WO2017042135A1 - Gant pour la manipulation virtuelle ou a distance et systeme de manipulation virtuelle ou a distance associe - Google Patents

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WO2017042135A1
WO2017042135A1 PCT/EP2016/070891 EP2016070891W WO2017042135A1 WO 2017042135 A1 WO2017042135 A1 WO 2017042135A1 EP 2016070891 W EP2016070891 W EP 2016070891W WO 2017042135 A1 WO2017042135 A1 WO 2017042135A1
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WO
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haptic feedback
finger
local haptic
generating
user
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/070891
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English (en)
Inventor
Florian Gosselin
Dominique Ponsort
Anthony CHABRIER
Original Assignee
Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • B25J13/025—Hand grip control means comprising haptic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves

Definitions

  • 1 / invention relates to a glove for virtual or remote manipulation and a virtual or remote manipulation system comprising such a glove.
  • Motion capture systems such as the "Kinect” (registered trademark) system allow a user to interact naturally with a virtual or remote environment by allowing direct control of object movements. virtual, an avatar of the user or a remote robot in space. Nevertheless, these systems do not offer feedback and therefore do not allow a very realistic interaction with the user.
  • the so-called "Gravity Grabber" device of the Tachi Lab laboratory of the University of Tokyo includes a tip in which the user has inserted his phalangette, the endpiece comprising means for generating a local haptic feedback by a local displacement of the pulp of the phalanx.
  • the local haptic feedback is produced using two motors that cause a strap that can compress the finger pulp if the two motors rotate in an opposite direction (which tends the strap) or can laterally solicit the finger pulp if both engines rotate in the same direction (which moves the strap laterally).
  • Such a device is therefore more compact and lightweight.
  • this type of device does not allow a very realistic interaction with the user because of the simple return by skin stimulation.
  • An object of the invention is to provide a glove for virtual or remote manipulation that allows a user wearing the glove to interact more realistically with a virtual or remote environment, the glove being a mass and a smaller footprint compared to the gloves of the prior art.
  • the invention also relates to a virtual or remote manipulation system comprising such a glove.
  • At least one robotic finger intended to be connected to one of the fingers of a user and comprising a plurality of elements articulated to each other, including a first end member movably mounted on the base and a second element; end, the robotic finger comprising means for actuating at least one of the elements of the robotic finger, these actuating means being able to generate a force feedback intended to be applied to the phalangette of the user according to at least one direction, and at least one device for generating a local haptic feedback arranged at least partly at the level of the second end element of the robotic finger and intended to be in contact with the phalangette of the user, the device for generating a local haptic feedback being arranged to generate a local haptic feedback intended to be applied to the phalangette in at least one direction, at least one of the directions according to which the local haptic feedback is generated being different from at least one of the directions according to which the force feedback is generated.
  • the glove according to the invention comprises both actuating means for generating a force feedback and at the same time a device for generating a local haptic feedback, which makes it possible to offer a good feedback to the user and thus a more realistic interaction with the remote environment in which is the robot controlled by the movements of the glove so the user or virtual in which are the virtual objects or the avatar controlled by the movements of the glove so the user.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback do not act on the hand of the user by adding their actions on said hand: the actuating means and on the contrary, the device for generating a local haptic feedback shares the directions on which to act on the hand. This makes it possible to have a glove of mass and reduced bulk while ensuring a good return of sensations to the user.
  • the term "phalangette” means of course the last phalanx of a finger, that is to say the phalanx that carries the nail.
  • the term “pulp” refers, of course, to the fleshy end of the inner face of the phalangette (opposite to that facing the nail).
  • the term "local haptic feedback” of course means skin stimulation of the skin by local displacement of the skin. This is different from a “return of effort” that comes to oppose or accompany a global movement of the finger.
  • the device for generating a local haptic feedback is shaped so as to be intended to be in contact with the pulp of the phalangette of the user, the device for generating a local haptic feedback being arranged to generate a local haptic feedback to be applied to the pulp of the phalanget.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback are arranged so that the directions in which the force feedback is generated are all different from the directions in which the return is generated. local haptics.
  • the force feedback and the local haptic feedback may possibly be generated according to identical directions in certain directions, at least one of the directions according to which the local haptic feedback is generated, however, remaining different from the at least one of the directions in which the force return is generated, even in the extreme position of the robotic finger.
  • the robotic finger is configured to present at least as many degrees of freedom as the finger of the user to whom it is intended to be bound.
  • the glove leaves a great freedom of movement to the fingers of the user which makes even more realistic the interaction with the remote or virtual environment.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback are arranged so that at least one of the directions according to which the local haptic feedback is generated is perpendicular to one of the less directions in which the force feedback is generated.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback are arranged so that, when the user's finger is secured to the device for generating a local haptic feedback, the Local haptic feedback is generated tangentially to the finger pulp and the force feedback is generated to the normal of the finger pulp.
