WO2003066288A1 - Device for the spherical displacement of an element - Google Patents

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WO2003066288A1
WO2003066288A1 PCT/FR2003/000298 FR0300298W WO03066288A1 WO 2003066288 A1 WO2003066288 A1 WO 2003066288A1 FR 0300298 W FR0300298 W FR 0300298W WO 03066288 A1 WO03066288 A1 WO 03066288A1
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Jean-Pierre Friconneau
Mourad Karouia
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Commissariat A L'energie Atomique
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Abstract

The invention relates to a device (1) that is used to displace at least one element (2) in a space. The inventive device comprises the element to be displaced (2) and a fixed element (4) which is connected to the element to be displaced (2) by means of three arms (6a, 6b, 6c). Each of said arms comprises numerous segments (8, 14, 18, 22) that are interconnected by means of three linking elements (10, 16, 20) which each authorise at least one degree of rotation freedom along an axis. The axes (10a, 16a, 20a) of the aforementioned linking elements (10, 16, 20) of each arm (6a, 6b, 6c) meet at a fixed point (P) around which the element to be displaced (2) can rotate in a spherical manner with three degrees of freedom. According to the invention, for each arm (6a, 6b, 6c) of the device (1), the sum of the degrees of freedom authorised by the linking elements (10, 16, 20) is greater than or equal to five. The inventive device can be used for robotic surgical wrists in the field of endoscopy.

Description

DISPOSITIF DE DEPLACEMENT SPHERIQUE D'UN ELEMENT DEVICE FOR SPHERICAL DISPLACEMENT OF AN ELEMENT
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de déplacement d'un élément, comprenant l'élément à déplacer ainsi qu'un élément fixe relié à l'élément à déplacer par l'intermédiaire de trois bras, l'élément à déplacer étant apte à décrire un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté autour d'un point fixe.The invention relates to the field of devices for moving an element, comprising the element to be moved as well as a fixed element connected to the element to be moved by means of three arms, the element to be moved being suitable to describe a spherical rotational movement with three degrees of freedom around a fixed point.
L'invention concerne en outre l'application de ce type de dispositif, également appelé « mécanisme parallèle orientable à trois degrés de liberté », au domaine des robots utilisés en endoscopie, destinés à recréer les mouvements de la main d'un chirurgien.The invention further relates to the application of this type of device, also called "parallel mechanism orientable to three degrees of freedom", in the field of robots used in endoscopy, intended to recreate the movements of the hand of a surgeon.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Les mécanismes parallèles sont habituellement constitués d'un élément à déplacer et d'un élément fixe, reliés entre eux par autant de bras que de degrés de liberté associés à l'élément à déplacer.Parallel mechanisms usually consist of an element to be moved and a fixed element, linked together by as many arms as there are degrees of freedom associated with the element to be moved.
Dans le cas particulier du domaine de l'invention où le dispositif comporte un élément à déplacer apte à décrire un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté autour d'un point fixe, le dispositif comporte généralement trois bras de structure complexe, reliant séparément l'élément à déplacer à l'élément fixe. Dans ce domaine spécifique, plusieurs réalisations ont déjà été proposées.In the particular case of the field of the invention where the device comprises an element to be displaced capable of describing a spherical rotational movement with three degrees of freedom around a fixed point, the device generally comprises three arms of complex structure, connecting separately the element to be moved to the fixed element. In this specific area, several achievements have already been proposed.
On connaît tout d'abord des dispositifs mettant en œuvre des liaisons rotule entre l'élément à déplacer et l'élément fixe, ce type de liaison permettant en effet d'engendrer un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté.Firstly, devices are known which use ball-joint connections between the element to be moved and the fixed element, this type of connection in fact making it possible to generate a spherical rotation movement with three degrees of freedom.
Cependant, le problème majeur afférant à l'emploi de liaisons rotule dans de tels dispositifs, est caractérisé par l'inexistence de moyens satisfaisants susceptibles de motoriser ce type de liaisons .However, the major problem relating to the use of ball joint connections in such devices is characterized by the absence of satisfactory means capable of motorizing this type of link.
De l'art antérieur, on connaît également un mécanisme parallèle orientable à trois degrés de liberté, utilisé pour déplacer et positionner des moyens du type caméra vidéo.From the prior art, there is also known a parallel mechanism orientable with three degrees of freedom, used for moving and positioning means of the video camera type.
Dans ce mécanisme, une plate-forme mobile et une plate-forme fixe sont reliées entre elles par l'intermédiaire de trois bras identiques. Chacun de ces bras est composé d'une pluralité d'organes de structure reliés entre eux au moyen de trois liaisons similaires du type liaison pivot, également appelée « couple cinématique rotoide ».In this mechanism, a mobile platform and a fixed platform are interconnected by means of three identical arms. Each of these arms is made up of a plurality of structural members connected to one another by means of three similar connections of the pivot connection type, also known as “rotoid kinematic couple”.
