention concerne un dispositif de contrôle du mouvement d'un objet à manipuler dans le volume intérieur délimité par au moins quatre somrnets d'un polyèdre régulier inscrit dans une structure, comprenant des moyens de transmission de mouvement audit objet à manipuler incluant au moins quatre ensembles de câbles tendus respectivement entre un desdits au moins quatre sommets distincts du polyèdre et un point d'accrochage audit objet à manipuler, et tel qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles, non jointifs, maintenus parallèles lors du mouvement dudit objet entre une première et une seconde position et/ou posture. L'invention concerne également l'application d'un dispositif quelconque de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile tel que décrit ci-dessus à un domaine technique appartenant au groupe comprenant : interface haptique avec un environnement virtuel ; interface haptique avec un environnement de réalité augmentée ; rééducation thérapeutique ; conception assistée par ordinateur ; téléopération. 5. LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de modes de réalisation de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple indicatif et non limitatif (tous les modes de réalisation de l'invention ne sont pas limités aux caractéristiques et avantages de ce mode de réalisation préférentiel), et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 présente une vue schématique simplifiée en perspective d'un dispositif de mise en mobilité selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2A précise le dispositif de la figure 1 suivant une vue de détail ; la figure 2B présente les moyens de mise en tension, ou poulies de pré-tension, mis en oeuvre dans un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention ; la figure 3 présente un dispositif de mise en mobilité d'un élément mobile, constitué d'un support, et admis à se déplacer uniquement en translation sans pouvoir changer d'orientation dans le volume intérieur d'un bâti de forme tétraédrique régulière selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; la figure 4 représente de façon schématique un mode de réalisation particulier d'un dispositif de mise en mobilité d'un élément mobile comprenant un objet articulé librement par rapport à son support. 6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Le principe général de l'invention repose sur la mise en oeuvre de moyens d'actionnement comprenant des ensembles de câbles tendus, afin de piloter un élément mobile dans l'espace intérieur d'un volume tétraédrique. Cette solution simple et 20 efficace permet de piloter l'ensemble mobile en bloquant certaines orientations privilégiées, et par conséquent ouvre la voie à de multiples applications. À cet effet., les inventeurs ont identifié qu'il était nécessaire de mettre en oeuvre au moins un ensemble de câbles comprenant deux câbles parallèles de façon à former un parallélogramme de maintien d'un élément mobile. 25 Sur toutes les figures du présent document, les éléments identiques sont désignés par la suite par une même référence numérique. Le premier mode de réalisation, décrit par la suite, concerne un dispositif selon l'invention de mise en mobilité d'un élément mobile 11 destiné à être mise en oeuvre lors de séance de rééducation du bras et/ou du poignet d'un patient, dont un exemple est 30 illustré selon un vue schématique en perspective simplifiée en référence à la figure 1. 10 15 L'élément mobile 11 est suspendu par quatre ensembles de câbles 12, 13, 14, 15 pour être mis en mobilité à l'intérieur du volume délimité par les faces d'un tétraèdre régulier 16, représenté en pointillés, dont les sommets 161, 162, 163, 164 sont inscrits dans l'espace interne d'une structure 17, encore appelée bâti. Dans ce mode de réalisation préférentiel de l'invention, la structure 17 se compose d'un assemblage de barres constituant sensiblement les arêtes d'un cube et les sommets 161, 162, 163, 164 du tétraèdre 16 sont confondus avec quatre sommets non consécutifs de ce cube. La figure 2A illustre le dispositif de la figure 1 suivant une vue de détail. L'élément mobile 11 comprend un objet à animer et à manipuler 21, encore appelé organe de saisie terminal, présentant l'aspect d'un poignée ergonomique, et pouvant pivoter par rapport à son support 22. L'organe de saisie 21 présente une surface cylindrique lisse (on peut prévoir également des empreintes surmoulées spécifiques pour permettre au patient d'enserrer l'organe de saisie), et se prolonge à une extrémité par un bras de liaison courbe 23. Ce bras 23 est monté pivotant sur des paliers par rapport au support 22. La direction principale de l'organe de saisie 21 est ainsi décentrée par rapport à l'axe du support 22. L'ensemble de câbles 12 (respectivement 13, 14, 15), formé de deux câbles 241 et 242 (respectivement 251 et 252, 261 et 262, 271 et 272) permet de relier l'élément mobile 11 à l'axe d'entraînement 2201 d'un moteur à retour d'effort 220. Dans une variante avantageuse de ce mode de réalisation, l'élément mobile 11 est suspendu par effet de pesanteur à l'extrémité de l'ensemble de câbles 15 par un câble unique tendu à partir du sommet 164, ce qui permet de libérer l'espace du volume de mise en mobilité. Dans la suite de la présente description, on s'attache à détailler le parcours de l'ensemble de câbles 12, les ensembles de câbles 13, 14 et 15 étant composés d'éléments identiques.