  • the glove thus allows a force return in a direction corresponding to an opening or closing movement of the user's finger, ie a movement of grasping an object, and a tangential local haptic feedback to the finger pulp , symbolizing the contact between the user's finger and an object.
  • This makes it possible to improve the realism of the interactions with the remote environment in which the robot is controlled by the movements of the glove, therefore of the user or virtual, in which the virtual objects or the avatar controlled by the movements of the glove are located. therefore the user.
  • the actuating means are arranged to generate a force feedback on a single degree of freedom of the robotic finger.
  • the device for generating a local haptic feedback is arranged to generate a local haptic feedback in a single direction relative to the finger pulp to be associated with said local haptic feedback generation device.
  • the device for generating a local haptic feedback is arranged to generate a local haptic feedback in two directions relative to the pulp of the finger intended to be associated with said local haptic feedback generation device.
  • the device for generating a local haptic feedback comprises a shell comprising a reception zone of the phalangette of the user, the reception area being here shaped into a waxy receptacle having a corresponding shape. to that of the finger pulp of the user intended to be associated with said local haptic feedback generation device.
  • the device for generating a local haptic feedback comprises a shell comprising a reception area of the phalangette of the user, the device further comprising a plate mounted to move relative to the shell and arranged at the level of the reception zone, the plate being shaped in a ring and arranged so that an axis of the plate is parallel to the axis of the phalangette of the user's finger intended to be associated with said device for generating local haptic feedback.
  • the plate is shaped so as to have a larger diameter than the finger of the user intended to be associated with said local haptic feedback generation device.
  • the device for generating a local haptic feedback comprises a shell comprising a reception zone of the phalangette of the user, the device further comprising a plate mounted movable relative to the shell and arranged at the reception area, the tray being arranged under the reception area which has a hole for accessing the tray.
  • the plate has a portion protruding from the rest of the plate and which is the part of the plate intended to come into contact with the user's finger.
  • the projecting portion extends through the hole of the reception area.
  • a portion of the robotic finger is arranged inside the base.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback are arranged so that the force return is made in a plane of articulation of the finger and so that at least one direction in which the haptic feedback is generated is orthogonal to this plane.
  • the actuating means and the device for generating a local haptic feedback are arranged so that the return of force is only in force and not in moment.
  • the invention also relates to a virtual or remote manipulation system comprising a glove as previously described, means for measuring the position and the orientation of the base of said glove in space, an environment with which the user is intended to interact and control means of the glove and 1 environment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a glove for virtual or remote manipulation according to a particular embodiment of the invention
  • FIGS. 2 and 3 are enlarged perspective views of a local haptic feedback device illustrated in FIG. 1 respectively on the right side and on the left side;
  • FIG. 4 is a perspective view of a first variant of the local haptic feedback device illustrated in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 5 is a perspective view identical to that of Figure 4, the shell of the device is not shown;
  • FIG. 6 is a bottom view of the device as shown in Figure 5 without its shell;
  • FIG. 7 is a perspective view of a second variant of the local haptic feedback device illustrated in FIGS. 2 and 3, the shell of the device not being shown;
  • FIG. 8 is a perspective view of a third variant of the local haptic feedback device illustrated in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 9 is a view from below of the device of a local haptic feedback illustrated in FIG. 8;
  • FIG. 10 is a perspective view of a fourth variant of the local haptic feedback device illustrated in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 11 is a view from below of the device of a local haptic feedback illustrated in FIG. 10;
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of a robotic finger of the glove illustrated in FIG. 1 intended to interact with the user's index finger, middle finger or ring finger;
  • FIGS. 13a, 13a, 13c and 13d are views of the robotic finger illustrated in FIG. the user being linked to said robotic finger, for different configurations of the robotic finger and the user's finger respectively corresponding to a metacarpophalangeal flexion angle ⁇ of the user's finger of 0 °, 20% 40 ° and 60 ° ;
  • FIGS. 14a and 14b are views of the robotic finger illustrated in FIG. 12, the finger of the user being linked to the robotic finger, for different configurations of the robotic finger and the user's finger respectively corresponding to a power take-off; and to a precision;
  • FIG. 15 is an enlarged perspective view of a robotic finger of the glove illustrated in FIG. 1 intended to interact with the user's thumb;
  • FIG. 16 is a perspective view of the glove illustrated in FIG. 1, a portion of the base of the robot not being shown;
  • FIG. 17 is a perspective view of a variant of the base of the glove illustrated in FIG. 16, the user's hand being also shown arranged in the glove;
  • FIG. 18 is a schematic view of a virtual or remote manipulation system according to the invention comprising the glove illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 19 is a perspective view of a first variant of the robotic finger illustrated in FIG. 12;
  • FIG. 20 is a perspective view of a second variant of the robotic finger illustrated in FIG. 12.
