WO2001087550A1 - Bras de commande - Google Patents

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WO2001087550A1
WO2001087550A1 PCT/FR2001/001529 FR0101529W WO0187550A1 WO 2001087550 A1 WO2001087550 A1 WO 2001087550A1 FR 0101529 W FR0101529 W FR 0101529W WO 0187550 A1 WO0187550 A1 WO 0187550A1
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WO
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wrist
segments
control arm
arm
axis
Prior art date
Application number
PCT/FR2001/001529
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English (en)
Inventor
Alain Riwan
Dominique Ponsort
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US10/276,354 priority Critical patent/US20040099081A1/en
Priority to CA002408823A priority patent/CA2408823A1/fr
Priority to JP2001583989A priority patent/JP2004515369A/ja
Priority to EP01936577A priority patent/EP1282487A1/fr
Publication of WO2001087550A1 publication Critical patent/WO2001087550A1/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm

Definitions

  • the subject of this invention is a control arm, and more precisely of the kind of the master arms or for controlling a virtual reality simulation.
  • the condition of the arm is read by position sensors.
  • the arm is actuated normally by hand and it is generally equipped with force feedback motors to transmit to the operator forces corresponding to the interactions, real or simulated, between the slave arm and the environment or to the dynamic forces arising within the arm, without these motors being strictly essential.
  • the complex control arms are based on the exploitation of the six degrees of freedom of position and orientation in the space that the manipulation member located at the free end of the arm can take, or on most of them .
  • the arm must be composed of a number of elements (called segments) sufficient to allow all these movements of the gripping member. But experience shows that there then appear singularities, that is to say positions of the manipulation member which are inaccessible or do not correspond to a determined state of the arm.
  • the main reasons for these singularities are couplings between the movements of same direction at successive joints of segments, and more generally of states where the degrees of freedom of the arm which are free to manifest themselves are too few or too numerous.
  • the control arm comprising a train of segments ending on a base and a wrist articulated to the train of segments with an articulation axis
  • the train of segments is constructed so that the axis of articulation is maintained at a constant angle with respect to a fixed plane.
  • This arrangement allows both to clearly separate the translational and rotational control movements, which are carried out respectively by the train segments and the wrist elements, on either side of the articulation which connects them, and facilitate the balancing of the wrist, as well as of the rest of the arm, by making constant the force exerted by the wrist holder on the train of segments.
  • the train of segments can then be fully balanced by spring devices, without the need for locking or friction mechanisms at the joints which would make the maneuvering painful.
  • a return means suitable for keeping the angle of the wrist constant with a fixed plane comprises a succession of pulleys arranged at successive articulation pivots of the train segments, from the base to the wrist holder, and freely rotating around said pivots, except two end pulleys which are respectively connected to the base and the wrist holder, and belts stretched between the pulleys, parallel to the segments and forming a chain.
  • a suitable wrist is made up of elements hinged together, in particular with concurrent axes of rotation, since maintaining its center of gravity at a constant position becomes easy to obtain.
  • the train is advantageous for the train to be composed of two segments connected to each other and to the base by pivots with a horizontal axis and the base is connected to a fixed element by a pivot with a vertical axis. : all translational movements of the arm are then authorized, and the static balancing of the segments by springs becomes easy.
  • Figure 1 shows a general view of the arm and Figure 2 shows a variant end of the arm.
  • the arm is mounted on a base 1 pivoting about a vertical axis XI on a fixed support 2.
  • An arm segment 3 rotates on the base 1 around a horizontal axis X2, the orientation of which depends on the rotations inflicted on the base 1.
  • a forearm segment 4 is articulated to the arm segment 3, being able to rotate around an axis X3 (parallel to X2) by varying the angle made by these segments.
  • the other end of the forearm segment 4 ends on the articulation of a wrist holder 5; the axis X4 of articulation formed between them is parallel to the previous two.
  • a handling member constituted here by a handle 7
  • two stirrups 8 and 9 the first of which is articulated by its center to the wrist holder 5 around an axis X5, by the ends of its two branches 10 at the ends of the branches 11 of the other stirrup 9 by an axis X6; finally, the stirrup 9 is articulated by its center to the handle 7 by a last axis X7.
