WO2003076225A2 - Bras de commande a structure parallele - Google Patents

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WO2003076225A2
WO2003076225A2 PCT/FR2003/000719 FR0300719W WO03076225A2 WO 2003076225 A2 WO2003076225 A2 WO 2003076225A2 FR 0300719 W FR0300719 W FR 0300719W WO 03076225 A2 WO03076225 A2 WO 03076225A2
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wrist
branches
rods
freedom
arm
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PCT/FR2003/000719
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WO2003076225A3 (fr
Inventor
Florian Gosselin
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
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Publication date
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Publication of WO2003076225A2 publication Critical patent/WO2003076225A2/fr
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    • 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

Definitions

  • the subject of this invention is a control arm wrist with two parallel arms.
  • control arms belong to the field of articulated arms, used extensively in robotics, in remote handling and in other fields, but they have the particularity of comprising a wrist element intended to be held by an operator who moves the arm.
  • the arm comprises two branches 1 and 2 joined by a wrist 3.
  • Each of the branches 1 and 2 comprises, after a fixed base 4, a first articulation 5 which is a pivot articulation, a first section 6, a second articulation 7 which and a rotational articulation, a second section 8, a third articulation 9 which is another rotary joint and a third section 10.
  • a pivot joint has an axis collinear with the sections which it unites, and a rotary joint has an axis perpendicular to the sections.
  • the sections 6, 8 and 10 joined together by the second and third joints 7 and 9 and at the fixed base 4 by the first joint 5 form a branch with three degrees of freedom, since the distal end of the third section 10 can be placed at any point on the plane defined by the second and third sections 8 and 10 (within the limits of a working area) by rotating the joints 7 and 9, and that the direction of this plane can be chosen at will by rotating the first section 6 around the first articulation 5.
  • the axes of the second and third joints 7 and 9 are parallel to each other and perpendicular to that of the first joint 5 for each of the branches 1 and 2.
  • the joints 5, 7 and 9 are all provided with so-called force feedback motors which maintain them in the position imposed by the user while exerting a resistance to control movements which makes it more comfortable and often more realistic, in particular in remote handling where objects are grasped or moved by a slave arm controlled by the control arm and where one seeks to simulate the corresponding force in the control arm.
  • These motors can be placed on the articulations themselves, or, preferably, on the fixed base 4 in order to lighten the branches 1 and 2.
  • Transmissions which may include cables stretched over pulleys or structures in parallelogram of the sections 6 and 8 are then installed to transmit the action of the motors to the joints 5, 1, and 9 concerned. This is known in the art and has been the subject of a number of patents, so that it will not be mentioned further here.
  • the wrist 3 essentially comprises a double rod 11 formed of two parts of unequal length, including a handle 12, held by the operator's hand, and a cap 13, engaged around one end 1 of the handle 12 and connected to it by a screw system composed of a lug 14 established on the handle 12 and a helical groove 15 hollowed out through the cap 13 and in which the lug 14 can slide.
  • This particular wrist has knowingly received the shape of a pen, since this object is easy to handle and a control depending on the position and orientation of the tip of a pen is convenient.
  • the handle 12 is connected to the branch 1 by a seal 16 composed of two extreme pivot joints 17 and 18 and a rotation joint 19 linking the previous ones; and the cap 13 is connected to the other branch 2 by a second seal 20 composed of a pivot articulation 21 and a rotational articulation 22.
  • the rotational articulations 17 and 21 are at the end of the third sections 10 and their pivot axes collinear with them; the pivot joint 18 is at the end of the handle 12 and of axis of rotation collinear to it; and the rotary joints 19 and 22 have axes respectively perpendicular to the handle 12 and to the cap 13, as well as to the third section 10 which is close to them.
  • the operator having grasped the handle 12 moves it in space to control the arm.
  • This arm has a total of six degrees of freedom, since each of the arms 1 and 2 includes three and the wrist 3 includes one (the screw), but a degree of freedom must be subtracted from this total since the wrist 3 unites the two branches 1 and 2.
