WO2011151343A1 - Structure gonflable articulee et bras robotise comportant une telle structure - Google Patents

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WO2011151343A1
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cable
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PCT/EP2011/058979
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Alain Riwan
Sébastien VOISEMBERT
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/06—Arms flexible
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    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20323—Robotic arm including flaccid drive element

Definitions

  • the present invention relates to a structure gon ⁇ articulated flable and a robot arm comprising such a structure.
  • the present invention relates well for exam ⁇ ple a robotic arm with high slenderness particular for inspection crowded places, inaccessible or hostile to humans in particular due to chemical or radiological hazards.
  • the invention more particularly relates to an arm having an inflatable structure.
  • Rigid inflatable structures which have the advantage of being lightweight, easy to deploy and store, which can withstand high slenderness and are relatively insensitive to shocks. It has been envisaged ⁇ to use such a structure in a robotic arm to give the latter benefits of inflatable structures.
  • Such an arm generally comprises at least one inflated and rigid section which is connected to a base and / or another portion inflated and rigid by a articu ⁇ lation having massive mechanical parts implementing pivot connections, slide and / or pivot glis ⁇ sant.
  • the most advanced arms have several inflated and rigid sections that are connected two by two by such a joint.
  • a disadvantage of these arms lies mainly in their mass to which contribute mainly the joints. This relatively large mass imposes a limitation of the maximum slenderness of such arms.
  • An object of the invention is to overcome all or part of the disadvantages of inflatable structures desti ⁇ born to allow angular deflections.
  • an articulated structure comprising a tubular casing inflatable which contains a fluid under pressure and which has at least one section with variable geometry, the structure comprising deformation means of the variable geometry section, the envelope and the deformation means are arranged to generate a curvature of the tron ⁇ variable geometry such that the variable geometry section retains a substantially constant volume.
  • the deformation means comprise at least one actuator associated with at least one cable having an end connected to a portion of the articulated structure such that traction on the cable causes a curvature of the variable geometry section.
  • the articulated structure comprises an arti ⁇ culation consists of the variable geometry section whose curvature is achieved at constant volume, which limits the energy required for the geometry change ⁇ trie.
  • Sensitive variable retains geometry section ⁇ a relatively good ability to resist efforts outside the deformation plane and the deformation means then have a simple structure.
  • the structure comprises several actuators grouped on a base of the structure
  • the grouping of the actuators on the base per ⁇ maintains a maximum of lightness at the mobile part of the structure.
  • the casing has at the section geometry will ⁇ riable folds substantially perpendicular to the central axis of the casing to allow a portion of the length differential variable geometry of both sides of the central axis while maintaining constant a cross section of the section with variable geometry.
  • the section with variable geometry thus has a simple structure.
  • the maintenance of the constant cross section ensures the conservation of the volume.
  • the pleats are annu lar form ⁇ and comprise portions sewn to each ⁇ tres in two seam lines extending ⁇ symmetrical on either side of the central axis and free portions s extending symmetrically on either side of the central axis.
  • the seams preventing unfolding of the folds in two symmetrically opposed lines, are used to define with the central axis a medial surface of the shell along which the envelope has a lon ⁇ LATIONS constant regardless of the geometry of the section with variable geometry.
  • the seam lines leave between them portions that are free to deform to allow shortening or elongation of the envelope in a plane perpendicular to said median surface.
  • the deformation means are arranged to obtain an even folding of each of the folds forming this section.
  • the end of the cable is connected to a free portion of a fold such that traction exerted by the actuator on the cable causes a folding of the portion of the fold to which the cable is connected.
  • a cable is connected to each fold, the cables having ends connected to rings fixed to the free portions of the folds and at least one of the cables is engaged in two adjacent rings to form a halyard and, advantageously, the geometry section variable comprises n folds and deformation means as ⁇ associated with this variable geometry section comprises uni ⁇ actuator connected to n cables each connected to a fold, the fold farthest from the actuator being connected to the corresponding cable by k-wire hauling and each of other folds being connected to the corresponding cable via a haulage comprising a number of strands increasing by 1 from the fold near a first end of the variable geometry section to the fold near a second end of the variable geometry section to reach n + k strands for this fold.
  • the structure comprises at least one device for detecting the curvature of at least one variable geometry section and, advantageously, the detection device comprises at least one optical fiber extending parallel to an average line of the section. variable geometry and having an end connected to a light beam emitter and an opposite end connected to a photodetector connected to a unit of measurement of at least one characteristic of the light beam.
  • the envelope has a central axis ⁇ tral along which are defined at least one fixed geometry section and the variable geometry section.
  • variable geometry section and the fixed geometry section have substantially the same resistance to forces out of the deformation plane so that the variable geometry section does not alter the overall rigidity of the articulated structure.
  • the tron ⁇ CON fixed geometry includes at least one bifurcation.
