FR3066131A1 - Robot dote d'une detection capacitive - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un robot (300) comprenant un corps (104) sur lequel est montée une tête (106) fonctionnelle comprenant en outre des moyens de détection capacitive comprenant : - au moins un isolant électrique (314) pour isoler électriquement ladite tête fonctionnelle (106) ; -au moins un moyen (302) de polarisation électrique de ladite tête fonctionnelle (106) à un premier potentiel électrique alternatif (Vg), différent d'un potentiel de masse, -au moins une garde (312) polarisée à un potentiel alternatif de garde (VG) identique au premier potentiel électrique alternatif, et -au moins une électronique (304), dite de détection, pour mesurer un signal relatif à une capacité de couplage, dite capacité électrode-objet , entre ladite partie sensible et un objet environnant.

Description

« Robot doté d'une détection capacitive »
Domaine technique
La présente invention concerne un robot comprenant un corps et une tête fonctionnelle, ladite tête fonctionnelle étant capable de réaliser une détection capacitive d'objets environnants. Elle concerne également un dispositif formant une telle tête fonctionnelle pour robots.
Le domaine de l’invention est, de manière non limitative, celui du domaine de la robotique, en particulier dans le domaine de la robotique industrielle ou des robots de service, par exemple médical ou domestique.
Etat de la technique
Les robots industriels ou domestiques, en particulier les robots collaboratifs, comprennent généralement un corps sur lequel est fixée une tête fonctionnelle, se présentant sous la forme d'un outil ou d'un porte-outil, leur permettant d'accomplir une ou plusieurs tâches dans un environnement.
Ces robots interviennent dans de plus en plus d'applications, de manière complètement autonome ou en assistance à une personne ou à un opérateur. Il est nécessaire de doter ces robots de moyens de détection en vue d'améliorer la sécurité, la collaboration et l'interactivité avec l'homme et les objets environnants, quel que soit le domaine : industriel, médical, domestique, service, etc.
Cependant, les têtes fonctionnelles se trouvant en extrémité d'un robot, en particulier d'un robot collaboratif, sont souvent de forme complexe. Il est très difficile, chronophage et peu pratique d'y fixer des capteurs de proximité ou des éléments de surface sensible. On trouve par exemple des pinces avec plusieurs articulations et un grand nombre de petites pièces mécaniques en mouvement avec une grande dynamique (comme par exemple des doigts), qui laissent peu de place pour la fixation de capteurs ou de surfaces sensitives. De plus la complexité d'intégration de la surface sensitive rendrait cette solution très coûteuse et peu robuste.
Un but de la présente invention est de pallier à au moins un de ces inconvénients.
Un autre but de la présente invention est de doter un robot d'une fonction de détection capacitive d'objets et de personnes environnantes de manière simple, peu coûteuse, peu chronophage et robuste.
Un autre but de la présente invention est de proposer une fonction de détection capacitive pouvant être ajoutée, avec peu de modifications, aux robots existants qui n'ont pas été initialement conçus avec une telle fonction.
Exposé de l'invention
Au moins un de ces buts est atteint avec un robot comprenant un corps sur lequel est montée, en particulier de manière amovible ou démontable ou encore interchangeable, une tête fonctionnelle formant un outil, ou un porte-outil, ledit robot comprenant en outre des moyens de détection capacitive comprenant : -au moins un isolant électrique pour isoler électriquement au moins une partie, dite sensible, de ladite tête fonctionnelle du reste dudit robot ; -au moins un moyen de polarisation électrique de ladite partie sensible par un premier potentiel électrique alternatif (Vg), différent d'un potentiel de masse (M), -au moins une garde polarisée à un deuxième potentiel alternatif (VG), dit potentiel de garde, identique ou sensiblement identique au premier potentiel électrique alternatif (VG) à une fréquence de travail donnée, pour garder électriquement ladite partie sensible, et -au moins une électronique, dite de détection, pour mesurer un signal relatif à une capacité de couplage (Ceo), dite capacité électrode-objet, entre ladite partie sensible et un objet environnant.
Ainsi, l'invention propose un robot dans lequel au moins une partie, appelée partie sensible, de la tête fonctionnelle est utilisée pour réaliser une détection capacitive, sans ajout d'électrodes capacitives.
En effet, la tête fonctionnelle est utilisée, en partie ou en totalité, comme électrode capacitive pour réaliser une détection capacitive d'approche ou de contact avec un objet ou une personne environnante. La capacité de couplage générée par la tête fonctionnelle, et en particulier par l'outil ou le porte-outil, du robot selon l'invention, et mesurée par l'électronique capacitive, correspond à la capacité créée entre l'environnement et la tête fonctionnelle. Dans ces conditions il devient possible de détecter facilement l'approche et le toucher d'un objet ou d'un humain avec l'outil.
Ainsi, l'invention permet de doter un robot d'une fonction de détection capacitive d'approche et de contact, sans devoir équiper ce robot, et en particulier sa tête fonctionnelle, d'électrodes capacitives. Une telle solution est simple, peu coûteuse, peu chronophage et robuste. De plus, une telle solution peut être appliquée, avec peu de modifications, à un robot existant qui n'a pas été initialement conçu avec une telle fonction de détection.
En outre, lorsque le robot est prévu pour utiliser des têtes fonctionnelles interchangeables, la solution proposée permet d'intervenir sur lesdites têtes fonctionnelles de manière indépendante, sans intervenir sur le reste du robot.