Cet ensemble de câbles 12 est maintenu tendu par une paire de poulies déviatrices identiques 2121, 2122 placées au voisinage du sommet 161. Ces poulies déviatrices 2121, 2122 sont montées folles sur les axes 2141, 2142 solidaires du bâti 17, et sont disposées symétriquement par rapport au sommet 161. Dans une variante de ce mode de réalisation préféré, l'espacement entre les poulies 2121, 2122 peut être ajusté de façon à tenir compte de jeux de fonctionnement, sans sortir du cadre de l'invention.

La longueur déroulée des câbles 241 et 242 entre leur point d'accrochage à l'élément mobile 2131 (respectivement 2132) et le sommet 161 sont sensiblement identiques. Ainsi, 1'entraxe entre les poulies 2121 et 2122 étant réglé pour être strictement égal à la valeur constante de l'espacement entre les points d'accrochage 2131 et 2132 de ces câbles à l'organe de saisie 21, les câbles 241 et 242 sont donc maintenus parallèles entre eux lors du déplacement de l'élément mobile 11, ces câbles 241 et 242 restant tendus et de longueurs déroulées identiques entre les points d'accrochage 2131 et 2132 et les poulies déviatrices 2121 et 2122. L'ensemble constitué des points de contact des câbles 241 et 242 quittant la gorge des poulies déviatrices 2121 et 2122 et les points d'accrochage 2131 et 2132 forme ainsi un parallélogramme se déformant lors du mouvement de l'élément mobile 11. La mise en oeuvre d'un tel parallélogramme impose alors à la direction définie par les deux points d'accrochage 2131 et 2132 de rester en permanence parallèle à l'axe reliant les centres des deux poulies déviatrices. Ainsi en augmentant/réduisant de façon identique la longueur déroulée des câbles 241 et 242 entre les poulies 2121 et 2122 et l'élément mobile 11, on règle le rayon d'une sphère 215, centrée sur le point milieu 216 des poulies 2121 et 2122 (confondus avec le sommet 161 dans ce mode de réalisation préférentiel) sur lequel peut se déplacer le point médian 217 des points d'accrochage 2131 et 2132. L'usage de quatre ensembles de câbles 12, 13, 14 et 15, reliés par des points d'accrochage à l'élément mobile 11 et collaborant avec des poulies déviatrices centrées respectivement sur les sommets 161, 162, 163,164 du tétraèdre 16, impose ainsi au point médian 217 des éléments d'accrochage, commun aux quatre ensembles de câbles 12, 13, 14 et 15, de se trouver à l'intersection de quatre sphères 215 de rayons définis par les longueurs déroulées de câble. De façon à ne pas entraver la mise en mobilité de l'élément mobile 11, les axes des paires de poulies déviatrices centrées sur chacun des sommets du tétraèdre sont orientés dans ce mode de réalisation particulier de l'invention suivant la direction 218 (prévue pour rester fixe) du support 22 de l'objet 21 de l'élément mobile 11. Les câbles 241 et 242 sont renvoyés vers le moteur 220 en sortie des poulies suivant une direction sensiblement orthogonale. Le câble 241, respectivement 242, s'enroule et se déroule respectivement autour d'une poulie motrice 2202, respectivement 2203, fixée sur l'axe 2201 de l'arbre moteur. La valeur de l'entraxe entre les poulies 2202 et 2203 est sensiblement égal dans ce mode de réalisation préférentiel à l'entraxe entre les poulies déviatrices 2121 et 2122. La longueur d'enroulement des câbles 241 et 242 sur les poulies motrices 2202 et 2203 est réglée en outre pour permettre de déplacer l'élément mobile 11 jusqu'à ce que les points d'accrochage 2131 et 2132 viennent sensiblement au contact des poulies déviatrices 2121 et 2122, de façon à pouvoir faire évoluer cet élément 11 dans l'ensemble du volume intérieur du tétraèdre 16. Un câble supplémentaire 221 partant d'un moteur placé au voisinage du sommet 222 du bâti 17 est tendu par une poulie déviatrice et fixé à la poignée ergonomique, de façon à procurer