WO2017042134A1 - Hinge, haptic device, motion capture device and robot comprising such a hinge - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a joint provided with an angular sensor, a haptic device comprising such a joint such as a glove, a motion capture device comprising such a joint and a robot comprising such a joint.
- Robots, haptic devices and electromechanical motion capture devices are devices comprising a plurality of movable elements interconnected by mechanical links which are usually of pivot or slide type.
- the robots and haptic devices are provided with motors allowing the movable elements to be moved or, on the contrary, to resist an effort applied by the environment or the user.
- Electromechanical motion capture devices are generally passive on the contrary, that is to say, not equipped with motors, their displacements being solely due to the movements of the user.
- all these devices include position sensors to know the configuration of the various moving elements.
- these sensors are arranged at the motors. They allow to better control the movements and efforts that robots and haptic devices apply.
- These sensors can also be arranged at the joints connecting the different movable elements to each other, which are most often pivot links more easy to make and motorize as slide links.
- electromechanical motion capture devices which are not motorized, the sensors are generally arranged at the joints.
- the angular position sensors used are potentiometers, magnetic Hall effect sensors, type sensors. capacitive or optical encoders.
- an angular sensor consisting of an LED and a photodiode has been developed and described in the article 'Optoelectronic joint angular sensor for robotic fingers', Sensors and Actuators A: Physical, vol. 152, 2009, pp. 203-210 of A. Cavallo, G. De Maria, C. Natale, S. Pirozzi.
- This sensor is such that the LED is attached to one segment of the robot and the photodiode is attached to another segment of the robot pivotally mounted relative to the segment on which the LED is fixed,
- the illumination profile of the LED is not isotropic, the light it emits is not the same in all direct ions. It is maximum in the axis of the LED and decreases as one moves away from this axis. It also decreases when you move away from the LED. Similarly, the sensitivity to illumination of the photodiode is not isotropic and the voltage associated with the received light depends on the direction in which it is illuminated. The voltage is maximum when the illuminating beam is in the axis of the photodiode and decreases as the beam is inclined relative to this axis.
- the quantity of light generated by the LED and received by the photodiode varies according to the angle of articulation connecting the two segments, which makes it possible to measure this angle.
- this sensor has the disadvantage that the output voltage of said sensor does not vary linearly as a function of the angle of articulation over the entire measuring range of the sensor.
- the sensitivity of the sensor is not constant over the entire measurement range of the sensor since for certain angular values, a small displacement around the axis of the articulation results in a large variation of the output voltage of the sensor while for other angular values, a displacement of the same amplitude is only reflected by a low variation of this voltage. For these second values, it is therefore difficult to discriminate the angular variation around the axis of the joint.
- An object of the invention is to propose a hinge comprising an angular sensor having a linear or quasi-linear response and a sensitivity varying little over a wider range of measurement.
- the invention also relates to a haptic device comprising such a joint, a motion capture device comprising such a joint and a robot comprising such a joint.
- an articulation comprising a first element and a second element pivotable relative to each other about an axis and at least one angular sensor which comprises measuring means comprising:
- the emitters being arranged in such a way that the axes of the emitters extend obliquely with respect to each other, and / or
- the receivers being arranged so that the axes of the receivers extend obliquely with respect to each other,
- the angular sensor being arranged such that at least a portion of the at least one emitter is attached to the first member and so that at least a portion of the at least one receiver is attached to the second member
- the receiver is illuminated by at least two emitters which are angularly offset with respect to each other and in the second case, the emitter illuminates at least two receivers which are angularly offset relative to one another. to the other.
- the response of the serial measurement means of elementary functions provided by each of the transmitter / receiver pairs in place is broken down. It is then possible to june on each of these functions and on their combination to linearize the response of the measuring means over a wider range of measurement range.
- the first case it is thus possible to play both on the luminous intensities of the transmitters and on the relative positions of the transmitters, in particular on their angular offset, compared to the receiver
- the second case it is thus possible to play both on the light sensitivities of the receivers and on the relative positions of the receivers, in particular on their angular offset, compared to the transmitter.
- the response of the measuring means is linear or quasi-linear over a large measuring range, which guarantees a sensor sensitivity that varies little.
- the term “receiver axis” refers to the axis in which the sensitivity to illumination of the receiver is maximized.
- the term “issuer axis” refers to the axis in which the majority of radii are emitted by the transmitter.
- the emitters are identical or the receivers are identical.
- At least one transmitter comprises a source of emission directly illuminating at least one associated receiver.
- At least one transmitter comprises a main transmission part and a guiding secondary part, at least one receiver being indirectly illuminated by the main transmission part via the guiding secondary part.
- the guide portion comprises at least one optical fiber.
- the guide secondary portion is fixed to the first element as the main transmission part.
- the senor comprises at least one optical system for modulating a light intensity and / or a convergence of the rays emitted by at least one emitter.
- the optical system comprises a diaphragm.
- the senor comprises at least one cover arranged around one or more transmitters and / or one or more receivers.
- the sensor comprises at least one support through which a part of the transmitter or emitters is fixed to the first element and / or comprises at least one support, through which part of the receiver or receivers. is attached to the second element.
- At least one of the supports comprises a chute adapted to receive the part of the transmitter or the receiver associated with the support.
- At least one of the receivers is arranged so that a light-sensitive area of said receiver is on the axis of the hinge.
- At least one of the emitters is arranged so that its axis is concurrent with the axis of the joint.
- At least one of the emitters is arranged so that its axis belongs to the plane which is normal to the axis of the articulation and which comprises the axis of at least one of the receivers.
- the senor comprises at least one transmitter and two receivers, the transmitter being arranged so that its axis belongs to a first plane which is normal to the axis of the articulation and which is different from a second plane and a third plane normal to the axis of articulation and each respectively comprising the axis of one of the receivers, the receivers being arranged so that the second plane and the third plane are different the one another and are located at identical distances from the foreground.
- the sensor comprises at least one transmitter and two receivers, the receivers being arranged in the same plane which has normal axis 1 of the articulation.
- the invention also relates to a robot comprising at least one joint as previously described.
- the invention also relates to a haptic device comprising at least one articulation as previously described.
- the haptic device comprises a glove.
- the invention also relates to a motion capture device comprising at least one articulation as previously described.
- the motion capture device is an electromechanical motion capture device (as opposed to optical motion capture devices such as the Ki nect (trademark) device).
- Figure 1 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a first embodiment of the invention
- Figure 2 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a second embodiment of the invention
- Figure 3 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a third embodiment of the invention
- Figure 4 is a perspective view of an articulatio ion comprising an angular sensor according to a fourth embodiment of the invention.
- Figure 5 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a fifth embodiment of the invention.
- Figure 6 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a sixth embodiment of the invention.
- Figure 7 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a seventh embodiment of the invention.
- FIG. 8 is a perspective view of a robot comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention
- FIG. 9 is a perspective view of a first hapt.i device that comprises several joints according to the first embodiment of the invention.
- Figure 10 is a perspective view of a second haptic device comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention
- FIG. 11 is a perspective view of a motion capture device comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention
- the articulation according to the first embodiment of the invention comprises a sensor 100.
- the articulation also comprises a first element 101 and a second element 102, the first element 101 being mounted rotatably on the second element 102 about an axis A.
- the cape 100 comprises measurement means which here comprise two transmitters 111, 112 and a receiver 121.
- the sensor 100 here comprises a first support 131 on which the emitters 111, 112 are fixed, the first support 131 being itself fixed on the first element 101. In this way the emitters 111, 112 are fixed to the first element 101 and secured in rotation to the first element 101.
- the two emitters 111, 112 are arranged so as to be offset angularly with respect to each other, that is to say that their axes extend obliquely relative to each other. the other.
- the sensor 100 also comprises a second support 132 on which the receiver 121 is fixed, the second support 132 being itself fixed on the second element 102. In this way the receiver 121 is fixed to the second element 102 and secured in rotation to the second element 102.
- the first support 131 is shaped so as to have two recessed shapes 133, 134 adapted to each receive one of the emitters 111, 112.
- the hollow form is for example a semi-cylindrical chute of the same diameter as the transmitter which is arranged there. Shoulders are further provided at the end of the chute to precisely position the associated emitter in the chute in the longitudinal direction of the chute.
- the second support 132 is shaped so as to have a hollow shape 135 adapted to receive the receiver 121.
- the hollow shape is for example a semi-cylindrical chute of the same diameter as the receiver 121. Shoulders are further provided at the chute end to accurately position the receiver 121 in the chute in the longitudinal direction of the chute.
- the emitters 111, 112 are here identical. Each transmitter 111, 112 comprises a diode. Each transmitter 111, 112 further comprises here a protective plastic packaging within which the diode is arranged.
- each transmitter 111, 112 is configured to emit light rays outside the visible light spectrum.
- the diode of each transmitter 111, 112 is thus an infrared radiation diode.
- the emitters 111, 112 being angularly offset relative to each other, their axes 115, 116 therefore extend obliquely relative to each other.
- the emitters 111, 112 are connected to supply means (not shown here) which comprise for example a current source or a voltage source.
- the emitters 111, 112 can be powered in parallel as well as in series.
- the receiver 121 here comprises a phototransistor.
- the receiver 121 further comprises here a protective plastic packaging inside which the phototransistor is arranged.
- the package is configured to filter a part of the light spectrum by passing light rays belonging to a restricted range of the light spectrum centered around the wavelength of the rays emitted by the emitters 111, 112.
- the packaging of the receiver 121 is thus configured so as to let pass only the infrared rays,
- the receiver 121 is connected to a calculation unit (not shown here), whether or not part of the sensor 100, which makes it possible to measure the voltage across the receiver representative of the light received by the phototransistor and to deduce an estimate therefrom. of the relative angle between the first element 101 and the second element 102. Indeed, the voltage across the receiver 121 can be considered as the sum of the voltages generated by the illumination of the receiver 121 by each of the emitters, each of dependent voltages itself:
- the angle at which the phototransistor is illuminated (corresponding, for each transmitter, to the angle between on the one hand the axis of the receiver and on the other hand the line connecting the emitter diode and the phototransistor of the receiver ),
- the intensity with which the phototransistor is illuminated this intensity depending itself on the one hand the angle at which the diode emits light towards the phototransistor (corresponding, for each transmitter, the angle between d ' a part 1 / axis of the transmitter and other the line connecting the transmitter diode and the receiver phototransistor), and the distance between each transmitter 111, 112 and the receiver 121.
- the receiver 121 is configured to operate over a wide angular range, the response of the receiver 121 varying depending on the angle at which the phototransistor is illuminated over this wide angular range.
- Said wide angular range is for example from 10 degrees to 60 degrees.
- the receiver 121 is arranged so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is on the axis ⁇ .
- the emitters 111, 112 are arranged such that their axes 115, 116 are concurrent with the axis A and pass through the sensitive area of the phototransistor 121 of the receiver regardless of the relative position between the first element 101 and the second element 102.
- the emitters 111, 112 are arranged so that their axes are in the same plane having normal axis A. Also preferably, the receiver 115 is arranged so that its axis belongs to this plane .
- the distance between the emitters 111, 112 and the receiver 121 as well as the angle at which the diodes of the emitters 111, 112 emit light towards the phototransistor of the receiver 121 do not vary when the first element 101 revolves around the axis A relative to the second element 102: only the angle at which the phototransistor is illuminated then changes the voltage across the phototransistor, which simplifies modeling the sensor 100 and make easier its optimization to obtain a more linear response of the measuring means and therefore the sensor.
- the emitters 111, 112 being here identical, and being assumed to be supplied here identically, we obtain, noting cn 2 the angular offset between them about the axis A ⁇ the angle between the two axes of the emitters 115, 116):
- an angular offset ⁇ 112 is chosen between the two emitters 111, 112 of 20 degrees.
- the one or more supports 131, 132 and the troughs 133, 134, 135 may have different shapes and / or dimensions.
- the support (s) may thus be shaped to cover the transmitter (s) and / or the receiver, for example having a portion of tubular section, with or without shoulders, so as to protect the transmitter or emitters 111, 112 and / or the receiver 121.
- the channel or troughs 133, 134, 135 may still have a larger diameter than the emitters 111, 112 and / or the receiver 121, so as to leave enough room for adhesive or calluses, rigid or not, arranged in the channel or chutes and used to immobilize the transmitter or emitters 111, 112 and / or the receiver 121 relative to the associated support.
- the one or more supports may comprise one or more receiving portions of one or more transmitters and the receiver which will be of larger dimensions than the transmitter, the emitters and / or the associated receiver so as to leave enough space for glue or calluses, rigid or not, arranged in said portion or portions and used to immobilize the transmitter or emitters 111, 112, and / or the receiver 121, relative to the associated support.
- emitters 111, 112 are identical they could also be different.
- the angular offset between the two emitters 111, 112 is 20 degrees, this angle may be different. It can thus be lower or higher, depending on the response of each of the transmitter / receiver pairs,
- the emitters 111, 112 will be arranged so that their axes lie in planes different from each other, with the axis A being normal,
- the receiver 121 will be arranged so that its axis lies in a plane normal to the axis A and different from the plane normal to the axis A in which the axis of the transmitter 111 and / or different is located. the plane normal to the axis A in which the axis of the transmitter is located 112.
- the emitters 111, 112 will be arranged so that their axes will be inclined with respect to the plane including the axis of the receiver 121 and having normal axis A, the axes of the emitters 111, 112 then describing a portion of cone axis A during the relative movements between the first element 101 and the second element 102.
- the sensor 200 of the articulation according to the second embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation according to the first embodiment of the invention, with the difference that the means The measuring devices comprise three transmitters 211, 212, 213 instead of two.
- the emitters 211, 212, 213 are here arranged so that the emitter 212 is shifted by an angle ⁇ 2 ⁇ 2 by 20 degrees about the axis A with respect to the emitter 211 and so that the emitter 213 is offset by an angle ⁇ 2 ⁇ 3 of 40 degrees around the axis A relative to the emitter 211.
- the angular offset angles between the emitters 211, 212, 213 have been given by way of example and other angular offset angle values between the emitters 211 and 212, respectively 211 and 213, may well be used. for other joints.
- the sensor 300 of the articulation according to the third embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation of the first embodiment of the invention, with the difference that the axes of the emitters 311, 312 are no longer concurrent with the axis A. This results in an offset of the emitters 311, 312 on the first element 301 relative to the axis A compared to the first embodiment.
- the receiver 321 is here also shifted relative to the axis A so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is no longer on the axis A.
- the distance between the emitters 311, 312 and the receiver 321 and the angle at which the emitter diodes 311, 312 emit of light to the phototransistor of the receiver 321 vary during a relative movement between the first element 301 and the second element 302, which adds additional parameters influencing the output of the measuring means.
- the sensor 400 of the articulation according to the fourth embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation of the first embodiment of the invention, with the difference that the means of measurement comprise a single transmitter 411 instead of two and two receivers 421, 422 instead of one.
- the two receivers 421, 422 are then arranged so that their axes are inclined with respect to each other.
- the receivers 421, 422 are arranged in such a way that their axes are in the same plane which has the axis A as normal.
- the receivers 421, 422 are arranged so that the axis of the transmitter 415 belongs to the plane in which the axes of the receivers 421, 422 are located.
- the receivers 421, 422 are furthermore arranged in such a way that their axes lie in this plane on either side of said axis A.
- the receivers 421, 422 are thus arranged so that their phototransistors, and in particular their sensitive areas, to light rays, are not on axis A but on either side of the said axis A.
- the luminous intensity of the transmitter 411 received by each of the receivers will also vary according to the angle between on the one hand the axis of the transmitter 415 and on the other hand the axes connecting the diode of the transmitter to each of the phototransistors of the receivers, which adds additional parameters influencing the output of the measuring means.
- one of the two receivers is arranged so that its phototransistor, and in particular its light-sensitive zone, is on the axis A, the other of the receivers being always offset relative to said axis A.
- the distance between the transmitter 411 and this first receiver as well as the angle at which the diode of the transmitter 411 emits light towards the phototransistor of this first receiver do not vary during the relative movements between the first element. 401 and the second element 402, which simplifies the study of the output of the measuring means,
- the sensor 500 of the articulation according to the fifth embodiment of the invention is identical to the sensor 400 of the articulation of the fourth embodiment of the invention, with the difference that the two receivers 521, 522 are arranged so that their axes lie in different planes parallel to each other, each of these planes having normal axis A.
- the two receivers 521, 522 are furthermore arranged so that their phototransistors, and in particular their light-sensitive areas, are both on the axis A.
- the distance between the emitter 511 and the receivers 521, 522 and the angles at which the emitter diode 511 emits light to the phototransistors of the receivers 521, 522 do not vary during the relative motions between the first element 501 and the second element 502, which simplifies the study of the output of the measuring means.
- the receivers 521, 522 are here arranged so that the axis of the transmitter 515 does not belong to any of the planes having for normal axis A in which the axes of the receivers 52.1, 522 are located.
- the receivers 521, 522 are arranged so that the planes having for normal axis A in which the axes of the receivers 521, 522 extend lie at the same distance from the plane comprising the axis of the transmitter 515 and having normal axis A.
- the two receivers 521, 522 have the same contribution to the output of the measuring means.
- the receivers 521, 522 are arranged such that the planes having normal axis A in which the axes of the receivers 521, 522 extend are located at different distances from the plane comprising the axis of the transmitter. 515 and having normal axis A,
- the receivers 521, 522 are arranged so that their axes are inclined relative to the plane comprising the axis of the transmitter 515 and having normal axis A, the axes of the receivers 521, 522 describing a portion cone of axis A during the relative movements between the first element 501 and the second element 502.
- the sensor 600 of the articulation according to the sixth embodiment of the invention is identical to the. 100 sensor of the articulation of the first embodiment of the invention with the difference that the first support 631 has a transverse portion 636 extending facing emitters 611, 612, the transverse portion 636 having two diaphragms 637 arranged each in front of one of the emitters 611, 612 at the axes of the emitters 615, 616.