Par ailleurs, un autre avantage de la présente invention est la possibilité d'utiliser un objet embarqué par la tête fonctionnelle, comme le prolongement de la tête fonctionnelle utilisée comme électrode. En effet, le contact intime entre la tête fonctionnelle et l'objet transporté crée un important couplage capacitif entre eux. La tête fonctionnelle et l'objet qu'elle transporte se retrouvent naturellement à un potentiel électrique similaire. L'objet transporté n'a pas besoin d'être un bon conducteur d'électricité pour se comporter comme le prolongement de la tête fonctionnelle sur le plan de la détection capacitive. Un diélectrique d'un matériau plastique ou polymère dont la permittivité diélectrique est par exemple supérieure à 3 suffit pour devenir le prolongement de la tête fonctionnelle. L'objet transporté fait alors partie de la tête fonctionnelle sensible.
La tête fonctionnelle peut comprendre plusieurs parties sensibles distinctes utilisées comme électrodes capacitives distinctes, et interrogées séquentiellement ou en parallèle par l'électronique de détection. Dans la mesure où ces parties sensibles sont polarisées à un même potentiel électrique alternatif (Vg) à une fréquence de travail, elles constituent respectivement des éléments de garde pour les autres et ne se perturbent donc pas. Ces parties sensibles distinctes peuvent être par exemple les doigts d'un outil de préhension.
Dans la présente demande, « objet » désigne tout objet ou personne pouvant se trouver dans l'environnement du robot.
Dans la présente demande, deux potentiels alternatifs sont identiques à une fréquence donnée lorsqu'ils comportent chacun une composante alternative identique à cette fréquence. Ainsi, l'un au moins des deux potentiels identiques à ladite fréquence peut comporter en outre une composante continue, et/ou une composante alternative de fréquence différente de ladite fréquence donnée.
De manière similaire, deux potentiels alternatifs sont différents à la fréquence de travail lorsqu'ils ne comportent pas de composante alternative identique à cette fréquence de travail.
Dans la présente demande, pour éviter des lourdeurs rédactionnelles, le terme « potentiel de masse » ou « potentiel de masse générale » désigne un potentiel de référence de l'électronique ou du robot, qui peut être par exemple une masse électrique ou un potentiel de masse. Ce potentiel de masse peut correspondre à un potentiel de terre, ou à un autre potentiel relié ou non au potentiel de terre.
On rappelle par ailleurs que de manière générale, les objets qui ne sont pas en contact électrique direct avec un potentiel électrique particulier (objets électriquement flottants) tendent à se polariser par couplage capacitif au potentiel électrique d'autres objets présents dans leur environnement, tel que par exemple la terre ou des électrodes, si les surfaces de recouvrement entre ces objets et ceux de l'environnement (ou les électrodes) sont suffisamment importantes.
Le moyen de polarisation électrique peut avantageusement comprendre un oscillateur qui génère une tension alternative d'excitation pour polariser la partie sensible au premier potentiel électrique alternatif.
Cette tension alternative d'excitation peut être également utilisée comme potentiel de garde pour polariser l'au moins une garde.
Le robot selon l'invention peut comprendre une interface mécanique, articulée ou non, entre la tête fonctionnelle et le corps.
Suivant un mode de réalisation particulier, un isolant, respectivement une garde, peut être disposé(e) au niveau de ladite interface mécanique.
La tête fonctionnelle peut comprendre une partie sensible formée par la totalité de ladite tête fonctionnelle.
Dans ce cas, lorsque la tête fonctionnelle est un porte-outil, respectivement un outil, c'est la totalité du porte-outil, respectivement la totalité de l'outil, qui est alors utilisée comme électrode capacitive de détection. L'isolant peut être disposé du côté de la tête fonctionnelle, ou du côté du corps du robot.
La garde peut être disposée du côté de la tête fonctionnelle, ou du côté du corps du robot.
Suivant un mode de réalisation alternatif, seule une partie de la tête fonctionnelle peut être sensible. Dans ce cas, l'isolant et la garde peuvent être disposés dans ladite tête d'outil, à distance de l'interface mécanique.
Suivant un mode de réalisation alternatif, la tête fonctionnelle peut comprendre plusieurs parties sensibles. Dans ce cas elle peut comprendre également des isolants ou des parties isolantes séparant ces parties sensibles.
La partie sensible de la tête fonctionnelle, ou la tête fonctionnelle, peut comprendre au moins un organe électrique, tel qu'un capteur, un actuateur, un moteur, et/ou une électronique associée (conditionneur, driver).
Un tel organe électrique peut comprendre, ou être associé à, des fils électriques qui transportent des signaux d'entrée/sortie vers/depuis ledit organe électrique.
Par exemple, la tête fonctionnelle peut utiliser, ou être équipée de, une pince. Celle-ci est généralement gérée par le robot via deux fils d'alimentation pour la puissance et deux fils de communication série pour les commandes et les retours d'information.
Or, par défaut, ces organes électriques sont référencés au potentiel de masse général, et risquent donc d'être détectés par la partie sensible de la tête fonctionnelle utilisée comme électrode capacitive.
Suivant un premier mode de réalisation, le robot selon l'invention peut comprendre un volume, ou des parois, de garde, disposé(es) autour d'au moins un, en particulier de chaque, organe électrique, et polarisé(es) au potentiel de garde (VG), à la fréquence de travail.
Suivant un autre mode de réalisation, le robot selon l'invention peut comprendre en outre au moins un convertisseur électrique agencé pour : - recevoir au moins un signal électrique, dit d'entrée, tel qu'un signal d'alimentation ou de commande, destiné audit organe électrique, et référencer ledit signal d'entrée au potentiel de garde ; et/ou - recevoir au moins un signal électrique, dit de sortie, émis par ledit organe électrique, et référencer ledit signal de sortie au potentiel de masse électrique d'un contrôleur auquel il est destiné.