  • the glove 1 according to the particular embodiment of the invention comprises a base 2 intended to be secured to the palm of a user's hand, four robotic fingers 3 which are mounted mobile on the base 2 and which are respectively associated with the thumb, index, middle finger and ring finger of the user, and four devices for generating a local haptic feedback 4 each mounted mobile on a robotic finger 3, these devices generation of a local haptic feedback being secured to the phalangettes of the fingers of the user.
  • the glove 1 is here intended to be secured to the right hand of the user.
  • the base 2 comprises means for its temporary attachment to the hand of the user (not shown here) which are known per se and are not detailed.
  • These securing means comprise for example Velcro straps linked to the portion of the base 2 which is opposite the hand of the user.
  • the devices for generating a local haptic feedback 4 will now be detailed. Only one of these devices will be described here, the description also applying to the other three devices.
  • the devices are identical in their operation but may have dimensions that may vary according to the size of the finger associated with the device. For example, the device associated with the thumb may have larger dimensions than the other three devices.
  • the device for generating a local haptic feedback 4 comprises a shell 10 comprising a reception zone 11 of the phalanget of the user.
  • the reception zone 11 is here shaped into a hollow receptacle, the proximal area of the pulp of the phalangette (the area of the pulp of the phalanget closest to the phalangin) of the finger of the user being intended to rest against the bottom of the reception area 11.
  • the reception zone 11 has a recessed shape corresponding to that of the finger pulp of the user. This allows the device for generating a local haptic feedback 4 to turn slightly around the phalangette.
  • the 4 further comprises a plate 13 mounted movably relative to the shell 10.
  • the plate 13 is here shaped in a ring whose axis E is arranged to extend parallel to the axis of the phalangette.
  • the plate 13 is shaped so as to have a diameter greater than that of the reception zone 11 and that of the finger of the user.
  • the plate 13 is arranged so that its lower part reaches substantially the same level as the reception zone 11, the distal zone of the pulp of the phalanget of the user's finger (which is the zone of the highest pulp). remote from the phalangin) being intended to rest against the lower part of the plate 13.
  • the plate 13 surrounds the entire finger of the user, only the pulp of the user's finger is in contact with the plate 13 in its distal portion, its proximal portion being in contact with the reception zone 11.
  • the plate 13 has a smooth surface.
  • the surface of the plate 13 is not smooth so that the user feels better the movement of the plate 13.
  • the plate 13 can thus have for example a granular coating and / or ribbed and / or having small protrusions or hollow structures.
  • the finger of the user is kept in contact with the reception zone 11 and the plate 13 by a strap 14 of the device for generating a local haptic feedback 4.
  • the strap 14 is secured to the shell 10 by example by using a screw 15.
  • any other means of maintaining the finger that the strap can be used.
  • the device for generating a local haptic feedback 4 further comprises means for moving the plate 13 which are arranged inside the shell 10 and which here make it possible to move the plate 13 in a single direction relative to the shell 10 .
  • the means for moving the plate 13 comprise a motor 16, secured to the shell 10 which serves here as a base for the motor 16, and extending along an axis D which is orthogonal to the axis E.
  • the displacement means comprise here also a first gear 42 rotatably connected to the output shaft of the motor 16, a second gear 43 engaged by the first gear 42 and a wheel and worm assembly.
  • the screw 44 is integral in rotation with the second gear 43 and is arranged close to the motor 16, here parallel to the motor 16 and to the axis D.
  • the wheel 45 is in turn integral with the plate 13 and is arranged coaxially with the 13. The wheel 45 is thus arranged to be rotated along the axis of rotation E by the screw 44.
  • the rotation guide of the second gear 43 and the screw 44 about an axis parallel to the D axis and the wheel 45 and the plate 13 about the axis E is provided by miniature ball bearings not shown in Figures 2 and 3.
  • the motor 16 rotates about the axis E the plate 13 via a first reduction stage comprising the first gear 42 linked to the output shaft the motor 16 and the second gear 43; and via a second reduction stage comprising the screw 44 connected to the second gear 43 and the wheel 45 connected to the plate 13.
  • the device for generating a local haptic feedback 4 is thus arranged to generate a local haptic feedback here in a single direction that is tangential to the finger's pulp and substantially transverse to the finger's pulp.
  • the plate 13 can rotate in rotation about the axis E indefinitely as long as the motor 16 is powered: the rotational movements of the motor 16 and the plate 13 are therefore infinite, which allows to constantly stimulate the pulp of the phalangette.