- the diaphragms 637 are here identical so that the light rays coming from the first emitter 611 and the second emitter 612 perceived by the receiver 621 have the same luminous intensity when the emitters 611, 612 are fed in the same way.
- the diaphragms 637 are here shaped in simple holes drilled in the transverse portion 636.
- each transmitter 711, respectively 712 comprises a main transmission part 717, 718 respectively which comprises the diode and the associated protective packaging and a guide abutment detailed below, the receiver 721 then no longer illuminated directly by the diodes of the emitters 711, 712 but by the guide parts of the emitters 711, 712.
- the sensor 700 here comprises a first support 731 on which the first main part 717 is fixed, the first support 731 itself being fixed on the first element 701.
- the sensor 700 further comprises a second support 738 on which the second main part 718 is fixed, the second support 738 itself being fixed on the first element 701.
- emitters 711, 712 are attached to the first element 701 and rotatably connected to the first element 701.
- the sensor 700 also comprises a third support 732 on which the receiver 721 is fixed, the third support 732 itself being fixed on the second element 702. In this way the receiver 721 is fixed to the second element 702 and secured in rotation to the second element 702.
- the guiding abutments here comprise a first optical fiber 751 associated with the first transmitting main part 717 and a second optical fiber 752 associated with the second transmitting main part 718.
- the sensor 700 comprises supports 739 in which are guided the optical fibers 751, 752, said supports 739 being themselves fixed on the first element 701. In this way, the optical fibers 751, 752 are fixed to the first element 701 and rotatably connected to the first element 701.
- the optical fibers 751, 752 are arranged so that a first end of the first optical fiber 751 or opposite the first main portion of emission 717 and so that a first end of the second optical fiber 752 is opposite the second main transmission part 718.
- the optical fibers 751, 752 are arranged so that the first end of each optical fiber 751, 752 extends along an axis which coincides with the axis of the diode of the associated main transmission part (ie the axis in which the majority of the rays are emitted by the diode).
- the supports 739 are furthermore arranged so that the second end of the first optical fiber 751 is facing the receiver 721 and so that the second end of the second optical fiber 752 is facing the receiver 721, the two second ends extending obliquely relative to each other ie such that the axes of the emitters 715, 716 extend obliquely with respect to each other.
- the receiver 721 is arranged so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is on the axis A.
- the optical fibers 751, 752 are arranged so that the axes transmitters 715, 716 are concurrent with the axis A and pass through the sensitive area of the phototransistor of the receiver 721 regardless of the relative position between the first element 701 and the second element 702.
- the light emitted by the emitters 711, 712 is transmitted via the optical fibers 751, 752 to the receiver 721.
- the receiver 721 is thus no longer illuminated directly by the diodes of the emitters 711, 712 but indirectly via the optical fibers 751. 752.
- the sensor 700 comprises two transmitters 711, 712 and a single receiver 721 and although here it is the transmitters 711, 712 which comprise a main transmission part and a secondary guide part, this sensor could also include the single transmitter and two receivers, the receivers having a main measurement portion connected to the body 702 and a guide secondary portion.
- the robot 1000 is here a serial robot with six degrees of freedom.
- the robot 1000 typically includes a base 1010, a clamp 1030 and a mechanical structure 1020 hinged to the base 1010 and to move the clamp 1030 relative to the base 1010 in any position and in any orientation in the limit of the working space of the robot 1000.
- the base 1010 can be here fixed or mobile.
- the mechanical structure 1020 is a series structure comprising:
- the mechanical structure 1020 further comprises a rod 1054 hinged to the rod 1053 and the forearm 1055, the connecting rod 1054 for transmitting the movements of the link 1053 to the forearm 1055, the arm 1052, the rod 1053, the connecting rod 1054 and the forearm 1055 thus form a parallelogram structure.
- the element 1051, the arm 1052, the rod 1053, and the elements 1056, 1057 and 1058 are here moved by motors 1040 of the robot 1000 which can also oppose their movements preferably through a gearbox.
- the motors 1040 here comprise position sensors visible on the rear of the motors (i.e. on the engine side opposite to the output shaft of the engine considered).
- the robot 1000 further comprises angular sensors 100 identical to those of the hinge according to the first embodiment of the invention.
- the robot 1000 comprises a first angular sensor 100 arranged at the articulation between the movable element 1051 and the base 1010, a second angular sensor 100 arranged at the joint between the arm 1052 and the mobile element 1051 and a third angular sensor 100 arranged at the joint between the rod 1053 and the movable member 1051.
- These angular sensors 100 here allow to measure the movements of the element 1051 relative to the base 1010, the arm 1052 relative to the element 1051 and the link 1053 relative to the element 1051.
- the angular sensors 100 advantageously provide absolute measurements of the movement of the mobile element 1051, the arm 1052 and the rod 1053.
- These measurements can also be complementary to those of the position sensors of the motors 1040 associated with the mobile element 1051, the arm 1052 and the link 1053 if these position sensors are incremental (that is to say that the sensors deliver a pulse signal at each elementary displacement of the motor concerned, the measurements of such sensors being dependent on the number of rotations already made by the sensor). This avoids having to initialize the measurements of the position of the robot 1000 at startup, for example by putting all the constituent members of the mechanical structure 1020 in abutment, as is the case when a robot has only incremental position sensors. .
- a haptic device 2000 comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention will now be described.
- the haptic device 2000 comprises a base 2010, a mechanical structure of the delta type 2020 connected to said base 2010 and a platform comprising a handle 2030, the platform being linked to the mechanical structure 2020 so as to be displaceable in translation by said structure mechanical 2020 following any direction of space compared to base 2010.
- the 2010 base includes three 2040 engines that rotate the mobile elements closest to the 2010 base of each branch of the delta 2020 mechanical structure, for example via gearboxes.
- These 2040 motors preferably have position sensors visible at the rear of the motors.
- the haptic device 2000 comprises angular sensors 100 of the articulation according to the first embodiment of the invention which are integrated here at the joints of these elements at the base 2010. These angular sensors 100 make it possible to measure the angular movements of said element compared to the 2010 base, in a redundant or complementary way with the position sensors of the 2040 engines.
- a haptic device 3000 comprising several articulations according to the first embodiment of the invention will now be described, the supports of the transmitters and receivers surrounding here the transmitters and the associated receivers, said supports comprising Portions having a tubular section running around the emitters and receivers,
- the haptic device 3000 is here a manual exoskeleton in the form of a glove.
- the haptic device 3000 comprises a base 3010 intended to be fixed on the hand of the user by means not shown, for example straps.
- the haptic device 3000 further comprises four mechanical structures 3020 which are each articulated on the base 3010.
- the haptic device 3000 further comprises four end devices 3030 each hinged respectively to one of the structures 3020 and intended to receive the phalangette of the thumb, index, middle finger and ring finger, respectively. 'user.
- the haptic device 3000 further comprises actuators 3040 (only part of which is visible here) configured to generate a force feedback on the fingertips of the user via the mechanical structures 3020 and integrated actuators (not visible here). end devices 3030 configured to generate local haptic feedback on the fingertips of the user.
- actuators 3040 preferably comprise position sensors, only part of which is visible at the rear of the motors.
- Such a haptic device 3000 is for example described in the French application of the present applicant with filing number 58301 and may be referred to this request for further information.
- the haptic device 3000 comprises angular sensors 100 (only a part of which is visible here) of the articulation according to the first embodiment of the invention arranged on different articulations of the haptic device.
- the angular sensors 100 are arranged on the joints connecting the mechanical structures 3020 to the base 3010 and some internal joints to the mechanical structures 3020.
- angular sensors 100 are arranged on the joints actuated by the actuators 3040 and whose movements are already measured by the sensors associated with these motors. Angular sensors 100 then make it possible to know precisely the absolute angular position of the elements forming these actuated joints, in addition to the position sensors of the actuators 3040.
- angular sensors 100 are the only sensors measuring the movements of these joints. These angular sensors 100 are advantageously simple, compact, lightweight and inexpensive.
- a motion capture device 4000 in the form of glove comprenar in the form of glove comprenar.
- This motion capture device 4000 is identical to the haptic device 3000 described previously with the difference that the motion capture device 4000 does not include actuators on the mechanical structures 4020 and on the end devices 4030.
- the 4020 mechanical structures are not motorized, they follow the movements of the fingers of the hand of the user without constraining them.
- the angular sensors 100 integrated on the motion capture device 4000 make it possible to measure these movements.
- the angular sensors 100 are inexpensive and can independently measure the movements of each joint provided with such sensors.
- the motion capture device 4000 is less susceptible to visual occlusions than prior art optical motion capture devices using one or more cameras to measure hand movements.
- the transmitters all include an infrared light emitting diode
- the emitters may include other emission sources such as a light emitting diode emitting in another frequency band than the infrared, a photodiode, a vertical cavity surface-emitting laser diode (VCSEL), a laser source or a light source emitting in the visible or invisible light field.
- the transmitters may be more or less directive (it being understood that a highly directive emitter transmits all or almost all of the spokes along its axis).
- the receivers all include a phototransistor operating in the infrared
- the receivers may comprise other reception means such as a phototransistor operating in another frequency band, a photodiode, a PIN diode (for the English "Positive Intrinsic Negative Diode") or a photoresistor.
- the sensor will consequently comprise accordingly suitable supply means and possibly one or more adapted calculation units, the measured quantity being able to be for example a voltage or a current.
- Receivers may be more or less effective.
- the same sensor may include different transmitters and / or different receivers in particular to improve the linearity of the sensor and increase its useful measuring range.
- the power supply of these transmitters can be done in series as well as in parallel.
- the emitters may equally well be connected to the same power supply means as to remote power supply means, these power supply means being identical or different. It will thus be possible to feed each of the emitters with a different current or a different voltage in order to modify their relative contribution to the response of the measuring means, in particular in order to optimally linearize said response.
- the measuring means comprise at least two receivers
- the receivers may just as easily be connected to the same calculation units as to separate calculation units, these calculation units possibly being identical or different. Whether they are connected to the same calculation units or to separate calculation units, the amplification gains, the filters, and more generally the means for processing the signals of each of the receivers may be identical or different.
- the emitters and / or the receivers may be arranged differently with respect to each other and also with respect to the axis of the articulation associated with the sensor. which has been illustrated. Whether or not the emitters comprise a guiding part, it will also be possible to shift more or less each emitter and / or receiver relative to the axis. Whether the transmitter or transmitters comprise or not a guide portion, it will also more or less incline each transmitter and / or each receiver relative to the axis.
- the transmitter comprises a guiding part
- the main transmission part it will be possible to arrange the main transmission part elsewhere than on the first element, for example on the second element or on any other part of the robot or the haptic device or the capture device. associated movement or on any other body independent of the articulation of the first element and the second element such as a fixed base, the guide portion ensuring that the rays emitted by the main transmission part are transmitted to the receiver.
- the transmitter comprises guiding parts
- they may include any other transmission means that optical fibers such as mirrors.
- the transmission means may further comprise lenses or other optical focusing devices, for example between the main transmission parts and the guide parts or between the guide parts and the receiver or receivers.
- the diaphragms of the sensor have an identical diameter, they may have a different diameter. We can still use one or more diaphragms with adjustable opening in place of single hole. Any other optical system other than the diaphragms may also be used to modulate the light intensity and the convergence of the rays emitted by the emitter to the receiver, such as lenses or slots or grooves.
- the transmitters and receivers are fixed on independent supports of the elements of the joint and attached to the joints, the supports may be an integral part of the elements of the joint being for example machined directly in said elements .
- the transmitters and. the receivers can be directly attached to said elements, for example by gluing.
- the supports can come to cover the emitters and receivers to better protect them.
- the support or supports may have shapes and / or dimensions different from those illustrated.
- the support (s) may thus be shaped to cover the transmitter (s) and / or the receiver (s), for example having a portion of cylindrical section, with or without shoulders, so as to protect the transmitter (s) and / or the or the receivers.
- the one or more supports may comprise one or more receiving portions of one or more transmitters and / or of one or more receivers which will be of larger size than the transmitter (s) and / or the associated receiver (s) so as to leave sufficient space for adhesive or cal les, rigid or not, arranged in said portion and used to immobilize the transmitter or transmitters and / or the receiver or receivers, relative to the associated support.
- At least one support comprises a chute, it may thus still have a larger diameter than the transmitter (s) and / or associated receiver (s), so as to leave sufficient room for glue or calles, rigid or not, arranged in the chute to immobilize the transmitter or transmitters and / or the associated receiver or receivers, relative to the associated support.
- the angular sensor may comprise one or more hoods arranged around one or more transmitters and / or one or more receivers to limit light pollution between transmitters and receivers.
- element generally refers to any body that can be part of a joint.
- arm forearm
- link forearm
- connecting rod ... fit well into the more general term “element”.
- robots, haptics and motion capture devices described are not limiting and we can use joints according to the present invention on any other type of robot, for example and non-exhaustively a a serial robot, a parallel robot, a series / parallel architecture or tree structure robot, a robotic hand, with redundant or non-redundant actuation, having between one and six degrees of freedom or more ... or on any other another type of haptic device, for example and in a non-exhaustive manner on a device with series, parallel, mixed or arborescent architecture, with redundant or non-redundant actuation, an exoskeleton of the leg, arm or hand ...
- any other type of motion capture device for example and in a non-exhaustive manner on a device with series, parallel, mixed or arborescent architecture, with actuation redundant or not, an exoskeleton of leg, arm or hand ....
- the various robots, haptics and motion capture devices may include one or more joints according to the first embodiment. any variant or description of the present invention. It will also be possible to use different types of joints according to the invention on the same robot, the same haptic device or the same device for capturing motion. It is also possible to combine existing sensors with angular articulation sensors according to the present invention on the same robot, the same haptic device or the same motion capture device.
- the various robots, haptic devices and motion capture devices may include the angular sensors on other axes than those described and / or may comprise a different number of angular sensors than that described.
- said gloves may include a different number of mechanical structures and / or end devices to follow the movements of more or fewer fingers of the user.
- the actuators, the motors, the position sensors associated with these motors and the gearboxes associated with these motors may be of any suitable type.
- the motors can thus advantageously be DC electric motors with rotor without iron or brushless motors but also and without limitation conventional DC motors.
- the actuators may comprise motors of any type or else shape memory alloys, electroactive polymers, piezoelectric actuators, pneumatic or hydraulic actuators. It will generally be possible to use other actuators than the motors represented on the illustrated robots and haptic devices. It will also be possible on haptic devices to use on one or more axes brakes instead of engines, these brakes may be including, but not limited to, disc brakes, powder brakes or magneto or electro-rheological fluid brakes.
- the device can only oppose the movements of the user and not act on him actively. It will still be possible to use hybrid actuators combining a motor and a brake of all types presented above. On the robots and haptic devices, it will also be possible to use on one or more axes actuators with counter-actuation and / or variable stiffness of the elastic actuators type in series (in English “series elastic actuators”) or elastic actuators in parallel (in English). "Parallel elastic actuators”).
- the reducers may be cable or non-exhaustive capstans of single or epicyclic single-stage or multi-stage gearboxes, gearbox type gearboxes (of the "Harmonie Drive” gearbox type) or ball screw reducers or any combination of these or other reduction elements.
- capstans In the case of the use of capstans, it will also be advantageous machining a helical profile on the pulleys and providing guidance systems and tension cables. It is still possible on some axes to have non-reversible reducers such as worm gear reducers.
- non-reversible reducers such as worm gear reducers.
- motors and / or gearboxes with low efficiency and / or having high or little or no reversible friction, it may preferably be used at the level of the motors, at the joints of the robot / haptic device or at its base or at its end, force sensors whose signals will be used to compensate for these defects and make the robot / haptic device reversible.
- the position sensors may be of any type suitable, in particular and in a non-exhaustive manner, optical encoders, Hall effect sensors, potentiometers or magneto-optical encoders. These position sensors can be absolute (multi-turns) or relative.
- On robots and haptic devices they can be integrated on the engines. All or part of them may also be placed on certain articulations of the robot / haptic device / motion capture device, in addition to or in place of the hinge sensors according to the present invention. On robots and haptic devices, we can still have on one or more axes position sensors on both engines and joints.
- the kinematic connections can be provided by simple bearings, ball bearings, plain bearings, magnetic bearings ... Moreover some links have been illustrated in a simplified way cantilever. It may be advantageous to make connections in screed, that is to say with a recovery efforts on each side of the link. This is particularly true for the rotational guidance of the pulleys whose efforts may advantageously be taken up by bearings or bearings on the side of the pulleys opposite the motors.
Landscapes
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Abstract
The invention relates to a hinge comprising an angular sensor (100) that includes measuring means comprising: at least two emitters (111, 112) of light rays and at least one receiver (121) of said light rays, the emitters being arranged so that the axes of the emitters extend obliquely relative to one another; and/or at least one emitter of light rays and at least two receivers of said light rays, the receivers being arranged so that the axes of the receivers extend obliquely relative to one another. The invention also relates to a haptic device comprising such a hinge, to a motion capture device comprising such a hinge and to a robot comprising such a hinge.