  • the section with fixed geometry closes on itself.
  • a loop is thus formed to form an inflatable swivel platform such as a platform called Stewart.
  • the invention also relates to a robo ⁇ tised arm using at least one such inflatable structure ar ⁇ ticulated.
  • FIG. 1 is a partial schematic perspective view of a robotic arm according to one invention
  • FIG. 2 is a perspective view in section along the plane II of Figure 1 of a variable geometry section of the arm;
  • FIGS. 3 and 4 are top views of this section respectively according to a rectilinear geometry and in a curved geometry;
  • FIG. 5 is a partial top view of the arm of Figure 1 showing the passage of the re ⁇ ble and one of the seam lines;
  • FIG. 6 is a partial schematic view from above of a section with variable geometry of this arm
  • Figures 7 and 8 are views similar to Figure 1 of realized ⁇ tion specific variants
  • FIG. 9 is a partial schematic view side of the robotic arm according to a more advanced version of the first embodiment
  • FIG. 10 is a detailed perspec ⁇ tive view of the actuators of a manually manipulable articulated structure forming a more basic version of the invention.
  • the robotic arm comprises an inflatable structure constituted by a casing, generally designated 1, of tubular shape having a central axis 2.
  • the envelope 1 comprises a canvas 3 external recou ⁇ ering an internal chamber 4.
  • the fabric 3 is here in a ma ⁇ flexible material but nevertheless substantially inextensible and the chamber 4 is made of an airtight material, here an elastomer.
  • the casing 1 has a closed end and an opposite end provided with means for admitting a fluid under pressure, in this case air.
  • the admission means are known in themselves and here comprise a valve and a pump or a reserve of pressurized fluid having an outlet orifice fitting on the valve. Other means of inflating the envelope are of course usable.
  • the envelope 1 comprises sections 1.1 to GEOME ⁇ fixed sorting sections 1.2 and variable geometry which are defined alternately along the central axis 2.
  • the fabric 3 is stretched while at the level 1.2, the fabric comprises folds 5.
  • the folds 5 are of annular shape and have portions 5.1 sewn together according to two sewing lines 6 extending symmetrically on either side of the axis.
  • central 2 and free portions 5.2 extending symmetrically on either side of the central axis 3.
  • the seam lines 6 provide an inextensibility of the section 1.2 in two longitudinal regions of the envelope 1 symmetrically opposite and the folds 5 allow a curvature of each section 1.2 by allowing a length differential of the section 1.2 on either side of the central axis 2 while maintaining constant a cross section of the section 1.2 so that the section 1.2 retains a constant volume whatever its geometry.
  • the free portions are arranged to allow a maximum angle of curvature of the section 1.2 of at least about 90 °.
  • the maximum angle of curvature of the section 1.2 depends on its length and it is very easy to achieve maximum dif ⁇ rents values.
  • Deformation means are associated with each variable geometry section. They are designed to obte ⁇ ne equal refolding each of the plies forming this section when it is desired to obtain a regular curvature.
  • the deformation means of sections 1.2 com ⁇ carry, for each section 1.2, an electric motor 7, controlled in position, having an output shaft driving a pulley 8 of a central portion of a primary cable 9.
  • the cable 9 runs along the casing 1 and is guided by guide means 11 (for example sheaths or here rings 11) which are fixed at regular intervals along the casing 1 and receive the primary cable 9 sliding.
  • the primary cable 9 has two opposite ends each connected to a bundle of secondary cables 10 extending on each side of the envelope 1 substantially facing the free portions 5.2 of the folds 5 of section 1.2 concerned.
  • Each secondary cable 10 has one end attached to the primary cable 9 and an opposite end attached to a ring 12 fixed on the free portion 5.2 of a fold 5 such that traction exerted by the actuator on the secondary cable 10 causes a folding of the free portion 5.2 of the fold 5 to which the secondary cable 10 is connected .
  • Each segment 1.2 thus includes n plies and the means of deformation associated with that section 1.2 COMPOR ⁇ tent a single actuator 7 connected to each side of the section 1.2 to 10 n connected to a secondary cables each deformable portion 5.2 of a 5 fold.
  • the deformable portion 5.2 of the fold 5 farthest from the actuator is directly connected to the secondary cable 10 and corresponding cha ⁇ CUNE deformable portions 5.2 other folds 5 is connected to the secondary cable 10 corresponding thereto via a pulley system 13 comprising a number of strands increasing by 1 from the furthest fold of the actuator to the nearest fold of the actuator to reach n strands for the fold closest to the actuator.
  • a pulley system 13 comprising a number of strands increasing by 1 from the furthest fold of the actuator to the nearest fold of the actuator to reach n strands for the fold closest to the actuator.
  • Figure 6 is shown a variable geometry section having a number n of folds equal to four.
  • rings 12 slidably receive one or more of the secondary cables 10.