  • These degrees of freedom can be perceived by the operator separately by moving the tip of the pen (at joint 16) to a point in space in three directions, then by tilting the pen around two axes of rotation, and finally by rotating the handle 12 in the cap 13.
  • any movement of the arm by the operator is transmitted to the articulations 5, 7, and 9 and measured by angle coders (potentiometers) associated with the force feedback motors retaining these articulations 5, 7 and 9; the combination of these measures expresses the command that the operator wants to give.
  • angle coders potentiometers
  • this system is seen as an improvement on other more common ones, such as that of FIG. 2, the arms 1 and 2 of the arm of which are unchanged but the wrist of which comprises a simple piece of handle 23, connected to the branches 1 and 2 by the seal 16 and a seal 24 identical to the seal 16; the joints 18 of the seals 16 and 24 which terminate in the handle 23 are coaxial and thus allow it to pivot freely.
  • the sixth degree of freedom that is the pivoting of the handle is then completely decoupled from the others, which requires having a seventh force feedback motor on one of the joints 18 if it is to be used.
  • An advantage of the system of Figure 1 is therefore to exploit the six degrees of freedom of the arm without having to add a seventh weighting motor, especially since it would have been placed on the wrist, where it would have exerted a greater moment bending.
  • drawbacks are present due to the length variations induced by the screw mechanism in the rod 11.
  • the fundamental object of the invention is to propose a robot arm which comprises the same number of degrees of freedom of control and of motors associated force feedback and measuring these commands, without using a screw mechanism or the like to entrust the detection of pivoting of the wrist to the motors located elsewhere on the branches.
  • a definition of the invention is a control arm, comprising a wrist and two arms mounted in parallel between a common base and opposite ends of the wrist, the wrist comprising two halves movable between them but united by a link and the halves comprising concurrent rods, characterized in that the link is arranged to allow mutual movement without pivoting to the rods, and the concurrent rods are pivotally mounted on the branches.
  • FIG. 2 The design of FIG. 2 is perfected differently from that of FIG. 1: a seventh degree of freedom is added so that the measurements given by the seven force feedback motors can be fully exploited.
  • the seventh degree of freedom is exploited by mutually moving the two halves of the handle, differently from the screw mechanism of Figure 1, namely without any pivoting.
  • the decoupling thus obtained with the overall pivoting of the wrist makes it possible to completely distinguish these two commands and to use the arm satisfactorily.
  • the measurement of the action of the seventh degree of freedom, by the motors present at the articulations of the branches, is not as good as that of the other degrees of freedom, as has already been pointed out. It appears however, the seventh degree of freedom can find utility in many processes, to indicate a simple command such as a change of state.
  • a usual example would be the control of the movement of a tool such as a clamp: the first six degrees of freedom which are the movements of the wrist would then be translated by corresponding movements of the clamp, measured with good precision, and the seventh degree of freedom would be used to control the opening or closing of the clamp.
  • a tool such as a clamp
  • the first six degrees of freedom which are the movements of the wrist would then be translated by corresponding movements of the clamp, measured with good precision
  • the seventh degree of freedom would be used to control the opening or closing of the clamp.
  • FIG. 3 is a general view of an embodiment of the invention
  • FIGS. 4 and 5 are more functional views of the wrists of two embodiments of the invention, including that of FIG. 3.
  • the control member shown is an arm with two branches bearing the references 31 and 32, with three degrees of freedom, of the kind of branches 1 and 2 already encountered.
  • Each comprises a fixed base 33, a first vertical section 34 retained by a first motor 35, a second section 36 mounted on the first section 34 by a first rotary articulation 37 and a third section 38 mounted on the second section 36 by a second rotary articulation 39.
  • a second motor 40 retains the inclination of the second section 36
  • a third motor 41 retains the inclination of the third section 38.