Le mécanisme comprend par conséquent neuf liaisons pivot autorisant chacune un degré de liberté, et dont les axes sont concourants en un point fixe fictif, correspondant au centre de la rotation sphérique de la plate-forme mobile.The mechanism therefore comprises nine pivot links, each allowing a degree of freedom, and whose axes are concurrent at a fictitious fixed point, corresponding to the center of the spherical rotation of the mobile platform.
Néanmoins, il s'avère que pour assurer le bon fonctionnement d'un tel mécanisme, des contraintes géométriques, concernant notamment le positionnement des liaisons les unes par rapport aux autres, doivent nécessairement être strictement satisfaites. Ainsi, pour éviter un dysfonctionnement du mécanisme, il est impératif de respecter des tolérances très faibles pour l'ensemble des éléments constitutifs du mécanisme, ce qui engendre par conséquent des coûts importants et des difficultés d'assemblage.However, it turns out that to ensure the proper functioning of such a mechanism, geometric constraints, notably concerning the positioning connections with each other must necessarily be strictly satisfied. Thus, to avoid a malfunction of the mechanism, it is imperative to respect very low tolerances for all of the constituent elements of the mechanism, which consequently generates significant costs and assembly difficulties.
Lors d'un mouvement de la plate-forme mobile, on s'est en effet aperçu qu'en cas de non- respect d'une convergence stricte des axes des liaisons en un point fixe, le mécanisme était susceptible de se bloquer, un tel blocage pouvant provoquer son endommagement, voire sa détérioration totale.During a movement of the mobile platform, it was indeed noticed that in the event of non-compliance with strict convergence of the axes of the connections at a fixed point, the mechanism was liable to jam, a such blockage can cause damage or even total deterioration.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de l'invention est donc de présenter un dispositif de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, le dispositif comprenant l'élément à déplacer ainsi qu'un élément fixe relié à l'élément à déplacer par l'intermédiaire de trois bras, l'élément à déplacer étant apte à effectuer un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté autour d'un point fixe, ce dispositif remédiant au moins partiellement aux inconvénients cités ci-dessus relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, le dispositif comprenant l'élément à déplacer ainsi qu'un élément fixe relié à l'élément à déplacer par l'intermédiaire de trois bras comportant chacun une pluralité de segments reliés entre eux au moyen de trois liaisons autorisant chacune au moins un degré de liberté de rotation selon un axe, les axes des liaisons de chacun des bras étant concourants en un point fixe autour duquel l'élément à déplacer est apte à décrire un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté. Selon l'invention, pour chaque bras du dispositif, la somme des degrés de liberté autorisés par les liaisons est supérieure ou égale à cinq.PRESENTATION OF THE INVENTION The object of the invention is therefore to present a device for moving at least one element in space, the device comprising the element to be moved as well as a fixed element connected to the element to move by means of three arms, the element to be moved being able to perform a spherical rotational movement with three degrees of freedom around a fixed point, this device at least partially overcoming the drawbacks mentioned above relating to the embodiments of the prior art. To do this, the invention relates to a device for moving at least one element in space, the device comprising the element to be moved as well as a fixed element connected to the element to be moved via of three arms each comprising a plurality of segments connected together by means of three links each authorizing at least one degree of freedom of rotation along an axis, the axes of the connections of each of the arms being concurrent at a fixed point around which the element to be moved is able to describe a spherical rotation movement with three degrees of freedom. According to the invention, for each arm of the device, the sum of the degrees of freedom authorized by the links is greater than or equal to five.
Avantageusement, contrairement au mécanisme de l'art antérieur dans lequel la plate-forme mobile est reliée à la plate-forme fixe au moyen de trois bras comportant chacun trois liaisons pivot, les bras du dispositif selon l'invention comportent chacun trois liaisons dont la somme des degrés de liberté autorisés par ces liaisons est supérieure ou égale à cinq. Cette caractéristique spécifique de l'invention a pour effet bénéfique de rendre le dispositif isostatique, et non hyperstatique comme cela est le cas pour le mécanisme de l'art antérieur. Ainsi, en raison de l'état mécanique isostatique dans lequel il se trouve, le dispositif selon d'invention n'est plus soumis aux contraintes géométriques strictes, notamment en ce qui concerne le positionnement relatif des axes des liaisons présentes sur chacun des bras du dispositif. Cette constatation peut être vérifiée à l'aide de la formule de mobilité, dite formule de Tchebychev ou de Grûbler-Kutzbbach, cette formule ayant également été généralisée par Hervé.Advantageously, unlike the mechanism of the prior art in which the mobile platform is connected to the fixed platform by means of three arms each comprising three pivot connections, the arms of the device according to the invention each comprise three connections, the sum of the degrees of freedom authorized by these connections is greater than or equal to five. This specific characteristic of the invention has the beneficial effect of making the device isostatic, and not hyperstatic, as is the case for the mechanism of the prior art. Thus, due to the isostatic mechanical state in which it is located, the device according to the invention is no longer subject to strict geometrical constraints, in particular as regards the relative positioning of the axes of the links present on each of the arms of the device. This observation can be verified using the mobility formula, known as the Tchebychev or Grûbler-Kutzbbach formula, this formula having also been generalized by Hervé.