Ainsi, l'organe électrique est globalement référencé au potentiel de garde et ne perturbe donc pas la détection capacitive.
Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être moins encombrant, moins coûteux et plus facile à mettre en place, car il ne nécessite pas de modifier la tête fonctionnelle, ou de changer sa conception.
Le convertisseur peut être agencé pour recevoir donc les signaux d'entrée référencés au potentiel de masse général et les transformer en sortie en signaux référencés au potentiel de garde, et vice versa.
Il est à noter que dans la mesure où la détection du couplage capacitif est réalisée à une fréquence de travail, les signaux électriques d'entrée/sortie concernant les organes électriques de la tête fonctionnelle ne perturbent pas la mesure de la capacité de couplage car ils sont rejetés ou filtrés par l'électronique de détection capacitive. Cela est d'autant plus efficace, dans le cas d'une démodulation synchrone du signal mesurée par l'électronique de détection.
Pour les mêmes raisons, si le potentiel de la partie sensible de la tête fonctionnelle utilisée comme électrode diffère du potentiel de la garde par la présence de composantes continues ou de fréquences différentes de la fréquence de travail, cela ne crée pas de perturbations significatives dans les mesures.
Un tel convertisseur peut comprendre au moins l'un des éléments suivants : - au moins une alimentation à isolation galvanique, tel qu'un convertisseur DC/DC, en particulier pour générer un signal d'entrée d'alimentation pour au moins un organe électrique ; - au moins une interface électrique sans contact galvanique, de type capacitive ou par opto-coupleur, pour au moins un signal d'entrée de commande, ou au moins un signal de sortie ; - une ou plusieurs inductances à impédance élevée pour recevoir et transmettre au moins un signal d'entrée ou au moins un signal de sortie : par exemple, ces inductances peu(ven)t être bobinée(s) sur un noyau ferromagnétique commun pour augmenter encore leur impédance par effet de mutuelle inductance.
Suivant un mode de réalisation, le robot peut comprendre une garde réalisée par une couche de matériau conducteur, en particulier fine et souple, en particulier déposée sur une pièce dudit robot.
Suivant un mode de réalisation, le robot peut comprendre une garde recouvrant partiellement une partie sensible de la tête fonctionnelle. Cela permet de limiter la capacité de détection de cette partie sensible à ses surfaces découvertes.
Alternativement, ou en plus, le robot peut comprendre une garde réalisée par une partie métallique du robot, disposée entre le corps et une partie sensible, électriquement isolée de part et d'autre, et polarisée au potentiel de garde.
Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter d'élément additionnel au robot.
Alternativement, ou en plus, le robot peut comprendre une garde réalisée par au moins une partie, ou la totalité, du corps du robot selon l'invention, polarisée au potentiel de garde.
En effet, il est possible de polariser une partie importante, ou la totalité du corps du robot au potentiel de garde. Lorsque le robot est un bras robotisé, il est possible de polariser une partie importante, voire la totalité, du bras au potentiel de garde et de l'utiliser comme garde.
Dans ce cas, un circuit électronique convertisseur, dit circuit d'interface, est interfacé entre le circuit électrique de cette partie polarisée à la garde du robot, et le circuit électrique du reste du robot référencé à la masse générale. Ce circuit d'interface génère l'excitation de l'électronique capacitive référencée à la garde, et assure l'interface entre l'électronique de la partie polarisée à la garde du robot, et l'électronique référencée à la masse (alimentation, communication, etc.) du reste du robot. Ce circuit d'interface peut être logé au niveau de la partie référencée à la garde du robot, ou au niveau de la partie référencée au potentiel de masse du robot.
Lorsqu'une partie, ou l'ensemble du robot, est recouvert(e) d'électrodes capacitives additionnelles, et que la partie du robot supportant ces électrodes est référencée au potentiel de la garde, la structure du robot au niveau de cette partie peut en être simplifiée car il n'est pas nécessaire d'intercaler une garde supplémentaire entre le robot et ces électrodes capacitives additionnelles. Ces électrodes additionnelles et la tête fonctionnelle peuvent alors être référencées au même potentiel de garde, ce qui évite toute interférence.
Suivant un autre mode de réalisation, le robot peut comprendre une garde formée par une pièce rapportée, ajoutée au robot.
Avantageusement, une telle pièce peut être en forme de manchon s'étendant le long dudit robot sur une distance non nulle, en particulier dans une direction fuyant, ou opposée à, la partie sensible.
Une telle forme permet de mieux garder la partie sensible de la tête fonctionnelle utilisée comme électrode capacitive, et ainsi d'améliorer la détection capacitive.
Suivant une caractéristique avantageuse, le robot selon l'invention peut comprendre au moins un capteur capacitif additionnel, disposé ailleurs que sur une partie sensible.
En particulier, le robot selon l'invention peut comprendre un ensemble de capteurs capacitifs, se présentant sous la forme d'une peau capacitive, ou d'un revêtement capacitif, intégré(e) dans, ou rapporté(e) sur, au moins une partie du robot selon l'invention, et en particulier sur le corps du robot.
Dans ce cas, l'électronique de détection peut être au moins en partie, commune avec une électrique de détection dudit au moins un capteur capacitif additionnel, en particulier de la peau capacitive.
De plus, l'au moins un capteur capacitif additionnel peut être polarisé à un potentiel alternatif identique au premier potentiel, à la fréquence de travail.