  • the inlet means and the means of twisted ⁇ are grouped in a database, not shown, ser- efore bracket robot, the end of the casing 1 associated with the inlet means being fixed to said base.
  • the envelope 1 and the deformation means are arranged to generate a curvature of the sections 1.2 of variable geometry such that the sections 1.2 to variable geometry retain a constant volume irrespective of their curvature.
  • the folds 5 substantially perpendicular to the central axis of the envelope allow a length differential of the geometrically variable section on either side. of the central axis 2 while maintaining constant a sec ⁇ tion right section 1.2.
  • each section 1.2 can be modified independently of that of the other sections by a dedicated actuator 7, without coupling these sections together.
  • FIG. 7 shows an envelope 1, constituted as before, having a soli ⁇ end of a base 100, fixed geometrical sections 1. 1 and 1. 11 and geometric sections 1. 2 variable.
  • the sections 1. 1 and 1. 2 are identical to those previously described.
  • the section 11 has a shape having a bran ⁇ Y main task, connected to the base 100 via a section 2 and a section 1. 1. 1, and two diverging branches each connected to a section 1. 1 via a section 1. 2.
  • the structure thus has two diverging branches which are deformable independently of one another by means of actuators and cables as described above.
  • section 1. 1 may comprise more than two branches.
  • the structure comprises a base 100 from which three arms each comprising, in the base 100 to the flat shape ⁇ 1.
  • the platform 1. 111 is formed of an inflated envelope portion in communication with the arms.
  • the axes of rotation of the arms are not parallel to each other to increase the possibilities of orientation of the platform. form.
  • Figure 9 a structure such as that of Figure 1 having one end re ⁇ linked to a base 100 and a free opposite end and having a section 1. 2 which extends between two sections ⁇ CONS 1. 1 and which is driven (deformed) by means of Ca ⁇ ble 9, 10 connected to one or more actuators 8 mounted in the base 100.
  • the actuators 9 are here electric motors having an output shaft provided with a pulley The electric motors are connected to a control unit 110 to be controlled by it.
  • the structure includes a device 14 detec ⁇ the curvature of the section 1. 2.
  • This device comprises an optical fiber 15 extending parallel to an average line of the section 1, 2 and having an end connected to a photodetector 17 connected to the control unit 110.
  • the emitter 16 and the photodetector 17 are each fixed on one of the sections 11 extending on either side of the section 12.
  • the control unit 110 incorporates a measuring module of an intensity of the light beam perceived by the photodetector 17 and is programmed to control the motors according to the measured intensity and a setpoint.
  • a common optical fiber to a plurality of sections 1. 2 for measuring the curvature of these sections depending e.g. rained ⁇ eral characteristics of the light beam (intensity, time of flight ).
  • FIG. 10 a structure, such as that of FIG. 1, can be seen comprising a base 100 in which the actuators 8 have been grouped in order to alleviate the mobile part of the structure and allows ⁇ be a remote control sections 1. 2.
  • the envelope may comprise one or more layers bonded together over their entire surface or not.
  • the envelope may for example be formed of a coated fabric.
  • the casing may comprise ⁇ terials my differ between sections or as ⁇ por tions of variable geometry sections.
  • the envelope may be made of an extensible material along the central axis of the arm so that the variable geometry sections may be free of wrinkles provided that the inextensibility along the lines 6 is ensured.
  • the fluid used to inflate the envelope of the robotic arm may be air, another gas such as an inert gas or a liquid.
  • the deformation means may comprise only one type of cable and as many actuators as cables (without resorting to hauls).
  • the deformation means may be arranged to allow asymmetric curvatures.
  • the actuators may include ac ⁇ tionneurs rotary or reciprocating rectilinear movement.
  • the sections of variable geometry may be arranged to allow a maximum angle of curvature Su 08 ⁇ than or less than 90 °.
  • said section comprises folds, it is possible to play on the number and the depth of the folds.
  • the rings 11, 12 may be of any material, metal, plastic, fabric ... However, a rigid material will be preferred for the rings 12 on which a hafting is performed. Any element ensuring a function return axis can be used in place of the rings. It is thus possible to use pulleys to minimize friction.
  • the articulated structure can be devoid of actuators.
  • the invention can also be obtained by a kinematic inversion of the deformation means described.

Abstract

Structure articulée comprenant une enveloppe (1) tubulaire gonflable qui contient un fluide sous pression et qui a un axe central (2) le long duquel sont définis au moins un tronçon à géométrie fixe (1.1) et un tronçon à géométrie variable (1.2), le bras comportant des moyens de déformation (7, 8, 9, 10) du tronçon à géométrie variable, l'enveloppe et les moyens de déformation étant agencés pour engendrer une courbure du tronçon à géométrie variable de telle manière que le tronçon à géométrie variable conserve un volume sensiblement constant. Bras robotisé comportant une telle structure.