(1) : F ≈ d (n-l) - Σ± (d-f ) avec : F : degré de liberté global du dispositif ; d : dimension du sous-groupe du groupe des déplacements associé au dispositif ; n : nombre de corps rigides du dispositif ; f± : degré de liberté d'une liaison i entre deux corps rigides .(1): F ≈ d (nl) - Σ ± (df) with: F: overall degree of freedom of the device; d: dimension of the subgroup of the group of displacements associated with the device; n: number of rigid bodies of the device; f ± : degree of freedom of a connection i between two rigid bodies.
Dans le cas général, c'est-à-dire lorsque l'on considère le groupe entier des déplacements, d ≈ 6. De plus, le dispositif selon l'invention ainsi que le mécanisme de l'art antérieur comportant tous deux un élément mobile ainsi qu'un élément fixe, il est également possible de simplifier cette formule en posant n = 2 . Enfin, fi correspond dans ce cas au degré de liberté d'un bras i. La formule générale simplifiée peut alors s'écrire de la manière suivante : ( 2 ) : F = 6 - ∑i (6-fi)In the general case, that is to say when we consider the whole group of displacements, d ≈ 6. In addition, the device according to the invention as well as the mechanism of the prior art both comprising an element mobile as well as a fixed element, it is also possible to simplify this formula by setting n = 2. Finally, fi corresponds in this case to the degree of freedom of an arm i. The simplified general formula can then be written as follows: (2): F = 6 - ∑i (6-fi)
En ce qui concerne le dispositif selon l'invention, lorsque l'on prend le cas dans lequel les trois bras sont identiques et comprennent chacun trois liaisons dont la somme des degrés de liberté autorisés est 5, la formule peut alors s'écrire :With regard to the device according to the invention, when we take the case in which the three arms are identical and each include three connections whose sum of the authorized degrees of freedom is 5, the formula can then be written:
(3) : F = 6 - 3 . (6-5) = +3(3): F = 6 - 3. (6-5) = +3
On s'aperçoit donc que le dispositif selon l'invention est bien isostatique, à trois degrés de liberté. En revanche, en ce qui concerne le mécanisme selon l'art antérieur, les bras étant tous identiques et autorisant trois degrés de liberté (trois liaisons pivot) , la formule peut alors s'écrire : (4) : F = 6 - 3 . (6-3 ) = -3 Comme on peut le constater avec le résultat de la formule (4), le mécanisme parallèle de l'art antérieur est bien hyperstatique. C'est en effet en respectant une position géométrique stricte des axes des liaisons pivot, que le mécanisme parallèle de l'art antérieur est capable de fonctionner. Par opposition, en raison de son caractère isostatique, le dispositif selon l'invention est plus tolérant en termes de contraintes géométriques spécifiques, ce qui engendre des simplifications dans la fabrication ainsi que dans le montage des éléments constitutifs d'un tel dispositif.It can therefore be seen that the device according to the invention is indeed isostatic, with three degrees of freedom. On the other hand, as regards the mechanism according to the prior art, the arms all being identical and authorizing three degrees of freedom (three pivot connections), the formula can then be written: (4): F = 6 - 3. (6-3) = -3 As we can see with the result of formula (4), the parallel mechanism of art anterior is well hyperstatic. It is in fact by respecting a strict geometrical position of the axes of the pivot links, that the parallel mechanism of the prior art is capable of operating. In contrast, due to its isostatic nature, the device according to the invention is more tolerant in terms of specific geometric constraints, which gives rise to simplifications in the manufacture as well as in the mounting of the constituent elements of such a device.