Description
Articulation , dispositif haptique, dispositif de capture de mouvement et robot comprenant une telle Articulation, haptic device, motion capture device and robot comprising such
articulation joint
L'invention concerne une articulation munie d'un capteur angulaire, un dispositif haptique comprenant une telle articulation comme par exemple un gant, un dispositif de capture de mouvement comprenant une telle articulation et un robot comprenant une telle articulation . The invention relates to a joint provided with an angular sensor, a haptic device comprising such a joint such as a glove, a motion capture device comprising such a joint and a robot comprising such a joint.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les robots, les dispositifs haptiques et les dispositifs de capture de mouvement électromécaniques sont des appareils comprenant plusieurs éléments mobiles reliés entre eux par des liaisons mécaniques qui sont usuellement de type pivot ou glissière. Les robots et dispositifs haptiques sont munis de moteurs permettant aux éléments mobiles d' être déplacés ou au contraire de résister à un effort appliqué par l'environnement ou l'utilisateur. Les dispositifs de capture de mouvement électromécaniques sont en général au contraire passifs, c'est-à-dire non équipés de moteurs, leurs déplacements étant uniquement dus aux mouvements de l'utilisateur. TECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION Robots, haptic devices and electromechanical motion capture devices are devices comprising a plurality of movable elements interconnected by mechanical links which are usually of pivot or slide type. The robots and haptic devices are provided with motors allowing the movable elements to be moved or, on the contrary, to resist an effort applied by the environment or the user. Electromechanical motion capture devices are generally passive on the contrary, that is to say, not equipped with motors, their displacements being solely due to the movements of the user.
Dans tous les cas, tous ces dispositifs comportent des capteurs de position permettant de connaître la configuration des différents éléments mobiles. En général, sur les robots et les dispositifs haptiques, ces capteurs sont disposés au niveau des moteurs. Ils permettent ainsi de mieux contrôler les mouvements et les efforts que les robots et les dispositifs haptiques appliquent. Ces capteurs peuvent également être disposés au niveau des articulations reliant les différents éléments mobiles entre eux, qui sont le plus souvent des liaisons pivot plus
faciles à réaliser et à motoriser que des liaisons glissières. Sur les dispositifs de capture de mouvement électromécaniques, qui ne sont pas motorisés, les capteurs sont en général disposés au niveau des articulations. In all cases, all these devices include position sensors to know the configuration of the various moving elements. In general, on robots and haptic devices, these sensors are arranged at the motors. They allow to better control the movements and efforts that robots and haptic devices apply. These sensors can also be arranged at the joints connecting the different movable elements to each other, which are most often pivot links more easy to make and motorize as slide links. On electromechanical motion capture devices, which are not motorized, the sensors are generally arranged at the joints.
Dans le cas d'une articulation de type pivot, sur la plupart des robots, des dispositifs haptiques et des dispositifs de capture de mouvement électromécaniques, les capteurs de position angulaire utilisés sont des potentiomètres, des capteurs magnétiques à effet Hall, des capteurs de type capacitifs ou encore des codeurs optiques. In the case of a pivot type joint, on most robots, haptic devices and electromechanical motion capture devices, the angular position sensors used are potentiometers, magnetic Hall effect sensors, type sensors. capacitive or optical encoders.
Cependant, ces composants s'avèrent la plupart du temps coûteux et relativement encombrants lorsque l'on souhaite obtenir une bonne résolution de mesure. En outre, leurs électroniques de conditionnement et de traitement sont relativement complexes. However, these components are most of the time expensive and relatively bulky when it is desired to obtain a good measurement resolution. In addition, their electronic conditioning and processing are relatively complex.
Ces inconvénients s'avèrent particulièrement pénalisants lorsque l'on cherche à concevoir des dispositifs haptiques tels que des gants, lorsque l'on cherche à concevoir des dispositifs de capture électromécaniques des mouvements de la main ou des mains de l'utilisateur ou lorsque l'on cherche à concevoir des robots tels que des mains robotiques qui présentent un grand nombre de mobilités et doivent malgré tout rester compacts, léger et d'un coût raisonnable. These disadvantages are particularly disadvantageous when one seeks to design haptic devices such as gloves, when one seeks to design electromechanical capture devices movements of the hand or the hands of the user or when the we seek to design robots such as robotic hands that have a large number of mobilities and must still remain compact, lightweight and a reasonable cost.
Pour pallier ces inconvénients, il a été développé un capteur angulaire constitué d'une LED et d'une photodiode et décrit dans l'article 'Optoelectronic joint angular sensor for robotic fingers' , Sensors and Actuators A: Physical, vol. 152, 2009, pp. 203-210 de A. Cavallo, G. De Maria, C. Natale, S. Pirozzi.
Ce capteur est tel que la LED est fixée à un segment du robot et la photodiode est fixée à un autre segment du robot monté pivotant relativement au segment sur lequel la LED est fixée, To overcome these drawbacks, an angular sensor consisting of an LED and a photodiode has been developed and described in the article 'Optoelectronic joint angular sensor for robotic fingers', Sensors and Actuators A: Physical, vol. 152, 2009, pp. 203-210 of A. Cavallo, G. De Maria, C. Natale, S. Pirozzi. This sensor is such that the LED is attached to one segment of the robot and the photodiode is attached to another segment of the robot pivotally mounted relative to the segment on which the LED is fixed,
Le profil d'illumination de la LED n'étant pas isotrope, la lumière qu'elle émet n'est pas la même dans toutes les direct ions . Elle est maximale dans l'axe de la LED et diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de cet axe. Elle diminue aussi quand on s'éloigne de la LED. De la même façon, la sensibilité à l'éclairage de la photodiode n' est pas isotrope et la tension, associée à la lumière reçue dépend de la direction selon laquelle elle est éclairée. La tension est maximale lorsque le faisceau éclairant est dans l'axe de la photodiode et diminue au fur et à mesure que le faisceau est incliné par rapport à cet axe . The illumination profile of the LED is not isotropic, the light it emits is not the same in all direct ions. It is maximum in the axis of the LED and decreases as one moves away from this axis. It also decreases when you move away from the LED. Similarly, the sensitivity to illumination of the photodiode is not isotropic and the voltage associated with the received light depends on the direction in which it is illuminated. The voltage is maximum when the illuminating beam is in the axis of the photodiode and decreases as the beam is inclined relative to this axis.
Ainsi, en positionnant la LED et la photodiode de sorte que l'angle entre le segment qui les relie et l'axe de la LED et/ou l'angle entre le segment qui les relie et l'axe de la photodiode et/ou la distance qui les sépare varie en fonction de la rotation de l'articulation, la quantité de lumière générée par la LED et reçue par la photodiode varie en fonction de l'angle de l'articulation reliant les deux segments, ce qui permet de mesurer cet angle. Thus, by positioning the LED and the photodiode so that the angle between the segment which connects them and the axis of the LED and / or the angle between the segment which connects them and the axis of the photodiode and / or the distance that separates them varies according to the rotation of the joint, the quantity of light generated by the LED and received by the photodiode varies according to the angle of articulation connecting the two segments, which makes it possible to measure this angle.
Ce capteur présente toutefois l'inconvénient que la tension en sortie dudit capteur ne varie pas linéairement en fonction de l'angle de l'articulation sur toute la plage de mesure du capteur. However, this sensor has the disadvantage that the output voltage of said sensor does not vary linearly as a function of the angle of articulation over the entire measuring range of the sensor.
Par conséquent, la sensibilité du capteur n'est pas constante sur toute la plage de mesure du capteur puisque
pour certaines valeurs angulaires, un petit déplacement autour de l'axe de l'articulation se traduit par une forte variation de la tension en sortie du capteur tandis que pour d'autres valeurs angulaires, un déplacement de même amplitude ne se traduit que par une faible variation de cette tension. Pour ces secondes valeurs, il est dès lors difficile de discriminer la variation angulaire autour de l'axe de l'articulation. As a result, the sensitivity of the sensor is not constant over the entire measurement range of the sensor since for certain angular values, a small displacement around the axis of the articulation results in a large variation of the output voltage of the sensor while for other angular values, a displacement of the same amplitude is only reflected by a low variation of this voltage. For these second values, it is therefore difficult to discriminate the angular variation around the axis of the joint.
03JET DE L' INVENTION 03JET OF THE INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une articulation comprenant un capteur angulaire ayant une réponse linéaire ou quasi-linéaire et une sensibilité variant peu sur une plus large plage de mesure. An object of the invention is to propose a hinge comprising an angular sensor having a linear or quasi-linear response and a sensitivity varying little over a wider range of measurement.
L'invention concerne également un dispositif haptique comprenant une telle articulation, un dispositif de capture de mouvement comprenant une telle articulation et un robot comprenant une telle articulation. The invention also relates to a haptic device comprising such a joint, a motion capture device comprising such a joint and a robot comprising such a joint.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
En vue de la réalisation de ce but on propose une articulation comportant un premier élément et un deuxième élément pouvant pivoter l' un relativement à l'autre autour d' un axe et au moins un capteur angulaire qui comporte des moyens de mesure comprenant : With a view to achieving this object, an articulation is proposed comprising a first element and a second element pivotable relative to each other about an axis and at least one angular sensor which comprises measuring means comprising:
- au moins deux émetteurs de rayons lumineux et au moins un récepteur desdits rayons lumineux, les émetteurs étant agencés de sorte que les axes des émetteurs s'étendent obliquement les uns par rapport aux autres, et/ou at least two light ray emitters and at least one receiver of said light rays, the emitters being arranged in such a way that the axes of the emitters extend obliquely with respect to each other, and / or
- au moins un émetteur de ra ons lumineux et au moins deux récepteurs desdits rayons lumineux, les récepteurs
étant agencés de sorte que les axes des récepteurs s'étendent obliquement les uns par rapport aux autres, at least one light-emitting transmitter and at least two receivers of said light rays, the receivers being arranged so that the axes of the receivers extend obliquely with respect to each other,
le capteur angulaire étant agencé de sorte qu'au moins une partie du ou des émetteurs soit fixée au premier élément et de sorte qu'au moins une partie du ou des récepteurs soit fixée au deuxième élément the angular sensor being arranged such that at least a portion of the at least one emitter is attached to the first member and so that at least a portion of the at least one receiver is attached to the second member
Dans le premier cas, le récepteur est éclairé par au moins deux émetteurs qui sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre et dans le deuxième cas, l'émetteur éclaire au moins deux récepteurs qui sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre. Ainsi, dans les deux cas, on décompose la réponse des moyens de mesure en série de fonctions élémentaires fournies par chacun des couples émetteur/récepteur en place. Il est alors possible de j ouer sur chacune de ces fonctions et sur leur combinaison pour linéariser la réponse des moyens de mesure sur une plage de mesure d'angle plus large. Dans le premier cas, il est ainsi possible de jouer à la fois sur les intensités lumineuses des émetteurs et sur les positions relatives des émetteurs, notamment sur leur décalage angulaire, comparativement au récepteur, et dans le deuxième cas, il est ainsi possible de jouer à la fois sur les sensibilités lumineuses des récepteurs et sur les positions relatives des récepteurs, notamment sur leur décalage angulaire, comparativement à l'émetteur. In the first case, the receiver is illuminated by at least two emitters which are angularly offset with respect to each other and in the second case, the emitter illuminates at least two receivers which are angularly offset relative to one another. to the other. Thus, in both cases, the response of the serial measurement means of elementary functions provided by each of the transmitter / receiver pairs in place is broken down. It is then possible to june on each of these functions and on their combination to linearize the response of the measuring means over a wider range of measurement range. In the first case, it is thus possible to play both on the luminous intensities of the transmitters and on the relative positions of the transmitters, in particular on their angular offset, compared to the receiver, and in the second case, it is thus possible to play both on the light sensitivities of the receivers and on the relative positions of the receivers, in particular on their angular offset, compared to the transmitter.
De la sorte, la réponse des moyens de mesure s'avère linéaire ou quasi-linéaire sur une plage de mesure conséquente, ce qui garantit une sensibilité d capteur variant peu. In this way, the response of the measuring means is linear or quasi-linear over a large measuring range, which guarantees a sensor sensitivity that varies little.
En. outre, ceci facilite également le traitement des mesures effectuées par le capteur.
Pour la présente demande, le terme « axe du récepteur » désigne l'axe selon lequel la sensibilité à 1' éclairement du récepteur est maximaie. De même, le terme « axe de l'émetteur » désigne l'axe selon lequel la majorité des rayons sont émis par l'émetteur. In. in addition, this also facilitates the processing of the measurements made by the sensor. For the purposes of this application, the term "receiver axis" refers to the axis in which the sensitivity to illumination of the receiver is maximized. Similarly, the term "issuer axis" refers to the axis in which the majority of radii are emitted by the transmitter.
Selon un mode de réalisation particulier, les émetteurs sont identiques ou les récepteurs sont identiques . According to a particular embodiment, the emitters are identical or the receivers are identical.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un émetteur comporte une source d'émission éclairant directement au moins un récepteur associé. According to a particular embodiment, at least one transmitter comprises a source of emission directly illuminating at least one associated receiver.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un émetteur comporte une partie principale d'émission et une partie secondaire de guidage, au moins un récepteur étant éclairé indirectement par la partie principale d'émission via la partie secondaire de guidage. According to a particular embodiment, at least one transmitter comprises a main transmission part and a guiding secondary part, at least one receiver being indirectly illuminated by the main transmission part via the guiding secondary part.
Selon un mode de réalisation particulier, la partie de guidage comporte au moins une fibre optique. According to a particular embodiment, the guide portion comprises at least one optical fiber.
Selon un mode de réalisation particulier, la partie secondaire de guidage est fixé au premier élément comme la partie principale d'émission. According to a particular embodiment, the guide secondary portion is fixed to the first element as the main transmission part.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur comporte au moins un système optique pour moduler une intensité lumineuse et/ou une convergence des rayons émis par au moins un éme11eur . According to a particular embodiment, the sensor comprises at least one optical system for modulating a light intensity and / or a convergence of the rays emitted by at least one emitter.
Selon un mode de réalisation particulier, le système optique comporte un diaphragme. According to a particular embodiment, the optical system comprises a diaphragm.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur comporte au moins un capot agencé autour d'un ou de plusieurs émetteurs et/ou d'un ou de plusieurs récepteurs.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur comporte au moins un support par l'intermédiaire duquel une partie du ou des émetteurs est fixée au premier élément et /ou comporte au moins un support, par l'intermédiaire duquel une partie du ou des récepteurs est fixée au deuxième élément. According to a particular embodiment, the sensor comprises at least one cover arranged around one or more transmitters and / or one or more receivers. According to a particular embodiment, the sensor comprises at least one support through which a part of the transmitter or emitters is fixed to the first element and / or comprises at least one support, through which part of the receiver or receivers. is attached to the second element.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins l'un des supports comporte une goulotte apte à recevoir la partie de l'émetteur ou du récepteur associée au support. According to a particular embodiment, at least one of the supports comprises a chute adapted to receive the part of the transmitter or the receiver associated with the support.
Selon un mode de réalisation, particulier, au moins l'un des récepteurs est agencé de sorte qu'une zone sensible aux rayons lumineux dudit récepteur se trouve sur l'axe de l'articulation. According to a particular embodiment, at least one of the receivers is arranged so that a light-sensitive area of said receiver is on the axis of the hinge.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins 1 ' un des émetteurs est agencé de sorte que son axe soit concourant avec l'axe de l'articulation. According to a particular embodiment, at least one of the emitters is arranged so that its axis is concurrent with the axis of the joint.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins l'un des émetteurs est agencé de sorte que son axe appartienne au plan qui est normal à l'axe de l'articulation et qui comprend l'axe de l'un au moins des récepteurs . According to a particular embodiment, at least one of the emitters is arranged so that its axis belongs to the plane which is normal to the axis of the articulation and which comprises the axis of at least one of the receivers.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur comprend au moins un émetteur et deux récepteurs, l'émetteur étant agencé de sorte que son axe appartienne à un premier plan qui est normal à l'axe de l'articulation et qui est différent d'un deuxième plan et d'un troisième plan normaux à l'axe de l'articulation et comprenant chacun respectivement l'axe de l'un des récepteurs, les récepteurs étant agencés de sorte que le deuxième plan et le troisième plan soient différents l'un de l'autre et soient situés à des distances identiques du premier plan.
Selon un mode de réalisation particulier, le capteur comprend au moins un émetteur et deux récepteurs, les récepteurs étant agencés dans un même plan qui a pour normale 1 ' axe de l'articulation. According to a particular embodiment, the sensor comprises at least one transmitter and two receivers, the transmitter being arranged so that its axis belongs to a first plane which is normal to the axis of the articulation and which is different from a second plane and a third plane normal to the axis of articulation and each respectively comprising the axis of one of the receivers, the receivers being arranged so that the second plane and the third plane are different the one another and are located at identical distances from the foreground. According to a particular embodiment, the sensor comprises at least one transmitter and two receivers, the receivers being arranged in the same plane which has normal axis 1 of the articulation.
L' invention concerne également un robot comprenant au moins une articulation telle que précédemment décrit. The invention also relates to a robot comprising at least one joint as previously described.
L'invention concerne également un dispositif haptique comprenant au moans une articulation telle que précédemment décrit . The invention also relates to a haptic device comprising at least one articulation as previously described.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif haptique comporte un gant. According to a particular embodiment, the haptic device comprises a glove.
L' invention concerne également un dispositif de capture de mouvement comprenant au moins une articulation telle que précédemment décrit. The invention also relates to a motion capture device comprising at least one articulation as previously described.
Le dispositif de capture de mouvement est un dispositif de capture de mouvement électromécanique (par oppos ition aux dispositifs de capture de mouvement opt iques comme le dispositif Ki nect (marque déposée) ) . The motion capture device is an electromechanical motion capture device (as opposed to optical motion capture devices such as the Ki nect (trademark) device).