  • the motors 35, 40 and 41 are preferably mounted on the 'base 33 or on an auxiliary support dependent on the first section 34, or distributed between the two, so as not to exert a bending moment on the branches 31 and 32 by a cantilever. They are connected to the joints they hold by known types of transmissions including toothed belts, gears, tensioned cables or other means. The description of this apparatus will not be given in detail here since several embodiments of such arms with two parallel branches are known and the invention relates more to the wrist. We simply illustrated a belt 42, stretched between two pulleys with axes identical to those of the rotary joints 37 and 39, which belongs to the transmission connecting the third motor 41 to the third section 38. The joints 37 and 39 have horizontal axes and parallel.
  • the first section 34 pivots on the base 33 by a pivot joint not shown, of vertical axis- and of a known type which may consist of a rolling bearing disposed between two concentric shafts, one belonging to the base 33 and the other in the first section 34.
  • the wrist uniting the free ends of the two branches 31 and 32 carries the reference 43; it is connected to them by seals 44 and 45 each comprising at least two articulations, of which a pivot articulation 46 at the end of the third section 38 and a rotational articulation 47.
  • the wrist is composed of two symmetrical halves, each of which comprises, in succession, a rod 52 and a branch of a handle 53 inclined relative to the rod 52.
  • the handle branches 53 are united with each other, not far from the rods 52, by an articulation 54 of rotation.
  • the user moves the wrist 43 after having grasped the handle arms 53, and controls the seventh degree of freedom by rotating the halves of the wrist around the joint 54, which modifies the distance between the arms 31 and 32 and thus produces a movement that the encoders associated with the force feedback motors 35, 40 and 41 perceive and convert into a command.
  • the wrist 43 is easy to grip and handle, without requiring the contortions of the operator's hand necessary to rotate the known wrists.
  • pivoting joints 55 on the rods 52 in order to allow a force feedback on them.
  • a single force feedback motor 56 provided with a gear transmission 57 can be installed on one of the joints 55, the motor 56 being fixed to one of the sides of the rod 52 and the transmission 57 connecting it to the side of the rod 52 beyond the articulation 55 (the motor 56 can also be placed on the base or at a distance, by means of the use of suitable transmissions).
  • FIG. 5 represents a different embodiment, where the wrist 43 is replaced by a wrist 59, the halves of which comprise a rod 61 or 62 terminated by a handle branch 63 perpendicular; but here the rods 61 and 62 slide one inside the other and the handles 63 remain parallel to each other.
  • the invention can be applied to other arms than that which has been illustrated in FIGS. 1 and 3: the number of degrees of freedom of sections and the arrangement of the articulations on the branches can thus be different. Branches with non-articulated sections, for example having slides or tensioned cables, can also be envisaged in accordance with the teachings of the known art. It would also be possible to add to the invention the system described in French patent 2 809 047 and which consists of articulated mechanisms called wrist-holders, arranged between the wrist and the last sections of the branches, and supported by inert transmissions leading to the fixed base to keep the wrist in a constant orientation.
  • a arm with six degrees of freedom of mobility (not counting the seventh present here) is only more widespread, because of the numerous applications where it controls the movements of a completely mobile object and whose degrees of freedom are then associated with those of the arm .
  • An advantage of the embodiments of the invention is that they are almost perfectly symmetrical, and therefore easier to build and learn, while the arm of FIG. 1 is strongly asymmetrical on the wrist, which in practice means that consider a specific point on the wrist
  • FIG. 4 has a perfectly symmetrical arm structure (apart from the motor 56 and the transmission 57, present on one side but which are only a means of measurement); that of FIG. 5 also, since the handle branches 53 remain at an invariable distance from the seals 44 and 45.

Abstract

Un organe de commande tel qu'un bras maître destiné à la télémanipulation, aux jeux, etc. comprend deux branches parallèles (31 ; 32) unies à un poignet (43) qui, selon l'invention, comprend deux portions dont le mouvement est commandé par des poignées (53) sans mouvement de pivotement entre les portions de tiges (52) qui contribuent principalement à l'union des branches. On dispose ainsi d'un degré de liberté supplémentaire qui peut être retenu en place, quand le bras est relâché, par un moyen à retour d'effort déjà existant (35, 40, 41) et disposé ailleurs sur le bras. Le mécanisme de liaison du poignet peut être en forme de ciseau ou de glissière en particulier.