  • This arm therefore has seven apparent degrees of freedom, at axes XI to X7, and six reals excluding X4, as will be explained below, and sensors such as angle encoders are arranged at the real degrees of freedom XI , X2, X3, X5, X6 and X7 to measure the angles made by the articulated segments at these joints, or the movements of these segments, to deduce commands to be imposed on another device, - according to a specific programming. As nothing which is not already known is proposed here concerning these sensors, we will not describe them further.
  • the axes X5, X6, X7 are concurrent at a point 0, and the stirrups 8 and 9 are substantially symmetrical, so that the center of gravity of the stirrup 8 falls on the axis X5.
  • the center of gravity of the compound of the other stirrup 9 and of the handle 7 falls on the axis X7, and possibly on the point of competition 0, therefore also on the axis X5. If the center of gravity of the wrist 6 thus remains stationary at a point G of the axis X5 whatever the movements which are inflicted on its elements around the axes X5, X6 and X7, it therefore remains in a state of equilibrium indifferent .
  • the wrist holder 5 is maintained at the same elevation angle, that is to say at the same orientation relative to a horizontal plane, by means of a transmission described elsewhere in more detail. It follows that the bending moment exerted by the wrist 6 is supported by this transmission and that the arm segments 3 and forearm 4 must only support the self-weight of the wrist 6, for all their positions and all those of the wrist 6. It then becomes easy to balance the forearm segment 4 by a static balancing device 12 disposed on the base 1; another balancing device 13, likewise arranged on the base 1, serves to balance the arm segment 3.
  • the wrist holder 5 maintained at a constant orientation relative to a fixed plane makes it possible to decouple the degrees of freedom of translation of the arm, accomplished by the movements of the base '1 and of the segments 3 and 4, • those of orientation of the handle 7, accomplished by the movements of the wrist 6, which simplifies learning and maneuvering of the arm while helping to eliminate kinematic singularities. It is indeed visible that these singularities, which appear especially when two segments have been put in extension, can only occur here in extreme states of extension or folding of the arm, when the angle of segments 3 and 4 becomes close to zero or half a turn.
  • the concept of one invention can be applied to different arms, possibly less complex: it is thus frequent that five degrees of freedom of maneuver are sufficient; we then have the option of blocking or making inactive, for example, the rotation of the handle 7 around the axis X7 since this movement is the least convenient to accomplish.
  • Static balancing of the arm in the relaxed state is completed by ordinary force feedback motors which stop the rotations around axes XI, X2 and X3.
  • a first (14) is fixed to the fixed support 2 and is connected to the base 1 by a belt stretched around it, a gear or any other means; two other motors, invisible in the figure, are mounted on the base 1 and connected to the arm segment 3 by a pulley 30 and to the forearm segment 4 by a pulley 25, a belt 24 and a pulley 23 placed on the X3 axis.
  • a reference pulley 18 is arranged on the axis X2 of articulation of the arm segment 3, but it remains fixed on the base 1; a belt 19 is tensioned between it and a transmission pulley 20 disposed on the axis X3 of articulation of the arm segments 3 and forearm 4 so as to rotate freely; a second belt 21 is stretched between another transmission pulley groove 20 and a retaining pulley 22 rotating about the axis X4 but fixed to the wrist holder 5. It follows from this construction that the pulleys 20 and 22 undergo no rotation, no more than the wrist holder 5, since they are connected to the reference pulley 18 which is fixed, whatever the movements of the arm segments 3 and forearm 4.
  • the balancing of the arm 3 and forearm 4 segments is ensured at least partially by spring devices and possibly supplemented by the force feedback motors.
  • a peg 26 is placed at the periphery of a circular cheek of the balancing pulley 25, and a cable 27 is attached thereto; its opposite end is wound around a shaft 28 parallel to the axis X2, and which is held in rotation by a spiral spring 29 hooked between it and the base 1.
  • the pulleys 23 and 25 rotate and the unwound length of the cable 27 is modified, which proportionally increases or decreases the force in the spiral spring 29 due to the rotation of the shaft 28.
  • the cable 27 then plays the same role as a straight spring which would be stretched between the stud 26 and the shaft 28, so that the teaching of French patent 70 13606 cited above becomes applicable: by choosing the constant of the spiral spring 29 suitably, the segment d forearm 4 can be balanced regardless of its inclination; the position of the peg 26 is chosen so that the unrolled length of the cable 27 is maximum when the forearm segment 4 exerts the highest bending movement (when it is in the horizontal position).