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs de l'invention en référence aux figures ci-jointes, parmi lesquelles : The invention will be better understood in the light of the following description of non-limiting embodiments of the invention with reference to the attached figures, among which:
la figure 1 est une vue en perspective d'une articulation comprenant un capteur angulaire selon un premier mode de réalisation de l'invention ; Figure 1 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a first embodiment of the invention;
la figure 2 est une vue en perspective d' une articulation comprenant un capteur angulaire selon un deuxième mode de réalisation de 1 ' invention ;
la figure 3 est une vue en perspec ive d'une articulation comprenant un capteur angulaire selon un troisième mode de réalisation de l' invention ; Figure 2 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a second embodiment of the invention; Figure 3 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a third embodiment of the invention;
la figure 4 est une vue en perspective d'une articulât ion comprenant un capteur angulaire selon un quatrième mode de réalisation de l' invention ; Figure 4 is a perspective view of an articulatio ion comprising an angular sensor according to a fourth embodiment of the invention;
la figure 5 est une vue en perspective d'une articulation comprenant un capteur angulaire selon un cinquième mode de réalisation de l'invention ; Figure 5 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a fifth embodiment of the invention;
la figure 6 est une vue en perspective d'une articulation comprenant un capteur angulaire selon un sixième mode de réalisation de l'invention ; Figure 6 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a sixth embodiment of the invention;
la figure 7 est une vue e perspective d'une articulation comprenant un capteur angulaire selon un septième mode de réalisation de l'invention ; Figure 7 is a perspective view of a hinge comprising an angular sensor according to a seventh embodiment of the invention;
- la figure 8 est une vue en perspective d' un robot comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - Figure 8 is a perspective view of a robot comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention;
- la figure 9 est une vue en perspective d' un premier dispositif hapt.i que comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - Figure 9 is a perspective view of a first hapt.i device that comprises several joints according to the first embodiment of the invention;
la figure 10 est une vue en perspective d' un deuxième dispositif haptique comprenant plusieurs articulation selon le premier mode de réalisation de 1' invention ; Figure 10 is a perspective view of a second haptic device comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention;
la figure 11 est une vue en perspective d'un dispositif de capture de mouvement comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l' invention , FIG. 11 is a perspective view of a motion capture device comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention,
Les différentes figures sont simplifiées par exemple au niveau de la représentation des câbles et des circuits
imprimés, en particulier ceux servant à l'alimentation des émetteurs et au traitement de données des récepteurs qui ne sont pas représentés, pour ne pas alourdir outre mesure lesdites figures. The different figures are simplified for example in terms of the representation of cables and circuits printed matter, in particular those used for powering the transmitters and for processing data of the receivers that are not represented, so as not to unduly burden said figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la figure 1, l'articulation selon le premier mode de réalisation de l'invention comporte un capteur 100. L'articulation comporte également un premier élément 101 et un deuxième élément 102, le premier élément 101 étant monté mobile en rotation sur le deuxième élément 102 autour d'un axe A. With reference to FIG. 1, the articulation according to the first embodiment of the invention comprises a sensor 100. The articulation also comprises a first element 101 and a second element 102, the first element 101 being mounted rotatably on the second element 102 about an axis A.
Le cap eur 100 comporte des moyens de mesu re qui comprennent ici deux émetteurs 111, 112 et un récepteur 121. The cape 100 comprises measurement means which here comprise two transmitters 111, 112 and a receiver 121.
Le capteur 100 comporte ici un premier support 131 sur lequel les émetteurs 111, 112 sont fixés, le premier support 131 étant lui-même fixé sur le premier élément 101. De la sorte les émetteurs 111, 112 sont fixés au premier élément 101 et solidarisés en rotation au premier élément 101. Les deux émetteurs 111, 112 sont agencés de sorte à être décalés angulairement l'un par rapport à l'autre c'est-à-dire que leurs axes s'étendent obliquement l'un par rapport à l'autre. The sensor 100 here comprises a first support 131 on which the emitters 111, 112 are fixed, the first support 131 being itself fixed on the first element 101. In this way the emitters 111, 112 are fixed to the first element 101 and secured in rotation to the first element 101. The two emitters 111, 112 are arranged so as to be offset angularly with respect to each other, that is to say that their axes extend obliquely relative to each other. the other.
Le capteur 100 comporte également un deuxième support 132 sur lequel le récepteur 121 est fixé, le deuxième support 132 étant lui-même fixé sur le deuxième élément 102. De la sorte le récepteur 121 est fixé au deuxième élément 102 et solidarisé en rotation au deuxième élément 102. The sensor 100 also comprises a second support 132 on which the receiver 121 is fixed, the second support 132 being itself fixed on the second element 102. In this way the receiver 121 is fixed to the second element 102 and secured in rotation to the second element 102.
De préférence, le premier support 131 est conformé de sorte à présenter deux formes en creux 133, 134 aptes à
recevoir chacune l'un des émetteurs 111, 112. La forme en creux est par exemple une goulotte semi-cylindrique de même diamètre que l'émetteur qui y est agencé. Des épaulements sont en outre ménagés en extrémité de goulotte pour positionner de façon précise l'émetteur associé dans la goulotte selon la direction longitudinale de la goulotte. Preferably, the first support 131 is shaped so as to have two recessed shapes 133, 134 adapted to each receive one of the emitters 111, 112. The hollow form is for example a semi-cylindrical chute of the same diameter as the transmitter which is arranged there. Shoulders are further provided at the end of the chute to precisely position the associated emitter in the chute in the longitudinal direction of the chute.
De la même façon, le deuxième support 132 est conformé de sorte à présenter une forme en creux 135 apte à recevoir le récepteur 121. La forme en creux est par exemple une goulotte semi-cylindrique de même diamètre que le récepteur 121. Des épaulements sont en outre ménagés en extrémité de goulotte pour positionner de façon précise le récepteur 121 dans la goulotte selon la direction longitudinale de la goulotte . In the same way, the second support 132 is shaped so as to have a hollow shape 135 adapted to receive the receiver 121. The hollow shape is for example a semi-cylindrical chute of the same diameter as the receiver 121. Shoulders are further provided at the chute end to accurately position the receiver 121 in the chute in the longitudinal direction of the chute.
Les émetteurs 111 , 112 sont ici i dentiques . Chaque émetteur 111, 112 comprend une diode. Chaque émetteur 111, 112 comprend en outre ici un emballage protecteur en matière plastique à l'intérieur duquel la diode est agencée . The emitters 111, 112 are here identical. Each transmitter 111, 112 comprises a diode. Each transmitter 111, 112 further comprises here a protective plastic packaging within which the diode is arranged.
De préférence, chaque émetteur 111, 112 est configuré de sorte à émettre des rayons lumineux en dehors du spectre de la lumière visible. La diode de chaque émetteur 111, 112 est ainsi ici une diode à rayonnement infrarouge. Preferably, each transmitter 111, 112 is configured to emit light rays outside the visible light spectrum. The diode of each transmitter 111, 112 is thus an infrared radiation diode.
Les émetteurs 111, 112 étant décalés anguiai rement l'un par rapport à l'autre, leurs axes 115, 116 s'étendent donc obliquement l'un par rapport à l'autre. The emitters 111, 112 being angularly offset relative to each other, their axes 115, 116 therefore extend obliquely relative to each other.
Les émetteurs 111, 112 sont reliés à des moyens d'alimentation (non représentés ici) qui comprennent par exemple une source de courant ou une source de tension. Les émetteurs 111, 112 peuvent être aussi bien alimentés en parallèle qu'en série.
Le récepteur 121 comprend ici un phototransistor. Le récepteur 121 comporte en outre ici un emballage protecteur en matière plastique à l'intérieur duquel le phototransistor est agencé. L'emballage est configuré de sorte à filtrer une partie du spectre lumineux en laissant passer les rayons lumineux appartenant à une plage restreinte du spectre lumineux centrée autour de la longueur d'onde des rayons émis par les émetteurs 111, 112. Dans le cas présent, l'emballage du récepteur 121 est donc configuré de sorte à ne laisser passer que les rayons inf arouges , The emitters 111, 112 are connected to supply means (not shown here) which comprise for example a current source or a voltage source. The emitters 111, 112 can be powered in parallel as well as in series. The receiver 121 here comprises a phototransistor. The receiver 121 further comprises here a protective plastic packaging inside which the phototransistor is arranged. The package is configured to filter a part of the light spectrum by passing light rays belonging to a restricted range of the light spectrum centered around the wavelength of the rays emitted by the emitters 111, 112. In this case , the packaging of the receiver 121 is thus configured so as to let pass only the infrared rays,
Le récepteur 121 est relié à une unité de calcul (non représentée ici ) , faisant ou non partie du capteur 100 , qui permet de mesurer la tension aux bornes du récepteur représentative de l'éclairage reçu par le phototransistor et d'en déduire une estimation de l'angle relatif entre le premier élément 101 et le deuxième élément 102. En effet, la tension aux bornes du récepteur 121 peut être considérée comme la somme des tensions générées par l'éclairage du récepteur 121 par chacun des émetteurs, chacune de ces tensions dépendant elle-même : The receiver 121 is connected to a calculation unit (not shown here), whether or not part of the sensor 100, which makes it possible to measure the voltage across the receiver representative of the light received by the phototransistor and to deduce an estimate therefrom. of the relative angle between the first element 101 and the second element 102. Indeed, the voltage across the receiver 121 can be considered as the sum of the voltages generated by the illumination of the receiver 121 by each of the emitters, each of dependent voltages itself:
de l'angle suivant lequel le phototransistor est éclairé (correspondant, pour chaque émetteur, à l'angle entre d'une part l'axe du récepteur et d'autre part la ligne reliant la diode de l'émetteur et le phototransistor du récepteur) , the angle at which the phototransistor is illuminated (corresponding, for each transmitter, to the angle between on the one hand the axis of the receiver and on the other hand the line connecting the emitter diode and the phototransistor of the receiver ),
de l'intensité avec laquelle le phototransistor est éclairé, cette intensité dépendant elle-même d'une part de l'angle suivant lequel la diode émet de la lumière vers le phototransistor (correspondant, pour chaque émetteur, à l'angle entre d'une part 1/ axe de l'émetteur et d'autre
part la ligne reliant la diode de l'émetteur et le phototransistor du récepteur), et d'autre part de la distance entre chaque émetteur 111, 112 et le récepteur 121. the intensity with which the phototransistor is illuminated, this intensity depending itself on the one hand the angle at which the diode emits light towards the phototransistor (corresponding, for each transmitter, the angle between d ' a part 1 / axis of the transmitter and other the line connecting the transmitter diode and the receiver phototransistor), and the distance between each transmitter 111, 112 and the receiver 121.
De façon préférée, le récepteur 121 est configuré de sorte à fonctionner sur une large plage angulaire, la réponse du récepteur 121 variant en fonction de l'angle suivant lequel le phototransistor est éclairé sur cette large plage angulaire. Ladite large plage angulaire est par exemple de 10 degrés à 60 degrés. De préférence, le récepteur 121 est agencé de sorte que le phototransistor, et en particulier sa zone sensible aux rayons lumineux, se trouve sur l'axe Ά. De préférence également, les émetteurs 111, 112 sont agencés de telle sorte que leurs axes 115, 116 soient concourants avec l'axe A et passent par la zone sensible du phototransistor du récepteur 121 quelle que soit la position relative entre le premier élément 101 et le deuxième élément 102. Preferably, the receiver 121 is configured to operate over a wide angular range, the response of the receiver 121 varying depending on the angle at which the phototransistor is illuminated over this wide angular range. Said wide angular range is for example from 10 degrees to 60 degrees. Preferably, the receiver 121 is arranged so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is on the axis Ά. Also preferably, the emitters 111, 112 are arranged such that their axes 115, 116 are concurrent with the axis A and pass through the sensitive area of the phototransistor 121 of the receiver regardless of the relative position between the first element 101 and the second element 102.
De façon préférée, les émetteurs 111, 112 sont agencés de sorte que leurs axes se trouvent dans un même plan ayant pour normale l'axe A. De façon préférée également, le récepteur 115 est agencé de telle sorte que son axe appartienne à ce plan. Preferably, the emitters 111, 112 are arranged so that their axes are in the same plane having normal axis A. Also preferably, the receiver 115 is arranged so that its axis belongs to this plane .
Ainsi, la distance entre les émetteurs 111, 112 et le récepteur 121 ainsi que l'angle suivant lequel les diodes des émetteurs 111, 112 émettent de la lumière vers le phototransistor du récepteur 121 ne varient pas lorsque le premier élément 101 tourne autour de l'axe A par rapport au deuxième élément 102 : seul l'angle suivant lequel le phototransistor est éclairé vient alors modifier la tension aux bornes du phototransistor, ce qui permet de simplifier
la modélisation du capteur 100 et de rendre plus aisée son optimisation en vue d'obtenir une réponse plus linéaire des moyens de mesure et donc du capteur. Thus, the distance between the emitters 111, 112 and the receiver 121 as well as the angle at which the diodes of the emitters 111, 112 emit light towards the phototransistor of the receiver 121 do not vary when the first element 101 revolves around the axis A relative to the second element 102: only the angle at which the phototransistor is illuminated then changes the voltage across the phototransistor, which simplifies modeling the sensor 100 and make easier its optimization to obtain a more linear response of the measuring means and therefore the sensor.
En notant E ( Θ ) l' éclairement total du récepteur 121 pour un angle Θ suivant lequel le phototransistor est éclairé, Am et A112 l' intensité lumineuse de chaque émetteur 111, 112 supposée constante et Em ( Θ ) et Eu2 ( Θ ) les éclairements mesurés des émetteurs 111, 112 par le récepteur 121, on a : Noting E (Θ) the total illumination of the receiver 121 for an angle Θ according to which the phototransistor is illuminated, Am and A 112 the luminous intensity of each transmitter 111, 112 assumed constant and Em (Θ) and Eu 2 (Θ ) the measured illuminances of the emitters 111, 112 by the receiver 121, we have:
E ( Θ ) = m . Em ( θ ) + Α112 · Ειπ ( Θ ) E (Θ) = m. Em (θ) + Α 112 · Ειπ (Θ)
Les émetteurs 111, 112 étant ici identiques, et étant supposés être ici alimentés de façon identique, on obtient, en notant cn2 le décalage angulaire entre eux autour de l'axe A {soit l'angle entre les deux axes des émetteurs 115, 116) : The emitters 111, 112 being here identical, and being assumed to be supplied here identically, we obtain, noting cn 2 the angular offset between them about the axis A {the angle between the two axes of the emitters 115, 116):
E ( θ ) = Αηι.Ειη(θ)+ us.Einie+f s) E (θ) = Α ηι .Ε ιη (θ) + us.Einie + fs)
En choisissant de façon adéquate les intensités Ain et An2 et le décalage angulaire cu2, il est possible d'obtenir une réponse linéaire ou quasi-linéaire des moyens de mesure sur une large plage de mesure. By appropriately choosing the intensities Ain and An 2 and the angular offset cu 2 , it is possible to obtain a linear or quasi-linear response of the measuring means over a wide measurement range.
On choisit par exemple un décalage angulaire φ112 entre les deux émetteurs 111, 112 de 20 degrés. For example, an angular offset φ 112 is chosen between the two emitters 111, 112 of 20 degrees.
Un premier mode de réalisation de l'articulation selon l' invention vient ainsi d' être décrit. A first embodiment of the joint according to the invention has thus been described.
En variante, le ou les supports 131, 132 et les goulottes 133, 134, 135 pourront avoir des formes et/ou des dimensions différentes. Le ou les supports pourront ainsi être conformés pour recouvrir le ou les émetteurs et/ou le récepteur, en ayant par exemple une portion de section tubulaire, avec des épaulements ou non, de façon à protéger
le ou les émetteurs 111, 112 et/ou le récepteur 121. Le ou les goulottes 133, 134, 135, pourront encore avoir un diamètre supérieur aux émetteurs 111, 112 et/ou au récepteur 121, de sorte à laisser suffisamment de place pour de la colle ou des calles, rigides ou non, agencées dans la ou les goulottes et utilisées pour immobiliser le ou les émetteurs 111, 112 et/ou le récepteur 121 par rapport au support associé. De façon plus générale, le ou les supports pourront comporter une ou plusieurs portions de réception d'un ou des émetteurs et du récepteur qui seront de dimensions plus importantes que l'émetteur, les émetteurs et/ou le récepteur associés de sorte à laisser suffisamment de place pour de la colle ou des calles, rigides ou non, agencées dans ladite ou lesdites portions et utilisées pour immobiliser le ou les émetteurs 111, 112, et/ou le récepteur 121, par rapport au support associé. As a variant, the one or more supports 131, 132 and the troughs 133, 134, 135 may have different shapes and / or dimensions. The support (s) may thus be shaped to cover the transmitter (s) and / or the receiver, for example having a portion of tubular section, with or without shoulders, so as to protect the transmitter or emitters 111, 112 and / or the receiver 121. The channel or troughs 133, 134, 135 may still have a larger diameter than the emitters 111, 112 and / or the receiver 121, so as to leave enough room for adhesive or calluses, rigid or not, arranged in the channel or chutes and used to immobilize the transmitter or emitters 111, 112 and / or the receiver 121 relative to the associated support. More generally, the one or more supports may comprise one or more receiving portions of one or more transmitters and the receiver which will be of larger dimensions than the transmitter, the emitters and / or the associated receiver so as to leave enough space for glue or calluses, rigid or not, arranged in said portion or portions and used to immobilize the transmitter or emitters 111, 112, and / or the receiver 121, relative to the associated support.
Bien qu'ici les émetteurs 111, 112 soient identiques ils pourraient aussi être différents. Although here emitters 111, 112 are identical they could also be different.