url retour d'effort sur l'articulation de la poignée 21 par rapport au support 22. Dans une variante de ce mode de réalisation, il peut également être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, de motoriser l'articulation de l'objet à animer ou à manipuler (en l'occurrence et par exemple une poignée pouvant pivoter librement par l'intermédiaire d'une rotule par rapport à son support). De par la présence de poulies déviatrices à chaque sommet 161, 162, 163, 164 du tétraèdre 16, dans chaque direction de l'espace au moins deux ensembles de câbles exercent des forces de traction dans des sens opposés sur l'élément mobile 11, ce qui permet d'éviter un relâchement de la tension dans les câbles. Par ailleurs, afin de maintenir les câbles 241 et 242 tendus lorsque les moteurs 220 du dispositif sont hors puissance, et donc, en d'autres termes, pour éviter le déroulement des câbles 241 et 242 en cette situation, le câble 223 est enroulé sur l'arbre moteur 2201 en sens inverse du sens d'enroulement des câbles 241 et 242 sur les poulies motrices 2202, 2203. Ce câble 223 est maintenu en tension à son extrémité libre par des moyens de rappels 224, encore appelés ressort, solidaires de la structure 17. Ainsi lorsque les câbles 241 et 242 tendent à se dérouler librement, la tension du ressort 224 transmise par le câble 223 retient l'arbre moteur dans sa position. Une pièce 225 en forme d'olive métallique constituant la partie mobile d'une butée de position pour l'élément mobile 11, est sertie sur le câble 223. Ainsi lorsque les câbles 241 et 242 se déroulent, le câble 223 s'enroule sur l'arbre moteur jusqu'à une position extrême où la pièce 225 vient en contact avec le siège d'un perçage réalisé dans une équerre 226 solidaire de la structure 17, et au travers de laquelle coulisse librement le câble 223, ce qui limite ainsi la course de déroulement des câbles 241 et 242.

Le maintien en tension des câbles 241 et 242 est obtenu dans une variante du mode de réalisation illustré figure 2A par des moyens de mise en tension 227, ou poulies de pré-tension, représentés figure 2B. Ces poulies de pré-tension 227 montées sur tendeur 228 et mise au contact des câbles 241 et 242 entre les poulies motrices 2202, 2203 et les poulies déviatrices 2121 et 2122 dévient les câbles 2,41 et 242 de façon à les maintenir tendus. En appliquant des couples moteurs différents à chaque moteur 220, la différence de tension des câbles qui en résulte autorise le déplacement de l'élément mobile 11. Lorsque l'élément mobile 11 n'est pas sollicité par l'opérateur, la tension résiduelle des câbles 241 et 242 contribue à ramener l'élément mobile dans la position de repos au centre de gravité du tétraèdre. Le contrôle de l'intensité des couples exercés par les moteurs est paramétré par l'intermédiaire d'un automate programmable, ou encore boîtier de commande programmable, suivant des lois de proportionnalité fonction du déplacement de l'élément mobile, et par suite de la longueur d'enroulement/de déroulement des câbles sur l'arbre moteur. On notera une simplification possible pour déduire une loi de commande (destinée à procurer une sensation de retour d'effort) applicable au dispositif selon l'invention. En effet, le mouvement imposé par un ensemble de deux câbles correspondant au dispositif de l'invention reproduit le mouvement d'un câble unique, solidaire de l'élément mobile au point médian des points d'accrochage et tendu à partir d'une unique poulie déviatrice, dont le centre coïncide avec le sommet du tétraèdre sur lequel est centré la paire de poulie déviant l'ensemble de deux câbles. Il est clair toutefois que de nombreuses autres lois de commande connues de l'art antérieur, applicables à la commande de bras maîtres, peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.

