FR3131239A1 - Procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation ; ledit dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure ; ledit procédé comprenant au moins une phase de calibration comprenant : mesure de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires (EA1) dudit robot articulé (200) :chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure, etchaque état articulaire (EA1,EA2) étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire ; et mémorisation, pour chaque état articulaire (EA1), du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire (EA1). Elle concerne également un dispositif de détection capacitive calibré par un tel procédé et un robot équipé d’un tel dispositif de détection. Figure : 5a

Description

Procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé

La présente invention concerne un procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot. Elle concerne également un dispositif de détection capacitive calibré par un tel procédé et un robot équipé d’un tel dispositif de détection.

Le domaine de l’invention est le domaine des dispositifs de détection capacitive et en particulier de la calibration de tels dispositifs.

État de la technique

Un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé comprend des électrodes, dites de mesure, utilisées pour mesurer un signal relatif à la capacité vue par lesdites électrodes, cette capacité étant représentative de la présence ou non d’un objet en regard desdites électrodes, et de la distance entre ledit objet et lesdites électrodes.

Un tel dispositif de détection capacitive doit être calibré pour prendre en compte la capacité propre, également appelé la capacité à l’infini, de chaque électrode de mesure.

Par ailleurs, pour éviter une auto-détection des parties du robot par les électrodes de mesure qui l’équipent, ledit robot peut être électriquement gardé, partiellement ou totalement, à un potentiel de garde identique au potentiel électrique des électrodes de mesures, à une fréquence de travail. Ainsi, les parties du robot polarisées au potentiel de garde ne sont pas vues par les électrodes de mesure, à ladite fréquence de travail.

Or, les inventeurs ont remarqué que le fait de polariser, partiellement ou totalement, le robot au potentiel de garde peut changer la capacité propre des électrodes de mesure, et perturbe la calibration du dispositif de détection équipant ledit robot. Les inventeurs ont aussi remarqué que cette perturbation dépend de la configuration du robot, et peut être plus ou moins importante dans certaines configurations. Les techniques de calibration actuellement connues, en plus de ne pas être conscientes de ces perturbations, ne permettent pas de prendre en compte ces perturbations.

Lorsqu’un robot est mis en œuvre dans un environnement réel tel qu’une ligne de production, le dispositif de détection capacitive est également sensible à la présence des objets statiques, dans l’environnement du robot, tels que par exemple un mur, une table, une ligne de production, ou tout objet de surface suffisamment grande et suffisamment conducteur ou couplé capacitivement à la masse ou de permittivité diélectrique suffisamment élevée. Cela peut générer des fausses détections et dégrader la détection d’objets recherchés autres que ces objets statiques.

Un but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients précités.

Un autre but de l’invention est de proposer une solution de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé plus performante.

Un autre but de l’invention est de proposer une solution de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé prenant en compte les perturbations dues aux parties électriquement gardées dudit robot.

Un autre but de l’invention est de proposer une solution de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé prenant en compte des éléments statiques présents dans l’environnement dudit robot, afin de pouvoir détecter de manière sûre des objets autres que ces éléments statiques.

L’invention propose d’atteindre au moins l’un des buts précités par un procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation ;
ledit dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure ;
ledit procédé comprenant au moins une phase de calibration comprenant :

• mesure de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires dudit robot articulé :
  • chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure, et
  • chaque état articulaire étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire ; et
• mémorisation, pour chaque état articulaire, du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire.

Ainsi, le procédé selon l’invention permet de déterminer des données de calibration du dispositif de détection, individuellement pour différents états articulaires du robot. Autrement dit, contrairement aux dispositifs de l’état de la technique, le dispositif selon l’invention n’utilise pas des données de calibration identiques pour tous les états articulaires, mais au contraire, utilise des données articulaires qui sont spécifiques pour tel ou tel état articulaire. Cela est obtenu grâce au procédé selon l’invention qui mesure et mémorise au moins un jeu de données de calibration pour tel ou tel état articulaire.

Ainsi, le procédé selon l’invention permet de prendre en compte, lors de la calibration du dispositif de détection capacitive, les différences qui peuvent exister en termes de capacité propre ou de capacité de fuite pour telle ou telle électrode, dans tel ou tel état articulaire. Ces différences peuvent être dues/provoquées par :

• des parties électriquement gardées du robot ou de son environnement, ou
• des objets statiques se trouvant dans l’environnement du robot ;

et dont les effets sur les électrodes de mesure sont variables en fonction de l’état articulaire du robot et/ou des positions des électrodes de mesure lorsque le dispositif de détection capacitive comprend plusieurs électrodes de mesure.

Par conséquent, l’invention permet de réaliser une calibration plus précise, plus sure et plus performante d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé. La calibration obtenue avec l’invention est plus proche de la réalité car elle tient compte de toutes les variations qui peuvent exister en fonction de l’état du robot, dans son environnement.

Au moins un jeu articulaire associé à un état articulaire peut comprendre une seule variable articulaire ou plusieurs variables articulaires. La, ou une, variable articulaire peut être par exemple un angle de rotation autour d’un axe de rotation d’une articulation du robot, une distance de déploiement le long d’une direction d’un segment du robot, etc. dans un référentiel attaché au robot, ou dans un référentiel attaché à un segment du robot, ou encore dans un référentiel externe au robot.

Au moins un jeu de calibration peut comprendre une seule donnée de calibration pour une électrode de mesure, en particulier mais sans être limitatif, lorsque le dispositif de détection capacitive ne comprend qu’une seule électrode de mesure. Lorsque le dispositif de détection capacitive comprend plusieurs électrodes de mesure, le jeu de calibration peut comprendre une ou plusieurs données de calibration, chacune associée à une électrode de mesure.

Une donnée de calibration associée à une électrode de mesure dans un état articulaire peut être, ou comprendre :

• une valeur de capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire,
• une valeur d’un signal électrique, telle qu’une tension, un courant ou encore une quantité de charge, relative à ladite capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire, ou
• une valeur de distance correspondant à ladite capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire.

Dans certains modes de réalisation, pour au moins un état articulaire au moins une donnée de calibration mémorisée pour une électrode de mesure peut être utilisée pour corriger la donnée de détection mesurée, par cette électrode de mesure, lors d’une détection d’objet. Une telle correction peut consister à retrancher la donnée de calibration de la donnée de détection mesurée.

Dans d’autres modes de réalisation, pour au moins un état articulaire, au moins une donnée de calibration mémorisée pour une électrode de mesure peut être utilisée comme donnée étalon, pour cette électrode de mesure, lors de la détection d’objet.

Suivant des modes de réalisation particulièrement avantageux, le procédé selon l’invention peut comprendre, pour au moins une phase de calibration, pour au moins un état articulaire dudit robot, une étape de détermination d’un jeu de calibration, par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurées pour différents états articulaires lors de ladite phase de calibration.

Ainsi, lors de ladite phase de calibration, un jeu de calibration n’est pas mesuré pour tous les états articulaires. Au moins un jeu de calibration, appelé jeu de calibration estimé, est calculé par interpolation d’au moins un jeu de calibration, et préférentiellement de plusieurs jeux de calibration, mesurés. Dans la suite :

• un état articulaire pour lequel un jeu de calibration est mesuré peut être appelé état articulaire mesuré,
• un état articulaire pour lequel un jeu de calibration est calculé par interpolation peut être appelé état articulaire estimé ou interpolé.

L’interpolation peut être réalisés selon toute technique d’interpolation, telle que par exemple une interpolation linéaire, une interpolation polynomiale, etc.

Chacune des premières, deuxièmes et troisièmes phases de calibration qui vont être décrite dans le suite peut optionnellement comprendre au moins une telle étape d’interpolation.

Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l’invention peut comprendre une première phase de calibration dudit dispositif de détection, réalisée en l’absence de tout objet dans l’environnement dudit robot de sorte à déterminer, dans au moins un, en particulier chaque, état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité propre de ladite électrode de mesure, également notée C_Pdans la suite.

La donnée de calibration relative à la capacité propre de l’électrode de mesure peut être ladite capacité propre ou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité propre tel qu’une tension ou un courant électrique par exemple. Cette capacité propre C_Pcorrespond à la capacité résiduelle due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et son environnement, ou des objets qui se trouveraient à l’infini par rapport à la portée des électrodes. Cette capacité propre sera toujours présente lors de la détection d’objet.

La première phase de calibration peut être réalisée en s’assurant qu’il n’existe aucun objet statique, tel qu’un mur ou un plafond ou encore des meubles tels que des tables, ou encore un tapis roulant, ou encore un îlot de palettisation ou de production, dans l’environnement du robot, ou au moins dans l’environnement à portée des capteurs. De plus, le robot peut être éloigné du sol le plus possible, par exemple sur un support.

Généralement, une telle capacité propre C_P, associée à une électrode de mesure dans un état articulaire, est utilisée pour corriger la valeur de la capacité, ou la distance, mesurée lors de la détection par cette électrode de mesure dans cet état articulaire. Généralement, la capacité propre C_Pest retranchée de la capacité mesurée. Ainsi, dans un état articulaire, la capacité, notée C_O, due à un objet à détecter et vue par une électrode de mesure dans cet état articulaire, peut alors être calculée comme :
C_O=C_M-C_P
avec C_Mla capacité mesurée par l’électrode de mesure dans cet état articulaire et C_Pla capacité propre de cette électrode de mesure déterminée lors de la phase de détection pour cet état articulaire.

Avantageusement, la première phase de calibration peut être réalisée pour plusieurs états articulaires, dits états articulaires critiques, préalablement définis.

De tels états articulaires critiques peuvent être définis par un opérateur.

De tels états articulaires critiques peuvent correspondre à des états articulaires dans lesquels les capacités propres attendues pour les électrodes de mesure sont les plus importantes, ou atteignent les valeurs extrêmes, minimales ou maximales, de leur gamme de variation..

Par exemples, les états articulaires critiques peuvent être comprendre un état articulaire dans lequel le robot est entièrement déployé, un état articulaire dans lequel le robot est entièrement replié, un état articulaire intermédiaire, etc.

Selon des modes de réalisation, le procédé selon l’invention peut comprendre une deuxième phase de calibration, réalisée en présence d’au moins un objet statique dans l’environnement dudit robot de sorte à mesurer, dans au moins un, en particulier, chaque état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité d’environnement et notée C_{E N}dans la suite, correspondant à une somme :

• d’une capacité propre, notée C_P, de ladite électrode de mesure, et
• d’une capacité, dite de fuite et notée C_F, due à l’au moins un objet statique.

Cette deuxième phase de calibration peut combinée ou non à la première phase de calibration.

La donnée de calibration relative à la capacité d’environnement de l’électrode de mesure peut être ladite capacité d’environnement C_{E N}ou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité d’environnement tel qu’une tension ou un courant électrique par exemple.

La deuxième phase de calibration peut être réalisée en s’assurant qu’il n’existe que des objets statiques dans l’environnement du robot, tel qu’un mur ou un plafond ou encore des meubles tels que des tables, dans l’environnement du robot. Par objet statique, en entend les objets faisant partie de l’environnement et qui ne sont pas destinés à bouger lors de l’opération du robot. Il est en outre attendu que ces objets statiques ne fasse pas l’objet d’une détection lors de la phase de détection.

Ainsi qu’indiqué ci-dessus, pour chaque électrode de mesure, la capacité d’environnement C_{E N}correspond à la somme des capacités suivantes :

• la capacité, noté C_F, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et l’au moins un objet statique se trouvant dans l’enivrement du robot, et
• la capacité propre C_Pde ladite électrode de mesure.

Généralement, une telle capacité d’environnement C_{E N}, associée à une électrode de mesure dans un état articulaire, est utilisée pour corriger la valeur de la capacité, ou la distance, mesurée lors de la détection d’un objet par cette électrode de mesure dans cet état articulaire. Généralement, la capacité d’environnement C_ENest retranchée de la capacité mesurée. Ainsi, dans un état articulaire, la capacité, notée C_O, due à un objet à détecter et vue par une électrode de mesure peut alors être calculée comme :
C_O=C_M-C_{E N}
avec C_Mla capacité mesurée par l’électrode de mesure dans cet état articulaire et C_{E N}la capacité d’environnent de cette électrode de mesure déterminée lors de la phase de détection pour cet état articulaire.

Avantageusement, la deuxième phase de calibration peut être réalisée pour plusieurs états articulaires, dits états articulaires applicatifs, correspondants à des états articulaires pris par le robot articulé lors de son utilisation.

Ainsi, il n’est pas nécessaire de réalisation une calibration pour des états articulaires que le robot ne prendra jamais, ce qui permet de diminuer la durée de la deuxième phase de calibration.

De tels états articulaires applicatifs peuvent être définis par un opérateur, ou par une mission fournie au robot.

Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les états articulaires applicatifs du robot peuvent correspondre à des états articulaires dudit robot pour déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie. La trajectoire peut être alors définie comme une succession d’états articulaires.

Suivant d’autres exemples, le robot articulé peut comprendre une tête fonctionnelle, et les états articulaires applicatifs du robot peuvent correspondre à des états articulaires dudit robot pour déplacer ladite tête fonctionnelle sur une trajectoire prédéfinie.

Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l’invention peut comprendre une troisième phase de calibration dudit dispositif de détection, réalisée en présence uniquement d’un objet étalon, de sorte à mesurer, dans au moins un, en particulier chaque, état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité totale et notée C_T, correspondant à une somme :

• d’une capacité propre, notée C_P, de ladite électrode de mesure,
• d’une capacité, dite capacité étalon et notée C_ET, due à l’objet étalon, et
• éventuellement d’une capacité de fuite, notée C_F, due à au moins un objet statique dans l’environnement du robot.

Cette troisième phase de calibration peut être combinée ou non à la première phase de calibration. Alternativement ou en plus, cette troisième phase de calibration peut être combinée ou non à la deuxième phase de calibration.

La donnée de calibration relative à la capacité totale C_Tvue par une électrode de mesure peut être ladite capacité totale C_Tou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité totale tel qu’une tension ou un courant électrique par exemple et qui peut être sous la forme de signal analogique ou numérique. Suivant encore une autre alternative, la donnée de calibration relative à la capacité totale C_Tvue par une électrode de mesure peut être la distance entre le robot et l’objet étalon au niveau de ladite électrode de mesure.

Ainsi qu’indiqué ci-dessus, la capacité totale C_Tcorrespond à la somme des capacités suivantes :

• la capacité C_ETdue au couplage entre l’électrode de mesure et l’objet étalon.
• la capacité propre C_Pde ladite électrode de mesure, et
• éventuellement la capacité, notée C_F, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et au moins un objet statique se trouvant dans l’environnement du robot, le cas échéant.

Suivant une caractéristique avantageuse, la troisième phase de calibration peut comprendre, pour au moins un état articulaire dudit robot, une mesure, pour au moins une électrode de mesure, de plusieurs jeux de calibration, chacun pour une distance différente de l’objet étalon par rapport à ladite électrode de mesure.

En particulier, chaque jeu de calibration mesuré pour une électrode de mesure peut être mesuré pour une distance qui varie dans une direction de préférence perpendiculaire à ladite électrode de mesure. En particulier, dans un état articulaire donné, l’objet peut être positionné en regard et à différentes distances de ladite électrode de mesure et un jeu de calibration peut être mesuré pour chaque position de l’objet étalon. Par ailleurs, des jeux de calibration distincts peuvent être acquis pour chaque électrode, respectivement, en positionnant un objet de référence en regard et à différentes distances de ladite électrode.