Une telle caractéristique permet d'éviter toute interférence entre la partie sensible de la tête fonctionnelle utilisée comme électrode capacitive et les capteurs additionnels, et aussi d'exploiter ces capteurs capacitifs comme une garde.
Alternativement, les potentiels d'excitation utilisés pour la partie sensible de la tête fonctionnelle et les capteurs capacitifs additionnels peuvent être différents à la fréquence de travail, et en particulier correspondre à des fréquences de travail différentes. Dans ce cas, la partie sensible de l'outil peut détecter les autres électrodes capacitives comme un objet couplé au, ou à un potentiel proche du, potentiel de masse générale.
De la même manière, un robot peut comprendre plusieurs têtes fonctionnelles (montées par exemple sur des corps sous forme de bras distincts et solidaires d'une même base), ou plusieurs robots munis respectivement d'une ou plusieurs têtes fonctionnelles peuvent partager un même espace. Ainsi ces différentes têtes fonctionnelles peuvent être utilisées de manière coordonnée pour effectuer des tâches.
Le ou les robots peuvent comprendre des têtes fonctionnelles avec des parties sensibles excitées à un même potentiel d'excitation à une fréquence de travail identique pour la détection capacitive de toutes ces parties sensibles.
Dans ce cas les parties sensibles ne se détectent pas puisque chacune apparaît au potentiel de garde pour les autres.
Le ou les robots peuvent également comprendre des têtes fonctionnelles avec des parties sensibles excitées à des potentiels d'excitation différents, pour des détections capacitives à des fréquences de travail différentes, ou en utilisant des potentiels d'excitation orthogonaux au sens du produit scalaire (donc à produit scalaire nul). Dans ce cas les parties sensibles respectives détectent les autres comme tout autre élément à un potentiel de masse par exemple.
Ces deux configurations peuvent être utilisées de manière statique ou dynamique (en changeant dans le temps les potentiels d'excitation de parties sensibles) en fonction des besoins de l'application. L'électronique de détection peut avantageusement comprendre un circuit comprenant un amplificateur de courant ou de charge. Un tel amplificateur peut être réalisé par un amplificateur opérationnel et une capacité de contre-réaction.
Suivant des modes de mise en œuvre préférentiels, l'électronique de détection, et en particulier l'amplificateur opérationnel, peuvent être alimentés à un potentiel référencé au potentiel de garde.
Suivant d'autres modes de mise en œuvre, l'électronique de détection peut être alimentée à un potentiel référencé au potentiel de masse générale. L'électronique de détection peut en outre comprendre un conditionneur ou des moyens de conditionnement permettant d'obtenir un signal représentatif de la capacité électrode-objet recherchée, et/ou de la présence ou de la proximité d'un objet.
Ce conditionneur peut comprendre par exemple un démodulateur synchrone pour démoduler le signal par rapport à une porteuse, à une fréquence de travail.
Le conditionneur peut également comprendre un démodulateur asynchrone ou un détecteur d'amplitude.
Ce conditionneur peut bien entendu être réalisé sous une forme analogique et/ou numérique (microprocesseur) et comprendre tous moyens nécessaires de filtrage, conversion, traitement, etc.
Les signaux de mesure capacitive, en particulier les signaux issus du conditionneur le cas échéant, peuvent ensuite être traités par un logiciel ou un module de gestion, qui permet de gérer la détection d'approche et de toucher, et en particulier d'exploiter ces informations en fonction du contexte d'utilisation du robot.
Un tel logiciel, ou module de calcul, peut par exemple être intégré à un calculateur ou contrôleur, du robot.
Par exemple, lorsque la tête fonctionnelle est en train de saisir un objet sur une table, la détection peut être désactivée afin de ne pas déclencher intempestivement une détection de collision. Par contre, lorsque le robot déplace l'objet pour l'amener d'un point A à un point B, la détection d'approche peut être activée afin de pouvoir détecter un obstacle imprévu, et le contourner ou effectuer un arrêt d'urgence ou toute autre action appropriée.
Dans certaines applications, la tête fonctionnelle peut être utilisée comme une commande d'interaction : le toucher de la tête fonctionnelle peut par exemple déclencher un ralentissement du robot.
Le seuil de déclenchement pour la détection d'approche d'un objet ou du toucher peut être paramétrable en temps réel afin de prendre en compte l'environnement qui peut influer sur la capacité mesurée. A titre d'exemple, le robot selon l'invention peut facilement détecter une main humaine à plus de 10 cm de distance.
La tête fonctionnelle peut comprendre, ou être formée par : - un moyen de préhension d'un objet, tel qu'une pince ou un étau ; - un moyen de traitement d'un objet, tel qu'une ponceuse, une perceuse, un pistolet de peinture, etc. ; et/ou - un moyen d'inspection d'un objet, tel qu'une caméra, une tête d'interférométrie, etc.
Les moyens de détection capacitifs, et en particulier le moyen de polarisation, et/ou l'isolant électrique, et/ou la garde et/ou l'électronique de détection, peuvent être disposés en partie ou en totalité dans le corps du robot ou dans la tête fonctionnelle.
Suivant un exemple de réalisation nullement limitatif, le robot selon l'invention peut être tout système robotisé, et en particulier un bras robotisé.
Le robot peut également être ou comprendre par exemple un véhicule sur roues tel qu'un chariot muni d'un bras ou d'un système manipulateur, ou un robot de type humanoïde ou pourvu d'organes de déplacement tels que des membres.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif se présentant sous la forme d'un outil, ou d'un porte-outil, prévu pour former une tête fonctionnelle d'un robot selon l'invention, et comprenant les moyens de détection capacitifs.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé une interface de connexion pour un robot selon l'invention, prévue pour être disposée entre la tête fonctionnelle et le corps dudit robot, ladite interface de connexion comprenant les moyens de détection capacitifs dudit robot.