Des moyens formant capteur sont préférentiellement installés sur chaque moteur pour permettre de connaître avec précision la longueur déroulée des deux câbles autour des poulies motrices. Ces moyens comprennent un capteur de position linéaire 229 mesurant le déplacement de l'extrémité du câble 223 enroulé sur l'arbre moteur en sens inverse du sens d'enroulement des câbles 241 et 242 sur les poulies motrices 2202, 2203. Ainsi la longueur d'enroulement des deux câbles 241 et 242 autour des poulies motrices est déduite de la mesure effectuée par le capteur linéaire 229. Ces moyens formants capteurs suppléent un codeur d'angle transmettant la positionangulaire de l'arbre moteur à l'automate programmable de façon à corréler le nombre de tours effectués par le moteur dans un sens donné à la longueur de câble déroulée., Ce codeur d'angle fournit une alerte en cas de détection d'un dysfonctionnement et/ou d'une défaillance des moyens formant capteur. La figure 3 présente un dispositif selon l'invention de mise en mobilité d'un élément de support mobile 31 admis à se déplacer uniquement en translation sans pouvoir changer d'orientation dans le volume intérieur d'une structure 32 de forme tétraédrique régulière. Il est connu qu'un tel résultat peut être obtenu notamment en agissant pour figer en permanence deux orientations angulaires orthogonales du support mobile. À cet effet, deux ensembles de deux câbles parallèles sont tendus respectivement entre l'élément mobile 31 et chaque sommet 33 de la structure 32. Par soucis de lisibilité, seuls deux ensembles de câbles 331 et 332 déviés à partir d'un sommet 33 sont représentés sur la figure 3. Les câbles 341 et 342 (respectivement 343 et 344) de l'ensemble de câbles 331 (respectivement 332) sont solidarisés à l'élément mobile 31 aux points d'accrochage 351 et 352 (respectivement 353 et 354). Ces points d'accrochage sont disposés de façon à ce que l'axe reliant les points d'accrochage 351 et 352 de l'ensemble de câbles 331 est orthogonal à celui reliant les points d'accrochage 353 et 354 de l'ensemble de câbles 332. En outre le point médian 36 des points 351 et 352 (respectivement des points 353 et 354) coïncide dans ce mode de réalisation avec le centre de gravité de l'élément mobile 31. Au voisinage du sommet 33, deux paires de poulies déviatrices 37 et 38 centrées sur le sommet 33, et orientées dans des directions orthogonales, renvoient respectivement les ensembles de câbles 331 et 332 vers le même moteur. L'ensemble ainsi réalisé par l'élément mobile 31, et les deux ensembles de câbles 331 et 332 quittant la gorge des poulies déviatrices forme deux parallélogrammes 39 et 310 se déformant suivant deux plans perpendiculaires, ce qui permet de figer toutes les orientations de l'élément mobile par rapport au bâti. Quatre poulies motrices, non représentées, fixées à l'arbre du moteur permettent d'enrouler/ dérouler simultanément les câbles des ensembles de câbles 331 et 332 autour de l'arbre. La liaison, non représentée, de l'élément mobile 31 au moteur placé au voisinage des autres sommets du tétraèdre 32 est réalisée par un câble unique fixé au centre de gravité de l'élément mobile 31 et dévié par une poulie déviatrice folle centrée sur ces sommets. La figure 4 représente de façon schématique un mode de réalisation particulier d'un dispositif 41 de mise en mobilité d'un élément mobile 42 comprenant un objet 43 articulé librement par rapport à son support 44. Un tel dispositif comprend quatre ensembles motorisés de paires de câbles parallèles tendus 451, 452, 453, 454 fixés au support et déviés au voisinage de quatre sommets d'une structure rigide 46 de forme sensiblement heptaédrique (ces sommets constituant également les sommets d'un tétraèdre régulier 47), et trois ensembles de câbles (formés chacun d'un câble unique) 48, reliés à l'objet 43 pour permettre de l'animer par rapport au support 44 disposés respectivement aux trois sommets inoccupés de la structure heptaédrique. Dans une variante du mode de réalisation ci-dessus, le dispositif 41 peut être utilisé pour permettre de capturer un objet virtuel et de piloter son mouvement au sein d'une plateforme de réalité virtuelle.