Suivant une caractéristique avantageuse, la troisième phase de calibration peut être réalisée pour un seul état articulaire, dit état articulaire de référence.

Avantageusement, la troisième phase de calibration peut comprendre, pour au moins une position de l’objet étalon dans au moins un état articulaire dudit robot, une étape de détermination d’un jeu de calibration par interpolation de plusieurs jeux de capacité mesurées pour différentes positions de l’objet étalon dans ledit état articulaire.

Ainsi, pour certaines positions de l’objet étalon, il est possible de déduire le jeu de calibration sans avoir à faire des mesures pour ces positions. Chaque position de l’objet étalon pour laquelle le jeu de calibration est mesuré peut être désignée « position mesurée », et chaque position de l’objet étalon pour laquelle le jeu de calibration est calculée par interpolation peut être désignée « position estimée ».

Pour une position estimée de l’objet étalon, le jeu de calibration pour une électrode de mesure peut être estimée à partir de jeux de calibrations mesurés pour la même électrode de mesure, chacun pour une position mesurée différente de l’objet étalon. Dans ce cas, la position estimée et les positions mesurées peuvent se trouver à des distances différentes sur une direction perpendiculaire à ladite électrode de mesure.

Suivant une caractéristique avantageuse, le procédé selon l’invention peut comprendre une définition d’au moins une valeur, dite de sécurité, correspondant à une distance de sécurité minimale à ne pas dépasser entre l’objet étalon et le robot.

Cette valeur de sécurité peut être une valeur de distance, une valeur de capacité totale C_T, ou une valeur d’une grandeur électrique telle qu’une tension maximale ou un courant maximal mesuré, qui peut être sous la forme d’un signal analogique ou numérique. Cette valeur seuil peut être définie par mesure, par exemple en positionnant l’objet étalon à ladite distance minimale relativement à une électrode de mesure. Dans ce cas, le jeu de calibration mesuré pour un état articulaire et pour chaque position étalon, correspond à la valeur de sécurité, en particulier en ce qui concerne l’électrode de mesure concernée.

Ainsi, il est possible définir une distance minimale de sécurité permettant de détecter un objet avant que celui-ci entre en contact du robot, ouvice versa, avec une marge de sécurité définie. Cela permet de contrôler le robot pour le mettre en arrêt d’urgence ou alors pour réaliser un évitement en modifiant sa trajectoire.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de détection capacitive d’au moins un objet par un dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure, équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

• une étape de calibration dudit dispositif par le procédé selon l’invention ; et
• au moins une itération d’une étape de détection capacitive par ledit dispositif de détection capacitive.

L’étape de calibration du dispositif détection de capacitive peut comprendre une combinaison quelconque d’une ou plusieurs des phases de calibration décrites plus haut.

L’étape de calibration permet ainsi d’obtenir des données de calibration qui sont utilisées lors de la détection d’objet. En particulier, lors d’une étape de détection, les opérations suivantes sont réalisées :

• tout d’abord l’état articulaire actuel du robot est déterminé,
• puis le jeu de calibration correspondant à l’état articulaire est chargé,
• ensuite une mesure capacitive est alors réalisée, cette mesure fournit un jeu de mesure comprenant une valeur mesurée par chaque électrode de mesure, et
• la détection capacitive est déduite à partir du jeu de mesure et du jeu de calibration.

Par exemple, pour chaque électrode de mesure, la valeur de calibration obtenue lors de la première et/ou de la deuxième phase de calibration est retranchée de la valeur mesurée. Cela permet de corriger la mesure des capacités parasites telle que la capacité propre C_P(première calibration), des capacités d’environnement C_EN(deuxième calibration). La valeur ainsi obtenue correspond à la capacité d’un objet à détecter, le cas échéant.
Suivant d’autres exemples de réalisation, pour chaque électrode de mesure, la valeur de calibration C_ET (troisième calibration) est utilisée, pour obtenir une valeur représentative de la distance entre cette électrode et un objet à détecter, le cas échéant.

L’étape de détection capacitive peut être réalisée sur demande, ou réalisée à une fréquence donnée, telle que par exemple tous les 0,01 secondes.

Préférentiellement, dans la présente invention, la détection capacitive peut être une détection capacitive en self capacitance, capacité propre en français, ou en mutual capacitance, capacitance mutuelle en français.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure, et équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation, calibré par le procédé selon l’invention.

Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitive peut comprendre :

• au moins une électrode de mesure, en particulier plusieurs électrodes de mesure, distribuées sur le robot ;
• au moins une électronique de mesure, reliée à chaque électrode de mesure, et prévue pour :
  • polariser chaque électrode de mesure à un potentiel, dit de travail, différent d’un potentiel de masse à une fréquence, dite de travail ; et
  • mesurer un signal électrique fourni par chaque électrode de mesure, à ladite fréquence de travail, et représentatif d’une capacité vue par ladite électrode de mesure.

Une telle architecture du dispositif de détection est bien connue de l’homme du métier et ne sera pas détaillée plus ici par soucis de concision.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un robot articulé comprenant un dispositif de détection capacitive selon l’invention.

Le robot peut être un bras robotisé articulé, un C-arm, un robot gynoïde ou humanoïde, un robot industriel de type scara, etc.

Au moins une électrode de mesure peut être disposée sur/dans/sous un élément d’habillage externe du robot. Au moins une électrode de mesure peut être formée par une partie du robot, telle que par exemple une tête du robot.

Description des figures et modes de réalisation

D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :

• la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une technique de détection capacitive pouvant être mise en œuvre dans la présente invention ;
• la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un robot selon l’invention ; et
• les FIGURES 3a-3c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une première phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention ;
• les FIGURES 4a-4c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une deuxième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention;
• les FIGURES 5a-5c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une troisième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention ;
• la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un procédé de détection de capacitive selon l’invention ; et
• la est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif de détection de capacitive 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 antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

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 et dans la suite de la description, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une technique de détection pouvant être mise en œuvre dans la présente invention.

Le dispositif 100, représenté sur la , comprend une multitude d’électrodes 102₁-102_n, dites électrodes de mesure, prévues pour détecter un objet 104, qui peut être par exemple un doigt ou une main d’un opérateur. Les électrodes de mesure 102₁-102_npeuvent être également désignées par la référence 102, ou la référence 102_i, dans la suite.

Le dispositif 100 peut préférentiellement comprendre une ou plusieurs électrodes 106, dite de garde, optionnelles, pour garder électriquement les électrodes de mesure 102.

Le dispositif 100 comprend aussi une électronique de détection 108 pour d’une part polariser les électrodes de mesure 102 et de garde 106 à un même potentiel alternatif, dit potentiel de travail, différent d’un potentiel de masse à une fréquence, dite fréquence de travail, et d’autre part mesurer un signal relatif à la capacité vue par au moins une, et en particulier chaque, électrode de mesure 102.

L’électronique de détection 108 peut être réalisée avec des composants analogiques ou des composants numériques, ou une combinaison de composants analogique et de composants numériques.

Le dispositif de détection capacitive 100 peut être relié à un oscillateur 109 délivrant le potentiel de travail, notée V_g, et référencé à un potentiel de masse M.

Le potentiel, ou la tension, V_gest utilisée comme potentiel de garde pour polariser une ou des électrodes de garde 106 par l’intermédiaire d’une ligne ou plusieurs lignes, et comme potentiel d’excitation ou de détection pour polariser des électrodes de mesure 102. Elle comprend donc au moins une composante spectrale à la fréquence de travail utilisée par l’électronique de détection 108.