Une telle interface de connexion permet d'utiliser la tête fonctionnelle d'un robot comme électrode de détection capacitive sans avoir à modifier ladite tête fonctionnelle ou le corps du robot. Par conséquent, une telle interface de connexion permet de doter un robot existant, et/ou des têtes fonctionnelles ou des outils prévus pour un robot existant, d'une fonctionnalité de détection capacitive, de manière simple et rapide.
Une telle interface de connexion peut être articulée ou non.
Une telle interface de connexion peut reprendre : - du côté de la tête fonctionnelle du robot : au moins un connecteur mécanique ou une interface mécanique, et éventuellement au moins un connecteur électrique similaires à ceux prévus sur le corps du robot ; et - du côté du corps du robot : au moins un connecteur mécanique ou une interface mécanique et éventuellement au moins un connecteur électrique similaires à ceux prévus sur la tête fonctionnelle du robot.
Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de robot d'art antérieur ; - la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de robot non limitatif selon l'invention ; - les FIGURES 3-6 sont des représentations schématiques partielles de différents exemples de réalisation d'un robot selon l'invention ; et - les FIGURES 7 et 8 sont des représentations schématiques de deux exemples de réalisation non limitatifs d'une interface de connexion selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un robot selon l'art antérieur.
Le robot 100, représenté sur la FIGURE 1, se présente sous la forme d'un bras robotisé articulé.
Le bras robotisé 100 peut être par exemple un robot collaboratif industriel travaillant sous la surveillance, ou en collaboration avec, un opérateur 102, ou encore un robot médical en vue d'une intervention sur le corps d'une personne 102, ou encore un robot d'assistance à la personne 102.
Le bras robotisé 100 comprend un corps 104 constitué d'une ou plusieurs parties articulées, et une tête fonctionnelle 106, montée à l'extrémité du bras robotisé 104, grâce à une interface mécanique 108, articulé ou non. La tête fonctionnelle 106 est montée sur le corps 104 de manière démontable ou amovible, pour être interchangeable avec d'autres têtes fonctionnelles identiques ou différentes, remplissant une même fonction ou des fonctions différentes.
Dans l'exemple représenté, la tête fonctionnelle 106 est une pince pour saisir, manipuler, et déplacer des objets d'un point A vers un point B. Sur la FIGURE 1, le bras robotisé est représenté avec un objet 110 tenu par la pince 106.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
Le robot 200, représenté sur la FIGURE 2, est un bras robotisé tel que celui de la FIGURE 1. Le bras robotisé 200 comprend tous les éléments du bras robotisé 100 de la FIGURE 1.
Dans le bras robotisé 200, la tête fonctionnelle 106 est utilisée comme électrode de détection capacitive pour détecter des objets ou la personne 102, présents dans une zone de détection 202 tout autour de la tête fonctionnelle 106.
Pour ce faire, une interface 204 est disposée entre la tête fonctionnelle 106 et le corps 104 du bras robotisé 200. Cette interface 204 comprend : - d'une part un isolant électrique permettant d'isoler électriquement la tête fonctionnelle 106 du reste du bras robotisé 200 ; et - d'autre part une garde électrique, isolée à la fois de la tête fonctionnelle 106 et du corps 104 du robot 200, et polarisé à un potentiel électrique alternatif, dit de garde, différent d'un potentiel de masse du bras robotisé 200, et en particulier du corps 104 du bras robotisé, à une fréquence de travail donnée.
Un premier exemple de réalisation non limitatif de l'interface 204 est donné en FIGURES 3 et 4, et un deuxième exemple de réalisation non limitatif de l'interface est donné en FIGURE 5.
De plus, un module électronique 206 est prévu pour : - polariser la tête fonctionnelle 106 à un potentiel électrique alternatif identique ou sensiblement identique au potentiel de garde à la fréquence de travail ; et - mesurer un signal électrique, et en particulier un courant électrique, relatif à une capacité de couplage, dite capacité électrode-objet, et notée Ceo, entre la tête fonctionnelle 106 et son environnement.
Des exemples de réalisation non limitatifs d'un tel module 206 sont donnés aux FIGURES 3 à 6.
La FIGURE 3 est une représentation schématique partielle d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
Le bras robotisé 300, représenté sur la FIGURE 3, de manière partielle, peut-être le bras robotisé 200 de la FIGURE 2 et comprend tous les éléments du bras robotisé 200.
Sur la FIGURE 3, seule l'extrémité du bras robotisé 300 comportant la tête fonctionnelle 106 est visible.
Dans l'exemple représenté sur la FIGURE 3, le module électronique 206 comprend un oscillateur 302 qui génère une tension alternative d'excitation, notée VG, utilisée pour polariser la tête fonctionnelle 106 faisant fonction d'électrode de détection, et également utilisée comme potentiel de garde.
Le module électronique 206 comprend également une électronique de détection 304 composée d'un amplificateur de courant, ou de charge, représenté par un amplificateur opérationnel 306 et une capacité de contre-réaction 308. L'électronique de détection 304 comprend en outre un conditionneur 310 permettant d'obtenir un signal représentatif de la capacité de couplage Ceo recherchée, et/ou de la présence ou de la proximité d'un objet d'un corps. Ce conditionneur 310 peut comprendre par exemple un démodulateur synchrone pour démoduler le signal par rapport à une porteuse, à une fréquence de travail. Le conditionneur 310 peut également comprendre un démodulateur asynchrone ou un détecteur d'amplitude. Ce conditionneur 310 peut bien entendu être réalisé sous une forme analogique et/ou numérique (microprocesseur) et comprendre tous moyens nécessaires de filtrage, de conversion, de traitement, etc.