Description

Structure gonflable articulée et bras robotisé comportant une telle structure
La présente invention concerne une structure gon¬ flable articulée et un bras robotisé comportant une telle structure. La présente invention concerne ainsi par exem¬ ple un bras robotisé à fort élancement destiné notamment à l'inspection des lieux encombrés, difficiles d'accès ou hostiles pour l'homme en particulier en raison de risques chimiques ou radiologiques .
L'invention concerne plus particulièrement un bras ayant une structure gonflable.
On connaît des structures gonflables rigides qui présentent l'avantage d'être légères, faciles à déployer et à ranger, qui peuvent supporter un fort élancement et sont relativement insensibles aux chocs. Il a été envisa¬ gé d'utiliser une telle structure dans un bras robotisé pour faire bénéficier à ce dernier des avantages des structures gonflables.
Un tel bras comprend ainsi généralement au moins un tronçon gonflé et rigide qui est relié à une base et/ou à un autre tronçon gonflé et rigide par une articu¬ lation comportant des pièces mécaniques massives mettant en œuvre des liaisons pivot, glissière et/ou pivot glis¬ sant. Les bras les plus évolués comportent plusieurs tronçons gonflés et rigides qui sont reliés deux à deux par une telle articulation.
Un inconvénient de ces bras réside principalement dans leur masse à laquelle contribuent principalement les articulations. Cette masse relativement importante impose une limitation de l'élancement maximal de tels bras.
Un but de l'invention est de remédier à tout ou partie des inconvénients des structures gonflables desti¬ nées à autoriser des débattements angulaires.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une structure articulée comprenant une enveloppe tubulaire gonflable qui contient un fluide sous pression et qui possède au moins un tronçon à géométrie variable, la structure comportant des moyens de déformation du tronçon à géométrie variable, l'enveloppe et les moyens de défor- mation sont agencés pour engendrer une courbure du tron¬ çon à géométrie variable de telle manière que le tronçon à géométrie variable conserve un volume sensiblement constant. Les moyens de déformation comprennent au moins un actionneur associé à au moins un câble ayant une ex- trémité reliée à une portion de la structure articulée de telle manière qu'une traction sur le câble provoque une courbure du tronçon à géométrie variable.
Ainsi, la structure articulée comprend une arti¬ culation constituée par le tronçon à géométrie variable dont la courbure est réalisée à volume constant, ce qui limite l'énergie nécessaire à la modification de géomé¬ trie. Le tronçon à géométrie variable conserve sensible¬ ment une relativement bonne capacité de résistance aux efforts hors du plan de déformation et les moyens de dé- formation ont alors une structure simple.
Avantageusement, la structure comprend plusieurs actionneurs regroupés sur une embase de la structure
Le regroupement des actionneurs sur l'embase per¬ met de conserver un maximum de légèreté au niveau de la partie mobile de la structure.
Selon un mode de réalisation particulier, l'enveloppe présente au niveau du tronçon à géométrie va¬ riable des plis sensiblement perpendiculaires à l'axe central de l'enveloppe pour autoriser un différentiel de longueur du tronçon à géométrie variable de part et d'autre de l'axe central tout en maintenant constante une section droite du tronçon à géométrie variable.
Le tronçon à géométrie variable a ainsi une structure simple. Le maintien de la section droite cons- tante assure la conservation du volume. De préférence alors, les plis sont de forme annu¬ laire et comportent des portions cousues les unes aux au¬ tres selon deux lignes de couture s' étendant symétrique¬ ment de part et d'autre de l'axe central et des portions libres s' étendant symétriquement de part et d'autre de 1 ' axe central .
Les coutures, en empêchant le dépliement des plis selon deux lignes symétriquement opposées, permettent de définir avec l'axe central une surface médiane de l'enveloppe le long de laquelle l'enveloppe a une lon¬ gueur constante quelle que soit la géométrie du tronçon à géométrie variable. Les lignes de coutures laissent entre elles des portions qui sont libres de se déformer pour autoriser un raccourcissement ou un allongement de l'enveloppe dans un plan perpendiculaire à ladite surface médiane .
Avantageusement, les moyens de déformation sont agencés pour obtenir un repliement égal de chacun des plis formant ce tronçon.
Ceci permet d'obtenir une courbure régulière.
Selon un mode de réalisation particulier, l'extrémité du câble est reliée à une portion libre d'un pli de telle manière qu'une traction exercée par l'actionneur sur le câble provoque un repliement de la portion du pli auquel le câble est relié.