  • this device for generating a local haptic feedback 4 is particularly simple since this device does not need means for estimating the position of the plate 13 relative to the shell 10 to control the motor 16.
  • motor 16 is thus here simply controlled in torque or speed.
  • the device may comprise means for estimating the position of the motor 16 or the plate 13 relative to the shell 10 for controlling the motor 16, which comprise sensors making it possible to measure the position and / or the angular velocity. of the motor 16 or the plate 13.
  • a first variant of the device for generating a local haptic feedback will now be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • the device for generating a local haptic feedback 104 comprises a shell 110 comprising a reception area 111 of the phalangette of the user.
  • the reception zone 111 is here shaped into a receptacle hollow, the bottom has a hole 112, the pulp of the phalangette being intended to rest against the bottom of the reception area 111.
  • the reception area 111 preferably has a recessed shape corresponding to that of the phalangette. This allows in particular the device for generating a local haptic feedback 104 to turn slightly around the phalangette
  • the device for generating a local haptic feedback 104 further comprises a plate 113 mounted to move relative to the shell 110 under the receiving zone 111 facing the hole 112.
  • the shell 110 and the plate 113 are shaped so that the plate 113 is tangent to the pulp of the phalangette when the finger is resting on the shell 110. In this way, when the phalangette of the user rests in the reception area 111, the finger pulp of the user touches the plate 113, through the hole 112, and thus feels the relative movements of the plate 113 relative to the shell 110.
  • the hole 112 advantageously prevents the user from pressing too hard on the plate 113 with his finger and hinders the relative movements of the plate 113 relative to the shell 110.
  • the plate 113 has a contact surface that is smooth. Alternatively, this contact surface is not smooth so that the user feels better his movements.
  • the plate 113 has for example a granular surface and / or ribbed and / or has one or more protrusions or hollow parts.
  • the user's finger is held in contact with the reception zone 111 and the plate 113 by a strap 114 of the device for generating a local haptic feedback 104.
  • the strap is for example attached to the hull 110. with the help of the screws 115.
  • the device for generating a local haptic feedback 104 comprises means for moving the plate 113 which are arranged inside the shell 110 and which here make it possible to move the plate 113 in two directions relative to the shell 110.
  • the displacement means of the plate 113 here comprise two motors 116, 117 fixed on a common base 130 of the device for generating a local haptic feedback 104 which is integral with the shell 110.
  • the displacement means further comprise a first gear reducer.
  • cable (comprising a first primary pulley 142 secured in rotation to the output shaft of the first motor 116, a first secondary pulley 118 and a cable not referenced but visible in Figure 6 connecting the first primary pulley 142 and the first secondary pulley 118 ) arranged so that the output shaft of the first motor 116 causes the rotation of the first secondary pulley 118 about a substantially vertical axis A.
  • the pulley 118 also has a first pin 119 fixed to the pulley 118 and extending vertically.
  • the displacement means also comprise a second cable reducer (comprising a second primary pulley 143 secured in rotation to the output shaft of the second motor 117 and not visible in Figure 5, a second secondary pulley 120 and a non-referenced cable but visible in Figure 6 connecting the second primary pulley 143 and the second secondary pulley 120) arranged so that the output shaft of the second motor 117 causes the rotation of the second secondary pulley 120 about the same axis A.
  • the second pulley secondary 120 further comprises a second pin 121 attached to the second secondary pulley 120 and extending vertically.
  • the second secondary pulley 120 extends here coaxially with the first secondary pulley 118 and in line with the first secondary pulley 118, the second secondary pulley 120 being provided with a groove 122 in an arc of a circle through which extends the first pawn
  • the displacement means further comprise a first connecting rod 123 and a second connecting rod 124 which are both arranged between the second secondary pulley.
  • the two connecting rods being thus in line with the two secondary pulleys 118, 120.
  • the first connecting rod 123 comprises a first end movable in rotation about the first pin 119 and, a second end movable in rotation around a rod 129 fixed to the plate 113, and the second connecting rod 124 has a first end rotatable about the second pin 121 and a second end rotatable about said rod 129 fixed to the plate 113.
  • the two connecting rods 123, 124 and the two secondary pulleys 118, 120 thus form a parallelogram structure.
  • the first secondary pulley 118 is actuated around the axis A by the first motor 116 and thus in turn drives the plate 113 via the first pin 119 and the first connecting rod 123.
  • the second secondary pulley 120 is actuated around the axis A by the second motor 117 and thus in turn causes the plate 113 via the second pin 121 and the second connecting rod 124.
  • the plate 113 can be moved according to any which direction (according to the directions and the amplitudes of rotation of the motors 116, 117) in a plane which is tangent to the pulp of the phalangette.