L’électronique de détection 108 comprend un amplificateur de courant, ou de charge, 110 représenté par un amplificateur opérationnel (AO) 112 et une capacité de contre-réaction 114 rebouclant la sortie de l’AO 112 à l’entrée inverseuse « - » de l’AO 112. De plus, dans l’exemple représenté, l’entrée non-inverseuse « + » de l’AO 112 reçoit la tension V_get l’entrée inverseuse « - » de l’AO 112 est prévue pour être reliée à chaque électrode de mesure 102_ipar l’intermédiaire d’un moyen de scrutation 116, qui peut être par exemple un switch, ou commutateur en français, de sorte à interroger individuellement à tour de rôle les électrodes de mesure 102, individuellement ou par groupe.

L’utilisation du moyen de scrutation 116 est, bien entendu, optionnelle.

Dans ces conditions, l’amplificateur de charge 110, et en particulier l’AO 112, fournit en sortie une tension V_Sà la fréquence de travail et d’amplitude proportionnelle à la capacité vue par l’électrode de mesure 102 reliée à son entrée « - ».

L’électronique de détection 108 peut en outre comprendre un conditionneur 118 permettant d’obtenir un signal représentatif de la capacité vue par l’électrode de mesure. Ce conditionneur 118 peut comprendre, par exemple, un démodulateur synchrone pour démoduler le signal par rapport à une porteuse, à la fréquence de travail. Le conditionneur 118 peut également comprendre un démodulateur asynchrone ou un détecteur d’amplitude. Ce conditionneur 118 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. Le conditionneur 118 mesure et fournit la valeur de la tension V_S.

L’électronique de détection 108 peut en outre comprendre un module de calcul 120 agencé pour déterminer une valeur de distance ou une valeur de capacité en fonction de la donnée issue du conditionneur 118, et en particulier en fonction de la valeur de la tension V_sfournie par le conditionneur. Ce module de calcul 120 peut par exemple comprendre ou être réalisé sous la forme d’un microcontrôleur, ou d’un FPGA.

Bien entendu, l’électronique de détection 108 peut comprendre d’autres composants que ceux décrits. L’électronique de détection 108, ou au moins sa partie sensible avec l’amplificateur de charge 110 peut être référencée (ou alimentée par des alimentations électriques référencées) au potentiel de garde V_g, pour minimiser les capacités parasites. L’électronique de détection 108 peut également être référencée, de manière plus classique, au potentiel de masse M.

Comme il sera détaillé plus bas, la capacité vue par chaque électrode de mesure peut être :

• une capacité propre, notée C_P, de l’électrode de mesure, lorsqu’aucun objet mobile ou statique ne se trouve dans l’environnement des électrodes de mesure, ou du moins à portée de détection de ces électrodes ; ou
• une capacité, dite d’environnement et notée C_EN, due à l’environnement du robot et comprenant :
  • la capacité propre C_Pde l’électrode de mesure, et
  • au moins une capacité de fuite, notée C_F, due à la présence d’au moins un objet statique dans l’environnement du robot ; ou
• une capacité, dite totale et notée C_T, comprenant
  • la capacité propre C_Pde l’électrode de mesure,
  • une capacité objet C_Odue à la présence d’un objet dans l’environnement du robot, également appelée capacité étalon et notée C_ETlorsqu’elle est due à la présence d’un objet étalon dans l’environnement du robot lors des phases de calibration, et
  • éventuellement au moins une capacité de fuite, notée C_F, due à la présence d’au moins un objet statique dans l’environnement du robot.

Par conséquent, en fonction de la configuration du robot et de son environnement, la donnée fournie par le dispositif de détection capacitive est relative soit à la capacité propre C_P, soit à la capacité environnement C_EN, soit à la capacité totale C_T. Ces capacités sont « vues » en parallèle par les électrodes de mesure, et donc leurs valeurs s’additionnent : C_EN= C_P+ C_F; C_T= C_P+ C_ET+ C_Fou C_T= C_P+ C_O+ C_F.

Le dispositif de détection capacitive décrite en référence à la peut être utilisé, dans cette configuration, à la fois pour la mesure de jeux de calibration lors d’au moins une phase de calibration et des jeux de mesure lors d’une ou plusieurs étapes de détection.

La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un robot selon l’invention.

Le robot 200 représenté sur la est un bras articulé comprenant trois segments à savoir un segment de base 202₁, un segment central 202₂et un segment distal 202₃, reliés entre eux par des articulations. Dans l’exemple représenté, les segments 202₁et 202₂sont reliés entre eux par une articulation 204₁, et les segments 202₂et 202₃sont reliés entre eux par une articulation 204₂. Dans l’exemple de réalisation non limitatif, les articulations 204₁et 204₂sont des articulations rotatives. Bien entendu, dans sa définition générale, le robot selon l’invention peut comprendre tout type d’articulation, telle qu’une articulation rotative, une articulation translative, une articulation télescopique, etc.

Dans l’exemple représenté sur la , chaque état articulaire du robot, noté EA dans la suite, est donné par un vecteur, ou un jeu, de deux variables articulaires, tel que EA=(VA₁,VA₂), avec :

• VA₁la variable articulaire donnant l’état de l’articulation 204₁, et
• VA₂la variable articulaire donnant l’état de l’articulation 204₂.

Dans l’exemple donné, chaque variable articulaire VA₁et VA₂est une valeur d’angle donnant l’angle de rotation de chaque articulation 204₁et 204₂.

Suivant une définition générale, lorsque le robot comporte M articulations 202₁-202_m, alors chaque état articulaire est donné par un vecteur de M variables articulaires correspondant chacune à une articulation, telle que :
EA=(VA₁,...,VA_m, ..., VA_M)
avec VA_mla variable articulaire donnant l’état de l’articulation 204_m, avec 1≤m≤M

De plus, le robot 200 est équipé d’un dispositif de détection capacitive, tel que par exemple le dispositif de détection capacitive de la .

Dans l’exemple décrit, le dispositif de détection capacitive équipant le robot 200 comprend quatre électrodes de mesure 102₁-102₄. Bien entendu, cet exemple est non limitatif. Le robot peut comporter un nombre d’électrode supérieur ou égale à 1.

Au moins une électrode de mesure 102 peut être disposée sur/dans/sous un élément d’habillage externe du robot. Au moins une électrode de mesure 102 peut être formée par une partie du robot, telle que par exemple une tête du robot.

Dans l’exemple représenté, dans chaque état articulaire du robot, le jeu de calibration, respectivement le jeu de mesure, comprend une valeur mesurée pour chaque électrode de mesure 102₁-102₄. Ainsi, chaque jeu de calibration, noté JC dans la suite, est un vecteur de quatre données de calibration VC tel que, JC=(VC₁,VC₂,VC₃,VC₄), avec VC₁la valeur de calibration correspondant à l’électrode de mesure 202₁, VC₂la valeur de calibration correspondant à l’électrode de mesure 202₂, ainsi de suite.

Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, alors le jeu de calibration comprend N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, telle que :
JC=(VC₁,..., VC_n, ...,VC_N)
avec VC_nla valeur de calibration correspondant à l’électrode de mesure 202_n, et 1≤n≤N.

Chaque valeur de calibration associée à une électrode de mesure peut être tout type de valeur. En particulier, chaque valeur de calibration peut être :

• une valeur d’un signal électrique, telle que la tension V_s, fournie par le conditionneur 118 pour ladite électrode de mesure ;
• une valeur de capacité, vue par ladite électrode mesure, fournie par le module de calcul 120 ; ou encore
• une valeur représentative d’une distance, fournie par le module de calcul 120, et correspondant à la capacité vue par ladite électrode mesure.

La présente invention propose de mesurer ou de déterminer les données de calibration de chaque électrode de mesure pour différents états articulaires, de sorte à prendre en compte de manière plus précise l’état interne (articulaire) et l’environnement du robot et leur influence sur les mesures. Nous allons maintenant décrire des exemples de réalisation non limitatifs de phases de calibration pouvant être utilisées, seule ou en combinaison, pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention.

Les FIGURES 3a-3c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une première phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention.

La représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA¹et la représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA² _,différent du premier état articulaire EA¹.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une première phase de calibration 310. La première phase de calibration 310 de la peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la , équipant un robot, tel que le robot 200 de la .

La première phase de calibration 310 est réalisée sans aucun objet dans l’environnement du robot 100. Autrement dit l’environnement du robot 200 est épuré entièrement pour n’y laisser aucun objet mobile ou statique, tels que des tables, des meubles, etc, au moins à portée de détection des capteurs. De plus, le robot 100 est éloigné le plus possible des murs, du sol et du plafond, par exemple en utilisant des supports ou des cales électriquement isolants. Ainsi, les capacités de fuites dues à des objets statiques sont minimisées le plus possible, voire annulées.

Dans ce cas, dans chaque état articulaire du robot, chaque électrode de mesure voit une capacité de couplage qui correspond à sa capacité propre. Ainsi, dans chaque état articulaire, la donnée de calibration mesurée pour chaque électrode de mesure sera représentative de ladite capacité propre.

Par exemple dans le premier état articulaire EA¹, représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃mesure une donnée de calibration VPC₃ ¹représentative de sa capacité propre C_{P 3} ¹, telle que :
VPC₃ ¹=f(C_{P 3} ¹).
De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA², représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃mesure une donnée de calibration VPC₃ ²représentative de sa capacité propre C_{P 3} ², telle que :
VPC₃ ²=f(C_{P 3} ²).
Ainsi, dans chaque état articulaire EA¹et EA², un jeu de calibration est mesuré, respectivement JPC¹et JPC² _:
JPC¹=(VPC₁ ¹,VPC₂ ¹, VPC₃ ¹,VPC₄ ¹)
JPC²=(VPC₁ ²,VPC₂ ², VPC₃ ²,VPC₄ ²)
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de sa capacité propre.

Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la première phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la phase de calibration comprend la mesure de K jeux de calibration, chacun comprenant N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, et représentative de la capacité propre de ladite électrode de mesure, tel que :
JPC¹=(VPC₁ ¹, ... VPC_n ¹, ... ,VPC_N ¹)
....
JPC^k=(VPC₁ ^k, ... VPC_n ^k, ... ,VPC_N ^k)
....
JPC^K=(VPC₁ ^K, ... VPC_n ^K,... ,VPC_N ^K)
avec 1≤n≤N et 1≤k≤K.
Chaque jeu de calibration JPC^kest associé à un jeu de variables articulaires décrivant l’état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_m ^k,..., VA_M ^k)
avec 1≤m≤M.
Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1≤k≤K, la première phase de calibration mesure et mémorise :

• le jeu de variable articulaire EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_j ^k,..., VA_m ^k) décrivant ledit état articulaire EA^k, et
• le jeu de calibration JPC^k=(VPC₁ ^k, ... VPC_i ^k, ... ,VPC_n ^k) pour ledit état articulaire.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une première phase de calibration 310.

La première phase de calibration 310 comprend une étape 312 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l’état articulaire EA¹représenté sur la .

Puis, lors d’une étape 314, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant chaque électrode de mesure 102₁-102_N, tel que décrit en référence à la par exemple. Ainsi, pour l’état articulaire EA¹, on obtient un jeu de calibration JPC¹comprenant N valeurs de calibration, chacune représentative de la capacité propre de l’une des N électrodes de mesure 102₁-102_N:
JPC¹=(VPC₁ ¹, ... VPC_n ¹, ... ,VPC_N ¹)

Lors d’une étape 316, le jeu de calibration JC¹mesuré est mémorisé avec un jeu de variables articulaires EA¹=(VA₁ ¹,..., VA_m ¹,..., VA_M ¹) représentant l’état articulaire EA¹.

Les étapes 312-316 sont réitérées K fois pour mesurer et mémoriser un jeu de calibration pour K états articulaires au total, avec K≥2.

La phase de calibration 310 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d’une étape 318 de calcul d’un jeu de calibration pour au moins un état articulaire non mesuré, dit état articulaire estimé. Dans ce cas, le jeu de calibration pour ledit état articulaire estimé peut être calculé par interpolation d’au moins un jeu de calibration mesuré pour au moins un état articulaire mesuré lors des étapes 312-316.

L’interpolation peut être de tout type. Par exemple, l’interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l’état articulaire estimé.

L’étape 318 peut être réitérée autant de fois que souhaité pour calculer des jeux de calibration estimés pour autant d’états articulaires estimés.

Ainsi, la première phase de calibration 310 fournit au moins K jeux de calibrations JPC¹-JPC^K, associé chacun à un état articulaire, respectivement EA¹-EA^K. Chaque jeu de calibration comprend une donnée de calibration représentative de la capacité propre de chaque électrode de mesure.

Les états articulaires mesurées lors de la première phase de calibration peuvent être des états articulaires critiques, préalablement définis, et pour lesquels les capacités propres des électrodes de mesure peuvent prendre des valeurs extrêmes, ou varier le plus. Par exemples, les états articulaires critiques peuvent correspondre à des configurations extrêmes du robot, tel qu’un état articulaire dans lequel le robot est entièrement déployé, un état articulaire dans lequel le robot est entièrement replié, un état articulaire intermédiaire, etc.

Les FIGURES 4a-4c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une deuxième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention.

La représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA¹et la représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA² _,différent du premier état articulaire EA¹.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une deuxième phase de calibration 410. La deuxième phase de calibration 410 de la peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la , équipant un robot, tel que le robot 200 de la .

La deuxième phase de calibration 410 est réalisée avec tous les objets statiques se trouvant dans l’environnement d’utilisation du robot 100. Autrement dit, la deuxième phase de calibration 410 est réalisée en présence :

• de tous les objets statiques pouvant se trouver autour et à proximité du robot, dans sa configuration d’utilisation, telle que des tables, des machines, etc. et
• des parois du lieu dans lequel le robot est utilisé, tels que des murs, un plafond, le sol, etc.

Dans l’exemple de FIGURES 4a et 4b, pour ne pas alourdir l’exemple, un seul objet statique est représenté. L’objet statique représenté sur les FIGURES 4a et 4b, est par exemple un mur 402.

Dans ce cas, dans chaque état articulaire du robot, chaque électrode de mesure 102 voit une capacité de couplage, appelé capacité environnement et notée C_EN, qui correspond à la somme des capacités suivants :

• sa capacité propre C_P, et
• à une capacité de fuite, notée C_F, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102 et le(s) objet(s) statique(s) 402.

Ainsi, dans chaque état articulaire, la donnée de calibration mesurée pour chaque électrode de mesure sera représentative de ladite capacité d’environnement C_EN.

Par exemple, dans le premier état articulaire EA¹, représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃voit une capacité environnement C_{EN 3} ¹, telle que
C_{EN 3} ¹=C_{P 3} ¹+ C_{F 3} ¹,
avec :

• C_{P 3} ¹la capacité propre de l’électrode de mesure 102₃dans l’état articulaire EA¹, et
• C_{F 3} ¹une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’au moins un objet statique 402, dans l’état articulaire EA¹.

Ainsi, dans ce premier état articulaire EA¹, l’électrode de mesure 102₃mesure une donnée de calibration VDC₃ ¹représentative de la capacité d’environnement C_{EN 3} ¹, telle que :
VDC₃ ¹=f(C_{EN 3} ¹).

De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA², représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃mesure une donnée de calibration VDC₃ ²représentative de la capacité d’environnement C_{EN 3} ², telle que :
C_{EN 3} ²=C_{P 3} ²+ C_{F 3} ²,
VDC₃ ²=f(C_{EN 3} ²).
avec

• C_{P 3} ²la capacité propre de l’électrode de mesure 102₃dans le deuxième état articulaire EA², et
• C_{F 3} ²une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’au moins un objet statique 402, dans le deuxième articulaire EA².