De préférence, un câble est relié à chaque pli, les câbles ayant des extrémités reliées à des anneaux fixés aux portions libres des plis et au moins un des câbles est engagé dans deux anneaux adjacents pour former un mouflage et, avantageusement, le tronçon à géométrie variable comporte n plis et les moyens de déformation as¬ sociés à ce tronçon à géométrie variable comporte un uni¬ que actionneur relié à n câbles reliés chacun à un pli, le pli le plus éloigné de l'actionneur étant relié au câ- ble correspondant par un mouflage à k brins et chacun des autres plis étant relié au câble correspondant via un mouflage comportant un nombre de brins augmentant de 1 depuis le pli voisin d'une première extrémité du tronçon à géométrie variable jusqu'au pli voisin d'une deuxième extrémité du tronçon à géométrie variable pour atteindre n+k brins pour ce pli.
Il est ainsi possible de n'utiliser qu'un action- neur pour agir sur tous les câbles nécessaires à la cour¬ bure d'un tronçon à géométrie variable. Les anneaux for- ment des axes de renvoi des câbles et tout élément sus¬ ceptible d'assurer cette fonction est utilisable.
De préférence, la structure comprend au moins un dispositif de détection de la courbure d'au moins un tronçon à géométrie variable et, avantageusement, le dis- positif de détection comprend au moins une fibre optique s' étendant parallèlement à une ligne moyenne du tronçon à géométrie variable et ayant une extrémité reliée à un émetteur d'un faisceau lumineux et une extrémité opposée relié à un photodétecteur relié à une unité de mesure d'au moins une caractéristique du faisceau lumineux.
Ceci permet de mesurer en temps réel la courbure du tronçon à géométrie variable et de réaliser un contrôle/commande de la déformation de la structure pour en faire une partie de robot.
De préférence, l'enveloppe présente un axe cen¬ tral le long duquel sont définis au moins un tronçon à géométrie fixe et le tronçon à géométrie variable.
Le tronçon à géométrie variable et le tronçon à géométrie fixe possèdent sensiblement la même capacité de résistance aux efforts hors du plan de déformation de sorte que le tronçon à géométrie variable n'altère pas la rigidité globale de la structure articulée.
Selon une caractéristique particulière, le tron¬ çon à géométrie fixe comprend au moins une bifurcation.
Ainsi peut être réalisée une structure multibran- che dont les branches sont articulées l'une par rapport à 1 ' autre .
Avantageusement alors, le tronçon à géométrie fixe se referme sur lui-même.
Une boucle est ainsi formée pour constituer une plateforme orientable gonflée telle qu'une plateforme dite de Stewart.
L'invention a également pour objet un bras robo¬ tisé utilisant au moins une telle structure gonflable ar¬ ticulée .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita¬ tifs de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle, en perspective, d'un bras robotisé conforme à 1 ' invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective et en coupe selon le plan II de la figure 1 d'un tronçon à géométrie variable de ce bras ;
- les figures 3 et 4 sont des vues de dessus de ce tronçon respectivement selon une géométrie rectiligne et selon une géométrie courbe ;
- la figure 5 est une vue partielle de dessus du bras de la figure 1 montrant le passage des c⬠bles et une des lignes de couture ;
- la figure 6 est une vue schématique partielle de dessus d'un tronçon à géométrie variable de ce bras ;
- les figures 7 et 8 sont des vues analogues à la figure 1 de variantes de réalisa¬ tion particulières ;
- la figure 9 est une vue schématique partielle de côté du bras robotisé conforme à une version plus évoluée du premier mode de réalisation ; - la figure 10 est une vue de détail en perspec¬ tive des actionneurs d'une structure articulée manipulable manuellement formant une version plus basique de l'invention.
En référence aux figures 1 à 6, le bras robotisé conforme à l'invention comprend une structure gonflable constituée ici d'une enveloppe, généralement désignée en 1, de forme tubulaire ayant un axe central 2. Avantageu¬ sement l'enveloppe 1 comprend une toile 3 externe recou¬ vrant une chambre 4 interne. La toile 3 est ici en un ma¬ tériau souple mais néanmoins sensiblement inextensible et la chambre 4 est en un matériau étanche à l'air, ici un élastomère. L'enveloppe 1 possède une extrémité obturée et une extrémité opposée pourvue de moyens d'admission d'un fluide sous pression, ici de l'air. Les moyens d'admission sont connus en eux-mêmes et comprennent ici une valve et une pompe ou une réserve de fluide sous pression ayant un orifice de sortie s' adaptant sur la valve. D'autres moyens de gonflage de l'enveloppe sont bien entendu utilisables.