Description

POIGNET DE BRAS DE COMMANDE A DEUX BRANCHES PARALLELES
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un poignet de bras de commande à deux branches parallèles.
Les bras de commande appartiennent au domaine des bras articulés, utilisés abondamment en robotique, en télêmanipulation et dans d'autres domaines, mais ils présentent la particularité de comprendre un élément de poignet destiné à être tenu par un opérateur qui déplace le bras.
Ils sont de complexités diverses en fonction du nombre de fonctions qu'ils permettent de commander. A chaque fonction est associé un degré de liberté du bras, dont les déplacements sont convertis en commandes de ladite fonction. Les bras les plus répandus sont composés de tronçons mutuellement articulés, et les degrés de liberté correspondent aux articulations. Beaucoup comprennent une branche unique, ce qui signifie que les tronçons se succèdent en un seul enchaînement . Comme toutefois ces bras deviennent malaisés à manipuler quand le nombre de degrés de liberté est important, des bras à plusieurs branches existent encore. L'un d'eux est décrit à la figure 1, tirée de l'article d'Iwata intitulé "Pen-based haptic virtual environnement" paru dans Proceedings of the virtual reality annual international symposium, US, New York, IEEE, volume SYMP 1, 18 septembre 1993, aux pages 287 à 292 et qu'on tient pour l'art antérieur le plus proche de cette invention. Le bras comprend deux branches 1 et 2 réunies par un poignet 3. Chacune des branches 1 et 2 comprend, après une embase fixe 4, une première articulation 5 qui est une articulation de pivotement, un premier tronçon 6, une deuxième articulation 7 qui et une articulation de rotation, un deuxième tronçon 8, une troisième articulation 9 qui est une autre articulation de rotation et un troisième tronçon 10. Une articulation de pivotement a un axe colinéaire aux tronçons qu'elle unit, et une articulation de rotation a un axe perpendiculaire aux tronçons. Les tronçons 6, 8 et 10 réunis entre eux par les deuxième et troisième articulations 7 et 9 et à l'embase fixe 4 par la première articulation 5 forment une branche à trois degrés de liberté, puisque l'extrémité distale du troisième tronçon 10 peut être placée à un point quelconque du plan défini par les deuxième et troisième tronçons 8 et 10 (dans les limites d'un domaine de travail) en faisant tourner les articulations 7 et 9, et que la direction de ce plan peut être choisie à volonté en faisant tourner le premier tronçon 6 autour de la première articulation 5.
Les axes des deuxièmes et troisièmes articulations 7 et 9 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à celui de la première articulation 5 pour chacune des branches 1 et 2. Les articulations 5, 7 et 9 sont toutes pourvues de moteurs dits à retour d'effort qui les maintiennent à la position imposée par l'utilisateur tout en exerçant une résistance aux mouvements de commande qui rend celle-ci plus confortable et souvent plus réaliste, notamment en télémanipulation où des objets sont saisis ou déplacés par un bras esclave commandé par le bras de commande et où on cherche à simuler l'effort correspondant dans le bras de commande. Ces moteurs peuvent être placés sur les articulations elles-mêmes, ou, de préférence, sur l'embase fixe 4 afin d'alléger les branches 1 et 2. Des transmissions pouvant comprendre des câbles tendus sur des poulies ou des structures en parallélogramme des tronçons 6 et 8 sont alors installées pour transmettre l'action des moteurs aux articulations 5, 1 , et 9 concernées. Cela est connu dans l'art et a fait l'objet d'un bon nombre de brevets, si bien qu'il n'en sera pas fait plus mention ici.