Bien qu'ici le décalage angulaire entre les deux émetteurs 111, 112 soit de 20 degrés, cet angle pourra être différent. Il pourra ainsi être plus faible ou plus élevé, en fonction de la réponse de chacun des couples émetteur/récepteur , Although here the angular offset between the two emitters 111, 112 is 20 degrees, this angle may be different. It can thus be lower or higher, depending on the response of each of the transmitter / receiver pairs,
En variante, les émetteurs 111, 112 seront agencés de sorte que leurs axes se trouvent dans des plans différents 1/ un de l'autre en ayant pour normale l'axe A, As a variant, the emitters 111, 112 will be arranged so that their axes lie in planes different from each other, with the axis A being normal,
En variante, le récepteur 121 sera agencé de sorte que son axe se trouve dans un plan normal à l'axe A et différent du plan normal à l'axe A dans lequel se trouve l'axe de l'émetteur 111 et/ou différent du plan normal à l'axe A dans lequel se trouve l'axe de l'émetteur 112. Dans
ce cas, il sera possible de pondérer la contribution des deux émetteurs 111, 112 afin d'avoir une meilleure linéarisation de la réponse des moyens de mesure en faisant varier la distance entre le plan normal à l'axe A dans lequel se trouve l'axe du récepteur 121 et le plan normal à l'axe A dans lequel se trouve l'axe de l'émetteur 111 et/ou en faisant varier la distance entre le plan normal à 1 ' axe A dans lequel se trouve l'axe du récepteur 121 et le plan normal à l'axe A dans lequel se trouve l'axe de l'émetteur 112. As a variant, the receiver 121 will be arranged so that its axis lies in a plane normal to the axis A and different from the plane normal to the axis A in which the axis of the transmitter 111 and / or different is located. the plane normal to the axis A in which the axis of the transmitter is located 112. In this case, it will be possible to weight the contribution of the two transmitters 111, 112 in order to have a better linearization of the response of the measuring means by varying the distance between the plane normal to the axis A in which is located the axis of the receiver 121 and the plane normal to the axis A in which the axis of the transmitter 111 is located and / or by varying the distance between the plane normal to the axis A in which is the axis of the receiver 121 and the plane normal to the axis A in which is the axis of the transmitter 112.
En variante également, les émetteurs 111, 112 seront agencés de sorte que leurs axes seront inclinés par rapport au plan comprenant l'axe du récepteur 121 et ayant pour normale l'axe A, les axes des émetteurs 111, 112 décrivant alors une portion de cône d'axe A au cours des mouvements relatifs entre le premier élément 101 et le deuxième élément 102. Dans ce cas, il sera possible de pondérer la contribution des deux émetteurs 111, 112 afin d'avoir une meilleure linéarisation de la réponse des moyens de mesure en choisissant une inclinaison différente de chacun des axes des émetteurs 111, 112 par rapport au plan comprenant l'axe du récepteur 121 et ayant pour normale l'axe A. Alternatively also, the emitters 111, 112 will be arranged so that their axes will be inclined with respect to the plane including the axis of the receiver 121 and having normal axis A, the axes of the emitters 111, 112 then describing a portion of cone axis A during the relative movements between the first element 101 and the second element 102. In this case, it will be possible to weight the contribution of the two emitters 111, 112 in order to have a better linearization of the response of the means measurement by choosing a different inclination of each of the axes of the emitters 111, 112 relative to the plane comprising the axis of the receiver 121 and having normal axis A.
En référence à la figure 2, le capteur 200 de l'articulation selon le deuxième mode de réalisation de l'invention est identique au capteur 100 de l'articulation selon le premier mode de réalisation de l'invention à la différence près que les moyens de mesure comportent trois émetteurs 211, 212, 213 au lieu de deux. Les émetteurs 211, 212 , 213 sont ici agencés de sorte que l'émetteur 212 soit décalé d'un angle φ2ι2 de 20 degrés autour de l'axe A par rapport à l'émetteur 211 et de sorte que l'émetteur 213
soit décalé d'un angle φ2ΐ3 de 40 degrés autour de l'axe A par rapport à l'émetteur 211. With reference to FIG. 2, the sensor 200 of the articulation according to the second embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation according to the first embodiment of the invention, with the difference that the means The measuring devices comprise three transmitters 211, 212, 213 instead of two. The emitters 211, 212, 213 are here arranged so that the emitter 212 is shifted by an angle φ 2 ι 2 by 20 degrees about the axis A with respect to the emitter 211 and so that the emitter 213 is offset by an angle φ 2 ΐ3 of 40 degrees around the axis A relative to the emitter 211.
Ceci permet d' augmenter encore la plage de mesure du capteur 200 dans laquelle la réponse des moyens de mesure est linéaire. This makes it possible to further increase the measurement range of the sensor 200 in which the response of the measurement means is linear.
Un deuxième mode de réalisation de l'articulation selon l'invention vient ainsi d'être décrit. A second embodiment of the joint according to the invention has thus been described.
Les angles de décalage angulaire entre les émetteurs 211, 212, 213 ont été donnés à titre d'exemple et on pourra bien ent ndu utiliser d'autres valeurs d'angles de décalage angulaire entre les émetteurs 211 et 212, respectivement 211 et 213, pour d'autres articulations. The angular offset angles between the emitters 211, 212, 213 have been given by way of example and other angular offset angle values between the emitters 211 and 212, respectively 211 and 213, may well be used. for other joints.
En référence à la figure 3, le capteur 300 de l'articulation selon le troisième mode de réalisation de l'invention est identique au capteur 100 de l'articulation du premier mode de réalisation de l'invention à la différence près que les axes des émetteurs 311, 312 ne sont plus concourants avec l'axe A. Ceci se traduit par un décalage des émetteurs 311, 312 sur le premier élément 301 relativement à l'axe A comparativement au premier mode de réalisation . With reference to FIG. 3, the sensor 300 of the articulation according to the third embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation of the first embodiment of the invention, with the difference that the axes of the emitters 311, 312 are no longer concurrent with the axis A. This results in an offset of the emitters 311, 312 on the first element 301 relative to the axis A compared to the first embodiment.
Le récepteur 321 est ici également décalé relativement à l'axe A de sorte que le phototransistor, et en particulier sa zone sensible aux rayons lumineux, ne se trouve plus sur l'axe A. The receiver 321 is here also shifted relative to the axis A so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is no longer on the axis A.
Dès lors, en plus de l'angle suivant lequel le phototransistor 321 est éclairé par les émetteurs 311, 312, la distance entre les émetteurs 311, 312 et le récepteur 321 ainsi que l'angle suivant lequel les diodes des émetteurs 311, 312 émettent de la lumière vers le phototransistor du récepteur 321 varient lors d'un
mouvement relatif entre le premier élément 301 et le deuxième élément 302, ce qui ajoute des paramètres supplémentaires influençant la sortie des moyens de mesure. Therefore, in addition to the angle at which the phototransistor 321 is illuminated by the emitters 311, 312, the distance between the emitters 311, 312 and the receiver 321 and the angle at which the emitter diodes 311, 312 emit of light to the phototransistor of the receiver 321 vary during a relative movement between the first element 301 and the second element 302, which adds additional parameters influencing the output of the measuring means.
En référence à la figure 4, le capteur 400 de 1' articulation selon le quatrième mode de réalisation de 1' invention est identique au capteur 100 de l'articulation du premier mode de réalisation de l' invention à la différence près que les moyens de mesure comportent un seul émetteur 411 au lieu de deux et deux récepteurs 421, 422 au lieu d'un. Les deux récepteurs 421, 422 sont alors agencés de sorte que leurs axes soient inclinés l'un par rapport à l' autre . With reference to FIG. 4, the sensor 400 of the articulation according to the fourth embodiment of the invention is identical to the sensor 100 of the articulation of the first embodiment of the invention, with the difference that the means of measurement comprise a single transmitter 411 instead of two and two receivers 421, 422 instead of one. The two receivers 421, 422 are then arranged so that their axes are inclined with respect to each other.
De façon particulière, les récepteurs 421, 422 sont agencés de telle sorte que leurs axes soient dans un même plan qui a pour normale l'axe A. De préférence, les récepteurs 421, 422 sont agencés de sorte que l'axe de l'émetteur 415 appartienne au plan dans lequel les axes des récepteurs 421, 422 se trouvent. In particular, the receivers 421, 422 are arranged in such a way that their axes are in the same plane which has the axis A as normal. Preferably, the receivers 421, 422 are arranged so that the axis of the transmitter 415 belongs to the plane in which the axes of the receivers 421, 422 are located.
Les récepteurs 421, 422 sont en outre agencés de telle sorte que leurs axes se trouvent dans ce plan de part et d'autre dudit axe A. Les récepteurs 421, 422 sont ainsi agencés de sorte que leurs phototransistors, et en particulier leurs zones sensibles aux rayons lumineux, ne se trouvent pas sur l'axe A mais de part et d'autre dudit axe A. The receivers 421, 422 are furthermore arranged in such a way that their axes lie in this plane on either side of said axis A. The receivers 421, 422 are thus arranged so that their phototransistors, and in particular their sensitive areas, to light rays, are not on axis A but on either side of the said axis A.
Dans ce cas, du fait que l'axe de l'émetteur 415 ne passe plus toujours par la zone sensible des phototransistors, l'intensité lumineuse de l'émetteur 411 reçue par chacun des récepteurs va également varier en fonction de l'angle entre d'une part l'axe de l'émetteur 415 et d'autre part les axes reliant la diode de l'émetteur
à chacun des phototransistors des récepteurs, ce qui ajoute des paramètres supplémentaires influençant la sortie des moyens de mesure. In this case, since the axis of the transmitter 415 no longer passes through the sensitive area of the phototransistors, the luminous intensity of the transmitter 411 received by each of the receivers will also vary according to the angle between on the one hand the axis of the transmitter 415 and on the other hand the axes connecting the diode of the transmitter to each of the phototransistors of the receivers, which adds additional parameters influencing the output of the measuring means.
En variante, l'un des deux récepteurs est agencé de sorte que son phototransistor, et en particulier sa zone sensible aux rayons lumineux, se trouve sur l'axe A, l'autre des récepteurs étant toujours décalé relativement audit axe A. Dans ce cas, la distance entre l'émetteur 411 et ce premier récepteur ainsi que l'angle suivant lequel la diode de l'émetteur 411 émet de la lumière vers le phototransistor de ce premier récepteur ne varient pas au cours des mouvements relatifs entre le premier élément 401 et le deuxième élément 402, ce qui simplifie l'étude de la sortie des moyens de mesure, As a variant, one of the two receivers is arranged so that its phototransistor, and in particular its light-sensitive zone, is on the axis A, the other of the receivers being always offset relative to said axis A. In this case, In this case, the distance between the transmitter 411 and this first receiver as well as the angle at which the diode of the transmitter 411 emits light towards the phototransistor of this first receiver do not vary during the relative movements between the first element. 401 and the second element 402, which simplifies the study of the output of the measuring means,
En référence à la figure 5, le capteur 500 de l'articulation selon le cinquième mode de réalisation de l'invention est identique au capteur 400 de l'articulation du quatrième mode de réalisation de l'invention à la différence près que les deux récepteurs 521, 522 sont agencés de telle sorte que leurs axes se trouvent dans des plans différents parallèles l'un à l'autre, chacun de ces plans ayant pour normale l'axe A . With reference to FIG. 5, the sensor 500 of the articulation according to the fifth embodiment of the invention is identical to the sensor 400 of the articulation of the fourth embodiment of the invention, with the difference that the two receivers 521, 522 are arranged so that their axes lie in different planes parallel to each other, each of these planes having normal axis A.
Les deux récepteurs 521, 522 sont en outre agencés de sorte que leurs phototransistors, et en particulier leurs zones sensibles aux rayons lumineux, se trouvent tous deux sur l'axe A. Dans ce cas, la distance entre l'émetteur 511 et les récepteurs 521, 522 ainsi que les angles suivant lesquels la diode de l'émetteur 511 émet de la lumière vers les phototransistors des récepteurs 521, 522 ne varient pas au cours des mouvements relatifs entre le premier élément
501 et le deuxième élément 502, ce qui simplifie l'étude de la sortie des moyens de mesure. The two receivers 521, 522 are furthermore arranged so that their phototransistors, and in particular their light-sensitive areas, are both on the axis A. In this case, the distance between the emitter 511 and the receivers 521, 522 and the angles at which the emitter diode 511 emits light to the phototransistors of the receivers 521, 522 do not vary during the relative motions between the first element 501 and the second element 502, which simplifies the study of the output of the measuring means.
Les récepteurs 521, 522 sont ici agencés de sorte que l'axe de l'émetteur 515 n'appartient à aucun des plans ayant pour normale l'axe A dans lesquels les axes des récepteurs 52.1, 522 se trouvent. De façon particulière, les récepteurs 521, 522 sont agencés de sorte que les plans ayant pour normale l'axe A dans lesquels s'étendent les axes des récepteurs 521, 522 soient situés à une même di stance du plan comprenant l'axe de l'émetteur 515 et ayant pour normale l'axe A. The receivers 521, 522 are here arranged so that the axis of the transmitter 515 does not belong to any of the planes having for normal axis A in which the axes of the receivers 52.1, 522 are located. In particular, the receivers 521, 522 are arranged so that the planes having for normal axis A in which the axes of the receivers 521, 522 extend lie at the same distance from the plane comprising the axis of the transmitter 515 and having normal axis A.
De la sorte, les deux récepteurs 521, 522 ont une même contribution à la sortie des moyens de mesure. In this way, the two receivers 521, 522 have the same contribution to the output of the measuring means.
En variante, les récepteurs 521, 522 sont agencés de sorte que les plans ayant pou normale l'axe A dans lesquels s'étendent les axes des récepteurs 521, 522 soient situés à des distances différentes du plan comprenant l'axe de l'émetteur 515 et ayant pour normale l'axe A, Alternatively, the receivers 521, 522 are arranged such that the planes having normal axis A in which the axes of the receivers 521, 522 extend are located at different distances from the plane comprising the axis of the transmitter. 515 and having normal axis A,
Dans ce cas, il est possible de pondérer la contribution des deux récepteurs 521, 522 afin d'avoir une meilleure linéarisation de la réponse des moyens de mesure. In this case, it is possible to weight the contribution of the two receivers 521, 522 in order to have a better linearization of the response of the measuring means.
En variante également , les récepteurs 521, 522 sont agencés de sorte que leurs axes soient inclinés par rapport au plan comprenant l'axe de l'émetteur 515 et ayant pour normale l'axe A, les axes des récepteurs 521, 522 décrivant une portion de cône d'axe A au cours des mouvements relatifs entre le premier élément 501 et le deuxième élément 502. Alternatively also, the receivers 521, 522 are arranged so that their axes are inclined relative to the plane comprising the axis of the transmitter 515 and having normal axis A, the axes of the receivers 521, 522 describing a portion cone of axis A during the relative movements between the first element 501 and the second element 502.
Dans ce cas, il est possible de pondérer la contribution des deux récepteurs 521, 522 afin d'avoir une meilleure linéarisation de la réponse des moyens de mesure
en choisissant une inclinaison différente de chacun des axes des récepteurs 521, 522 par rapport au plan comprenant l'axe de l'émetteur 515 et ayant pour normale l'axe A. In this case, it is possible to weight the contribution of the two receivers 521, 522 in order to have a better linearization of the response of the measuring means by choosing a different inclination of each of the axes of the receivers 521, 522 with respect to the plane comprising the axis of the emitter 515 and having normal axis A.
En référence à la figure 6, le capteur 600 de l'articulation selon le sixième mode de réalisation de l'invention est identique au. capteur 100 de l'articulation du premier mode de réalisation de l'invention à la différence près que le premier support 631 comporte une portion transversale 636 s' étendant en regard des émetteurs 611, 612, la portion transversale 636 comportant deux diaphragmes 637 agencés chacun en face de l'un des émetteurs 611, 612 au niveau des axes des émetteurs 615, 616. With reference to FIG. 6, the sensor 600 of the articulation according to the sixth embodiment of the invention is identical to the. 100 sensor of the articulation of the first embodiment of the invention with the difference that the first support 631 has a transverse portion 636 extending facing emitters 611, 612, the transverse portion 636 having two diaphragms 637 arranged each in front of one of the emitters 611, 612 at the axes of the emitters 615, 616.
Ces diaphragmes 637 permettent de mieux gérer la directivité du faisceau des diodes des émetteurs 611, 612. These diaphragms 637 make it possible to better manage the directivity of the beam of the diodes of the emitters 611, 612.
Les diaphragmes 637 sont ici identiques de sorte que les rayons lumineux en provenance du premier émetteur 611 et du deuxième émetteur 612 perçus par le récepteur 621 aient la même intensité lumineuse lorsque les émetteurs 611, 612 sont alimentés de la même façon. The diaphragms 637 are here identical so that the light rays coming from the first emitter 611 and the second emitter 612 perceived by the receiver 621 have the same luminous intensity when the emitters 611, 612 are fed in the same way.
Les diaphragmes 637 sont ici conformés en de simples trous percés dans la portion transversale 636. The diaphragms 637 are here shaped in simple holes drilled in the transverse portion 636.
En référence à la figure 7, le capteur 700 de l'articulation selon le septième mode de réalisation de l'invention va être décrit. Ce capteur 700 est similaire à celui de l'articulation du premier mode de réalisation à la différence près que chaque émetteur 711, respectivement 712 comporte une partie principale d'émission 717, respectivement 718 qui comprend la diode et l'emballage protecteur associé et une partie secondaire de guidage détaillée ci-dessous, le récepteur 721 n'étant alors plus
éclairé directement par les diodes des émetteurs 711, 712 mais par les parties de guidage des émetteurs 711, 712. With reference to FIG. 7, the sensor 700 of the articulation according to the seventh embodiment of the invention will be described. This sensor 700 is similar to that of the articulation of the first embodiment, with the difference that each transmitter 711, respectively 712 comprises a main transmission part 717, 718 respectively which comprises the diode and the associated protective packaging and a guide abutment detailed below, the receiver 721 then no longer illuminated directly by the diodes of the emitters 711, 712 but by the guide parts of the emitters 711, 712.
Le capteur 700 comporte ici un premier support 731 sur lequel la première partie principale 717 est fixée, le premier support 731 étant lui-même fixé sur le premier élément 701. Le capteur 700 comporte en outre un deuxième support 738 sur lequel la deuxième partie principale 718 est fixée, le deuxième support 738 étant lui-même fixé sur le premier élément 701. The sensor 700 here comprises a first support 731 on which the first main part 717 is fixed, the first support 731 itself being fixed on the first element 701. The sensor 700 further comprises a second support 738 on which the second main part 718 is fixed, the second support 738 itself being fixed on the first element 701.