L'enveloppe 1 comporte des tronçons 1.1 à géomé¬ trie fixe et des tronçons 1.2 à géométrie variable qui sont définis en alternance le long de l'axe central 2. Au niveau des tronçons 1.1, la toile 3 est tendue alors qu'au niveau des tronçons 1.2, la toile comporte des plis 5. Les plis 5 sont de forme annulaire et comportent des portions 5.1 cousues les unes aux autres selon deux li- gnes de couture 6 s' étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe central 2 et des portions libres 5.2 s' étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe central 3. Par cette construction, les lignes de couture 6 assurent une inextensibilité du tronçon 1.2 en deux zo- nés longitudinales de l'enveloppe 1 symétriquement oppo- sées et les plis 5 autorisent une courbure de chaque tronçon 1.2 en autorisant un différentiel de longueur du tronçon 1.2 de part et d'autre de l'axe central 2 tout en maintenant constante une section droite du tronçon 1.2 de sorte que le tronçon 1.2 conserve un volume constant quelle que soit sa géométrie. Les portions libres sont agencées pour autoriser un angle de courbure maximal du tronçon 1.2 d'au moins 90° environ. L'angle de courbure maximal du tronçon 1.2 dépend notamment de sa longueur et il est très aisé d'atteindre des valeurs maximales diffé¬ rentes .
Des moyens de déformation sont associés à chaque tronçon à géométrie variable. Ils sont conçus pour obte¬ nir un repliement égal de chacun des plis formant ce tronçon lorsque l'on veut obtenir une courbure régulière.
Les moyens de déformation des tronçons 1.2 com¬ portent, pour chaque tronçon 1.2, un moteur électrique 7, contrôlé en position, ayant un arbre de sortie entraînant une poulie 8 d'enroulement d'une portion centrale d'un câble primaire 9. On note que, du fait de ce montage, lorsque le moteur exerce une traction sur un brin du c⬠ble primaire 9 (et donc sur le faisceau de câbles se¬ condaires 10 y attachés), il relâche l'autre brin du c⬠ble primaire 9 (et donc sur le faisceau de câbles se- condaires 10 y attachés) . Le câble 9 court le long de l'enveloppe 1 et est guidé par des moyens de guidage 11 (par exemple des gaines ou ici des anneaux 11) qui sont fixés à intervalles réguliers le long de l'enveloppe 1 et reçoivent le câble primaire 9 à coulissement .
Le câble primaire 9 a deux extrémités opposées reliées chacune à un faisceau de câbles secondaires 10 s' étendant de chaque côté de l'enveloppe 1 sensiblement en regard des portions libres 5.2 des plis 5 du tronçon 1.2 concerné. Chaque câble secondaire 10 a une extrémité fixée au câble primaire 9 et une extrémité opposée fixée à un anneau 12 fixé sur la portion libre 5.2 d'un pli 5 de telle manière qu'une traction exercée par l'actionneur sur le câble secondaire 10 provoque un repliement de la portion libre 5.2 du pli 5 auquel le câble secondaire 10 est relié.
Chaque tronçon 1.2 comporte ainsi n plis et les moyens de déformations associés à ce tronçon 1.2 compor¬ tent un unique actionneur 7 relié, pour chaque côté du tronçon 1.2 à n câbles secondaires 10 reliés chacun à une portion déformable 5.2 d'un pli 5. La portion déformable 5.2 du pli 5 le plus éloigné de l'actionneur est reliée directement au câble secondaire 10 correspondant et cha¬ cune des portions déformables 5.2 des autres plis 5 est reliée au câble secondaire 10 qui leur correspond via un mouflage 13 comportant un nombre de brins augmentant de 1 depuis le pli le plus éloigné de l'actionneur jusqu'au pli le plus proche de l'actionneur pour atteindre n brins pour le pli le plus proche de l'actionneur. A la figure 6 est représenté un tronçon à géométrie variable comportant un nombre n de plis égal à quatre.
On notera que certains des anneaux 12 reçoivent à coulissement un ou plusieurs des câbles secondaires 10.
Les moyens d'admission et les moyens de déforma¬ tion sont regroupés dans une base, non représentée, ser- vant de support au robot, l'extrémité de l'enveloppe 1 associée aux moyens d'admission étant fixée à ladite base .
L'enveloppe 1 et les moyens de déformation sont agencés pour engendrer une courbure des tronçons 1.2 à géométrie variable de telle manière que les tronçons 1.2 à géométrie variable conservent un volume constant quelle que soit leur courbure.
Les plis 5 sensiblement perpendiculaires à l'axe central de l'enveloppe autorisent un différentiel de lon- gueur du tronçon à géométrie variable de part et d'autre de l'axe central 2 tout en maintenant constante une sec¬ tion droite du tronçon 1.2.
La géométrie de chaque tronçon 1.2 est modifiable indépendamment de celle des autres tronçons par un ac- tionneur 7 dédié, sans couplage de ces tronçons entre eux .
Sur la figure 7, on peut voir une enveloppe 1, constituée comme précédemment, ayant une extrémité soli¬ daire d'une embase 100, des tronçons 1. 1 et 1. 11 à géo- métrie fixe et des tronçons 1. 2 à géométrie variable.
Les tronçons 1. 1 et 1. 2 sont identiques à ceux précédemment décrits.