Ainsi, dans chaque état articulaire EA¹et EA², un jeu de calibration est mesuré, respectivement JDC¹et JDC² _:
JDC¹=(VDC₁ ¹,VDC₂ ¹, VDC₃ ¹,VDC₄ ¹)
JDC²=(VDC₁ ²,VC₂ ², VDC₃ ²,VDC₄ ²)
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de la capacité environnement vue par ladite électrode de mesure.

Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la deuxième phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la deuxième phase de calibration comprend la mesure de K jeux de calibration, chacun comprenant N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, et représentative de la capacité d’environnement vue par ladite électrode de mesure, telles que :
JDC¹=(VDC₁ ¹, ... VDC_n ¹, ... ,VDC_N ¹)
....
JDC^k=(VDC₁ ^k, ... VDC_n ^k, ... ,VDC_N ^k)
....
JDC^K=(VDC₁ ^K, ... VDC_n ^K,... ,VDC_N ^K)
avec k=1-N et k=1-K.
Chaque jeu de calibration JDC^kest associé à un jeu de variables articulaires décrivant l’état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_m ^k,..., VA_M ^k)
avec j=1, ..., M.
Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1 la deuxième phase de calibration mesure et mémorise :

• le jeu de variable articulaire EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_m ^k,..., VA_M ^k) décrivant ledit état articulaire EA^k, et
• le jeu de calibration JDC^k=(VDC₁ ^k, ... VDC_n ^k, ... ,VDC_N ^k) pour ledit état articulaire k.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une deuxième phase de calibration 410.

La deuxième phase de calibration 410 comprend une étape 412 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l’état articulaire EA¹représenté sur la .

Puis, lors d’une étape 414, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant chaque électrode de mesure 102₁-102_N, tel que décrit en référence à la par exemple. Ainsi, pour le premier état articulaire EA¹, on obtient un jeu de calibration JDC¹comprenant N valeurs de calibration, chacune représentative de la capacité environnement vue par l’une des N électrodes de mesure 102₁-102_N:
JDC¹=(VDC₁ ¹, ... VDC_n ¹, ... ,VDC_N ¹)

Lors d’une étape 416, le jeu de calibration JDC¹mesuré est mémorisé avec un jeu de variables articulaires EA¹=(VA₁ ¹,..., VA_m ¹,..., VA_M ¹) représentant l’état articulaire EA¹.

Les étapes 412-416 sont réitérées K fois pour mesurer et mémoriser un jeu de calibration pour K états articulaires au total, avec K≥2.

La deuxième phase de calibration 410 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d’une étape 418 de calcul d’un jeu de calibration pour au moins un état articulaire non mesuré, dit état articulaire estimé. Dans ce cas, pour ledit état articulaire estimé, le jeu de calibration peut être calculé par interpolation d’au moins un jeu de calibration mesuré pour au moins un état articulaire mesuré lors des étapes 412-416.

L’interpolation peut être de tout type. Par exemple, l’interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l’état articulaire estimé.

L’étape 418 peut être réitérée autant de fois que souhaité pour calculer des jeux de calibration pour autant d’états articulaires estimés.

Ainsi, la deuxième phase de calibration 410 fournit au moins K jeu de calibrations JDC¹-JDC^K, associé chacun à un état articulaire, respectivement EA¹-EA^K. Chaque jeu de calibration comprend une donnée de calibration représentative de la capacité environnement vue par chaque électrode de mesure.

Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les états articulaires mesurées lors de la deuxième phase de calibration peuvent être des états articulaires applicatifs du robot permettant de déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie correspondant à l’application considérée. La trajectoire peut être alors définie comme une succession d’états articulaires. Suivant d’autres exemples, le robot articulé peut comprendre une tête fonctionnelle, et les états articulaires mesurées lors de la deuxième phase de calibration peuvent être des états articulaires applicatifs du robot correspondant à des états articulaires dudit robot pour déplacer ladite tête fonctionnelle sur une trajectoire prédéfinie.

Les FIGURES 5a-5c sont des représentations schématiques d’un exemple de réalisation non limitatif d’une troisième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l’invention.

La représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA¹et la représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA² _,différent du premier état articulaire EA¹.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une troisième phase de calibration 510. La troisième phase de calibration 510 de la peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la , équipant un robot, tel que le robot 200 de la .
La troisième phase de calibration 510 permet de déterminer expérimentalement, pour les différentes électrodes de mesure, une relation entre une position d’un objet de référence relativement à l’électrode de mesure, et la mesure produite par cette électrode. En effet, le couplage capacitif entre une électrode de mesure et un objet dépend de la distance, mais aussi d’autres paramètres tels que la géométrie et les positions relatives de l’électrode et de l’objet. La relation entre la capacité mesurée et la distance peut être déterminée de manière théorique, par exemple avec la loi du condensateur plan. Toutefois, pour plus de précision il est préférable de la déterminer expérimentalement par calibration avec un objet de référence. Une façon de réaliser cette calibration est de positionner un objet de référence à une ou plusieurs positions, par exemple le long d’une normale à la surface de l’électrode de mesure, à des distances connues de cette électrode, et de mesurer le couplage capacitif correspondant. Cette opération doit être réalisée pour toutes les électrodes de mesure individuellement afin de calibrer chaque électrode.
Cette troisième phase de calibration 510 peut être réalisée en l’absence d’objets statiques. Elle peut également être réalisées avec des objets statiques présents dans l’environnement du robot 100. C’est ce dernier cas qui est illustré dans l’exemple des FIGURES 5a et 5b. Pour ne pas alourdir l’exemple, un seul objet statique 402 est représenté. L’objet statique représenté sur les FIGURES 5a et 5b, est par exemple un mur 402.

La troisième phase de calibration est donc réalisée en positionnant un objet de référence, ou objet étalon, 502 en regard d’au moins une électrode à calibrer à au moins une position D connue relativement à cette électrode. Cette position D peut être définie par exemple comme étant le long d’une normale à la surface de l’électrode, à une distance connue de l’électrode.

Dans ces conditions, pour chaque état articulaire du robot et pour chaque position de l’objet étalon en regard d’une électrode de mesure 102, cette électrode de mesure voit une capacité totale, notée C_TOT, qui correspond à la somme des capacités suivants :

• la capacité propre C_Pde l’électrode de mesure, et
• la capacité de fuite, notée C_F, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102 et l’objet statique 410, le cas échéant, et
• la capacité de couplage, notée C_ET(D), entre l’électrode de mesure 102 et l’objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode.

Ainsi, dans chaque état articulaire et pour chaque position de l’objet étalon en regard de chaque électrode de mesure, la donnée de calibration mesurée pour l’électrode de mesure considérée sera représentative de ladite capacité totale C_TOT. Par ailleurs, dans ce mode de calibration, seule la mesure de l’électrode en regard de laquelle l’objet est positionné est prise en compte. Ainsi, on note D_nune position d’un objet étalon en regard d’une électrode de mesure n.

Par exemple, dans le premier état articulaire EA¹, représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃avec l’objet étalon 502 à la position D₃relativement à cette électrode voit une capacité totale C_{TOT 3} ¹, telle que
C_{TOT 3} ¹=C_{P 3} ¹+ C_{F 3} ¹+C_{ET 3} ¹(D₃)
avec :

• C_{P 3} ¹la capacité propre de l’électrode de mesure 102₃dans l’état articulaire EA¹,
• C_{F 3} ¹une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’objet statique 402, dans l’état articulaire EA¹,
• C_{ET 3} ¹(D₃) la capacité de couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’objet étalon 502 à la position D₃relativement à l’électrode de mesure 102₃, dans l’état articulaire EA¹ _.

Ainsi, dans ce premier état articulaire EA¹, l’électrode de mesure 102₃fournit une donnée de calibration VTC₃ ¹représentative de la capacité totale C_{TOT 3} ¹, telle que :
VTC₃ ¹=f(C_{TOT 3} ¹).