De façon préférentielle, chaque bras comporte successivement, depuis l'élément fixe vers l'élément à déplacer, une liaison pivot, une première liaison pivot glissant, ainsi qu'une seconde liaison pivot glissant. De plus, on peut prévoir que le dispositif comporte trois - moyens d'actionnement primaires montés rigidement sur l'élément fixe, les trois moyens d'actionnement primaires étant aptes à piloter respectivement les liaisons pivot de chacun des trois bras du dispositif. De manière avantageuse, dans cette configuration spécifique, l'orientation de l'élément à déplacer est effectuée par pilotage de simples liaisons pivot.Preferably, each arm successively comprises, from the fixed element towards the element to be moved, a pivot connection, a first sliding pivot connection, as well as a second sliding pivot connection. In addition, provision can be made for the device to comprise three - primary actuation means rigidly mounted on the fixed element, the three primary actuation means being capable of respectively driving the pivot connections of each of the three arms of the device. Advantageously, in this specific configuration, the orientation of the element to be moved is effected by piloting simple pivot links.
Selon un mode de réalisation préféré, les axes des secondes liaisons pivot glissant de chacun des trois bras du dispositif sont confondus.According to a preferred embodiment, the axes of the second sliding pivot links of each of the three arms of the device are combined.
Avantageusement, lorsque le dispositif comporte cette caractéristique spécifique, l'élément à déplacer présente un quatrième degré de liberté possible, correspondant à une translation selon l'axe commun des secondes liaisons pivot glissant. Il est alors souhaitable de munir le dispositif d'un moyen d'actionnement secondaire, apte à engendrer un déplacement linéaire de l'élément à déplacer, selon l'axe commun des liaisons pivot glissant. De façon avantageuse, le dispositif peut être utilisé en tant que poignet endoscopique .Advantageously, when the device includes this specific characteristic, the element to be moved has a fourth possible degree of freedom, corresponding to a translation along the common axis of the second sliding pivot connections. It is then desirable to provide the device with a secondary actuating means, capable of generating a linear displacement of the element to be displaced, along the common axis of the sliding pivot connections. Advantageously, the device can be used as an endoscopic wrist.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, non limitative, ci-dessous.Other characteristics and advantages of the invention will appear in the detailed, non-limiting description, below.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels :The description will be made with reference to the attached drawings, in which:
- la figure 1 représente un dispositif de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; et- Figure 1 shows a device for moving at least one element in space, according to a first preferred embodiment of the invention; and
- la figure 2 représente un dispositif de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS- Figure 2 shows a device for moving at least one element in space, according to a second preferred embodiment of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
En référence à la figure 1, il est représenté un dispositif 1 de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. Le dispositif 1 comprend un élément à déplacer 2, un élément fixe 4, ainsi que trois bras 6a, 6b, 6c reliant l'élément à déplacer 2 à l'élément fixe 4, les éléments 2 et 4 étant de préférence des plates-formes. Chaque bras 6a, 6b, 6c du dispositif 1 comprend une pluralité de segments, reliés les uns aux autres par l'intermédiaire de liaisons autorisant chacune au moins un degré de liberté de rotation. Dans cette configuration, les trois brasReferring to Figure 1, there is shown a device 1 for moving at least one element in space, according to a first preferred embodiment of the invention. The device 1 comprises an element to be moved 2, a fixed element 4, as well as three arms 6a, 6b, 6c connecting the element to be moved 2 to the fixed element 4, the elements 2 and 4 preferably being platforms . Each arm 6a, 6b, 6c of the device 1 comprises a plurality of segments, connected to each other by means of links each allowing at least one degree of freedom of rotation. In this configuration, the three arms
6a, 6b, 6c sont identiques et disposés à 120°, mais pourraient également être de conception différente. Ainsi, seul le bras 6a va être décrit, en détail, ci- dessous . Le bras 6a comporte tout d'abord un segment6a, 6b, 6c are identical and arranged at 120 °, but could also be of different design. Thus, only the arm 6a will be described in detail below. The arm 6a first of all comprises a segment
8 reliant l'élément fixe 4 à une liaison pivot 10, apte à être pilotée par un moyen d' actionne ent primaire 12 du type moteur, également solidaire de l'élément fixe 4. Par l'intermédiaire de la liaison pivot 10 à un degré de liberté, un segment 14 du bras 6a . est susceptible d' être mis en rotation par rapport à l'élément fixe 4 autour d'un axe 10a de la liaison pivot 10, ce segment 14 étant également relié à une première liaison pivot glissant 16, à deux degrés de liberté.8 connecting the fixed element 4 to a pivot link 10, able to be controlled by a primary actuation means 12 of the motor type, also integral with the fixed element 4. Via the pivot link 10 to a degree of freedom, a segment 14 of the arm 6a. is capable of being rotated relative to the fixed element 4 about an axis 10a of the pivot link 10, this segment 14 also being connected to a first sliding pivot link 16, with two degrees of freedom.