  • the movements of the plate 113 are not generated by the movements of the finger of the user but only by the motors 116, 117.
  • the axes of the secondary pulleys 118, 120 may be separate and parallel.
  • the base 130, the secondary pulleys 118, 120 and the two connecting rods 123, 124 form a bar mechanism allowing the parallelogram structure to move the plate 113 in any direction in a plane which is tangent to the pulp of the phalangette.
  • the device for generating a local haptic feedback 104 comprises means for estimating the position of the plate 113 relative to the shell 110 which consequently make it possible to control the motors 116, 117.
  • the means estimation methods comprise here Hall effect measuring devices comprising magnetic field sensors 125, 126 which are fixed to the shell 110 and to the base 130 and magnets including two magnets 127 mounted on the first secondary pulley 118 facing each other. one of the magnetic field sensors and two magnets 128 mounted on the second secondary pulley 120 facing the other of the magnetic field sensors.
  • the magnets 127 are advantageously arranged here on the first secondary pulley 118 on either side of the sensor 125 and in the opposite direction with respect to the sensor 125, the south pole of one of the magnets 127 being directed towards the sensor 125 and the north pole of the other magnet 127 being directed towards the sensor 125.
  • the magnets 128 are disposed here on the pulley 120 on either side of the sensor 126 and in the opposite direction with respect to the sensor 126, the South pole of one of the magnets 128 being directed to the sensor 126 and the north pole of the other magnet 128 being directed to the sensor 126.
  • the measurement range of the sensors 125, 126 is increased.
  • the device for generating a local haptic feedback 104 differs from the device for generating a local haptic feedback 4 in that it is configured to move the plate 113 in two dimensions in a plane and no longer in a single degree of freedom.
  • the device for generating a local haptic feedback 104 is here arranged to generate a local haptic feedback in any direction tangential to the pulp of the finger.
  • the shell 210 (not shown) and the plate 213 are here identical to those of the first variant described.
  • Each flexible structure 218, 220 comprises segments connected in pairs by thin necks of the flexible structure.
  • Each flexible structure 218, 220 here comprises five segments connected in pairs by thin necks.
  • the segments located in the upper part of the flexible structures 218, 220 are fixed to the base 230 of the device for generating a local haptic feedback 204 which is integral with the shell 210.
  • the segment located in the lower part of the first flexible structure 218 is connected to a pulley 242 (respectively 243 for the other flexible structure 220) integral with the output shaft of the first motor 216 (respectively the second motor 217 for the other flexible structure 220) using cables so that the first motor 216 causes the translation of the segment located in the lower part of the first flexible structure 218 along an axis B relative to the shell 210 and so that the second motor 217 causes the translation of the segment located in the lower part of the second flexible structure 220 along an axis C relative to the shell 210, the axes B and C being parallel.
  • Each flexible structure thus forms with the base 230 on which rests the motor associated with the flexible structure a parallelogram structure whose joints are made using the thin necks of the flexible structure.
  • 216, 217 and the flexible structures 218, 220 can be made differently as for example using cable differential reducers including those described in the patent application of the present applicant FR 2 961 423 incorporated herein by reference.
  • a first connecting rod 223 of the plate moving means 213 comprises a first end rotatable about a pin 219 rigidly connected to the end of the segment located in the lower part of the first flexible structure 218 and a second end movable in rotation. relative to a rod (not visible here) fixed to the plate 213.
  • a second rod 224 (not visible here) has a first end movable in rotation about a pin (not visible here) rigidly connected to the end of the segment located in the lower part of the second structure flexible 220 and a second end movable in rotation relative to the rod fixed to the plate 213.
  • the segment located in the lower part of the first flexible structure 218 is displaced along the axis B by the first motor 216 and thus in turn drives the plate 213 via the first connecting rod 223.
  • the segment located in the lower part of the flexible structure 220 is moved along the axis C by the second motor 217 and thus in turn causes the plate 213 via the second connecting rod 224.
  • the segments located in the part The bottom of the two structures 218, 220 are moved in the same direction, they move the plate 213 parallel to the axes B and C. If the segments located in the lower part of the two structures 218, 220 are moved in the opposite direction, they move the plateau 213 perpendicular to these axes B, C.
  • the device for generating a local haptic feedback 204 comprises means for estimating the position of the plate 213 relative to the base 230 and to the shell 210 which make it possible to control the motors 216, 217.
  • the estimation means comprise Hall effect measuring devices comprising magnetic field sensors 225, 226 which are fixed to the shell 210 (not visible here) and magnets including two magnets 227 mounted on the first flexible structure 218. facing one of the magnetic field sensors and two magnets (not visible here) mounted on the second flexible structure 220 facing the other of the magnetic field sensors.