Le poignet 3 comprend pour l'essentiel une tige 11 double formée de deux parties de longueurs inégales, dont un manche 12, tenu par la main de l'opérateur, et un capuchon 13, engagé autour d'une extrémité 1 du manche 12 et relié à lui par un système à vis composé d'un ergot 14 établi sur le manche 12 et d'une rainure hélicoïdale 15 creusée à travers le capuchon 13 et dans laquelle l'ergot 14 peut coulisser. Ce poignet particulier a sciemment reçu la forme d'un stylo, puisque cet objet est facile à manier et qu'une commande en fonction de la position et de l'orientation de la pointe d'un stylo est commode. De plus, le manche 12 est lié à la branche 1 par un joint 16 composé de deux articulations extrêmes de pivotement 17 et 18 et d'une articulation de rotation 19 liant les précédentes ; et le capuchon 13 est lié à l'autre branche 2 par un deuxième joint 20 composé d'une articulation de pivotement 21 et d'une articulation de rotation 22. Les articulations de rotation 17 et 21 sont au bout des troisièmes tronçons 10 et leurs axes de pivotement colinéaires à eux ; l'articulation de pivotement 18 est au bout du manche 12 et d'axe de rotation colinéaire à lui ; et les articulations de rotation 19 et 22 ont des axes respectivement perpendiculaires au manche 12 et au capuchon 13, ainsi qu'au troisième tronçon 10 qui leur est proche.
L'opérateur ayant saisi le manche 12 le déplace dans l'espace pour commander le bras. Ce bras possède au total six degrés de liberté, puisque chacune des branches 1 et 2 en comprend trois et le poignet 3 en comprend un (la vis), mais qu'un degré de liberté doit être soustrait de ce total puisque le poignet 3 unit les deux branches 1 et 2. Ces degrés de liberté peuvent être perçus par l'opérateur séparément en déplaçant la pointe du stylo (au joint 16) vers un point de l'espace suivant trois directions, puis en basculant le stylo autour de deux axes de rotation, et enfin en faisant pivoter le manche 12 dans le capuchon 13.
Tout mouvement du bras par 1 ' opérateur est transmis aux articulation 5, 7, et 9 et mesuré par des codeurs d'angles (potentiomètres) associés aux moteurs de retour d'effort retenant ces articulation 5, 7 et 9 ; la combinaison de ces mesures exprime la commande que l'opérateur veut donner.
Il convient de préciser que ce système est vu comme un perfectionnement d'autres plus courants, tels que celui de la figure 2, dont les branches 1 et 2 du bras sont inchangés mais dont le poignet comprend une pièce simple de poignée 23, reliée aux branches 1 et 2 par le joint 16 et un joint 24 identique au joint 16 ; les articulations 18 des joints 16 et 24 qui aboutissent à la poignée 23 sont coaxiales et lui permettent ainsi de pivoter librement. Le sixième degré de liberté qu'est le pivotement de la poignée est alors complètement découplé des autres, ce qui oblige à disposer un septième moteur de retour d'effort sur une des articulations 18 si on veut l'exploiter. On pourrait penser qu'un des six moteurs aux articulations 5, 7 et 9 est devenu superflu, mais aucun n'est pourtant supprimé dans les bras existants puisqu'il a été constaté que des états singuliers du bras, c'est-à-dire des états qu'on ne peut pas atteindre ou qu'on ne peut atteindre qu'avec des mouvements indéterminés incapables d'engendrer une commande correcte, surgissaient beaucoup plus facilement.
Un avantage du système de la figure 1 est donc d'exploiter les six degrés de liberté du bras sans devoir ajouter un septième moteur alourdissant, d'autant plus qu'il aurait été placé sur le poignet, où il aurait exercé un plus grand moment de flexion. Des inconvénients sont pourtant présents en raison des variations de longueur qu'induit le mécanisme à vis dans la tige 11.
Si la tige 11 devient courte, ses basculements ne produisent que peu de mouvement aux articulations 5, 7 et 9 et la commande est imprécise ; si elle devient longue, les états extrêmes du bras seront plus facilement atteints et le domaine de fonctionnement sera réduit. De plus, les couples de retour d'effort que les moteurs doivent exercer varient avec la longueur du poignet, obligeant à les choisir plus puissants à titre de précaution.