  • 3 is similar and also includes a spiral spring, a shaft, a cable, a peg and a pulley (bearing the reference 30 in the figure) rotating around the axis X2, but the latter is fixed to the arm segment 3.
  • static balancing devices 12 and 13 lightens the arm by making it possible to use only smaller force feedback motors to balance the arm around the axes X2 and X3, where the forces to be balanced are 'precisely the most importants .
  • a particular shape of a wrist 106 will now be evoked by means of FIG. 2, at the end of an arm devoid of the wrist holder, a first stirrup 108 being directly mounted in rotation about the axis
  • X104 transverse at the end of forearm segment 104, just like the previous X4 axis.
  • a second bracket 109 is articulated to the first 108 about an axis X106, and a handle 107 pivots on the second bracket 109 around an axis X107.
  • the principle of the gyroscopic mount, with the three axes X104, X106 and X107 concurrent, is preserved for the convenience of the maneuver of the wrist and the ease of balancing. It is still useful, to satisfy this advantage, that the point of competition 0 of the three axes is in alignment with the main portion of the forearm segment 104, which encourages place the wrist 106 on a loose end 140 of the segment 104.
  • the center of gravity G of the wrist 106 should be located on the axis X104 so that it exerts an invariable force on the forearm segment 104, this which can be obtained by placing a counterweight 139 on the first stirrup 108, at the end of a branch 110 opposite to that 210 which carries the second stirrup 109 and the handle 107; advantageously, the common center of gravity of these two elements can be placed on the axis X106 so that the second stirrup 109 is also in equilibrium indifferent.
  • the main axis (X104) of articulation of the wrist 106 to the train of segments remains at a constant angle with a fixed plane (here-horizontal), since the train of segments cannot be turned in torsion; here it is horizontal (like the axes of articulation X2 and X3 of the segments 3 and 4 between them and at the base 1) and therefore hardly aligns with the axis X107 of the handle 107, which would produce peculiarities: the situation is actually the same as in figure 1 with the axis X5 of the wrist holder 5.
  • the end of the arm is asymmetrical and that the wrist 106 extends only on one side of the handle 107, leaving the other side free for the operator's hand and arm.
  • the arrangement shown is very good for maneuvers of the right arm, but much less suitable for those of the left arm.
  • a wrist reversing device 106 such as a pin 141 from which the lipped end 140 is suspended and which unites it to the rest of the forearm segment 104.
  • pin 141 is designed to allow the lodged part 140 to pivot by half a turn about the axis of segment 104 by arrow Z and place it in two opposite and symmetrical abutment states; the other state is shown in dotted lines.

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Abstract

Ce bras maître comprend un poignet (6) maintenu à une inclinaison globale constante pour assurer un découplage excellent des commandes de translation accomplies en déplaçant les segments (3, 4), et des commandes de rotation, accomplies en tournant le poignet. La tâche de l'opérateur est facilitée et les singularités cinématiques sont presque absentes. Une réalisation particulière comporte un porte-poignet (5) et une liaison spéciale (18 à 22) qui relie ce dernier à une embase fixe; et les éléments mobiles (7, 8, 9) du poignet (6) ont des axes d'articulation concourant en un point (0). Ainsi, le poignet (6) est équilibré en rotation et exerce un effort constant sur les segments (3, 4) du bras, ce qui permet de les équilibrer facilement par un moyen de rappel statique. Le bras peut donc rester à une position stable même quand il est relâché.

Description

BRAS DE COMMANDE
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un bras de commande, et plus précisément du genre des bras maîtres ou pour commander une simulation de réalité virtuelle. L'état du bras est relevé par des capteurs de position. Le bras est actionné normalement à la main et il est généralement muni de moteurs de retour d'effort pour transmettre à l'opérateur des efforts correspondant aux interactions, réelles ou simulées, entre le bras esclave et l'environnement ou aux efforts dynamiques prenant naissance au sein du bras, sans que ces moteurs soient strictement indipensables .