Dans la configuration représentée sur la FIGURE 3, la tête fonctionnelle 106 est polarisée par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel 306. En particulier, l'oscillateur 302 est relié à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel 306 et la tête fonctionnelle est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 306.
Dans le bras robotisé, l'interface 204 est disposée entre la tête fonctionnelle 106 polarisée au potentiel de garde VG, et le corps 104 polarisé au potentiel de masse général. Dans l'exemple représenté sur la FIGURE 3, l'interface comprend un plan de garde 312, par exemple formée par une pièce métallique, polarisée au potentiel de garde VG par la tension fournie par l'oscillateur 302.
Le plan de garde 312 est électriquement isolé de la tête fonctionnelle 106 par un premier élément isolant électrique 314, et du corps 104 du bras robotisé 300 par un deuxième isolant électrique 316.
Ainsi, le plan de garde 312 permet de garder électriquement la tête fonctionnelle et d'augmenter sa sensibilité de détection. De plus, le plan de garde 312 permet d'éviter une détection intempestive du corps 104 du bras robotisé par la tête fonctionnelle.
Dans la plupart des cas, la tête fonctionnelle 106 peut être équipée d'un ou plusieurs organes électriques tels qu'un ou plusieurs capteurs, ou un ou plusieurs moteurs ou actionneurs.
Dans l'exemple représenté sur la FIGURE 3, la tête fonctionnelle 106 est équipée d'un moteur électrique 318. Ce moteur électrique 318 est alimenté et commandé par un contrôleur 320 du bras robotisé, dédié ou non audit moteur 318, et référencé au potentiel de masse du bras robotisé, ou d'une électronique du bras robotisé, différent du potentiel de garde VG.
Sans précautions, un tel moteur électrique 318 pourrait déclencher une détection intempestive de la part de la tête fonctionnelle 106 utilisée comme électrode capacitive, du fait de la présence d'un potentiel de masse.
Pour éviter cela, le module électronique 206 comprend un convertisseur 322 disposé entre le contrôleur 320 et le moteur 318 et ayant pour fonction de : - recevoir au moins un signal électrique, dit d'entrée, tel qu'un signal d'alimentation ou de commande, émis par le contrôleur 320 et destiné au moteur 318, et référencer ledit signal d'entrée au potentiel de garde VG ; et - recevoir au moins un signal électrique, dit de sortie, émis par ledit moteur 318 et destiné au contrôleur 320, et référencer ledit signal de sortie au potentiel de masse électrique du contrôleur.
Ainsi le moteur 318, ainsi que les connecteurs et l'électronique qui lui sont associés sont alimentés par des signaux référencés au potentiel de garde VG et ne perturbent pas l'électrode de détection capacitive que constitue la tête fonctionnelle 106.
La FIGURE 4 est une représentation schématique partielle d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
Le bras robotisé 400, représenté sur la FIGURE 4 de manière partielle, peut-être le bras robotisé 200 de la FIGURE 2. Sur la FIGURE 4, seule l'extrémité du bras robotisé 400 comportant la tête fonctionnelle 106 est visible.
Le bras robotisé 400, représenté sur la FIGURE 4, comprend tous les éléments du bras robotisé 300 de la FIGURE 3, sauf le convertisseur de potentiel 322. En effet, dans le bras robotisé 400, le moteur 318 est relié au contrôleur 320 sans utilisation de convertisseur de potentiel. A la différence du bras robotisé 300, dans le bras robotisé 400, pour éviter que la tête fonctionnelle 106, utilisée comme électrode capacitive de détection, ne détecte le moteur 318 ainsi que son électronique et ses fils électriques, ces derniers sont disposés dans un caisson 402, dit de garde, polarisé au potentiel de garde. Ainsi, le moteur 318 ainsi que son électronique et ses fils électriques ne sont pas détectés par la tête fonctionnelle 106.
La FIGURE 5 est une représentation schématique partielle d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
Le bras robotisé 500, représenté sur la FIGURE 4 de manière partielle, peut être le bras robotisé 200 de la FIGURE 2. Sur la FIGURE 5, seule l'extrémité du bras robotisé 500 comportant la tête fonctionnelle 106 est visible.
Le bras robotisé robot 500, représenté sur la FIGURE 5, comprend tous les éléments du bras robotisé 300 de la FIGURE 3. A la différence du bras robotisé 300, le bras robotisé 500 comprend une garde 502 se présentant sous la forme d'un manchon disposé sur le corps 104 et se prolongeant sur le corps 104 à l'opposé de la tête fonctionnelle 106. Ainsi, la tête fonctionnelle 106 est électriquement mieux gardée par rapport au corps 104 du bras robotisé 500.
Le bras robotisé 500 comprend un deuxième isolant électrique 504 entre la garde 502 et le corps 104, également en forme de manchon disposé entre la garde 104 et le corps 104, et se prolongeant sur le corps 104 à l'opposé de la tête fonctionnelle 106.
Quel que soit l'exemple de réalisation, le bras robotisé peut comprendre des électrodes capacitives additionnelles, en plus de la tête fonctionnelle 106 utilisée comme électrode de détection capacitive. Le robot 500 de la FIGURE 5 comporte par exemple de telles électrodes capacitives, référencées 506 et disposées sur la garde 502 avec une couche d'isolant intercalé.