Ces inconvénients sont inhérents^ au mécanisme à vis. Il est évident qu'une inclinaison plus forte de l'hélice de la fente 15 du capuchon 13 permettrait de moins faire varier la longueur du poignet 3 pour une même rotation du manche 12, mais la rotation serait plus difficile à percevoir par les moteurs aux articulations 5, 7 et 9 ; et une inclinaison trop forte ferait perdre de son irréversibilité au mécanisme à vis, en permettant au manche 12 de pivoter involontairement : on serait obligé de le retenir par un moteur supplémentaire de retour d'effort pour exploiter son degré de liberté, en retrouvant l'inconvénient du mécanisme de la figure 1.
On doit donc conclure qu'un tel mécanisme à variation de longueur du poignet, s'il permet de ne pas utiliser de septième moteur pour un mécanisme à six degrés de liberté (ou, plus généralement, plus de moteurs que de degrés de liberté), n'exprime pas commodément une commande usuelle puisque le mouvement de ce mécanisme est plus difficile à percevoir et mesurer par les moteurs présents dans les branches qu'un déplacement linéaire ou basculant du poignet, et aussi plus difficile à imposer manuellement que de tels déplacements, ou même qu'un mouvement de pivotement du poignet .
L'objet fondamental de l'invention est de proposer un bras de robot qui comprenne le même nombre de degrés de liberté de commande et de moteurs de retour d'effort associés et mesurant ces commandes, sans recourir à un mécanisme à vis ou du même genre pour confier la détection du pivotement du poignet aux moteurs situés ailleurs sur les branches. Sous sa forme la plus générale, une définition de l'invention est un bras de commande, comprenant un poignet et deux branches montées en parallèle entre une embase commune et des extrémités opposées du poignet, le poignet comprenant deux moitiés mobiles entre elles mais unies par une liaison et les moitiés comprenant des tiges concourantes, caractérisé en ce que la liaison est agencée pour autoriser un mouvement mutuel dépourvu de pivotement aux tiges, et le tiges concourantes sont montées de façon pivotante sur les branches.
La conception de la figure 2 est perfectionnée de façon différente de celle de la figure 1 : un septième degré de liberté est ajouté pour qu'on puisse exploiter pleinement les mesures données par les sept moteurs de retour d'effort.
Le septième degré de liberté est exploité en déplaçant mutuellement les deux moitiés de la poignée, de façon différente du mécanisme à vis de la figure 1, à savoir sans aucun pivotement. Le découplage qu'on obtient ainsi avec le pivotement d'ensemble du poignet permet de distinguer complètement ces deux commandes et d'utiliser le bras de façon satisfaisante. La mesure de l'action du septième degré de liberté, par les moteurs présents aux articulations des branches, n'est pas aussi bonne que celles des autres degrés de liberté, comme on l'a déjà signalé. Il apparaît cependant que le septième degré de liberté peut trouver utilité dans beaucoup de procédés, pour indiquer une commande simple telle qu'un changement d'état. Un exemple usuel serait la commande du mouvement d'un outil tel qu'une pince : les six premiers degrés de liberté que sont les déplacements du poignet seraient alors traduits par des déplacements correspondants de la pince, mesurés avec une bonne précision, et le septième degré de liberté serait exploité pour commander l'ouverture ou la fermeture de la pince. Bien d'autres applications pour l'industrie ou les loisirs sont évidentes .
L'invention sera décrite au moyen des figures suivantes : - les figures 1 et 2, déjà décrites, dépeignent de façon schématique deux organes de commande de 1 ' art antérieur ;
- la figure 3 est une vue générale d'une réalisation de l'invention ; - et les figures 4 et 5 sont des vues plus fonctionnelles de poignets de deux réalisations de l'invention, dont celle de la figure 3.