Si ces bras offrent une grande commodité en permettant de commander rapidement et aisément un état voulu par l'opérateur, certains problèmes y apparaissent toutefois. Les bras de commande complexes reposent sur l'exploitation des six degrés de liberté de position et d'orientation dans l'espace que peut prendre l'organe de manipulation situé à l'extrémité libre du bras, ou sur la plupart d'entre eux. Le bras doit être composé d'un nombre d'éléments (appelés segments) suffisant pour permettre tous ces mouvements de l'organe de préhension. Mais l'expérience montre qu'il apparaît alors des singularités, c'est-à-dire des positions de l'organe de manipulation qui sont inaccessibles ou ne correspondent pas à un état déterminé du bras. Les raisons principales de ces singularités sont des couplages entre les mouvements de même direction à des jointures successives de segments, et plus généralement des états où les degrés de liberté du bras qui sont libres de se manifester sont trop peu nombreux ou trop nombreux. Les concepteurs de bras se sont ingéniés à réduire le nombre des singularités, mais les agencements qui seraient les plus convenables en cela ne sont pas toujours satisfaisants puisqu'il faut respecter d'autres exigences, et en particulier la légèreté du bras, la faiblesse de l'effort de manipulation et l'équilibrage du bras en toute position sans qu'il s'effondre ou se déforme d'une autre façon dès qu'il est relâché. Il serait concevable de s'opposer à de telles déformations en laissant des frottements importants aux jointures des segments du bras, mais cela rendrait le bras incommode à manipuler et n'est donc pas envisageable. On a aussi envisagé des systèmes à ressort pour équilibrer individuellement les segments du bras, selon l'enseignement du brevet français 70 13606. Cette solution serait la meilleure, mais ne semble pas véritablement avoir été appliquée pour des bras complexes puisqu'il faut en réalité équilibrer non seulement le poids d'un segment, mais le moment fléchissant de l'ensemble des autres segments qui le suivent vers l'extrémité libre du bras, et qui est variable puisque cet ensemble est susceptible de se déformer.
Une solution à ces insuffisances des bras connus est pourtant offerte au moyen de l'invention, dont les avantages principaux sont un grand champ de déplacement sans singularité du bras et que ses éléments principaux restent en équilibre indifférent.
Sous sa forme la plus générale, le bras de commande, comprenant un train de segments finissant sur une embase et un poignet articulé au train de segments à un axe d'articulation, est caractérisé en ce que le train de segments est construit de façon que l'axe d'articulation soit maintenu à un angle constant par rapport à un plan fixe. Cette disposition permet à la fois de séparer nettement les mouvements de commande en translation et en rotation, qui sont effectués respectivement par les segments du train et les éléments du poignet, de part et d'autre de l'articulation qui les relie, et de faciliter l'équilibrage du poignet, ainsi que du reste du bras, en rendant constant l'effort exercé par le, porte-poignet sur le train de segments. En particulier, le train de segments peut alors être entièrement équilibré par des dispositifs à ressort, sans qu'on doive recourir à des mécanismes de blocage ou de frottement aux articulations qui rendraient la manœuvre pénible.
Un moyen de rappel convenant pour maintenir constant l'angle du poignet avec un plan fixe comprend une succession de poulies disposées à des pivots d'articulation successifs des segments du train, depuis l'embase jusqu'au porte-poignet, et tournant librement autour desdits pivots, sauf deux poulies extrêmes qui sont respectivement reliées à l'embase et au porte-poignet, et des courroies tendues entre les poulies, parallèlement aux segments et formant une chaîne .
Un poignet convenable est composé d'éléments articulés entre eux, notamment à axes de rotation concourants, car le maintien de son centre de gravité à une position constante devient facile à obtenir.
D'une façon plus générale, il est avantageux que le train soit composé de deux segments reliés entre eux et à l'embase par des pivots d'axe horizontal et l'embase soit reliée à un élément fixe par un pivot d'axe vertical : tous les mouvements de translation du bras sont alors autorisés, et l'équilibrage statique des segments par des ressorts devient facile.
L'invention sera maintenant décrite au moyen des figures, dont la figure 1 représente une vue générale du bras et la figure 2 représente une variante d'extrémité du bras.