Un segment 18 établit la jonction entre la première liaison pivot glissant 16, et une seconde liaison pivot glissant 20, ayant également deux degrés de liberté. Le segment 18 est donc susceptible d'être animé, par rapport au segment 14, d'un mouvement de rotation combiné à un mouvement de translation, selon un axe 16a de la première liaison pivot glissant 16.A segment 18 establishes the junction between the first sliding pivot link 16, and a second sliding pivot link 20, also having two degrees of freedom. The segment 18 is therefore capable of being driven, relative to the segment 14, by a rotational movement combined with a translational movement, along an axis 16a of the first sliding pivot link 16.
De la même manière, un segment 22 établit la jonction entre la seconde liarson pivot glissant 20, et l'élément à déplacer 2. Le segment 22 est donc susceptible d'être animé, par rapport au segment ,18, d'un mouvement de rotation combiné à un mouvement de translation, selon un axe 20a de la seconde liaison pivot glissant 20. Par ailleurs, les axes respectifsIn the same way, a segment 22 establishes the junction between the second sliding pivot liarson 20, and the element to be moved 2. The segment 22 is therefore capable of being animated, with respect to the segment, 18, of a rotational movement combined with a translational movement, along an axis 20a of the second sliding pivot link 20. Furthermore, the respective axes
10a, 16a, 20a des liaisons 10,16,20 du bras 6a, sont concourant en un point fixe P, ce point étant également le point d' intersection de tous les axes des liaisons des deux autres bras 6b, 6c. En conséquence, le point P est le point d' intersection de tous les axes des neuf liaisons présentes dans le dispositif 1.10a, 16a, 20a of the connections 10, 16, 20 of the arm 6a, are concurrent at a fixed point P, this point also being the point of intersection of all the axes of the connections of the two other arms 6b, 6c. Consequently, the point P is the point of intersection of all the axes of the nine links present in the device 1.
Notons que dans ce mode de réalisation préféré, chacun des bras 6a, 6b, 6c est mis en mouvement à l'aide d'un moyen d'actionnement primaire 12 apte à piloter l'unique liaison pivot 10 de chacun des bras 6a, 6b, 6c, cette liaison pivot 10 étant située à proximité de l'élément fixe 4 du dispositif 1. Néanmoins, il est également possible de prévoir que les moyens d'actionnement primaires 12 soient situés sur une autre liaison que la liaison pivot 10, quel que soit le positionnement de cette liaison sur le bras concerné .Note that in this preferred embodiment, each of the arms 6a, 6b, 6c is set in motion using a primary actuating means 12 capable of controlling the single pivot link 10 of each of the arms 6a, 6b , 6c, this pivot link 10 being located near the fixed element 4 of the device 1. However, it is also possible to provide that the primary actuating means 12 are located on a link other than the pivot link 10, whatever that is the positioning of this link on the arm concerned.
Il est cependant précisé que le choix d'avoir les moyens d'actionnement primaires 12 couplés aux liaisons pivot 10 correspondant aux liaisons les plus rapprochées de l'élément fixe 4, a été effectué pour limiter les problèmes d'encombrement du dispositif 1. Les moyens d'actionnement primaires 12 étant de dimensions relativement importantes par rapport aux dimensions des liaisons 10,16,20 et des segments 8,14,18,22, il est donc préférable, pour éviter toute interférence entre les différents éléments, d'éloigner le plus possible ces moyens 12 d'une zone dans laquelle les liaisons 10,16,20 et les segments 8,14,18,22 sont amenés à être en mouvement . Les diverses alternatives décrites ci- dessus, concernant différentes conceptions possibles pour la réalisation des bras 6a, 6b, 6c, doivent cependant respecter une condition nécessaire. En effet, chaque bras 6a, 6b, 6c doit être tel que la somme des degrés de liberté autorisés par les liaisons du bras est supérieur ou égale à cinq. Comme cela a été mentionné et démontré ci-dessus, le respect de cette condition permet d'obtenir un dispositif 1 isostatique, pour lequel les contraintes géométriques sont moins contraignantes que pour un mécanisme hyperstatique.It is however specified that the choice of having the primary actuating means 12 coupled to the pivot links 10 corresponding to the closest links to the fixed element 4, has been made to limit the problems of space requirement of the device 1. The primary actuating means 12 being of relatively large dimensions compared to the dimensions of the connections 10, 16, 20 and of the segments 8, 14, 18, 22, it is therefore preferable, to avoid any interference between the different elements, to move these means 12 as far as possible from an area in which the links 10, 16, 20 and the segments 8, 14, 18, 22 are caused to be in motion. The various alternatives described above, concerning different possible designs for the realization of the arms 6a, 6b, 6c, must however meet a necessary condition. Indeed, each arm 6a, 6b, 6c must be such that the sum of the degrees of freedom authorized by the links of the arm is greater than or equal to five. As mentioned and demonstrated above, compliance with this condition makes it possible to obtain an isostatic device 1, for which the geometric constraints are less restrictive than for a hyperstatic mechanism.