On passe au commentaire de la figure 3. L'organe de commande représenté est un bras à deux branches portant les références 31 et 32, à trois degrés de liberté, du genre des branches 1 et 2 déjà rencontrées. Chacune comprend une embase 33 fixe, un premier tronçon 34 vertical retenu par un premier moteur 35, un deuxième tronçon 36 monté sur le premier tronçon 34 par une première articulation de rotation 37 et un troisième tronçon 38 monté sur le deuxième tronçon 36 par une deuxième articulation de rotation 39. Un deuxième moteur 40 retient l'inclinaison du deuxième tronçon 36, et un troisième moteur 41 retient l'inclinaison du troisième tronçon 38. Les moteurs 35, 40 et 41 sont de préférence montés sur l'embase 33 ou sur un support auxiliaire dépendant du premier tronçon 34, ou distribués entre les deux, afin de ne pas exercer de moment fléchissant sur les branches 31 et 32 par un porte-à-faux. Ils sont reliés aux articulations qu'ils retiennent par des transmissions de genres connus comprenant des courroies crantées, des engrenages, des câbles tendus ou d'autres moyens. La description de cet appareillage ne sera pas faite en détail ici puisque plusieurs réalisations de tels bras à deux branches parallèles sont connues et que l'invention porte plutôt sur le poignet. On a simplement illustré une courroie 42, tendue entre deux poulies d'axes identiques à ceux des articulations de rotation 37 et 39, qui appartient à la transmission reliant le troisième moteur 41 au troisième tronçon 38. Les articulations 37 et 39 ont des axes horizontaux et parallèles. Le premier tronçon 34 pivote sur l'embase 33 par une articulation de pivotement non représentée, d'axe vertical- et d'un genre connu pouvant consister en un palier de roulement disposé entre deux arbres concentriques, l'un appartenant à l'embase 33 et l'autre au premier tronçon 34. Le poignet unissant les extrémités libres des deux branches 31 et 32 porte la référence 43 ; il leur est relié par des joints 44 et 45 comprenant chacun deux articulations au moins, dont une articulation de pivotement 46 au bout du troisième tronçon 38 et une articulation de rotation 47.
Le poignet est composé de deux moitiés symétriques dont chacune comprend, en succession, une tige 52 et une branche d'une poignée 53 inclinée par rapport à la tige 52. Les branches de poignée 53 sont unies entre elles, non loin des tiges 52, par une articulation 54 de rotation.
L'utilisateur déplace le poignet 43 après avoir saisi les branches de poignée 53, et il commande le septième degré de liberté en faisant tourner les moitiés du poignet autour de l'articulation 54, ce qui modifie la distance entre les branches 31 et 32 et produit ainsi un mouvement que les codeurs associés aux moteurs à retour d'effort 35, 40 et 41 perçoivent et convertissent en une commande.
On a mentionné que la variation de distance entre les branches 31 et 32 présentait des inconvénients ; mais la construction de la poignée 53 en un ciseau tenu d'une seule main limite l'amplitude du mouvement angulaire autour de l'articulation 54 et donc cette variation de distance. Le degré de -liberté au poignet 43 n'offre qu'une commande rudimentaire, mais dont on se satisfera dans bien des applications : il sera aussi commode d'associer l'ouverture et la fermeture du ciseau à l'ouverture et la fermeture d'une pince dans le cas où le bras commande un bras esclave au bout duquel cette pince est fixée, car elle ne présente que deux états de service et sa position sur le bras est identique à celle du ciseau. Il est utile de remarquer que le poignet 43 est facile à saisir et à manipuler, sans exiger les contorsions de la main de l'opérateur nécessaires pour faire pivoter les poignets connus. Pour exploiter le degré de liberté de pivotement du poignet 43 (le sixième degré de liberté) on motorise, comme la figure 4 le montre, des articulations de pivotement 55 sur les tiges 52 afin de permettre un retour d'effort sur elles. Un seul moteur de retour d'effort 56 muni d'une transmission à engrenage 57 (ou tout autre moyen de transmission, notamment à câble) peut être installé sur une des articulations 55, le moteur 56 étant fixé à un des côtés de la tige 52 et la transmission 57 le reliant au côté de la tige 52 par-delà l'articulation 55 (le moteur 56 peut également être placé sur l'embase ou à distance, moyennant l'utilisation de transmissions adaptées) .