De la sorte les parties principales d'émission 717, In this way the main parts of emission 717,
718 des émetteurs 711, 712 sont fixés au premier élément 701 et solidarisés en rotation au premier élément 701. 718 emitters 711, 712 are attached to the first element 701 and rotatably connected to the first element 701.
Le capteur 700 comporte également un troisième support 732 sur lequel le récepteur 721 est fixé, le troisième support 732 étant lui-même fixé sur le deuxième élément 702. De la sorte le récepteur 721 est fixé au deuxième élément 702 et solidarisé en rotation au deuxième élément 702. The sensor 700 also comprises a third support 732 on which the receiver 721 is fixed, the third support 732 itself being fixed on the second element 702. In this way the receiver 721 is fixed to the second element 702 and secured in rotation to the second element 702.
Les parties secondaires de guidage vont être à présent détaillées. Les parties secondaires de guidage comprennent ici une première fibre optique 751 associée à la première partie principale d'émission 717 et une deuxième fibre optique 752 associée à la deuxième partie principale d'émission 718. Le capteur 700 comporte des supports 739 dans lesquels sont guidées les fibres optiques 751, 752, lesdits supports 739 étant eux-mêmes fixés sur le premier élément 701. De la sorte, les fibres optiques 751, 752 sont fixées au premier élément 701 et solidarisées en rotation au premier élément 701. The guiding abutments will now be detailed. The guiding abutments here comprise a first optical fiber 751 associated with the first transmitting main part 717 and a second optical fiber 752 associated with the second transmitting main part 718. The sensor 700 comprises supports 739 in which are guided the optical fibers 751, 752, said supports 739 being themselves fixed on the first element 701. In this way, the optical fibers 751, 752 are fixed to the first element 701 and rotatably connected to the first element 701.
Les fibres optiques 751, 752 sont agencées de sorte qu'une première extrémité de la première fibre optique 751
soit en regard de la première partie principale d/ émission 717 et de sorte qu'une première extrémité de la deuxième fibre optique 752 soit en regard de la deuxième partie principale d'émission 718. De préférence, les fibres optiques 751, 752 sont agencées de sorte que la première extrémité de chaque fibre optique 751, 752 s'étende selon un axe qui est confondu avec l' axe de la diode de la partie principale d'émission associée (i.e l'axe selon lequel la majorité des rayons sont émis par la diode ) . The optical fibers 751, 752 are arranged so that a first end of the first optical fiber 751 or opposite the first main portion of emission 717 and so that a first end of the second optical fiber 752 is opposite the second main transmission part 718. Preferably, the optical fibers 751, 752 are arranged so that the first end of each optical fiber 751, 752 extends along an axis which coincides with the axis of the diode of the associated main transmission part (ie the axis in which the majority of the rays are emitted by the diode).
Les supports 739 sont en outre agencés de sorte que la deuxième extrémité de la première fibre optique 751 soit en regard du récepteur 721 et de sorte que la deuxième extrémité de la deuxième fibre optique 752 soit en regard du récepteur 721, les deux deuxièmes extrémités s' étendant obliquement l'une par rapport à l'autre i.e. de sorte que les axes des émetteurs 715, 716 s'étendent obliquement l'un par rapport à l'autre. The supports 739 are furthermore arranged so that the second end of the first optical fiber 751 is facing the receiver 721 and so that the second end of the second optical fiber 752 is facing the receiver 721, the two second ends extending obliquely relative to each other ie such that the axes of the emitters 715, 716 extend obliquely with respect to each other.
De façon préférée, le récepteur 721 est agencé de sorte que le phototransistor, et en particulier sa zone sensible aux rayons lumineux, se trouve sur l'axe A. De préférence également, les fibres optiques 751, 752 sont agencées de sorte que les axes des émetteurs 715, 716 sont concourants avec l'axe A et passent par la zone sensible du phototransistor du récepteur 721 quelle que soit la position relative entre le premier élément 701 et le deuxième élément 702. Preferably, the receiver 721 is arranged so that the phototransistor, and in particular its light-sensitive area, is on the axis A. Also preferably, the optical fibers 751, 752 are arranged so that the axes transmitters 715, 716 are concurrent with the axis A and pass through the sensitive area of the phototransistor of the receiver 721 regardless of the relative position between the first element 701 and the second element 702.
Ainsi, la lumière émise par les émetteurs 711, 712 est transmise via les fibres optiques 751, 752 au récepteur 721. Le récepteur 721 n'est donc plus éclairé directement par les diodes des émetteurs 711, 712 mais indirectement via les fibres optiques 751, 752.
Bien entendu, bien qu'ici le capteur 700 comporte deux émetteurs 711, 712 et un seul récepteur 721 et bien qu'ici ce soient les émetteurs 711, 712 qui comportent une partie principale d'émission et une partie secondaire de guidage, ce capteur pourrait encore comporter au seul émetteur et deux récepteurs, les récepteurs comportant une partie principale de mesure liée au corps 702 et une partie secondaire de guidage. Thus, the light emitted by the emitters 711, 712 is transmitted via the optical fibers 751, 752 to the receiver 721. The receiver 721 is thus no longer illuminated directly by the diodes of the emitters 711, 712 but indirectly via the optical fibers 751. 752. Of course, although here the sensor 700 comprises two transmitters 711, 712 and a single receiver 721 and although here it is the transmitters 711, 712 which comprise a main transmission part and a secondary guide part, this sensor could also include the single transmitter and two receivers, the receivers having a main measurement portion connected to the body 702 and a guide secondary portion.
En référence à la figure 8, un robot 1000 comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l'invention va être à présent décrit. Referring to Figure 8, a robot 1000 comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention will now be described.
Le robot 1000 est ici un robot série à six degrés de liberté. Le robot 1000 comporte typiquement une base 1010, une pince 1030 et une structure mécanique 1020 articulée sur la base 1010 et permettant de déplacer la pince 1030 par rapport à la base 1010 dans n'importe quelle position et suivant n'importe quelle orientation dans la limite de l'espace de travail du robot 1000. La base 1010 peut être ici fixe ou mobile. The robot 1000 is here a serial robot with six degrees of freedom. The robot 1000 typically includes a base 1010, a clamp 1030 and a mechanical structure 1020 hinged to the base 1010 and to move the clamp 1030 relative to the base 1010 in any position and in any orientation in the limit of the working space of the robot 1000. The base 1010 can be here fixed or mobile.
La structure mécanique 1020 est une structure série comportant : The mechanical structure 1020 is a series structure comprising:
un élément mobile 1051 articulé sur la base fixe a movable element 1051 articulated on the fixed base
1010, 1010,
un b as 1052 et une biellette 1053 tous deux articulés sur l'élément mobile 1051, a bast 1052 and a link 1053 both articulated on the movable element 1051,
un avant-bras 1055 dont une première extrémité est articulée sur le bras 1052, a forearm 1055 whose first end is articulated on the arm 1052,
un premier élément de poignet 1056 articulé sur la seconde extrémité de l'avant-bras 1055, a first wrist element 1056 articulated on the second end of the forearm 1055,
- un deuxième élément de poignet 1057 articulé sur le premier élément de poignet 1056, et
un troisième élément de poignet 1058 articulé sur le deuxième élément de poignet 1057 et sur lequel est fixée la pince 1030, directement ou via un capteur d'effort. a second wrist element 1057 articulated on the first wrist element 1056, and a third wrist element 1058 articulated on the second wrist element 1057 and on which the clamp 1030 is fixed, directly or via a force sensor.
La structure mécanique 1020 comporte en outre une bielle 1054 articulée sur la biellette 1053 et sur l' avant- bras 1055, la bielle 1054 permettant de transmettre les mouvements de la biellette 1053 à 1 ' avant-bras 1055, Le bras 1052, la biellette 1053, la bielle 1054 et l'avant- bras 1055 forment ainsi une structure en parallélogramme. The mechanical structure 1020 further comprises a rod 1054 hinged to the rod 1053 and the forearm 1055, the connecting rod 1054 for transmitting the movements of the link 1053 to the forearm 1055, the arm 1052, the rod 1053, the connecting rod 1054 and the forearm 1055 thus form a parallelogram structure.
L'élément 1051, le bras 1052, la biellette 1053, ainsi que les éléments 1056, 1057 et 1058 sont ici déplacés par des moteurs 1040 du robot 1000 qui peuvent également s'opposer à leurs mouvements de préférence à travers un réducteur. Les moteurs 1040 comportent ici des capteurs de position visibles à l'arrière des moteurs (i.e. du côté des moteurs opposé à l'arbre de sortie du moteur considéré). The element 1051, the arm 1052, the rod 1053, and the elements 1056, 1057 and 1058 are here moved by motors 1040 of the robot 1000 which can also oppose their movements preferably through a gearbox. The motors 1040 here comprise position sensors visible on the rear of the motors (i.e. on the engine side opposite to the output shaft of the engine considered).
Le robot 1000 comporte en sus des capteurs angulaires 100 identiques à ceux de l'articulation selon le premier mode de réalisation de l'invention. De façon particulière, le robot 1000 comporte un premier capteur angulaire 100 agencé au niveau de l'articulation entre l'élément mobile 1051 et la base 1010, un deuxième capteur angulaire 100 agencé au niveau de l' articulation entre le bras 1052 et l' élément mobile 1051 et un troisième capteur angulaire 100 agencé au niveau de l'articulation entre la biellette 1053 et l'élément mobile 1051. Ces capteurs angulaires 100 permettent ici de mesurer les mouvements de l'élément 1051 par rapport à la base 1010, du bras 1052 par rapport à l'élément 1051 et de la biellette 1053 par rapport à l'élément 1051.
Les capteurs angulaire 100 fournissent avantageusement des mesures absolues du mouvement de l'élément mobile 1051, du bras 1052 et de la biellette 1053. Ces mesures peuvent être redondantes avec celles des capteurs de position des moteurs 1040 associés à l'élément mobile 1051, au bras 1052 et à la biellette 1053 si ces capteurs de position sont également absolus. Cette redondance permet alors d'améliorer la fiabilité des mesures et la sécurité du robot 1000. The robot 1000 further comprises angular sensors 100 identical to those of the hinge according to the first embodiment of the invention. In particular, the robot 1000 comprises a first angular sensor 100 arranged at the articulation between the movable element 1051 and the base 1010, a second angular sensor 100 arranged at the joint between the arm 1052 and the mobile element 1051 and a third angular sensor 100 arranged at the joint between the rod 1053 and the movable member 1051. These angular sensors 100 here allow to measure the movements of the element 1051 relative to the base 1010, the arm 1052 relative to the element 1051 and the link 1053 relative to the element 1051. The angular sensors 100 advantageously provide absolute measurements of the movement of the mobile element 1051, the arm 1052 and the rod 1053. These measurements can be redundant with those of the position sensors of the motors 1040 associated with the mobile element 1051, the arm 1052 and link 1053 if these position sensors are also absolute. This redundancy then makes it possible to improve the reliability of the measurements and the safety of the robot 1000.
Ces mesures peuvent également être complémentaires de celles des capteurs de position des moteurs 1040 associés à l'élément mobile 1051, au bras 1052 et à la biellette 1053 s i ces capteurs de position sont incrémentaux (c'est-à-dire que les capteurs délivrent un signal impulsionnel à chaque déplacement élémentaire du moteur concerné, les mesures de tels capteurs étant dépendantes du nombre de rotations déjà effectuées par le capteur considéré) . Ceci évite de devoir initialiser les mesures de la position du robot 1000 au démarrage, par exemple en mettant tous les organes constitutifs de la structure mécanique 1020 en butée, comme c' est le cas iorsqu' un robot ne comporte que des capteurs de position incrémentaux. These measurements can also be complementary to those of the position sensors of the motors 1040 associated with the mobile element 1051, the arm 1052 and the link 1053 if these position sensors are incremental (that is to say that the sensors deliver a pulse signal at each elementary displacement of the motor concerned, the measurements of such sensors being dependent on the number of rotations already made by the sensor). This avoids having to initialize the measurements of the position of the robot 1000 at startup, for example by putting all the constituent members of the mechanical structure 1020 in abutment, as is the case when a robot has only incremental position sensors. .
En référence à la figure 9, un dispositif haptique 2000 comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l'invention va être à présent décrit . Referring to Figure 9, a haptic device 2000 comprising a plurality of joints according to the first embodiment of the invention will now be described.
Le dispositif haptique 2000 comporte une base 2010, une structure mécanique de type delta 2020 reliée à ladite base 2010 et une plateforme comprenant une poignée 2030, la plateforme étant liée à la structure mécanique 2020 de sorte à être déplaçable en translation par ladite structure
mécanique 2020 suivant n'importe quelle direction de l'espace par rapport à la base 2010. The haptic device 2000 comprises a base 2010, a mechanical structure of the delta type 2020 connected to said base 2010 and a platform comprising a handle 2030, the platform being linked to the mechanical structure 2020 so as to be displaceable in translation by said structure mechanical 2020 following any direction of space compared to base 2010.
La base 2010 comporte trois moteurs 2040 qui entraînent en rotation les éléments mobiles les plus proches de la base 2010 de chacune des branches de la structure mécanique delta 2020, par exemple via des réducteurs. Ces moteurs 2040 comportent de préférence des capteurs de position visibles à i ' arrière des moteurs. The 2010 base includes three 2040 engines that rotate the mobile elements closest to the 2010 base of each branch of the delta 2020 mechanical structure, for example via gearboxes. These 2040 motors preferably have position sensors visible at the rear of the motors.
Le dispositif haptique 2000 comporte des capteurs angulaires 100 de l'articulation selon le premier mode de réalisation de l'invention qui sont intégrés ici au niveau des articulations de ces éléments à la base 2010. Ces capteurs angulaires 100 permettent de mesurer les mouvements angulaires desdits élément par rapport à la base 2010, de façon redondante ou complémentaire avec les capteurs de position des moteurs 2040. The haptic device 2000 comprises angular sensors 100 of the articulation according to the first embodiment of the invention which are integrated here at the joints of these elements at the base 2010. These angular sensors 100 make it possible to measure the angular movements of said element compared to the 2010 base, in a redundant or complementary way with the position sensors of the 2040 engines.
En référence à la figure 10, un dispositif haptique 3000 comprenant plusieurs articulations selon le premier mode de réalisation de l'invention va être à présent décrit, les supports des émetteurs et des récepteurs entourant ici les émetteurs et les récepteurs associés, lesdits supports comprenant des portions ayant une section tubulaire faisant le tour complet des émetteurs et des récepteurs , With reference to FIG. 10, a haptic device 3000 comprising several articulations according to the first embodiment of the invention will now be described, the supports of the transmitters and receivers surrounding here the transmitters and the associated receivers, said supports comprising Portions having a tubular section running around the emitters and receivers,
Le dispositif haptique 3000 est ici un exosquelette manuel se présentant sous la forme d'un gant. The haptic device 3000 is here a manual exoskeleton in the form of a glove.
Le dispositif haptique 3000 comporte une base 3010 destinée à être fixée sur la main de l'utilisateur à l'aide de moyens non représentés, par exemple des sangles. Le dispositif haptique 3000 comporte en outre quatre structures mécaniques 3020 qui sont chacune articulée sur
la base 3010. Le dispositif haptique 3000 comporte encore quatre appareils d'extrémité 3030 articulés chacun respectivement sur l'une des structures 3020 et destinés à recevoir la phalangette respectivement du pouce, de l'index, du majeur et de l'annulaire de l'utilisateur. The haptic device 3000 comprises a base 3010 intended to be fixed on the hand of the user by means not shown, for example straps. The haptic device 3000 further comprises four mechanical structures 3020 which are each articulated on the base 3010. The haptic device 3000 further comprises four end devices 3030 each hinged respectively to one of the structures 3020 and intended to receive the phalangette of the thumb, index, middle finger and ring finger, respectively. 'user.
Le dispositif haptique 3000 comporte en outre des actionneurs 3040 (dont une partie seulement est visible ici) configurés pour générer un retour d'effort sur le bout des doigts de l'utilisateur via les structures mécaniques 3020 et des actionneurs (non visibles ici) intégrés aux appareils d'extrémité 3030 configurés pour générer un retour haptique local sur le bout des doigts de 1 ' utilisateur . Ces actionneurs 3040 comportent de préférence des capteurs de position dont une partie seulement est visible à l'arrière des moteurs. The haptic device 3000 further comprises actuators 3040 (only part of which is visible here) configured to generate a force feedback on the fingertips of the user via the mechanical structures 3020 and integrated actuators (not visible here). end devices 3030 configured to generate local haptic feedback on the fingertips of the user. These actuators 3040 preferably comprise position sensors, only part of which is visible at the rear of the motors.
Un tel dispositif haptique 3000 est par exemple décrit dans la demande française de la présente demanderesse ayant pour numéro de dépôt 15 58301 et on pourra se référer à cette demande pour de plus amples informations. Such a haptic device 3000 is for example described in the French application of the present applicant with filing number 58301 and may be referred to this request for further information.
Le dispositif haptique 3000 comporte des capteurs angulaires 100 (dont une partie seulement est visible ici) de l'articulation selon le premier mode de réalisation de 1' invention agencés sur différentes articulations du dispositif haptique. De préférence, les capteurs angulaires 100 sont agencés sur les articulations reliant les structures mécaniques 3020 à la base 3010 et certaines articulations internes aux structures mécaniques 3020. The haptic device 3000 comprises angular sensors 100 (only a part of which is visible here) of the articulation according to the first embodiment of the invention arranged on different articulations of the haptic device. Preferably, the angular sensors 100 are arranged on the joints connecting the mechanical structures 3020 to the base 3010 and some internal joints to the mechanical structures 3020.