Le bras est monté sur une embase 1 pivotant autour d'un axe vertical XI sur un support fixe 2. Un segment de bras 3 tourne sur l'embase 1 autour d'un axe horizontal X2 , dont l'orientation dépend des rotations infligées à l'embase 1. Un segment d'avant-bras 4 est articulé au segment de bras 3 en pouvant tourner autour d'un axe X3 (parallèle à X2) en faisant varier l'angle que font ces segments. L'autre extrémité du segment d'avant-bras 4 finit sur l'articulation d'un porte-poignet 5 ; l'axe X4 d'articulation formé entre eux est parallèle aux deux précédents. Après le porte-poignet 5, on trouve les autres éléments d'un poignet 6, à savoir un organe de manipulation constitué ici par une poignée 7, et encore deux étriers 8 et 9 , dont le premier est articulé par son centre au porte-poignet 5 autour d'un axe X5 , par les extrémités de ses deux branches 10 aux extrémités des branches 11 de l'autre étrier 9 par un axe X6 ; enfin, 1 ' étrier 9 est articulé par son centre à la poignée 7 par un dernier axe X7.
Ce bras présente donc sept degrés de liberté apparents, aux axes XI à X7 , et six réels en excluant X4, comme on va l'expliquer plus loin, et des capteurs tels que des codeurs d'angle sont disposés aux degrés de liberté réels XI, X2 , X3 , X5 , X6 et X7 pour mesurer les angles que font les segments articulés à ces jointures, ou les mouvements de ces segments, pour en déduire des commandes à imposer à un autre appareil,- selon une programmation spécifique. Comme rien qui ne soit déjà connu n'est proposé ici à propos de ces capteurs, on ne les décrira pas davantage.
Les axes X5 , X6, X7 sont concourants en un point 0, et les étriers 8 et 9 sont sensiblement symétriques, de façon que le centre de gravité de 1 ' étrier 8 tombe sur l'axe X5. De plus, le centre de gravité du composé de l'autre étrier 9 et de la poignée 7 tombe sur l'axe X7, et éventuellement sur le point de concours 0, donc aussi sur l'axe X5. Si le centre de gravité du poignet 6 reste ainsi immobile à un point G de l'axe X5 quels que soient les mouvements qui sont infligés à ses éléments autour des axes X5, X6 et X7 , il reste donc à un état d'équilibre indifférent. Le porte-poignet 5 est maintenu à un même angle de site, c'est-à-dire à une même orientation par rapport à un plan horizontal, au moyen d'une transmission décrite ailleurs plus en détail. Il en résulte que le moment fléchissant exercé par le poignet 6 est soutenu par cette transmission et que les segments de bras 3 et d'avant-bras 4 ne doivent soutenir que le poids propre du poignet 6, pour toutes leurs positions et toutes celles du poignet 6. Il devient alors facile d'équilibrer le segment d'avant-bras 4 par un dispositif d'équilibrage 12 statique disposé sur l'embase 1 ; un autre dispositif d'équilibrage 13, pareillement disposé sur l'embase 1, sert à équilibrer le segment de bras 3.
Outre cet avantage, le porte-poignet 5 maintenu à une orientation constante par rapport à un plan fixe permet de découpler les degrés de liberté de translation du bras, accomplis par les mouvements de l'embase' 1 et des segments 3 et 4 , • de ceux d'orientation de la poignée 7, accomplis par les mouvements du poignet 6, ce qui simplifie l'apprentissage et la manœuvre du bras tout en contribuant à éliminer les singularités cinématiques . Il est en effet visible que ces singularités, qui apparaissent surtout quand deux segments ont été mis en prolongement, ne peuvent ici survenir qu'à des états extrêmes d'extension ou de repliement du bras, quand l'angle des segments 3 et 4 devient proche de zéro ou d'un demi-tour. Un autre aspect de cette question concerne le poignet 6 : des singularités apparaîtraient si la poignée 7 était dirigée vers le porte-poignet 5, c'est-à-dire si les axes X5 et X7 se confondaient, ou si elle prolongeait le segment 4 ; mais de telles situations ne peuvent apparaître facilement avec le porte-poignet 5 maintenu à une inclinaison constante et notamment proche de l'horizontale, puisqu'elles imposent de renverser complètement la poignée 7, au- delà d'un mouvement naturel de manœuvre par l'opérateur.
Le concept de 1 ' invention peut être appliqué à des bras différents, éventuellement moins complexes : il est ainsi fréquent que cinq degrés de liberté de manœuvre suffisent ; on a alors la faculté de bloquer ou de rendre inactive, par exemple, la rotation de la poignée 7 autour de l'axe X7 puisque ce mouvement est le moins commode à accomplir.