  • the device for generating a local haptic feedback 204 is here arranged to generate a local haptic feedback in any direction tangential to the finger pulp as in the second variant.
  • a third variant of the device for generating local haptic feedback will now be described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the device for generating a local haptic feedback 304 comprises a shell 310 comprising a reception area 311 of the phalangette of the user.
  • the reception zone 311 is here shaped into a hollow receptacle whose bottom has a hole 312 which here has the shape of a bean, the fingertip of the user being intended to rest against the bottom of the zone of reception 311.
  • the reception area 311 advantageously has a recessed shape corresponding to that of the phalangette of the user. This allows the device for generating a local haptic feedback 304 to turn slightly around the phalangette.
  • the 304 further comprises a plate 313 movably mounted relative to the shell 310 under the reception area 311, the plate 313 having a portion 350 projecting from the remainder of the plate which is arranged to extend into the hole 312.
  • the pulp of the phalangette touches the projecting portion 350, through the hole 312, and thus feels the relative movements of the plate 313 with respect to the shell 310.
  • the shell 310 and the plate 313 are thus shaped so that the upper face of the projecting portion 350 (on which the phalangette rests) is tangent to the pulp of the phalangette.
  • the projecting portion 350 has an upper face which is smooth.
  • this face is not not smooth so that the user feels better its movements and for example has a granular coating and / or ribbed and or having protrusions or recessed portions.
  • the hole 312 advantageously avoids the user pressing too strongly on the protruding part 350 with his finger and hinders the relative movements of the projecting part 350.
  • the user's finger is held in contact with the reception area 311 and the plate 313 by a strap 314 of the device for generating a local haptic feedback 304.
  • the strap is attached to the shell 310, for example using screws.
  • any other means of maintaining the finger that the strap 314 can be used.
  • the device for generating a local haptic feedback 304 is movably mounted on the associated robotic finger 3 by a hinge 331 which is here a flexible hinge as described in the application WO 2008 015 178 of the present applicant incorporated herein by reference, that is to say a hinge 331 made of a material different from the rigid material segments that it connects and that it articulates with respect to one another, one of the segments 340 being fixed to the shell 310 and the other of the segments 341 being fixed to the robotic finger 3.
  • the material of the composite joint 331 is thus a fibrous material.
  • this hinge 331 of the device for generating a local haptic feedback 304 on the robotic finger 3 can be made differently, for example by means of a thin neck or by means of plain bearings or ball bearings. .
  • the device for generating a local haptic feedback 304 comprises means for moving the plate 313 which make it possible to move the plate 313 relative to the shell 310 in a single direction.
  • the displacement means of the plate 313 here comprise a motor 316 which is arranged on a base 330 of the device for generating a local haptic feedback 304, base 330 which is rigidly connected to the shell 310.
  • the base 330, the shell 310 and the motor 316 are arranged so that the output shaft of the motor 316 passes through the base 330 and the shell 310 in its height and thus extends substantially vertically.
  • the displacement means further comprise here a primary pulley 332 rotatably connected to the output shaft of the motor 316, an angular sector 318 serving as a secondary pulley fixed in rotation to the plate 313 and arranged on the base 330 and on the shell 310 so as to be rotatable relative to the base 330 and the shell 310 about an axis A, and a cable (not visible here) connecting the primary pulley 332 and the angular sector 318.
  • the displacement means are arranged so that the output shaft of the motor 316 causes rotation of the secondary pulley 318, and therefore the plate 313, about the axis A through the cable.
  • the output shaft of the motor 316 can be used directly as a primary pulley 332.
  • the projecting portion 350 can be moved in a circular motion in a plane that is tangent to the finger pulp. Since the movements of the plate 313 are small amplitudes, the circular movement of the protruding portion 350 is perceived by the user's finger as an almost rectilinear movement.
  • the device for generating a local haptic feedback 304 includes means for estimating the position of the plate 313 relative to the shell 310 which makes it possible to control the motor 316.
  • the estimation means comprise here an encoder 334 linked to the motor 316.
  • the device for generating a local haptic feedback 304 is thus arranged to generate a local haptic feedback here in a single direction that is tangential to the pulp of the finger.
  • a fourth variant of the device for generating a local haptic feedback will now be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • the device for generating a local haptic feedback 404 comprises a shell 410 comprising a reception area 411 of the phalangette of the user.
  • the reception zone 411 is here shaped into a hollow receptacle whose bottom has a hole 412 r the fingertip of the user being intended to rest against the bottom of the reception area 411.
  • the reception area 411 advantageously has a recessed shape corresponding to that of the phalangette of the user. This allows the device for generating a local haptic feedback 404 to rotate slightly around the phalangette.