Préférentiellement, ces électrodes capacitives additionnelles peuvent être gérées par la même électronique que celle utilisée pour la tête capacitive 106 et/ou utiliser le même potentiel alternatif, à la fréquence de travail. Alternativement, ces électrodes capacitives additionnelles peuvent être gérées par une électronique distincte, et/ou utiliser un potentiel alternatif différent.
Ces électrodes capacitives additionnelles peuvent se présenter sous la forme d'une peau capacitive disposée sur le corps 104 du bras robotisé de manière amovible ou démontable, ou intégrée dans la couche externe du corps 104 du bras robotisé.
La FIGURE 6 est une représentation schématique partielle d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
Le bras robotisé 600, représenté sur la FIGURE 6 de manière partielle, peut-être le bras robotisé 200 de la FIGURE 2. Sur la FIGURE 6, seule l'extrémité du bras robotisé 600 comportant la tête fonctionnelle 106 est visible.
Le bras robotisé 600, représenté sur la FIGURE 5, comprend tous les éléments du bras robotisé 300 de la FIGURE 3, sauf l'élément de garde 312 et le deuxième élément isolant 316.
En effet, à la différence du bras robotisé 300, dans le bras robotisé 600, la garde est réalisée par une partie ou la totalité du corps 104 du bras robotisé. Cette partie, ou la totalité, du corps 104 réalisant la garde est polarisée au potentiel de garde VG.
Dans cas, et pour éviter toute perturbation entre le corps 104 (ou la partie du corps 104) polarisé(e) au potentiel de garde VG et l'électronique du bras robotisé 600 référencé au potentiel de masse général, un convertisseur de potentiel est utilisé, tel que par exemple le convertisseur de potentiel 322. Ce convertisseur de potentiel 322 a pour rôle de référencer les signaux allant vers des organes électriques disposés dans le corps 104 au potentiel de garde, et les signaux provenant de ces organes électriques et allant vers le contrôleur 320, au potentiel de masse général.
Comme précédemment, le bras robotisé peut comprendre des électrodes capacitives additionnelles, disposée sur le corps 104. Ces électrodes capacitives additionnelles peuvent se présenter sous la forme d'une peau capacitive disposée sur le corps 104 du bras robotisé de manière amovible ou démontable, ou intégrée dans la couche externe du corps 104 du bras robotisé. Dans ce mode de réalisation, il n'est pas nécessaire d'intercaler une garde entre le corps 104 du robot et ces électrodes capacitives additionnelles. L'interface de connexion 204 peut faire partie intégrante de la tête fonctionnelle 106 ou du corps du robot 104. Elle peut aussi être réalisée sous la forme d'un élément distinct.
La FIGURE 7 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une interface de connexion selon l'invention sous la forme d'une pièce distincte de la tête fonctionnelle 106 ou du corps du robot 104. L'interface de connexion 700, représentée sur la FIGURE 7, peut-être l'interface de connexion 204 du robot 200 de la FIGURE 2. L'interface de connexion 700 est représentée sur la FIGURE 7 dans une configuration déconnectée de la tête fonctionnelle 106 et du corps 104. L'interface de connexion 700 est disposée entre la tête fonctionnelle 106 et le corps 104. Elle peut être une interface additionnelle qui n'existe pas sur le robot d'origine, ou remplacer une interface existante sur le robot d'origine. L'interface de connexion 700 comprend les moyens de détection capacitifs, à savoir le module électronique 206, la garde 312 ainsi que les éléments isolants 314 et 316.
Dans le mode de réalisation présenté, l'interface 700 reprend : - du côté de la tête fonctionnelle 106 une interface mécanique ou des connecteurs mécaniques 702 et un connecteur électrique 704 identiques à ceux présents sur le corps 104, pour assurer une connexion mécanique et électrique avec la tête fonctionnelle 106 ; et - du côté du corps 104 une interface mécanique ou des connecteurs mécaniques 706 et un connecteur électrique 708 identiques à ceux présents sur la tête fonctionnelle 106, pour assurer une connexion mécanique et électrique avec le corps d'outil.
De plus, les interfaces ou les connecteurs mécaniques 702 sont complémentaires avec les interfaces ou les connecteurs mécaniques 706 et le connecteur électrique 704 est complémentaire avec le connecteur électrique 708.
En outre, l'interface de connexion 700 comporte, du côté de la tête fonctionnelle 106 un contact électrique 710 pour polariser la tête fonctionnelle à un potentiel électrique alternatif identique ou sensiblement identique au potentiel de garde, à la fréquence de travail.
Bien entendu, une interface de connexion similaire peut être utilisée dans le cas où une partie ou la totalité du corps 104 du robot est utilisé comme garde, comme par exemple dans le robot 600 de la FIGURE 6.
La FIGURE 8 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une telle interface de connexion, dans une configuration déconnectée. L'interface de connexion 800, représentée sur la FIGURE 8, comprend tous les éléments de l'interface de connexion 700 de la FIGURE 7, sauf l'élément isolant 316.
De plus, l'interface de connexion 800 comprend, du côté du corps 104, un contact électrique 802 pour polariser le corps 104 au potentiel de garde.
Bien entendu, le module électronique 206 peut comprendre d'autres composants que ceux décrits.
De plus, le module électronique 206 peut être au moins en partie intégré dans une électronique du robot, ou dans le corps du robot, ou dans la tête fonctionnelle, ou encore dans une interface existante ou additionnelle, positionnée entre la tête fonctionnelle et le corps du robot.