Certains de ces capteurs angulaires 100 sont disposés sur les articulations actionnées par les actionneurs 3040 et dont les déplacements sont donc déjà mesurés par les capteurs associés à ces moteurs. Les capteurs angulaires
100 permettent alors de connaître précisément la position angulaire absolue des éléments formant ces articulations actionnées, en complément des capteurs de position des actionneurs 3040. Some of these angular sensors 100 are arranged on the joints actuated by the actuators 3040 and whose movements are already measured by the sensors associated with these motors. Angular sensors 100 then make it possible to know precisely the absolute angular position of the elements forming these actuated joints, in addition to the position sensors of the actuators 3040.
D'autres capteurs angulaire 100, en particulier les capteurs angulaires 100 mesurant les mouvements des articulations reliant la base 3010 aux structures mécaniques 3020, sont les seuls capteurs mesurant les mouvements de ces articulations. Ces capteurs angulaires 100 sont avantageusement simples, compact, légers et peu coûteux . Other angular sensors 100, in particular the angular sensors 100 measuring the movements of the joints connecting the base 3010 to the mechanical structures 3020, are the only sensors measuring the movements of these joints. These angular sensors 100 are advantageously simple, compact, lightweight and inexpensive.
En référence à la figure 11, un dispositif de capture de mouvement 4000 sous forme de gant comprenar. L plus ieurs capteurs angulaires 100 de l'articulation selon le premier mode de réalisation de l' invention va être à présent décrit. Ce dispositif de capture de mouvement 4000 est identique au dispositif haptique 3000 décrit précédemment à la différence près que le dispositif de capture de mouvement 4000 ne comporte pas d' actionneurs sur les structures mécaniques 4020 et sur les appareils d'extrémité 4030. Referring to Figure 11, a motion capture device 4000 in the form of glove comprenar. The more angular sensors 100 of the joint according to the first embodiment of the invention will now be described. This motion capture device 4000 is identical to the haptic device 3000 described previously with the difference that the motion capture device 4000 does not include actuators on the mechanical structures 4020 and on the end devices 4030.
Les structures mécaniques 4020 n'étant pas motorisées, elles suivent les mouvements des doigts de la main de l'utilisateur sans les contraindre. The 4020 mechanical structures are not motorized, they follow the movements of the fingers of the hand of the user without constraining them.
Les capteurs angulaires 100 intégrés sur le dispositif de capture de mouvement 4000 permettent de mesurer ces mouvements . The angular sensors 100 integrated on the motion capture device 4000 make it possible to measure these movements.
De façon avantageuse, les capteurs angulaires 100 sont peu coûteux et permettent de mesurer indépendamment les mouvements de chaque articulation pourvue de tels capteurs. En outre, le dispositif de capture de mouvement 4000 est
moins sensible aux occlusions visuelles que les dispositifs de capture de mouvement optiques de l' art antérieur utilisant une ou des caméras pour mesurer les mouvements de la main. Advantageously, the angular sensors 100 are inexpensive and can independently measure the movements of each joint provided with such sensors. In addition, the motion capture device 4000 is less susceptible to visual occlusions than prior art optical motion capture devices using one or more cameras to measure hand movements.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications . Naturally, the invention is not limited to the embodiments described and variations can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
En particulier, bien qu' ici les émetteurs comportent tous une diode électroluminescente à rayonnement infrarouge, les émetteurs pourront comprendre d'autres sources d'émission telles qu'une diode électroluminescente émettant dans une autre bande de fréquences que l' infrarouge, une photodiode, une diode laser à cavité verticale émettant par la surface (plus connu sous l'acronyme anglais VCSEL pour « Vertical-Cavity Surface- Emitting Laser >) , une source laser ou une source lumineuse émettant dans le domaine de la lumière visible ou invisible. Les émetteurs pourront être plus ou moins directifs (étant entendu qu'un émetteur très directif émet la totalité ou la quasi-totalité des rayons selon son axe} . In particular, although here the transmitters all include an infrared light emitting diode, the emitters may include other emission sources such as a light emitting diode emitting in another frequency band than the infrared, a photodiode, a vertical cavity surface-emitting laser diode (VCSEL), a laser source or a light source emitting in the visible or invisible light field. The transmitters may be more or less directive (it being understood that a highly directive emitter transmits all or almost all of the spokes along its axis).
De même, bien qu' ici les récepteurs comportent tous un phototransistor fonctionnant dans l'infrarouge, les récepteurs pourront comporter d'autres moyens de réception telles qu'un phototransistor fonctionnant dans une autre bande de fréquences, une photodiode, une diode PIN (pour l'anglais « Positive Intrinsic Négative diode » ) ou une photorésistance. Le capteur comportera alors en conséquence des moyens d'alimentation adaptés et éventuellement une ou des unités de calcul adaptées, la grandeur mesurée pouvant
être par exemple une tension ou un courant. Les récepteurs pourront être p1us ou moins dxrectifs. Similarly, although here the receivers all include a phototransistor operating in the infrared, the receivers may comprise other reception means such as a phototransistor operating in another frequency band, a photodiode, a PIN diode (for the English "Positive Intrinsic Negative Diode") or a photoresistor. The sensor will consequently comprise accordingly suitable supply means and possibly one or more adapted calculation units, the measured quantity being able to be for example a voltage or a current. Receivers may be more or less effective.
En outre, on pourra utiliser un nombre différent d'émetteur et un nombre différent de récepteur que ceux illustrés, notamment pour linéariser la réponse des moyens de mesure sur une plus large plage de mesure, à condition d' avoir au moins deux émetteurs et un récepteur ou au moins un émetteur et deux récepteurs. On pourra par exemple avoir deux émetteurs et deux récepteurs. On décomposera ainsi la réponse des moyens de mesure en série de fonctions élémentaires fournies par chacun des couples émetteur /récepteur du capteur , de la même façon que l'on décompose les fonctions en séries de Fourrier. In addition, it will be possible to use a different number of transmitter and a different number of receiver than those illustrated, in particular to linearize the response of the measuring means over a wider measurement range, provided that there are at least two transmitters and one receiver or at least one transmitter and two receivers. For example, there may be two transmitters and two receivers. The response of the measurement means in series of elementary functions provided by each of the transmitter / receiver pairs of the sensor will thus be broken down in the same way as the functions in Fourier series are decomposed.
De plus, bien qu'ici tous les émetteurs soient identiques sur un même capteur et tous les récepteurs soient identiques sur un même capteur, un même capteur pourra comporter des émetteurs différents et/ou des récepteurs différents notamment afin d'améliorer la linéarité du capteur et d'accroître sa plage de mesure utile . In addition, although here all transmitters are identical on the same sensor and all receivers are identical on the same sensor, the same sensor may include different transmitters and / or different receivers in particular to improve the linearity of the sensor and increase its useful measuring range.
Lorsque les moyens de mesure comporteront au moins deux émetteurs, l'alimentation de ces émetteurs pourra tout aussi bien se faire en série qu'en parallèle. Les émetteurs pourront tout aussi bien être reliés à des mêmes moyens d'alimentation qu ' à des moyens d'alimentation dist incts , ces moyens d' alimentation pouvant être identiques ou différents. Il sera ainsi possible d'alimenter chacun des émetteurs avec un courant différent ou une tension différente afin de modifier leur contribution relative à la réponse des moyens de mesure notamment afin de linéariser au mieux ladite réponse.
De la même façon, lorsque les moyens de mesure comporteront au moins deux récepteurs, les récepteurs pourront tout aussi bien être reliés à des mêmes unités de calcul qu' à des unités de calcul distinctes, ces unités de calcul pouvant être identiques ou différentes. Qu'ils soient reliés à des mêmes unités de calcul ou à des unités de calcul distinctes, les gains d'amplification, les filtres, et plus généralement les moyens de traitement des signaux de chacun des récepteurs pourront être identiques ou di fférents . When the measuring means comprise at least two transmitters, the power supply of these transmitters can be done in series as well as in parallel. The emitters may equally well be connected to the same power supply means as to remote power supply means, these power supply means being identical or different. It will thus be possible to feed each of the emitters with a different current or a different voltage in order to modify their relative contribution to the response of the measuring means, in particular in order to optimally linearize said response. In the same way, when the measuring means comprise at least two receivers, the receivers may just as easily be connected to the same calculation units as to separate calculation units, these calculation units possibly being identical or different. Whether they are connected to the same calculation units or to separate calculation units, the amplification gains, the filters, and more generally the means for processing the signals of each of the receivers may be identical or different.
Par ailleurs, que le ou les émetteurs comportent ou non une partie de guidage, on pourra agencer les émetteurs et/ou les récepteurs différemment les uns par rapport aux autres et également par rapport à l'axe de l'articulation associée au capteur que ce qui a été illustré. Que le ou les éme teurs comportent ou non une partie de guidage, on pourra aussi plus ou moins décaler chaque émetteur et/ou chaque récepteur par rapport à l'axe. Que le ou les émetteurs comportent ou non une partie de guidage, on pourra aussi plus ou moins incliner chaque émetteur et/ou chaque récepteur par rapport à l'axe. Moreover, whether or not the emitters comprise a guide part, the emitters and / or the receivers may be arranged differently with respect to each other and also with respect to the axis of the articulation associated with the sensor. which has been illustrated. Whether or not the emitters comprise a guiding part, it will also be possible to shift more or less each emitter and / or receiver relative to the axis. Whether the transmitter or transmitters comprise or not a guide portion, it will also more or less incline each transmitter and / or each receiver relative to the axis.
Dans le cas où l'émetteur comporte une partie de guidage, on pourra agencer la partie principale d'émission ailleurs que sur le premier élément par exemple sur le deuxième élément ou sur toute autre partie du robot ou du dispositif haptique ou du dispositif de capture de mouvement associé ou sur tout autre corps indépendant de l'articulation du premier élément et du deuxième élément comme par exemple une base fixe, la partie de guidage assurant que les rayons émis par la partie principale d'émission soient transmis au récepteur.
Lorsque l'émetteur comporte des parties de guidage, celles-ci pourront comporter tout autre moyen de transmission que des fibres optiques comme par exemple des miroirs. Les moyens de transmission pourront encore comporter des lentilles ou d'autres dispositifs optiques de focalisation, par exemple entre les parties principales d' émission et les parties de guidage ou entre les parties de guidage et le ou les récepteurs. In the case where the transmitter comprises a guiding part, it will be possible to arrange the main transmission part elsewhere than on the first element, for example on the second element or on any other part of the robot or the haptic device or the capture device. associated movement or on any other body independent of the articulation of the first element and the second element such as a fixed base, the guide portion ensuring that the rays emitted by the main transmission part are transmitted to the receiver. When the transmitter comprises guiding parts, they may include any other transmission means that optical fibers such as mirrors. The transmission means may further comprise lenses or other optical focusing devices, for example between the main transmission parts and the guide parts or between the guide parts and the receiver or receivers.
Bien qu' ici les diaphragmes du capteur présentent un diamètre identique, ils pourront avoir un diamètre différent. On pourra encore utiliser un ou des diaphragmes à ouverture réglable en place de simple trou. On pourra également utiliser tout autre système optique que les diaphragmes pour moduler l'intensité lumineuse et la convergence des rayons émis par l'émetteur au récepteur tels que des lentilles ou des fentes ou rainures. Although here the diaphragms of the sensor have an identical diameter, they may have a different diameter. We can still use one or more diaphragms with adjustable opening in place of single hole. Any other optical system other than the diaphragms may also be used to modulate the light intensity and the convergence of the rays emitted by the emitter to the receiver, such as lenses or slots or grooves.
De manière plus générale, on pourra utiliser des émetteurs différents et/ou utiliser des courants ou des tensions d'alimentation différents sur les différents émetteurs et/ou incliner plus ou moins chacun des émetteurs par rapport à un plan de normale l'axe de l'articulation et/ou placer un, une partie ou la totalité des émetteurs derrière un ou des systèmes optiques de type diaphragme et /ou placer chacun des émetteurs dans des plans plus ou moins éloignés des éléments de l'articulation le long de l'axe de l'articulation et/ou utiliser des récepteurs différents et/ou incliner plus ou moins chacun des récepteurs par rapport à un plan de normale l' axe de l'articulation et/ou placer chacun des récepteurs dans des plans plus ou moins éloignés des éléments de l'articulation le long de l'axe de l'articulation et/ou utiliser des gains
d'amplification, des filtres et des moyens de traitement des signaux différents sur chacun des récepteurs. More generally, it is possible to use different emitters and / or to use different currents or supply voltages on the different emitters and / or to incline more or less each of the emitters with respect to a plane of normal the axis of the emitter. articulating and / or placing one, a part or all of the emitters behind one or more diaphragm-type optical systems and / or placing each of the emitters in planes more or less distant from the elements of the articulation along the axis articulating and / or using different receptors and / or inclining more or less each of the receptors relative to a plane of normal the axis of the joint and / or placing each of the receptors in planes more or less distant from the elements of the joint along the axis of the joint and / or use gains amplifier, filters and different signal processing means on each of the receivers.
Par ailleurs, bien qu'ici les émetteurs et les récepteurs soient fixés sur des supports indépendants des éléments de l'articulation et fixés aux articulations, les supports pourront faire partie intégrante des éléments de l'articulation en étant par exemple usinés directement dans lesdits éléments. En variante, les émetteurs et. les récepteurs pourront directement être fixés sur lesdits éléments par exemple par collage. Les supports pourront venir recouvrir les émetteurs et les récepteurs pour mieux les protéger. Furthermore, although here the transmitters and receivers are fixed on independent supports of the elements of the joint and attached to the joints, the supports may be an integral part of the elements of the joint being for example machined directly in said elements . Alternatively, the transmitters and. the receivers can be directly attached to said elements, for example by gluing. The supports can come to cover the emitters and receivers to better protect them.
Le ou les supports pourront avoir des formes et/ou des dimensions différentes de celles illustrées. Le ou les supports pourront ainsi être conformés pour recouvrir le ou les émetteurs et/ou le ou les récepteurs, en ayant par exemple une portion de section cylindrique, avec des épaulements ou non, de façon à protéger le ou les émetteurs et/ou le ou les récepteurs. The support or supports may have shapes and / or dimensions different from those illustrated. The support (s) may thus be shaped to cover the transmitter (s) and / or the receiver (s), for example having a portion of cylindrical section, with or without shoulders, so as to protect the transmitter (s) and / or the or the receivers.
Le ou les supports pourront comporter une ou plusieurs portions de réception d'un ou des émetteurs et /ou d'un ou des récepteurs qui seront de dimensions plus importantes que le ou les émetteurs et/ou le ou les récepteurs associés de sorte à laisser suffisamment de place pour de la colle ou des cal les, rigides ou non, agencées dans ladite portion et utilisées pour immobiliser le ou les émetteurs et/ou le ou les récepteurs, par rapport au support associé. The one or more supports may comprise one or more receiving portions of one or more transmitters and / or of one or more receivers which will be of larger size than the transmitter (s) and / or the associated receiver (s) so as to leave sufficient space for adhesive or cal les, rigid or not, arranged in said portion and used to immobilize the transmitter or transmitters and / or the receiver or receivers, relative to the associated support.
Si au moins un support comporte une goulotte, celle-ci pourra ainsi encore avoir un diamètre supérieur à le ou les émetteurs et/ou le ou les récepteurs associés, de sorte à laisser suffisamment de place pour de la colle ou des
calles , rigides ou non, agencées dans la goulotte pour immobiliser le ou les émetteurs et /ou le ou les récepteurs associés, par rapport au support associé. If at least one support comprises a chute, it may thus still have a larger diameter than the transmitter (s) and / or associated receiver (s), so as to leave sufficient room for glue or calles, rigid or not, arranged in the chute to immobilize the transmitter or transmitters and / or the associated receiver or receivers, relative to the associated support.
En outre, le capteur angulaire pourra comporter un ou des capots agencés autour d'un ou de plusieurs émetteurs et/ou d'un ou de plusieurs récepteurs pour limiter les pollutions lumineuses entre émetteurs et récepteurs. In addition, the angular sensor may comprise one or more hoods arranged around one or more transmitters and / or one or more receivers to limit light pollution between transmitters and receivers.
Le terme « élément » désigne de façon générale tout corps pouvant faire partie d'une articulation. Les termes de « bras », « avant-bras », « biellette », « bielle » ... rentrent donc bien dans le terme plus général de « élément ». The term "element" generally refers to any body that can be part of a joint. The terms "arm", "forearm", "link", "connecting rod" ... fit well into the more general term "element".
Bien entendu, les robots, dispositifs haptiques et dispositifs de capture de mouvement décrits ne sont pas limitatifs et on pourra utiliser des articulations selon la présente invention sur n'importe quel autre type de robot, que ce soit par exemple et de manière non exhaustive un robot série, un robot parallèle, un robot à architecture mixte série/parallèle ou à structure arborescente, une main robotique, avec un actionnement redondant ou non, ayant entre un et six degrés de liberté ou plus ... ou sur n' importe quel autre type de dispositif haptique que ce soit par exemple et de manière non exhaustive sur un dispositif à architecture série, parallèle, mixte ou arborescente, à actionnement redondant ou non, un exosquelette de jambe, de bras ou de main... ou sur n'importe quel autre type de dispositif de capture de mouvement que ce soit par exemple et de manière non exhaustive sur un dispositif à architecture série, parallèle, mixte ou arborescente, à actionnement redondant ou non, un exosquelette de jambe, de bras ou de main....