De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA², représenté sur la , l’électrode de mesure 102₃mesure une donnée de calibration VTC₃ ²représentative de la capacité totale C_{TOT 3} ², telle que :
C_{TOT 3} ²=C_{P 3} ²+ C_{F 3} ²+C_{ET 3} ²(D₃),
VTC₃ ²=f(C_{TOT 3} ²).
avec

• C_{P 3} ²la capacité propre de l’électrode de mesure 102₃dans le deuxième état articulaire EA², et
• C_{F 3} ²une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’au moins un objet statique 402, dans le deuxième articulaire EA², et
• C_{ET 3} ²(D₃) la capacité de couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102₃et l’objet étalon 502 à la position D₃relativement à l’électrode, dans l’état articulaire EA² _.

Pour au moins un état articulaire, l’objet étalon 502 peut être positionné en différentes positions en regard de chaque électrode de mesure, et un jeu de calibration peut être mesuré pour chaque position de l’objet étalon en regard de chaque électrode dans ledit état articulaire. En supposant que l’objet étalon 502 est positionné en P positions D_n ^pdifférentes en regard de chaque électrode n pour un état articulaire k, alors la troisième phase de calibration fournit P jeux de calibration pour chaque électrode. Le nombre de positions P peut être identique ou différent pour chaque état articulaire et chaque électrode. Pour des raisons de concision, on le suppose identique dans la suite. On obtient ainsi pour chaque électrode n dans l’état articulaire k, P données de calibration {VTC_n ^k,1… VTC_n ^k,P} = {VTC_n ^{k, p}} ; p=1…P, représentatives respectivement d’une capacité totale C_TOT« vue » par une électrode de mesure.

Ainsi, dans chaque état articulaire EA¹et EA²et pour chaque position D_n ^pde l’objet étalon relativement à chaque électrode n, un jeu de calibration est mesuré, respectivement JTC¹et JTC² _:
JTC¹=({VTC₁ ^{1 , p}},{VTC₂ ^{1 , p}},{VTC₃ ^{1 , p}},{VTC₄ ^{1 , p}}) ; p=1…P
JTC²=({VTC₁ ^{2 , p}},{VTC₂ ^{2 , p}},{VTC₃ ^{2 , p}},{VTC₄ ^{2 , p}}) ; p=1 …P
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de la capacité totale vue par ladite électrode de mesure avec l’objet étalon 502 en regard de ladite électrode.

Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la troisième phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la troisième phase de calibration 510 comprend, pour chaque état articulaire, la mesure d’au moins un jeu de calibration tel que :
JTC^k=({VTC₁ ^{k ,p}}, ... {VTC_n ^{k ,p}}, ... ,{VTC_N ^{k ,p}})
avec n=1, ..., N ; p=1,…,P et k=1, ...,K.
Chaque jeu de calibration JTC^kest associé à un jeu de variables articulaires décrivant l’état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_m ^k,..., VA_M ^k)
avec m=1, ..., M.

Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1≤k≤K, la troisième phase de calibration mémorise ensemble :

• le jeu de variable articulaire EA^k=(VA₁ ^k,..., VA_m ^k,..., VA_M ^k) décrivant ledit état articulaire EA^k, et
• le jeu de calibration JTC^k =({VTC₁ ^{k ,p}}, ... {VTC_n ^{k ,p}}, ... ,{VTC_N ^{k ,p}}) pour chaque position D_n ^pde l’objet étalon 502 en regard de chaque électrode n, dans ledit état articulaire k, avec p=1, ..., P et k=1, ..., K ; et
• les positions D_n ^pde l’objet étalon 502.

La représente, sous la forme d’un diagramme, les différentes étapes d’une troisième phase de calibration 510.

La troisième phase de calibration 510 comprend une étape 512 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l’état articulaire EA¹représenté sur la .

Puis, une étape 514 déplace l’objet étalon 502 dans une première position D₁ ¹en regard d’une électrode de mesure, par exemple 102₁.

Puis, lors d’une étape 516, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant l’électrode de mesure 102₁, tel que décrit en référence à la par exemple. Ainsi, pour le premier état articulaire EA¹, et pour la première position de l’objet étalon 502 en regard de l’électrode de mesure 102₁on obtient une donnée de calibration VTC₁ ^1,1constitutive d’un jeu de calibration JTC¹.

Lors d’une étape 518, la donnée de calibration VTC₁ ^1,1constitutive du jeu de calibration JTC¹est mémorisé avec un jeu de variables articulaires EA¹=(VA₁ ¹,..., VA_j ¹,..., VA_m ¹) représentant l’état articulaire EA¹et une donnée de position de l’objet étalon.

Sans modifier l’état articulaire du robot, la position de l’objet étalon 502 peut être modifiée en une nouvelle position D_n ^pen regard d’une électrode de mesure 102_n. Cette nouvelle position peut constituer en une nouvelle distance en regard d’une même électrode de mesure que précédemment, ou d’une position en regard d’une autre électrode de mesure. Les étapes 514-518 peuvent ainsi être réitérées pour mesurer une nouvelle donnée de calibration VTC_n ^{k ,p}. On constitue ainsi de manière itérative un jeu de calibration JTC^k, et ce pour les différentes positions D_n ^pde l’objet étalon en regard des électrodes n, dans cet état articulaire k : JTC¹=({VTC₁ ^{1, p}}, ... {VTC_n ^{1, p}}, ... ,{VTC_N ^{1, p}})

Ensuite, les étapes 512-518 peuvent être réitérées pour un ou plusieurs nouveaux état(s) articulaire(s) du robot et un ou plusieurs jeux de calibration peuvent être mesurées, chacun pour au moins une position de l’objet étalon relativement à au moins une électrode, dans cet ou ces états articulaires. Il est à noter que la troisième phase de calibration peut aussi n’être réalisée que pour un seul état articulaire. Cela est possible lorsque la capacité de couplage C_ET(D) entre une électrode de mesure 102 et un objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode dépend essentiellement de cette position D mais peu de l’état articulaire, ce qui est souvent le cas. Bien entendu, l’état articulaire influe par contre sur la capacité propre de l’électrode C_Pet sur la capacité de fuite due à l’environnement statique, le cas échéant.

La troisième phase de calibration 510 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d’une étape 520 de calcul d’un jeu de calibration pour au moins une position, dite non mesurée, dans un état articulaire en fonction des jeux de calibration mesurées pour d’autres positions dans ledit état articulaire.

L’interpolation peut être de tout type. Par exemple, l’interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux positions les plus proches de l’état articulaire estimé.

La troisième phase de calibration 510 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d’une étape 522 de calcul d’un jeu de calibration pour au moins un état articulaire, dit état articulaire estimée, en fonction des jeux de calibration mesurés pour d’autres états articulaires, préférentiellement pour une même position de l’objet étalon relativement à une électrode.

L’interpolation peut être de tout type. Par exemple, l’interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l’état articulaire estimé, pour la position donnée de l’objet étalon.

Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les positions de l’objet étalon mesuré pour au moins un état articulaire peuvent correspondre à des distances minimales de sécurité, entre le robot et un objet, déclenchant une alerte ou un arrêt d’urgence dudit robot.

Bien entendu, chacune des phases de calibration décrites plus haut peut être combinée à au moins une autre desdites phases de calibration.

La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un procédé de détection de capacitive selon l’invention.

Le procédé 600 de la comprend une étape 602 de mesure capacitive par chaque électrode de mesure dans un état articulaire. Les valeurs ainsi mesurées forment un jeu de mesure.

Lors d’une étape 604, le jeu de calibration mémorisé pour cet état articulaire et chargé, par exemple depuis une base de données.

Lors d’une étape 606, une donnée de détection pour chaque électrode de mesure est calculée en fonction du jeu de mesure et du jeu de calibration.