Le dispositif 1 est apte à fonctionner de la manière suivante.The device 1 is able to operate in the following manner.
Les moyens d'actionnement primaires 12 sont reliés à des moyens informatiques (non représentés) , susceptibles de communiquer des informations à chacun des moyens d'actionnement primaires 12. Ces informations sont du type lois de commande, et permettent lorsqu'elles sont appliquées par les moyens d'actionnement primaires 12, de mettre les bras 6a, 6b, 6c en mouvement de façon maîtrisée, afin que l'élément à déplacer 2 s'oriente dans une position déterminée .The primary actuation means 12 are connected to computer means (not shown), capable of communicating information to each of the primary actuation means 12. This information is of the control law type, and makes it possible, when applied by the primary actuating means 12, to put the arms 6a, 6b, 6c in movement in a controlled manner, so that the element to be moved 2 is oriented in a determined position.
Notons que les lois de commande communiquées aux moyens d' actionnement primaires 12 sont prédéterminées, et notamment établies en fonction des problèmes d'encombrement rencontrés au sein du dispositif 1.Note that the control laws communicated to the primary actuation means 12 are predetermined, and in particular established as a function congestion problems encountered within the device 1.
De cette manière il est alors possible de mettre l'élément à déplacer 2 en mouvement selon une rotation sphérique à trois degrés de liberté, autour du point fixe P. Précisons que le terme de « rotation sphérique » peut être assimilé à un mouvement de rotule, de sorte que les points situés sur l'élément à déplacer 2 décrivent des trajectoires localisées sur des sphères concentriques en P.In this way it is then possible to put the element to be moved 2 in movement according to a spherical rotation with three degrees of freedom, around the fixed point P. It should be noted that the term "spherical rotation" can be assimilated to a motion of a ball joint , so that the points located on the element to be moved 2 describe localized trajectories on concentric spheres in P.
En référence à la figure 2, il est représenté un dispositif 1 de déplacement d'au moins un élément dans l'espace, selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. Dans ce mode de réalisation préféré, les bras 6a, 6b, 6c du dispositif 100 comportent chacun une seconde liaison pivot glissant 120a, 120b, 120c, dont les axes sont confondus en un axe commun 2 .Referring to Figure 2, there is shown a device 1 for moving at least one element in space, according to a second preferred embodiment of the invention. In this preferred embodiment, the arms 6a, 6b, 6c of the device 100 each comprise a second sliding pivot link 120a, 120b, 120c, the axes of which coincide in a common axis 2.
De même, l'élément à déplacer 102, sous forme de tige apte à se déplacer linéairement par rapport aux liaisons pivot glissant 120a, 120b, 120c, peut ici être assimilé à un support, sur lequel il est par exemple possible de monter un instrument chirurgical 28. L'ensemble des autres constituants du dispositif 100 étant similaires aux constituants du dispositif 1 relatif au premier mode de réalisation préféré de l'invention décrit ci-dessus, il ne seront pas davantage décrits.Similarly, the element to be moved 102, in the form of a rod capable of moving linearly with respect to the sliding pivot connections 120a, 120b, 120c, can here be likened to a support, on which it is for example possible to mount an instrument Surgical 28. All the other components of the device 100 being similar to the components of the device 1 relating to the first preferred embodiment of the invention described above, it will not be described further.
Néanmoins, il reste à préciser que le fonctionnement d'un tel dispositif 100 est sensiblement identique au fonctionnement du dispositif 1, à la différence que la caractéristique spécifique d'un axe commun 24 pour les liaisons pivot glissant 120a, 120b et 120c, permet d'obtenir un quatrième degré de liberté pour l'élément à déplacer 102. En effet, outre les trois rotations possibles autour du point P, l'élément à déplacer 102 peut à présent être mis en translation, selon l'axe commun 24 et par rapport aux liaisons pivot glissant 120a, 120b, 120c, à l'aide d'un moyen d'actionnement secondaire (non représenté). Les dispositifs 1 et 100 qui viennent d'être décrits peuvent avoir diverses applications, comme celle d'un poignet endoscopique d'un robot de chirurgie. En effet, les dispositifs 1 et 100 sont capables de reproduire le mouvement d'un poignet de chirurgien, avec trois degrés de rotation autour d'un point fixe intra-corporel . De plus, la conception des dispositifs 1 et 100 étant celle d'un mécanisme parallèle, les moyens d'actionnement primaires 12 employés peuvent être déportés à l'extérieur du patient, ce qui présente des avantages non-négligeables en termes de stérilisation du matériel utilisé.Nevertheless, it remains to be specified that the operation of such a device 100 is substantially identical to the operation of the device 1, at the difference that the specific characteristic of a common axis 24 for the sliding pivot connections 120a, 120b and 120c, makes it possible to obtain a fourth degree of freedom for the element to be moved 102. In fact, in addition to the three possible rotations around the point P, the element to be moved 102 can now be brought into translation, along the common axis 24 and relative to the sliding pivot connections 120a, 120b, 120c, using a secondary actuating means (not shown ). The devices 1 and 100 which have just been described can have various applications, such as that of an endoscopic wrist of a surgical robot. Indeed, devices 1 and 100 are capable of reproducing the movement of a surgeon's wrist, with three degrees of rotation around a fixed intra-corporeal point. In addition, the design of the devices 1 and 100 being that of a parallel mechanism, the primary actuating means 12 employed can be deported outside the patient, which has non-negligible advantages in terms of sterilization of the equipment. used.