Le module électronique 206 peut également se présenter sous la forme d'un module ou d'un boîtier externe au corps du robot, et/ou, dans les modes de réalisation des figures 7 et 8, externe à l'interface de connexion 700 ou 800. Dans ce cas, tout ou partie des connexions électriques décrites peuvent être localisées au niveau du module électronique 206 relié aux autres éléments par des câbles.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Robot (200;300;400;500;600) comprenant un corps (104) sur lequel est montée, en particulier de manière amovible ou démontable ou encore interchangeable, une tête (106) fonctionnelle formant un outil, ou un porte-outil, ledit robot (200;300;400;500;600) comprenant en outre des moyens de détection capacitive comprenant : -au moins un isolant électrique (314) pour isoler électriquement au moins une partie, dite sensible, de ladite tête fonctionnelle (106) du reste dudit robot (200;300;400;500;600) ; -au moins un moyen (302) de polarisation électrique de ladite partie sensible par un premier potentiel électrique alternatif (Vg), différent d'un potentiel de masse, -au moins une garde (312) polarisée à un deuxième potentiel alternatif (VG), dit potentiel de garde, identique ou sensiblement identique au premier potentiel électrique alternatif (VG) à une fréquence de travail donnée, pour garder électriquement ladite partie sensible, et -au moins une électronique (304), dite de détection, pour mesurer un signal relatif à une capacité de couplage, dite capacité électrode-objet, entre ladite partie sensible et un objet environnant.
  2. 2. Robot (200;300;400;500;600) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une interface mécanique (204;700;800), articulée ou non, entre la tête fonctionnelle (106) et le corps (104), avec un isolant électrique (314), respectivement une garde (312) disposé(e) entre la tête fonctionnelle (106) et le corps (104) au niveau de ladite interface (204).
  3. 3. Robot (200;400) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête fonctionnelle (106) comprend au moins un organe électrique (318), ledit robot (400) comprenant en outre un volume (402), ou des parois, de garde, disposé(es) autour dudit au moins un organe électrique (318), et polarisé(es) au potentiel de garde (VG), à la fréquence de travail.
  4. 4. Robot (200;300;500;600) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête fonctionnelle comprend au moins un organe électrique (318), ledit robot (200;300;500;600) comprenant en outre au moins un convertisseur électrique (322) agencé pour : - recevoir au moins un signal électrique, dit d'entrée, tel qu'un signal d'alimentation ou de commande, destiné audit organe électrique (318), et référencer ledit signal d'entrée au potentiel de garde (VG) ; et/ou - recevoir au moins un signal électrique, dit de sortie, émis par ledit organe électrique (318), et référencer ledit signal de sortie au potentiel de masse électrique d'un contrôleur (320) auquel il est destiné.
  5. 5. Robot (200;300;500;600) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le convertisseur (322) comprend : - au moins une alimentation à isolation galvanique, tel qu'un convertisseur DC/DC, en particulier pour générer un signal d'entrée d'alimentation pour ledit au moins un organe électrique (318) ; - au moins une interface électrique sans contact galvanique, de type capacitive ou par opto-coupleur, pour au moins un signal d'entrée de commande, ou au moins un signal de sortie ; et/ou - une ou plusieurs inductances à impédance élevée pour recevoir et transmettre au moins un signal d'entrée ou au moins un signal de sortie.
  6. 6. Robot (200;300;400;500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une garde (312) réalisée par une couche de matériau conducteur, en particulier fine et souple, en particulier déposée sur une pièce dudit robot (200;300;400;500).
  7. 7. Robot (200;300;400;500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une garde (312) réalisée par une partie métallique dudit robot (600), disposée entre le corps (104) et une partie sensible de la tête fonctionnelle (106), électriquement isolée de part et d'autre, et polarisée au potentiel de garde (VG).
  8. 8. Robot (200;300;400;500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une garde (312) recouvrant partiellement une partie sensible de la tête fonctionnelle (106).
  9. 9. Robot (600) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une garde réalisée par au moins une partie, ou la totalité, du corps (104) dudit robot (600), polarisée au potentiel de garde (VG).
  10. 10. Robot (500) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une garde (502) formée par une pièce rapportée en forme de manchon s'étendant le long dudit robot (500) sur une distance non nulle, en particulier dans une direction fuyant, ou opposée à, la partie sensible de la tête fonctionnelle (106).
  11. 11. Robot (500) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur capacitif additionnel (506), disposé ailleurs que sur une partie sensible de la tête fonctionnelle (106), l'électronique de détection (304) étant, au moins en partie, commune avec une électrique de détection dudit au moins un capteur capacitif additionnel (506).
  12. 12. Robot selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'au moins un capteur capacitif additionnel (506) peut être polarisé à un potentiel alternatif identique au premier potentiel, à la fréquence de travail.
  13. 13. Robot (200;300;400;500;600) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête fonctionnelle (106) comprend, ou est formée par : - un moyen de préhension d'un objet ; - un moyen de traitement d'un objet ; et/ou - un moyen d'inspection d'un objet.
  14. 14. Robot (200;300;400;500;600) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un bras robotisé.
  15. 15. Dispositif (106) se présentant sous la forme d'un outil ou d'un porte-outil, prévu pour former une tête fonctionnelle d'un robot (200;300;400;500;600) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant les moyens de détection capacitifs (206) dudit robot (200;300;400;500;600).
  16. 16.Interface de connexion (700;800) pour un robot (200;300;400;500;600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, prévue pour être disposée entre la tête fonctionnelle (102) et le corps (104) dudit robot (200;300;400;500;600), ladite interface de connexion (700;800) comprenant les moyens de détection capacitifs (206) dudit robot (200;300;400;500;600).
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