Bien évidemment, les déclinaisons possibles et envisageables des modes de réalisation du dispositif selon l'invention sont nombreuses. Ainsi, par exemple, des aspects variés de la structure du dispositif de mise en mobilité peuvent être envisagés, parmi lesquels: les structures régulières sensiblement polyédriques ; les structures non régulières sensiblement polyédriques.

Dans un autre mode de réalisation particulier, il est clair qu'il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, de mettre en oeuvre le dispositif de contrôle selon l'invention pour fournir une interface haptique simple destinée par exemple aux applications de téléopération, de jeux, de réalité virtuelle, ou de conception assistée par ordinateur. Dans un autre mode de réalisation original, il peut être prévu d'intégrer un dispositif de mise en mouvement selon l'invention à un chargeur d'outil pour lequel l'objet à animer ou à manipuler est une pince articulée. Dans encore un autre mode de réalisation original, un organe de manoeuvre, tel qu'un robot manipulateur, incorpore avantageusement un dispositif selon l'invention.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile (11), formé d'au moins un objet à animer et/ou à manipuler (21) et de son support (22 ;31), suivant une pluralité de directions prédéterminées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une structure (17) définissant un polyèdre régulier dont le volume intérieur, défini par au moins quatre de ses sommets (16,;162;163;164), forme un espace tridimensionnel de mise en mobilité dudit au moins un ensemble mobile (11), de façon à pouvoir modifier les positions et orientations de ce dernier par l'intermédiaire de moyens d'actionnement aptes à collaborer avec ledit polyèdre, lesdits moyens d'actionnement comprenant au moins quatre ensembles de câbles tendus (12 ;13 ;14 ;15 ; 451, 452, 453, 454) respectivement entre un desdits au moins quatre sommets (161;162 ;163 ;164) distincts dudit polyèdre et un point d'accrochage (2131 ;2132) audit ensemble mobile à animer et/ou à manipuler, et en ce qu'au moins un desdits ensembles de câbles (12 ;13 ;14 ;15) comprend au moins deux câbles (24, ;242 ; 25, ; 252 ; 261 ;262 ; 271 ;272) non jointifs, maintenus parallèles, formant parallélogramme (391 ;310) déformable de maintien dudit ensemble mobile (11) selon des orientations prédéterminées relativement à ladite structure (17).

2. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polyèdre est un tétraèdre régulier (16), et en ce que ledit support (22 ;31) dudit objet à animer et/ou à manipuler comprend ledit point d'accrochage (2131 ;2132) audit ensemble mobile.

3. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polyèdre est un heptaèdre régulier, et en ce que ledit support (44) dudit objet à animer et/ou à manipuler comprend ledit point d'accrochage audit ensemble mobile, et en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent trois second ensembles de câbles tendus (48) respectivement entre un des trois sommets non compris parmi lesdits au moins quatre sommets distincts dudit heptaèdre et un point d'accrochage audit objet à animer et/ou à manipuler.

4. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennentau moins quatre moteurs de retour d'effort (220) collaborant au voisinage d'au moins quatre des sommets (161;162 ;163 ;164) dudit polyèdre avec lesdits aux moins quatre ensembles de câbles tendus (12 ;13 ;14 ;15 ; 451, 452, 453, 454) respectivement par l'intermédiaire de moyens d'enroulement/ de déroulement (2202 ; 2203).

5. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'enroulement/ de déroulement (2202 ; 2203) collaborent avec au moins une paire de poulies déviatrices (2121 ;2122) espacées d'une distance prédéterminée au voisinage de chacun desdits au moins quatre sommets (161;162 ;163 ;164).

6. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite distance prédéterminée séparant les poulies de ladite paire de poulies déviatrices est sensiblement identique à la distance séparant les deux points d'accrochage (2131 ;2132) de deux desdits câbles, et en ce que l'une des directions principales de ladite paire de poulies déviatrices (2121 ;2122) est sensiblement parallèle à la direction définie par lesdits cieux points d'accrochage (2131 ;2132), de façon que l'ensemble formé par lesdits deux câbles tendus entre ladite paire de poulies déviatrices et lesdits points d'accrochage situés sur l'ensemble mobile forme un parallélogramme déformable en fonction du déroulement/ de l'enroulement desdits câbles sur lesdits moyens d'enroulement/ de déroulement dudit moteur de retour d'effort.

7. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite au moins une paire de poulies déviatrices (2121 ;2122) est centrée sur au moins un desdits quatre sommets (161;162;163;164).

8. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent des moyens de rappel (224) agissant sur lesdits moyens d'enroulement et/ou de déroulement (2202 ; 2203) de façon à maintenir tendus ledit au moins un câble.

9. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennentdes moyens de mise sous tension (227) desdits ensembles de câbles appartenant au groupe comprenant : - prétensionneur ; - poulie de pré-tension.

10. Dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent des moyens de pilotage par automate programme collaborant avec des moyens formant capteur de mesure (229) de la longueur déroulée desdits deux câbles dudit au moins un desdits ensembles de câbles.

11. Dispositif d'animation interactif d'un objet virtuel comprenant : -des moyens de capture du mouvement d'un ensemble mobile (11); - des moyens d'affectation desdits mouvements capturés audit objet virtuel, caractérisé en ce que lesdits moyens de capture comprennent au moins une structure (17) définissant un polyèdre régulier dont le volume intérieur, défini par au moins quatre de ses sommets (161;162 ;163 ;164), forme un espace tridimensionnel de mise en mobilité dudit au moins un ensemble mobile, de façon à pouvoir modifier les positions et orientations de ce dernier par l'intermédiaire de moyens d'actionnement aptes à collaborer avec ledit polyèdre, lesdits moyens d'actionnement comprenant au moins quatre ensembles de câbles tendus (12 ;13 ;14 ;15 ; 451, 452, 453, 454) respectivement entre un desdits au moins quatre sommets (161;162;163;164) distincts dudit polyèdre et un point d'accrochage (2131 ;2132) audit ensemble mobile à animer et/ou à manipuler, et en ce qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles (241 ;242 ; 251 ;252 ; 261 ;262 ; 271 ;272 ), non jointifs, maintenus parallèles, formant parallélogramme (39 ;310) déformable de maintien dudit ensemble mobile selon des orientations prédéterminées relativement à ladite structure

12. Dispositif de contrôle du mouvement d'un ensemble mobile (11) à manipuler dans le volume intérieur délimité par au moins quatre sommets (161;162;163;164) d'un polyèdre régulier inscrit dans une structure (17), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transmission de mouvement audit ensemble (11) à manipuler incluant au moins quatre ensembles de câbles (12 ;13 ;14 ;15 ; 451, 452, 453, 454) tendusrespectivement entre un desdits au moins quatre sommets distincts du polyèdre et un point d'accrochage (2131 ;2132) audit objet à manipuler, et en ce qu'au moins un desdits ensembles de câbles comprend au moins deux câbles (241 ;242 ; 251 ;252 ; 261 ;262 ; 271 ;272 ), non jointifs, maintenus parallèles lors du mouvement dudit ensemble mobile (11) entre une première et une seconde position et/ou posture.

13. Application du dispositif de mise en mobilité d'au moins un ensemble mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 à un domaine technique appartenant au groupe comprenant : - interface haptique avec un environnement virtuel ; - interface haptique avec un environnement de réalité augmentée ; - rééducation thérapeutique ; - conception assistée par ordinateur ; - téléopération.