D'autres applications sont également envisageables. A titre d'exemples, on peut citer les supports d'orientation pour caméra, pour antenne parabolique, pour tourelle de char, ou encore pour batterie de projectile. En outre, le dispositif trouve aussi une application dans le domaine de la micromanipulation, en tant que poignet micromanipulateur, ou pour réaliser l'orientation d'un rayon laser avec un système de mémoire. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier aux dispositifs 1 et 100 qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Other applications are also possible. As examples, one can cite the orientation supports for camera, for parabolic antenna, for tank turret, or for projectile battery. In addition, the device also finds an application in the field of micromanipulation, as a micromanipulator wrist, or for carrying out the orientation of a laser beam with a memory system. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the devices 1 and 100 which have just been described, only by way of nonlimiting examples.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1,100) de déplacement d'au moins un élément (2,102) dans l'espace, le dispositif comprenant l'élément à déplacer (2,102) ainsi qu'un élément fixe (4) relié à l'élément à déplacer (2) par l'intermédiaire de trois bras (6a, 6b, 6c) comportant chacun une pluralité de segments (8,14,18,22) reliés entre eux au moyen de trois liaisons (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c) autorisant chacune au moins un degré de liberté de rotation selon un axe, les axes1. Device (1,100) for moving at least one element (2,102) in space, the device comprising the element to be moved (2,102) as well as a fixed element (4) connected to the element to be moved ( 2) by means of three arms (6a, 6b, 6c) each comprising a plurality of segments (8,14,18,22) interconnected by means of three connections (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c) each authorizing at least one degree of freedom of rotation along an axis, the axes
(10a, 16a, 20a) des liaisons (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c) de chacun des bras (6a, 6b, 6c) étant concourants en un point fixe (P) autour duquel l'élément à déplacer (2) est apte à décrire un mouvement de rotation sphérique à trois degrés de liberté, caractérisé en ce que pour chaque bras (6a, 6b, 6c) du dispositif (1), la somme des degrés de liberté autorisés par les liaisons (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c) , est supérieure ou égale à cinq. (10a, 16a, 20a) of the connections (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c) of each of the arms (6a, 6b, 6c) being concurrent at a fixed point (P) around which the element to be moved ( 2) is capable of describing a spherical rotational movement with three degrees of freedom, characterized in that for each arm (6a, 6b, 6c) of the device (1), the sum of the degrees of freedom authorized by the links (10, 16, 20, 120a, 120b, 120c), is greater than or equal to five.
2. Dispositif (1,100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras2. Device (1,100) according to claim 1, characterized in that each arm
(6a, 6b, 6c) comporte une liaison pivot (10), une première liaison pivot glissant (16) , ainsi qu'une seconde liaison pivot glissant (20, 120a, 120b, 120c) . (6a, 6b, 6c) comprises a pivot connection (10), a first sliding pivot connection (16), as well as a second sliding pivot connection (20, 120a, 120b, 120c).
3. Dispositif (1,100) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bras (6a, 6b, 6c) comporte successivement, depuis l'élément fixe (4) vers ledit élément à déplacer3. Device (1,100) according to claim 1 or claim 2, characterized in that each arm (6a, 6b, 6c) successively comprises, from the fixed element (4) towards said element to be moved
(2,102), une liaison pivot (10), une première liaison pivot glissant (16) , ainsi qu'une seconde liaison pivot glissant (20, 120a, 120b, 120c) . (2,102), a pivot link (10), a first sliding pivot link (16), as well as a second sliding pivot link (20, 120a, 120b, 120c).
4. Dispositif (1,100) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte trois moyens d'actionnement primaires (12) montés rigidement sur l'élément fixe (4), les trois moyens d'actionnement primaires (12) étant aptes à piloter respectivement les liaisons pivot (10) de chacun des trois bras (6a, 6b, 6c) du dispositif (1,100).4. Device (1,100) according to claim 3, characterized in that it comprises three primary actuation means (12) rigidly mounted on the fixed element (4), the three primary actuation means (12) being suitable piloting respectively the pivot connections (10) of each of the three arms (6a, 6b, 6c) of the device (1,100).