L'équilibrage statique du bras à l'état relâché est complété par des moteurs de retour d'effort ordinaires qui arrêtent les rotations autour des axes XI, X2 et X3. Un premier (14) est fixé au support 2 fixe et est connecté à 1 ' embase 1 par une courroie tendue autour de celle-ci, un engrenage ou tout autre moyen ; deux autres moteurs, invisibles sur la figure, sont montés sur l'embase 1 et connectés au segment de bras 3 par une poulie 30 et au segment d'avant-bras 4 par une poulie 25, une courroie 24 et une poulie 23 placée sur l'axe X3. Ici encore, on ne recourt qu'à des éléments et procédés connus dans l'art et qui ne méritent pas de description plus détaillée.
Il convient au contraire de décrire complètement la façon dont le maintien de l'angle de site (avec un plan horizontal) du porte-poignet 5 est assuré.
Une poulie de référence 18 est disposée sur l'axe X2 d'articulation du segment de bras 3, mais elle reste fixe sur l'embase 1 ; une courroie 19 est tendue entre elle et une poulie de transmission 20 disposée sur l'axe X3 d'articulation des segments de bras 3 et d'avant-bras 4 de façon à tourner librement ; une seconde courroie 21 est tendue entre une autre gorge de poulie de transmission 20 et une poulie de maintien 22 tournant autour de 1 ' axe X4 mais fixée au porte-poignet 5. Il résulte de cette construction que les poulies 20 et 22 ne subissent aucune rotation, pas plus que le porte-poignet 5, puisqu'elles sont reliées à la poulie de référence 18 qui est fixe, quels que soient les mouvements des segments de bras 3 et d'avant-bras 4.
Enfin, l'équilibrage des segments de bras 3 et d'avant-bras 4 est assuré au moins partiellement par des dispositifs à ressort et complété éventuellement par les moteurs à retour d'effort. Un piton 26 est placé à la périphérie d'une joue circulaire de la poulie d'équilibrage 25, et un câble 27 lui est attaché ; son extrémité opposée est enroulée autour d'un arbre 28 parallèle à l'axe X2 , et qui est retenu en rotation par un ressort spiral 29 accroché entre lui et l'embase 1. Quand l'inclinaison du segment d'avant-bras 4 est modifiée, les poulies 23 et 25 tournent et la longueur déroulée du câble 27 est modifiée, ce qui accroît ou diminue proportionnellement l'effort dans le ressort spiral 29 en raison de la rotation de l'arbre 28. Le câble 27 joue alors le même rôle qu'un ressort droit qui serait tendu entre le piton 26 et l'arbre 28, de sorte que l'enseignement du brevet français 70 13606 cité plus haut devient applicable : en choisissant convenablement la constante du ressort spiral 29, le segment d'avant-bras 4 peut être équilibré quelle que soit son inclinaison ; la position du piton 26 est choisie pour que la longueur déroulée du câble 27 soit maximale quand le segment d'avant-bras 4 exerce le mouvement fléchissant le plus élevé (quand il est en position horizontale) .
Le dispositif d'équilibrage 12 du segment de bras
3 est semblable et comprend aussi un ressort spiral, un arbre, un câble, un piton et une poulie (portant la référence 30 sur la figure) tournant autour de l'axe X2 , mais celle-ci est fixée au segment de bras 3.
L'addition des dispositifs statiques d'équilibrage 12 et 13 allège le bras en permettant de n'employer que des moteurs de retour d'efforts plus petit pour équilibrer le bras autour des axes X2 et X3 , où les efforts à équilibrer sont ' précisément les plus importants .