Le tronçon 1. 11 a une forme en Y ayant une bran¬ che principale, reliée à l'embase 100 via un tronçon 1. 2 et un tronçon 1. 1, et deux branches divergentes reliées chacune à un tronçon 1. 1 via un tronçon 1. 2.
La structure a ainsi deux branches divergentes qui sont déformables indépendamment l'une de l'autre au moyens d' actionneurs et de câbles tels que décrits précé- demment .
En variante, le tronçon 1. 1 peut comprendre plus de deux branches.
A la figure 8, on peut voir une structure compor¬ tant une plateforme orientable 1. 111.
La structure comprend une embase 100 d'où partent trois bras comportant chacun, de l'embase 100 à la plate¬ forme 1. 111 : un premier tronçon 1. 1, un premier tronçon 1. 2, un deuxième tronçon 1. 1, un deuxième tronçon 1. 2, un troisième tronçon 1.1 et un troisième tronçon 1.2.
La plateforme 1. 111 est formée d'une portion d'enveloppe gonflée en communication avec les bras.
De préférence, les axes de rotation des bras ne sont pas parallèles les uns par rapport aux autres pour augmenter les possibilités d'orientation de la plate- forme .
Il est représenté sur la figure 9 une structure telle que celle de la figure 1, ayant une extrémité re¬ liée à une embase 100 et une extrémité opposée libre et comportant un tronçon 1. 2 qui s'étend entre deux tron¬ çons 1. 1 et qui est commandé (déformé) au moyen de c⬠bles 9, 10 reliés à un ou plusieurs actionneurs 8 montés dans l'embase 100. Les actionneurs 9 sont ici des moteurs électriques ayant un arbre de sortie pourvu d'une poulie d'enroulement du câble 9. Les moteurs électriques sont reliées à une unité de commande 110 pour être commandés par celle-ci.
La structure comprend un dispositif 14 de détec¬ tion de la courbure du tronçon 1. 2.
Ce dispositif comprend une fibre optique 15 s' étendant parallèlement à une ligne moyenne du tronçon 1. 2 et ayant une extrémité reliée à un photodétecteur 17 reliée à l'unité de commande 110. L'émetteur 16 et le photodétecteur 17 sont fixés chacun sur un des tronçons 11 s' étendant de part et d'autre du tronçon 12.
L'unité de commande 110 incorpore un module de mesure d'une intensité du faisceau lumineux perçu par le photodétecteur 17 et est programmée pour commander les moteurs en fonction de l'intensité mesurée et d'une consigne.
S'il y a plusieurs tronçons 1. 2, on prévoira au¬ tant de dispositifs 14.
En variante, il est possible de prévoir une fibre optique commune à plusieurs tronçons 1. 2 pour mesurer la courbure de ces tronçons en fonction par exemple de plu¬ sieurs caractéristiques du faisceau lumineux (intensité, temps de vol...) .
Sur la figure 10, on peut voir une structure, telle que celle de la figure 1, comportant une embase 100 dans laquelle les actionneurs 8 ont été regroupés afin d'alléger la partie mobile de la structure et de permet¬ tre une commande à distance des tronçons 1. 2.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, l'enveloppe peut comprendre une ou plusieurs couches liées entre elles sur toute leur surface ou non. L'enveloppe peut par exemple être formée d'une toile enduite. L'enveloppe peut comprendre des ma¬ tériaux différents selon les tronçons ou selon les por¬ tions des tronçons à géométrie variable. L'enveloppe peut être en un matériau extensible selon l'axe central du bras de sorte que les tronçons à géométrie variable peu- vent être dépourvus de plis à condition de garantir 1 ' inextensibilité suivant les lignes 6.
Le fluide utilisé pour gonfler l'enveloppe du bras robotisé peut être l'air, un autre gaz tel qu'un gaz inerte ou un liquide.
Les moyens de déformations peuvent ne comprendre qu'un seul type de câbles et autant d' actionneurs que de câbles (sans recourir à des mouflages) .
Les moyens de déformations peuvent être agencés pour autoriser des courbures asymétriques.
Les actionneurs peuvent être notamment des ac¬ tionneurs rotatifs ou à mouvement rectiligne alternatif.
Les tronçons à géométrie variable peuvent être agencés pour permettre un angle maximal de courbure supé¬ rieur ou inférieur à 90°. Dans le cas où ledit tronçon comporte des plis, on peut jouer sur le nombre et la pro¬ fondeur des plis.
Les anneaux 11, 12 peuvent être en tout matériau, métal, matière plastique, tissus... On préférera néanmoins un matériau rigide pour les anneaux 12 sur lesquels un mouflage est réalisé. Tout élément assurant une fonction d'axe de renvoi peut être utilisé en lieu et place des anneaux. Il est ainsi possible d'utiliser des poulies pour minimiser les frottements.
La structure articulée peut être dépourvue d' actionneurs .