On notera que la figure 4 illustre un mode de réalisation très simple. On pourrait sans sortir du cadre de l'invention utiliser tout type de mécanisme classiquement utilisé sur les robots et permettant, notamment grâce à des mécanismes à parallélogramme, de maintenir parallèles les deux parties des poignées 53 saisies par l'opérateur et de ne faire varier que leur écartement. Ces modes de réalisation plus complexes nécessitant la réalisation des poignées 53 en plusieurs parties font partie de règles de l'art utilisées pour les pinces de robot et ne seront pas décrits plus avant ici. La figure 5 représente un mode de réalisation différent, où le poignet 43 est remplacé par un poignet 59 dont les moitiés comprennent une tige 61 ou 62 terminée par une branche de poignée 63 perpendiculaire ; mais ici les tiges 61 et 62 coulissent l'une dans l'autre et les poignées 63 demeurent parallèles entre elles . Le fonctionnement à glissière de ce mode de réalisation est à peu près le même que celui du précédent, les moitiés du poignet 59 étant encore reliées aux troisièmes tronçons 38 par des joints semblables aux joints 44 et 45 à deux ou trois articulations, et à moteur optionnel dans ce dernier cas. On retrouve les mêmes avantages, avec peut-être une meilleure sûreté de commande provenant du guidage mutuel des tiges 61 et 62, coaxiales au lieu d'être simplement concourantes comme les tiges 52.
L'invention peut être appliquée à d'autres bras que celui qui a été illustré aux figures 1 et 3 : le nombre de degré de liberté de tronçons et l'agencement des articulations sur les branches peuvent ainsi être différents. Des branches aux tronçons non articulés, présentant par exemple des glissières ou des câbles tendus, peuvent aussi être envisagées conformément aux enseignements de l'art connu. Il serait encore possible d'adjoindre à l'invention le système décrit dans le brevet français 2 809 047 et qui consiste en des mécanismes articulés appelés porte- poignet, disposés entre le poignet et les derniers tronçons des branches, et soutenus par des transmissions inertes menant à l'embase fixe pour maintenir le poignet à une orientation constante. Un bras de six degrés de liberté de mobilité (sans compter le septième présent ici) est seulement plus répandu, à cause des applications nombreuses où il commande les déplacements d'un objet complètement mobile et dont les degrés de liberté sont alors associés à ceux du bras.
Un avantage des modes de réalisation de l'invention est qu'ils sont presque parfaitement symétriques, et donc de construction et d'apprentissage plus facile, alors que le bras de la figure 1 est fortement dissymétrique au poignet, ce qui oblige en pratique à considérer un point déterminé du poignet
(par exemple, la pointe du stylo) pour estimer la commande. La réalisation de la figure 4 a une structure de bras parfaitement symétrique (hormis le moteur 56 et la transmission 57, présents d'un seul côté mais qui ne sont qu'un moyen de mesure) ; celle de la figure 5 aussi, puisque les branches de poignée 53 restent à une distance invariable des joints 44 et 45.

Claims

REVENDICATIONS
1) Bras de commande comprenant un poignet et deux branches (31, 32) montées en parallèle entre une embase (33) commune et des extrémités opposées du poignet, le poignet comprenant deux moitiés mobiles entre elles mais unies par une liaison et les moitiés comprenant des tiges (52, 61, 62) concourantes, caractérisé en ce que la liaison est agencée pour autoriser un mouvement mutuel dépourvu de pivotement aux tiges, et le tiges concourantes sont montées de façon pivotante sur les branches .
2) Bras de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison comprend une glissière, les tiges (61, 62) étant coaxiales, engagées l'une dans l'autre et munies de poignées (63) de préhension.
3) Bras de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison comprend une articulation faisant varier l'angle des tiges, les tiges étant munies de poignées (53) de préhension porteuses de ladite articulation (54) .
4) Bras de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les branches ont chacune trois tronçons (34, 36, 38) articulés entre eux et à l'embase, et le poignet est raccordé aux branches (31, 32) par deux joints (44, 45) comprenant au moins deux articulations. 5) Bras de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur de retour d'effort (56) entre une seule • des tiges concourantes et une branche correspondante, et d'autres moteurs de retours d'effort (35, 40, 41), les moteurs de retour d'effort étant en même nombre . que des degrés de liberté du bras.
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