  • the device for generating a local haptic feedback 404 further comprises a plate 413 which is ring-shaped here and which is rotatably mounted around an axis E with respect to the hull 410 under the reception zone 411 ⁇ in FIGS. 10 and 11, the lower part of the shell 410 and the pivot guiding the plate 413 in rotation about the axis E are not shown so as not to weigh down the figures).
  • the plate 413 is shaped so that the axis of rotation E is substantially normal to the pulp of the phalanget when the finger of the user rests in the reception area 411.
  • the plate here has a portion 450 also ring-shaped and accessible through the hole 412. In this way, when the phalangette of the user rests in the reception area 411, the fingertip of the user touches the projecting portion 450 of the plate 413, through the hole 412, and thus feels the relative movements of the plate 413 relative to the hull 410.
  • the projecting portion 450 of the plate 413 is smooth. Alternatively, it is not smooth so that the user feels better its movements and has for example a granular coating and / or ribbed and or having protruding portions or recessed.
  • the hole 412 advantageously prevents the user from pressing too strongly on the plate 413 with his finger and hinders the relative movements of the plate 413 with respect to the shell 410.
  • the finger of the user is maintained in contact with the reception area 411 and the plate 413 by a strap of the device for generating a local haptic feedback (not visible here).
  • the strap is attached to the hull 410 for example using screws.
  • any other means of maintaining the finger that the strap can be used.
  • the device for generating a local haptic feedback 404 comprises plate displacement means 413 which are arranged inside the shell 410 and which here make it possible to move the plate 413 in a single direction relative to the shell 410.
  • the means for moving the plate 413 comprise a motor 416 extending along an axis D (here orthogonal to the axis E) and secured to the shell 410 which serves here as a base for the motor 416.
  • the displacement means also comprise here a first gear 442 rotatably connected to the output shaft of the motor 416, a second gear 443 engaged by the first gear 442 and a wheel and worm assembly.
  • the screw 444 is rotatably connected to the second gear 443 and is here arranged under the motor 416 parallel to the motor 416 and to the axis D.
  • the wheel 445 is in turn integral with the plate 413 and is arranged coaxially with the plate 413 The wheel 445 is arranged to be rotated by the screw 444.
  • the motor 416 rotates the plate 413 around the axis E via a first reduction stage comprising the first gear 442 linked to the output shaft of the motor 416 and the second gear 443; and via a second reduction stage comprising the screw 444 connected to the second gear 443 and the wheel 445 connected to the plate 413.
  • the device for generating a local haptic feedback 404 is thus arranged to generate a local haptic feedback here in a single direction that is tangential to the finger pulp.
  • the plate 413 can rotate in rotation about the axis E indefinitely as long as the motor 416 is powered: the rotational movements of the motor 416 and the plate 413 are therefore infinite which allows to constantly stimulate the pulp of the phalangette.
  • this fourth variant of the device for generating a local haptic feedback 404 proves particularly simple since in this variant the device does not need means for estimating the position of the plate 413 relative to the hull 410 for The motor 416 is here simply controlled in torque or speed.
  • the device may comprise means for estimating the position of the motor 416 or the plate 413 relative to the shell 410 for controlling the motor 416, which comprise sensors making it possible to measure the position and / or the angular velocity motor 416 or plate 413.
  • the robotic fingers 3 will now be detailed with reference to FIGS. 12 to 15. With reference to FIGS. 12 to 14, only one of the robotic fingers linked to the indexes, major and annular of the user will be described here, the description also applying to the other two of these three robotic fingers 3.
  • the robotic finger 3 linked to the index, middle finger or ring finger of the user comprises:
  • a first element 51 rotatably mounted on the base 2 of the glove 1 around a first axis A 1 , which is here substantially normal to the palm of the hand of the user intended to be attached to the base 2 and preferably close or aligned with the abduction-adduction axis of the finger considered connected to the robotic finger 3, the first element 51 forming the first end element of the robotic finger 3,
  • a second element 52 rotatably mounted on the first element 51 around a second axis A 2 , not aligned and preferably perpendicular to the axis A 1 ,
  • a third element 53 rotatably mounted on the second element 52 around a third axis A 3 and a fourth element 54 rotatably mounted on the second element 52 around a fourth axis A 4 , the third axis A 3 and the fourth axis A 4 being preferably parallel to the second axis A 2 ,
  • a fifth member 55 rotatably mounted on the third member 53 about a fifth axis A 5 and rotatably mounted on the fourth member 54 about a sixth axis ⁇ 6 , the fifth axis A 5 and the sixth axis A 6 being parallel to the third axis A 3 and the fourth axis A 4 , and
  • the second element 52 / the third element 53, the fourth element 54 and the fifth element 55 are here arranged so as to form a cross-parallelogram structure.