Bien entendu également, bien qu'ici les différents robots, dispositifs haptiques et dispositifs de capture de mouvement comportent des capteurs angulaires selon le premier mode de réalisation, les différents robots, dispositifs haptiques et dispositifs de capture de mouvement pourront comprendre une ou des articulations selon n' importe quelle variante ou n' importe quel mode de réalisation décrit de la présente invention. On pourra aussi utiliser différents types d'articulations selon 1' invention sur un même robot, un même dispositif haptique ou un même dispositif de capture de mouvement. On pourra encore combiner des capteurs existants avec des capteurs angulaires d' articulation selon la présente invention sur un même robot, un même dispositif haptique ou un même dispositif de capture de mouvement. Of course, the robots, haptics and motion capture devices described are not limiting and we can use joints according to the present invention on any other type of robot, for example and non-exhaustively a a serial robot, a parallel robot, a series / parallel architecture or tree structure robot, a robotic hand, with redundant or non-redundant actuation, having between one and six degrees of freedom or more ... or on any other another type of haptic device, for example and in a non-exhaustive manner on a device with series, parallel, mixed or arborescent architecture, with redundant or non-redundant actuation, an exoskeleton of the leg, arm or hand ... or on any other type of motion capture device, for example and in a non-exhaustive manner on a device with series, parallel, mixed or arborescent architecture, with actuation redundant or not, an exoskeleton of leg, arm or hand .... Of course also, although here the different robots, haptics and motion capture devices comprise angular sensors according to the first embodiment, the various robots, haptics and motion capture devices may include one or more joints according to the first embodiment. any variant or description of the present invention. It will also be possible to use different types of joints according to the invention on the same robot, the same haptic device or the same device for capturing motion. It is also possible to combine existing sensors with angular articulation sensors according to the present invention on the same robot, the same haptic device or the same motion capture device.
Les différents robots, dispositifs haptiques et dispositifs de capture de mouvement pourront comprendre les capteurs angulaires sur d' autres axes que ceux décrits et /ou pourront comprendre un nombre différent de capteurs angulaires que celui décrit. The various robots, haptic devices and motion capture devices may include the angular sensors on other axes than those described and / or may comprise a different number of angular sensors than that described.
Dans le cas des dispositifs haptiques et des dispositifs de capture de mouvement décrits sous forme de gants, lesdits gants pourront comporter un nombre différent de structures mécaniques et/ou d'appareils d'extrémité afin de suivre les mouvements de plus ou moins de doigts de l' utilisateur. In the case of haptic devices and motion capture devices described in the form of gloves, said gloves may include a different number of mechanical structures and / or end devices to follow the movements of more or fewer fingers of the user.
Par ailleurs les actionneurs, les moteurs, les capteurs de position associés à ces moteurs et les réducteurs associés à ces moteurs peuvent être de tout type adapté. Les moteurs peuvent ainsi être avantageusement des moteurs électriques à courant continu à rotor sans fer ou
des moteurs sans balais mais aussi et de manière non limitative des moteurs à courant continu classiques. Les acticnneurs peuvent comporter des moteurs de tout type ou encore des alliages à mémoire de forme, des polymères électro-actifs, des actionneurs piézoélectriques, des actionneurs pneumatiques ou hydrauliques. On pourra de façon générale utiliser d'autres actionneurs que les moteurs représentés sur les robots et dispositifs haptiques illustrés. On pourra aussi sur les dispositifs haptiques utiliser sur un ou plusieurs axes des freins à la place de moteurs, ces freins pouvant être notamment et de manière non exhaustive des freins à disques, des freins à poudre ou des freins à fluides magnéto ou électro rhéologiques . Dans ce cas le dispositif ne pourra que s'opposer aux mouvements de l'utilisateur et non agir sur lui de manière active. On pourra encore utiliser des actionneurs hybrides associant un moteur et un frein de tous types présentés précédemment. Sur les robots et dispositifs haptiques, on pourra également utiliser sur un ou plusieurs axes des actionneurs à actionnement antagoniste et / ou à raideur variable de type actionneurs élastiques en série (en anglais « séries elastic actuators » ) ou actionneurs élastiques en parallèles (en anglais « parallel elastic actuators » ) . Les réducteurs pourront être des cabestans à câbles ou de manière non exhaustive des réducteurs à courroies ou à engrenages simples ou épicycloïdaux, à un ou plusieurs étages, des réducteurs de type engrenage à onde de dé formation (de type réducteur « Harmonie Drive ») ou des réducteurs à vis à billes ou toute combinaison de ces éléments ou d'autres éléments de réduction. Dans le cas de l'utilisation de cabestans, il sera également avantageux
d'usiner un profil en hélice sur les poulies et de prévoir des systèmes de guidage et de tension des câbles. On peut encore sur certains axes avoir des réducteurs non réversibles comme des réducteurs à roue et vis sans fin. Dans le cas de l'utilisation de moteurs et/ou de réducteurs à faible rendement et/ou présentant des frottements importants ou peu ou pas réversibles, on pourra de préférence utiliser au niveau des moteurs, au niveau des articulations du robot /dispositif haptique ou au niveau de sa base ou de son extrémité, des capteurs d'efforts dont les signaux seront utilisés pour compenser ces défauts et rendre réversible le robot /dispositif haptique. Les capteurs de position pourront être de tous type adapté, en particulier et de manière non exhaustive des codeurs optiques, des capteurs à effet Hall, des potentiomètres ou des codeurs magnéto-optiques. Ces capteurs de position pourront être absolus (multi-tours ) ou relatifs. Sur les robots et dispositifs haptiques, ils pourront être intégrés sur les moteurs. Tout ou partie d'entre eux pourront également être placés sur certaines articulations du robot/dispositif haptique/dispositif de capture de mouvement, en complément ou à la place des capteurs d'articulation selon la présente invention. Sur les robots et dispositifs haptiques, on pourra encore avoir sur un ou plusieurs axes des capteurs de position à la fois sur les moteurs et sur les articulations. Moreover, the actuators, the motors, the position sensors associated with these motors and the gearboxes associated with these motors may be of any suitable type. The motors can thus advantageously be DC electric motors with rotor without iron or brushless motors but also and without limitation conventional DC motors. The actuators may comprise motors of any type or else shape memory alloys, electroactive polymers, piezoelectric actuators, pneumatic or hydraulic actuators. It will generally be possible to use other actuators than the motors represented on the illustrated robots and haptic devices. It will also be possible on haptic devices to use on one or more axes brakes instead of engines, these brakes may be including, but not limited to, disc brakes, powder brakes or magneto or electro-rheological fluid brakes. In this case the device can only oppose the movements of the user and not act on him actively. It will still be possible to use hybrid actuators combining a motor and a brake of all types presented above. On the robots and haptic devices, it will also be possible to use on one or more axes actuators with counter-actuation and / or variable stiffness of the elastic actuators type in series (in English "series elastic actuators") or elastic actuators in parallel (in English). "Parallel elastic actuators"). The reducers may be cable or non-exhaustive capstans of single or epicyclic single-stage or multi-stage gearboxes, gearbox type gearboxes (of the "Harmonie Drive" gearbox type) or ball screw reducers or any combination of these or other reduction elements. In the case of the use of capstans, it will also be advantageous machining a helical profile on the pulleys and providing guidance systems and tension cables. It is still possible on some axes to have non-reversible reducers such as worm gear reducers. In the case of the use of motors and / or gearboxes with low efficiency and / or having high or little or no reversible friction, it may preferably be used at the level of the motors, at the joints of the robot / haptic device or at its base or at its end, force sensors whose signals will be used to compensate for these defects and make the robot / haptic device reversible. The position sensors may be of any type suitable, in particular and in a non-exhaustive manner, optical encoders, Hall effect sensors, potentiometers or magneto-optical encoders. These position sensors can be absolute (multi-turns) or relative. On robots and haptic devices, they can be integrated on the engines. All or part of them may also be placed on certain articulations of the robot / haptic device / motion capture device, in addition to or in place of the hinge sensors according to the present invention. On robots and haptic devices, we can still have on one or more axes position sensors on both engines and joints.
Les liaisons cinématiques pourront être assurées par des paliers simples, des roulements à billes, des paliers lisses, des paliers magnétiques ... Par ailleurs certaines liaisons ont été illustrées de façon simplifiée en porte-à- faux. Il pourra être avantageux de réaliser des liaisons en
chape, c'est-à-dire avec une reprise des efforts de chaque côté de la liaison. Ceci est en particulier vrai pour le guidage en rotation des poulies dont les efforts pourront avantageusement être repris par des paliers ou des roulements du côté des poulies opposées aux moteurs.
The kinematic connections can be provided by simple bearings, ball bearings, plain bearings, magnetic bearings ... Moreover some links have been illustrated in a simplified way cantilever. It may be advantageous to make connections in screed, that is to say with a recovery efforts on each side of the link. This is particularly true for the rotational guidance of the pulleys whose efforts may advantageously be taken up by bearings or bearings on the side of the pulleys opposite the motors.
Claims
1. Articulation comportant un premier élément (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ; 601 ; 701) et un deuxième élément (102 ; 202 ; 302 ; 402 ; 502 ; 602 ; 702) pouvant pivoter l'un relativement à l'autre autour d'un axe (A) et au moins un capteur angulaire {100 ; 200 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700) , le capteur angulaire (100 ; 200 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700) comportant des moyens de mesure comprenant : 1. Articulation comprising a first member (101; 201; 301; 401; 501; 601; 701) and a second member (102; 202; 302; 402; 502; 602; 702) pivotable relative to one another; another about an axis (A) and at least one angular sensor {100; 200; 300; 400; 500; 600; 700), the angle sensor (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700) having measuring means comprising:
au moins deux émetteurs ( 111 , 112 ; 211, 212, 213 ; 311,312 ; 611,612 ; 711,712) de rayons lumineux et au moins un récepteur (121 ; 221 ; 321 ; 621 ; 721) desdits rayons lumineux, les émetteurs étant agencés de sorte que les axes des émetteurs s'étendent obliquement les uns par rapport aux autres, et/ou at least two emitters (111, 112, 211, 212, 213, 311, 312, 611, 612, 711, 712) of light rays and at least one receiver (121; 221; 321; 621; 721) of said light rays, the emitters being arranged in such a way that that the axes of the emitters extend obliquely with respect to each other, and / or
- au moins un émetteur (411 ; 511) de rayons lumineux et au moins deux récepteurs (421,422 ; 521,522) desdits rayons lum neux, les récepteurs étant agencés de sorte que les axes des récepteurs s'étendent obliquement les uns par rapport aux autres, at least one emitter (411; 511) of light rays and at least two receivers (421, 422, 521, 522) of said light rays, the receivers being arranged in such a way that the axes of the receivers extend obliquely with respect to each other,
le capteur angulaire étant agencé de sorte qu'au moins une partie du ou des émetteurs soit fixée au premier élément et de sorte qu'au moins une partie du ou des récepteurs soit fixée au deuxième élément. the angular sensor being arranged such that at least a portion of the at least one emitter is attached to the first member and so that at least a portion of the at least one receiver is attached to the second member.
2. Articulation selon la revendication 1, dans lequel les émetteurs (111,112 ; 211,212,213 ; 311,312 ; 611,612 ; 2. Articulation according to claim 1, wherein the emitters (111,112; 211,212,213; 311,312; 611,612;
711, 712) sont identiques ou dans lequel les récepteurs (421,422 ; 521,522) sont identiques. 711, 712) are identical or in which the receivers (421, 422, 521, 522) are identical.
3. Articulation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un émetteur (111,112 ; 211,212,213 ; 311, 312 ; 411 ; 511 ; 611, 612) comporte une source d' émission éclairant directement au moins un
récepteur (121 ; 221 ; 321 ; 421,422 ; 521,522 ; 621} associé . 3. Articulation according to one of the preceding claims, wherein at least one transmitter (111,112; 211,212,213; 311,312; 411; 511; 611,612) comprises a source of emission directly illuminating at least one receiver (121; 221; 321; 421,422; 521,522; 621) associated.
4. Articulation selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel au moins un émetteur {711, 712} comporte une partie principale d'émission (717, 718) et une partie secondaire de guidage, au moins un récepteur (721) étant éclairé indirectement par la partie principale d' émission via la partie secondaire de guidage. 4. Articulation according to one of claims 1 to 2, wherein at least one transmitter {711, 712} comprises a main transmission part (717, 718) and a guide secondary part, at least one receiver (721). being indirectly illuminated by the main transmission part via the guiding abutment.
5. Articulation selon la revendication 4, dans lequel la partie de guidage comporte au moins une fibre optique 5. Articulation according to claim 4, wherein the guide portion comprises at least one optical fiber
(751, 752), (751, 752),
6. Articulation selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel la partie secondaire de guidage est fixé au premier élément (701) comme la partie principale d'émission. 6. Articulation according to one of claims 4 or 5, wherein the guide secondary portion is attached to the first element (701) as the main transmission part.
7. Articulation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (600) comporte au moins un système optique pour moduler une intensité lumineuse et/ou une convergence des rayons émis par au moins un émetteur (611, 612) . 7. Articulation according to one of the preceding claims, wherein the sensor (600) comprises at least one optical system for modulating a light intensity and / or convergence of rays emitted by at least one transmitter (611, 612).
8. Articulation selon la revendication 7, dans lequel le système optique comporte un diaphragme (637) . 8. Articulation according to claim 7, wherein the optical system comprises a diaphragm (637).
9. Articulation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le capteur comporte au moins un capot agencé autour d'un ou de plusieurs émetteurs et/ou d'un ou de plusieurs récepteurs . 9. Articulation according to one of claims 1 to 8, wherein the sensor comprises at least one cover arranged around one or more transmitters and / or one or more receivers.
10. Articulation selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle le capteur {100 ; 200 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700) comporte au moins un support (131 ; 231 ; 331 ; 431 ; 531 ; 631 ; 731,738) par l'intermédiaire duquel une partie du ou des émetteurs est fixée au premier élément
et /ou comporte au moins un support {132 ; 232 ; 332 ; 432 ; 532 ,· 632 ; 732) par l'intermédiaire duquel une partie du ou des récepteurs est fixée au deuxième élément, 10. Articulation according to one of claims 1 to 9, wherein the sensor {100; 200; 300; 400; 500; 600; 700) comprises at least one carrier (131; 231; 331; 431; 531; 631; 731,738) through which a part of the emitter (s) is attached to the first element and / or comprises at least one support {132; 232; 332; 432; 532, · 632; 732) through which part of the receiver (s) is attached to the second element,
11. Articulation selon la revendication 10, dans laquelle au moins l' un des supports ( 131 , 132 ; 231,232 ; The joint of claim 10, wherein at least one of the supports (131, 132; 231,232;
331,332 ; 431,432 ; 531, 532 ; 631,632 ; 731, 732, 738) comporte une goulotte apte à recevoir une partie de l'émetteur ou du récepteur associée au support. 331,332; 431,432; 531, 532; 631,632; 731, 732, 738) comprises a chute adapted to receive a part of the transmitter or the receiver associated with the support.
12. Articulation selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle au moins l'un des récepteurs (121 ; 221 ; 12. Articulation according to one of claims 1 to 11, wherein at least one of the receivers (121; 221;
521,522 ; 621 ; 721) est agencé de sorte qu'une zone sensible aux rayons lumineux dudit récepteur se trouve sur l' axe (A) . 521.522; 621; 721) is arranged so that a light sensitive area of said receiver is on the axis (A).
13. Articulation selon l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle au moins l'un des émetteurs (111,112 ; 13. Articulation according to one of claims 1 to 12, wherein at least one of the emitters (111,112;
211,212,213 ; 411 ; 511 ; 611,612 ; 711,712) est agencé de sorte que son axe soit concourant avec l'axe (A) . 211,212,213; 411; 511; 611,612; 711,712) is arranged so that its axis is concurrent with the axis (A).
14. Articulation selon l'une des revendications 1 à 13 , dans laquelle au moins l'un des émetteurs (111, 112 ; 211,212,213 ; 311, 312 ; 411 ; 611,612 ; 711,712) est agencé de sorte que son axe appartienne au plan normal à l'axe de l'articulation et qui comprend l'axe de l'un au moins des récepteurs. 14. Articulation according to one of claims 1 to 13, wherein at least one of the emitters (111, 112; 211,212,213; 311, 312; 411; 611,612; 711,712) is arranged so that its axis belongs to the normal plane. to the axis of the joint and which includes the axis of at least one of the receptors.
15. Articulation selon l'une des revendications 1 à 13 , le capteur (500) comprenant au moins un émetteur ( 511 ) et deux récepteurs (521, 522 ) , l'émetteur étant agencé de sorte que son axe appartienne à un premier plan qui est normal à l'axe de l'articulation et qui est différent d'un deuxième plan et d'un troisième plan normaux à 1/ axe de l'articulation et comprenant chacun respectivement l'axe de l'un des récepteurs, les récepteurs étant agencés de sorte
que le deuxième plan et le troisième plan soient différents l'un de l'autre et soient situés à des distances identiques du premier plan. 15. Articulation according to one of claims 1 to 13, the sensor (500) comprising at least one transmitter (511) and two receivers (521, 522), the transmitter being arranged so that its axis is in a foreground which is normal to the axis of the joint and which is different from a normal second plane and third plane at 1 / axis of the joint and each respectively comprising the axis of one of the receivers, the receivers being arranged so that the second plane and the third plane are different from each other and are located at identical distances from the foreground.
16. Articulation selon l'une des revendications 1 à 14, le capteur (400) comprenant au moins un émetteur (411) et deux récepteurs (421, 422), les récepteurs étant agencés dans un même plan qui a pour normale l'axe (A) . 16. Articulation according to one of claims 1 to 14, the sensor (400) comprising at least one transmitter (411) and two receivers (421, 422), the receivers being arranged in the same plane which has the normal axis (AT) .
17. Robot comprenant au moins une articulation selon l'une des revendications l à 16. 17. Robot comprising at least one joint according to one of claims 1 to 16.
18. Dispositif haptique comprenant au moins une articulation selon l'une des revendications 1 à 16. 18. A haptic device comprising at least one articulation according to one of claims 1 to 16.
19. Dispositif haptique selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif haptique comporte un gant . 19. haptic device according to the preceding claim, wherein the haptic device comprises a glove.
20. Dispositif de capture de mouvement comprenant au moins une articulation selon l'une des revendications 10 à 16.
Motion capture device comprising at least one articulation according to one of claims 10 to 16.
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