5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément à déplacer (2) ainsi que l'élément fixe (4) sont des plates-formes.5. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the element to be moved (2) and the fixed element (4) are platforms.
6. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les axes des secondes liaisons pivot glissant (120a, 120b, 120c) de chacun des trois bras (6a, 6b, 6c) du dispositif (100) sont confondus en un axe commun (24) .6. Device (100) according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the axes of the second sliding pivot connections (120a, 120b, 120c) of each of the three arms (6a, 6b, 6c) of the device ( 100) are merged into a common axis (24).
7. Dispositif (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen d'actionnement secondaire apte à déplacer linéairement, selon l'axe commun (24) des secondes liaisons pivot glissant (120a, 120b, 120c) , l'élément à déplacer (102) du dispositif (100) .7. Device (100) according to claim 6, characterized in that it further comprises a secondary actuation means able to move linearly, along the common axis (24) of the second sliding pivot connections (120a, 120b, 120c ), the element to be moved (102) of the device (100).
8. Dispositif (100) selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément à déplacer (102) est un support d'instrument chirurgical (28) .8. Device (100) according to claim 6 or claim 7, characterized in that the element to be moved (102) is a support for a surgical instrument (28).
9. Dispositif (1,100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est apte à être utilisé en tant que poignet endoscopique . 9. Device (1,100) according to any one of the preceding claims, characterized in that it is capable of being used as an endoscopic wrist.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004106011A1 (en) * 2003-05-30 2004-12-09 Matteo Zoppi Armilleye: a three degree- of-freedom spherical parallel mechanism
DE102010018802A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Franz Ehrenleitner Manipulator has base that defines plane and base arm which is pivoted around base-fixed base axis that runs diagonal to perpendicular on base where intermediate arm is pivoted at base arm around arm axis
CN102275162A (en) * 2011-07-08 2011-12-14 常州大学 Three-rotation spherical surface parallel operation device
WO2012123102A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 Eb-Invent Gmbh Manipulator
US8915940B2 (en) 2010-12-02 2014-12-23 Agile Endosurgery, Inc. Surgical tool
CN104325456A (en) * 2014-10-24 2015-02-04 天津大学 Novel two-rotation parallel mechanism

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10212547A1 (en) * 2002-03-21 2003-10-02 Zeiss Carl Smt Ag Device for manipulating the angular position of an object relative to a solid structure
CN105598954B (en) * 2016-03-24 2017-09-22 褚宏鹏 The big one-rotation parallel mechanism of working space two
CN109015597B (en) * 2018-07-15 2021-05-28 燕山大学 Novel parallel mechanism with three translation branches incompletely symmetrical

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1080074A (en) * 1963-04-11 1967-08-23 Elliott Brothers London Ltd Improvements in mechanical positioning systems
US4445273A (en) * 1979-03-12 1984-05-01 Leuven Research And Development V.Z.W. Displacement control device
US5960672A (en) * 1996-03-21 1999-10-05 Vdw Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken E.V. Device for generating a defined position and orientation of at least one platform
US6024576A (en) * 1996-09-06 2000-02-15 Immersion Corporation Hemispherical, high bandwidth mechanical interface for computer systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1080074A (en) * 1963-04-11 1967-08-23 Elliott Brothers London Ltd Improvements in mechanical positioning systems
US4445273A (en) * 1979-03-12 1984-05-01 Leuven Research And Development V.Z.W. Displacement control device
US5960672A (en) * 1996-03-21 1999-10-05 Vdw Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken E.V. Device for generating a defined position and orientation of at least one platform
US6024576A (en) * 1996-09-06 2000-02-15 Immersion Corporation Hemispherical, high bandwidth mechanical interface for computer systems

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004106011A1 (en) * 2003-05-30 2004-12-09 Matteo Zoppi Armilleye: a three degree- of-freedom spherical parallel mechanism
DE102010018802A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Franz Ehrenleitner Manipulator has base that defines plane and base arm which is pivoted around base-fixed base axis that runs diagonal to perpendicular on base where intermediate arm is pivoted at base arm around arm axis
US8915940B2 (en) 2010-12-02 2014-12-23 Agile Endosurgery, Inc. Surgical tool
WO2012123102A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-20 Eb-Invent Gmbh Manipulator
US9352468B2 (en) 2011-03-17 2016-05-31 Eb-Invent Gmbh Manipulator
CN102275162A (en) * 2011-07-08 2011-12-14 常州大学 Three-rotation spherical surface parallel operation device
CN104325456A (en) * 2014-10-24 2015-02-04 天津大学 Novel two-rotation parallel mechanism

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