L' invention peut également être obtenue par une inversion cinématique des moyens de déformation décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure articulée comprenant une enveloppe (1) tubulaire gonflable qui contient un fluide sous pres- sion et qui possède au moins un tronçon à géométrie va¬ riable (1.2), la structure comportant des moyens de dé¬ formation (7, 8, 9, 10) du tronçon à géométrie variable, caractérisée en ce que l'enveloppe et les moyens de dé¬ formation sont agencés pour engendrer une courbure du tronçon à géométrie variable de telle manière que le tronçon à géométrie variable conserve un volume sensible¬ ment constant, et en ce que les moyens de déformation comprennent au moins un actionneur (1) associé à au moins un câble (9, 10) ayant une extrémité reliée à une portion de la structure articulée de telle manière qu'une trac¬ tion sur le câble provoque une courbure du tronçon à géométrie variable.
2. Structure selon la revendication 1, comprenant plusieurs actionneurs regroupés sur une embase de la structure.
3. Structure selon la revendication 1, dans la¬ quelle l'enveloppe (1) présente au niveau du tronçon à géométrie variable (1.2) des plis (5) sensiblement per¬ pendiculaires à l'axe central (2) de l'enveloppe pour au- toriser un différentiel de longueur du tronçon à géomé¬ trie variable de part et d'autre de l'axe central tout en maintenant constante une section droite du tronçon à géo¬ métrie variable.
4. Structure selon la revendication 3, dans la- quelle les plis (5) sont de forme annulaire et comportent des portions (5.1) cousues les unes aux autres selon deux lignes de couture (6) s' étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe central (2) et des portions libres (5.2) s' étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe central.
5. Structure selon la revendication 4, dans la¬ quelle l'extrémité du câble (9, 10) est reliée à une por¬ tion libre (5.2) d'un pli (5) de telle manière qu'une traction exercée par l'actionneur sur le câble provoque un repliement de la portion du pli auquel le câble est relié .
6. Structure selon la revendication 1, dans la¬ quelle le câble (9) court le long de l'enveloppe (1) et au moins un élément de guidage (11) du câble est fixé à l'enveloppe.
7. Structure selon la revendication 5, dans la¬ quelle un câble (10) est relié à chaque pli (5), les c⬠bles ayant des extrémités reliées à des anneaux (12) fixés aux portions libres (5.2) des plis et au moins un des câbles est engagé dans deux anneaux adjacents pour former un mouflage (13) .
8. Structure selon la revendication 7, dans la¬ quelle au moins un des anneaux (12) reçoit à coulissement au moins un autre des câbles (10) .
9. Structure selon la revendication 7, dans la¬ quelle le tronçon à géométrie variable (1.2) comporte n plis et les moyens de déformation associés à ce tronçon à géométrie variable comporte un unique actionneur (7) re¬ lié à n câbles (10) reliés chacun à un pli (5), le pli le plus éloigné de l'actionneur étant relié au câble corres¬ pondant par un mouflage à k brins et chacun des autres plis étant relié au câble correspondant via un mouflage (13) comportant un nombre de brins augmentant de 1 depuis le pli voisin d'une première extrémité du tronçon à géo- métrie variable jusqu'au pli voisin d'une deuxième extré¬ mité du tronçon à géométrie variable pour atteindre n+k brins pour ce pli.
10. Structure selon la revendication 1, compre¬ nant au moins un dispositif de détection de la courbure d'au moins un tronçon à géométrie variable.
11. Structure selon la revendication 10, dans la¬ quelle le dispositif de détection comprend au moins une fibre optique s' étendant parallèlement à une ligne moyenne du tronçon à géométrie variable et ayant une ex- trémité reliée à un émetteur d'un faisceau lumineux et une extrémité opposée relié à un photodétecteur relié à une unité de mesure d'au moins une caractéristique du faisceau lumineux.
12. Structure selon la revendication 11, dans la- quelle la caractéristique lumineuse est une intensité.
13. Structure selon la revendication 1, dans la¬ quelle l'enveloppe présente un axe central (2) le long duquel sont définis au moins un tronçon à géométrie fixe (1.1) et le tronçon à géométrie variable (1.2) .
14. Structure selon la revendication 13, dans la¬ quelle le tronçon à géométrie fixe comprend au moins une bifurcation .
15. Structure selon la revendication 14, dans la¬ quelle le tronçon à géométrie fixe se referme sur lui- même .
16. Structure selon la revendication 1, dans la¬ quelle le tronçon à géométrie variable (1.2) est agencé pour posséder un angle de courbure maximal d'au moins 90° environ .
17. Structure selon la revendication 1, dans laquelle l'enveloppe (1) comprend une chambre interne étan- che (4) recouverte par une toile inextensible (3) .
18. Bras robotisé comportant au moins une struc¬ ture articulée conforme à l'une quelconque des revendica- tions précédentes.
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