Une forme particulière d'un poignet 106 sera à présent évoquée au moyen de la figure 2, à l'extrémité d'un bras dépourvu du porte-poignet, un premier étrier 108 étant directement monté en rotation autour de l'axe
X104 transversal au bout du segment d'avant-bras 104, tout comme l'axe X4 précédent. Un second étrier 109 est articulé au premier 108 autour d'un axe X106, et une poignée 107 pivote sur le second étrier 109 autour d'un axe X107. Le principe de la monture gyroscopique, aux trois axes X104, X106 et X107 concourants, est conservé pour la commodité de la manœuvre du poignet et la facilité de l'équilibrage. Il est encore utile, pour satisfaire à cet avantage-là, que le point de concours 0 des trois axes soit dans l'alignement de la portion principale du segment d'avant-bras 104, ce qui incite à disposer le poignet 106 sur une extrémité déjetée 140 du segment 104. Il convient que le centre de gravité G du poignet 106 soit situé sur l'axe X104 pour qu'il exerce un effort invariable sur le segment d'avant-bras 104, ce qui peut être obtenu en plaçant un contrepoids 139 sur le premier étrier 108, au bout d'une branche 110 opposée à celle 210 qui porte le second étrier 109 et la poignée 107 ; avantageusement, le centre de gravité commun de ces deux éléments peut être placé sur l'axe X106 pour que le second étrier 109 soit aussi en équilibre indifférent. Dans cette réalisation aussi, l'axe principal (X104) d'articulation du poignet 106 au train de segments reste à un angle constant avec un plan fixe (ici- horizontal) , puisque le train de segments ne peut pas être tourné en torsion ; il est ici horizontal (comme les axes d'articulation X2 et X3 des segments 3 et 4 entre eux et à l'embase 1) et ne s'aligne donc que difficilement avec l'axe X107 de la poignée 107, ce qui produirait des singularités : la situation est en vérité la même qu'à la figure 1 avec l'axe X5 du porte-poignet 5.
On notera que l'extrémité du bras est dissymétrique et que le poignet 106 ne s'étend que d'un côté de la poignée 107, laissant l'autre côté libre pour la main et le bras de l'opérateur. La disposition représentée est très bonne pour les manœuvres du bras droit, mais convient bien moins pour celles du bras gauche. Il est donc concevable d'utiliser un dispositif inverseur du poignet 106, tel qu'un tourillon 141 auquel l'extrémité déjetée 140 est suspendue et qui l'unit au reste du segment d'avant-bras 104. le tourillon 141 est conçu pour permettre de faire pivoter la partie déjetée 140 d'un demi-tour autour de l'axe du segment 104 par la flèche Z et la placer à deux états de butée opposés et symétriques ; l'autre état est représenté en pointillés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bras de commande comprenant un train de segments (3, 4) finissant sur une embase (1), et un poignet (6, 106) articulé au train de segments à un axe d'articulation (X4, X104) , caractérisé en ce que le train de segments (3, 4) est construit de façon que l'axe d'articulation (X4, X104) soit maintenu à un angle constant par rapport à un plan fixe.
2. Bras de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le plan est horizontal, le train est composé de segments (3, 4) reliés entre eux et à l'embase par des pivots (X2, X3 ) d'axe horizontal et l'embase est reliée à un élément fixe (2) par un' pivot (XI) d'axe vertical.
3. Bras de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le poignet est articulé au train de segments par un porte-poignet (5), qu'un moyen de rappel (18 à 22) maintient à un angle constant par rapport à un plan fixe.
4. Bras de commande suivant 1 ' une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de rappel comprend une succession de poulies (18, 20, 22) disposées à des pivots d'articulation successifs (X2, X3 , X4) des segments (3, 4) du train, depuis l'embase (1) jusqu'au porte-poignet (5), des courroies (18, 21) étant tendues entre des paires de poulies en formant une chaîne parallèle aux segments, les poulies tournant librement, sauf deux poulies d'extrémité qui sont respectivement fixées à l'embase (1) et au porte-poignet (5) .
5. Bras de commande suivant la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que certains au moins des segments sont équilibrés par des dispositifs (12, 13) à ressort.
6. Bras de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (3, 4) du train sont reliés entre eux et au poignet par des articulations d'axes tous parallèles (X2, X3 , X104) .
7. Bras de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le poignet (6 ; 106) est composé d'éléments articulés entre eux et en équilibre autour de l'axe d'articulation (X5, X104).
8. Bras de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le poignet est composé d'éléments articulés autour d'axes (X6, X7 ; X106, X107) concourant en un point de concours (O) aligné avec l'axe d'articulation (X5 ; X104) .
9. Bras de commande suivant la revendication 8 , caractérisé en ce que le point de concours (0) est situé au milieu d'une poignée (7, 107) de manœuvre du poignet.
10. Bras de commande suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le point de concours (0) est aligné avec une portion principale d'un des segments (104) , ledit segment comprenant encore une portion déjetée latéralement (140) à laquelle le poignet (106) est articulé.
11. Bras de commande suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la portion déjetée (140) est montée pivotante entre deux positions opposées et symétriques sur la portion principale du segment (104) .
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