Lorsque le jeu de calibration est un jeu de calibration mesuré lors d’une première phase de calibration telle que la première phase de calibration 310 des FIGURES 3a-3c, alors le jeu de données de détection peut être obtenu en retranchant ledit jeu de calibration dudit jeu de mesure. Ainsi, une valeur de détection corrigée est obtenue pour chaque électrode de mesure. La correction consiste en l’élimination de la capacité propre C_Pde chaque électrode de mesure de la mesure réalisée.

Lorsque le jeu de calibration est un jeu de calibration mesuré lors d’une deuxième phase de calibration telle que la deuxième phase de calibration 410 des FIGURES 4a-4c, alors le jeu de données de détection peut être obtenu en retranchant ledit jeu de calibration du jeu de mesure. Ainsi, une valeur de détection corrigée est obtenue pour chaque électrode de mesure. La correction consiste en l’élimination de la capacité d’environnement C_ENvue par chaque électrode de mesure de la mesure réalisée. Bien entendu, la deuxième phase de calibration doit avoir été réalisée dans le même environnement que la mesure.

La troisième phase de calibration permet d’obtenir une mesure en distance d’un objet supposé similaire ou comparable à l’objet étalon utilisé, en mesurant expérimentale la relation entre la capacité de couplage C_ET(D), entre une électrode de mesure 102 et l’objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode. Pour cela, ou peut déduire de la capacité totale C_TOTmesurée lors de la troisième phase de calibration la capacité propre de l’électrode C_Pobtenue lors d’une première phase de calibration, ou la capacité d’environnement C_ENobtenue lors d’une deuxième phase de calibration.

Il est à noter que la relation entre la capacité de couplage C_ETet la distance de l’objet D peut être déterminée dans un premier environnement, dit de calibration, dans lequel sont effectuées une première ou une deuxième phase de calibration, puis une troisième phase de calibration. Puis le robot peut être positionné dans un environnement de mesure avec des objets statiques, et une deuxième phase de calibration peut être exécutée dans cet environnement, de sorte à déterminer une capacité d’environnement de mesure C_EN,M. Ainsi, on peut déduire la capacité de couplage mesurée C_{ET ,M}de la capacité totale mesurée dans cet environnement C_TOT,Men retranchant la capacité d’environnement de mesure C_EN,Mpour l’état articulaire concerné. Puis ou peut déterminer la position P de l’objet par rapport à chaque électrode en exploitant la relation entre la capacité de couplage C_ET,Met la position D déterminée lors de la troisième phase de calibration.

La est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif de détection de capacitive selon l’invention.

Le dispositif 700 de la comprend tous les éléments du dispositif 100 de la .

Le dispositif 700 comprend en outre une base de données 702 pour mémoriser des jeux de calibrations, chacun associé à un état articulaire et éventuellement à une position d’un objet étalon.

Le dispositif 700 comprend en outre une unité de traitement 704 pour lire depuis la base de données 702 un jeu de calibration et corriger un jeu de mesure, tel que décrit plus haut en référence au procédé 600 de la .

L’unité de traitement 704 peut être tout processeur ou toute puce informatique, ou un programme d’ordinateur.

L’unité de traitement 704 peut être un composant, ou un programme, individuel. Alternativement, l’unité de traitement 704 peut être intégré dans un autre composant, respectivement dans un autre programme d’ordinateur.

L’invention porte également sur un robot, tel que par exemple le robot 200, équipé d’un dispositif selon l’invention, tel que par exemple le dispositif 700 de la .

Bien entendu l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.

Claims (15)

1. Procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive (100) équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation ;
   ledit dispositif de détection capacitive (100) comprenant au moins une électrode (102₁-102_N), dite de mesure ;
   ledit procédé (600) comprenant au moins une phase de calibration (310;410;510) comprenant :

   • mesure (314;414;516) de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires (EA¹,EA²) dudit robot articulé (200) :
     • chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure (102₁-102_N), et
     • chaque état articulaire (EA¹,EA²) étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire ; et
   • mémorisation (316;416;518), pour chaque état articulaire (EA¹,EA²), du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire (EA¹,EA²).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend, pour au moins une phase de calibration (310;410;510), pour au moins un état articulaire (EA¹,EA²) dudit robot (200), une étape (318;418;522) de détermination d’un jeu de calibration, par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurées pour différents états articulaires lors de ladite phase de calibration (310;410;510).
3. Procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une première phase de calibration (310) dudit dispositif de détection (100), réalisée en l’absence de tout objet dans l’environnement dudit robot (200) de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA¹,EA²), pour au moins une électrode de mesure (102₁-102_N), une donnée de calibration relative à une capacité propre de ladite électrode de mesure (102₁-102_N).
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première phase de calibration (310) est réalisée pour plusieurs états articulaires (EA¹,EA²), dits critiques, préalablement définis.
5. Procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième phase de calibration (410), réalisée en présence d’au moins un objet statique (402) dans l’environnement dudit robot (200) de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA¹,EA²), pour au moins une électrode de mesure (102₁-102_N), une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité d’environnement, correspondant à une somme :

   • d’une capacité propre de ladite électrode de mesure (102₁-102_N), et
   • d’une capacité, dite de fuite, due à l’au moins un objet statique (102₁-102_N).
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième phase de calibration (410) est réalisée pour plusieurs états articulaires (EA¹,EA²), dits applicatifs, correspondants à des états articulaires pris par le robot articulé (200) lors de son utilisation.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, le robot articulé (200) comprend une tête fonctionnelle, et en ce que les états articulaires applicatifs du robot (200) correspondent à des états articulaires (EA¹,EA²) dudit robot pour déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie, et/ou pour déplacer une tête fonctionnelle équipant ledit robot sur une trajectoire prédéfinie.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre, une troisième phase de calibration (510) dudit dispositif de détection (100), réalisée en présence uniquement d’un objet étalon (502), de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA¹,EA²), pour au moins une électrode de mesure (102₁-102_N), une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité totale, correspondant à une somme :

   • d’une capacité propre de ladite électrode de mesure (102₁-102_N),
   • d’une capacité, dite capacité étalon, due à l’objet étalon (502), et
   • éventuellement d’une capacité, dite de fuite, due à au moins un objet statique (402) dans l’environnement du robot (200).
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième phase de calibration (510) comprend, pour au moins un état articulaire dudit robot une mesure, pour au moins une électrode de mesure (102₁-102_N), de plusieurs jeux de calibration, chacun pour une distance différente de l’objet étalon (502) par rapport à ladite électrode de mesure (102₁-102_N).
10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième phase de calibration (510) comprend, pour au moins une position de l’objet étalon (502) dans au moins un état articulaire (EA¹,EA²) dudit robot (200), une étape (520) de détermination d’un jeu de calibration par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurés pour différentes positions de l’objet (502) étalon dans ledit état articulaire (EA¹,EA²).
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu’il comprend une définition d’au moins une valeur, dite de sécurité, correspondant à une distance de sécurité minimale à ne pas dépasser entre l’objet étalon (502) et le robot (200).
12. Procédé (600) de détection capacitive d’au moins un objet (104) par un dispositif de détection capacitive (100) comprenant au moins une électrode (102₁-102_N), dite de mesure, équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation, ledit procédé (600) comprenant les étapes suivantes :

    • une étape de calibration (310 ;410 ;510) dudit dispositif (100) par le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes ; et
    • au moins une itération d’une étape (602) de détection capacitive par ledit dispositif de détection capacitive (100) .
13. Dispositif (700) de détection capacitive, comprenant au moins une électrode (102₁-102_N), dite de mesure, et équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation, calibré par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
14. Robot articulé (200) comprenant un dispositif de détection capacitive (700) selon la revendication précédente.
15. Robot (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un bras robotisé articulé ou d’un C-arm.