  • This type of structure is well known and will not be further described.
  • the third element 53 and the fourth element 54 are arranged so that the third element 53 is articulated on the second element 52 above the articulation of the fourth element 54 on the second element 52 and so that the third element 53 is articulated on the fifth element 55 below the articulation of the fourth element 54 on the fifth element 55.
  • the inclination of the fifth element 55 about the axis A 5 is amplified relative to the rotation of the third element 53 about the axis A 3 .
  • the sixth element 56 is moreover shaped to carry the device for generating a local haptic feedback 4 of the robotic finger 3. More precisely here, the device for generating a local haptic feedback 4 is movably mounted on the sixth element 56 around an eighth axis A 5 , the eighth axis Ae being preferably perpendicular to the seventh axis A 7 and concurrent with the seventh axis A 7 .
  • the arrangement of the different elements of the robotic finger 3 allows the rotations of said elements around the second axis A 2 , the third axis A 3 , the fourth axis A 4 , the fifth axis A 5 and the sixth axis A ", which allows the device for generating a local haptic feedback 4 to be moved in a plane perpendicular to the second axis A 2 , third axis A 3 , fourth axis A 4 , fifth axis A 5 and sixth axis A 6 .
  • the arrangement of the various elements and the device for generating a local haptic feedback 4 of the robotic finger 3 allows the rotations around the seventh axis A 7 and the eighth axis A 5 and allows a slight rotation of the phalanx of the user about his axis relative to the device for generating a local haptic feedback 4, which allows to freely orient said device for generating a local haptic feedback 4 in space and to follow the movements of said phalanx.
  • the seventh axis A 7 and the eighth axis A 8 are preferably concurrent and perpendicular.
  • the eighth axis A 5 and the axis of the phalangette are also preferably perpendicular and close to each other.
  • the robotic finger 3 has five operating degrees of freedom and six degrees of freedom if one takes into account the rotational movement left possible by the phalangette of the user around its axis relative to the device for generating a haptic feedback. 4.
  • the robotic finger 3 is here configured to have more degrees of freedom than the user's finger to which it is secured. The robotic finger 3 thus leaves a total freedom of movement to the user's finger connected to this robotic finger 3, which allows to generate a better interaction with the environment.
  • the rotation of the sixth element 56 around the seventh axis A 7 is zero or weak. It is therefore possible, as an alternative here, to join the fifth and sixth elements 55 and 56 together, by eliminating the mobility around the seventh axis A 7 , for one, several or all of the robotic fingers 3 linked to the index, to the major and the ring finger of the user.
  • the crossed parallelogram structure used on the robotic finger 3 makes it possible to follow the flexion-extension movements of the finger DO of the user retaining all the elements of the robotic finger 3 near the user's finger DO. It thus makes it possible to minimize the bulk of the robotic finger 3 with respect to a conventional deformable parallelogram structure.
  • it is simpler than a structure consisting of three segments following the movements of the proximal phalanx, the phalanx (the phalangin) and the distal phalanx (the phalangette) and in which the segments are articulated to each other.
  • the aid of deformable double parallelograms so that the axes of rotation between these segments can be placed closer to the inter-phalangeal joints.
  • the crossed parallelogram structure used on the robotic finger 3 makes it possible to follow the flexion-extension movements of the user's finger DO for different configurations of the finger DO.
  • the angles between the palm and the proximal phalanx, between the proximal phalanx and the middle phalanx (phalangin) and between the middle phalanx (the phalangin) and the distal phalanx (the phalangeal) are of the same sign (which happens commonly when one closes one's hand in a vacuum where around a seized object using a hold of also using the palm) or that the angle between the middle phalanx and the distal phalanx is not the same as the angles between the palm and the proximal phalanx and between the proximal phalanx and the middle phalanx (which commonly occurs when one grasps an object with the fingertips using a precision grip), the robotic finger 3 can follow the movements of the user's finger DO.
  • the inside of the palm of the hand of the user remains free (except possibly at the level of the attachment of the palm to the base 2) which allows to generate a better interaction with the environment / especially when the user closes his hand.
  • the robotic finger 3 comprises means for actuating the robotic finger.
  • actuating means comprise:
  • a second gear 59 arranged on the first element 51 so as to be rotatable relative to the first element 51 and so as to be rotated by the first gear 58,
  • a second pulley 61 fixed on the second element 52 and mounted to rotate about the second axis A 2 relative to the first element 51, and
  • the actuating means may further comprise a cable tensioning device known per se.
  • the force return motor 57 participates or opposes the rotation of the second element 52 about the second axis A 2 with respect to the first element 51 by means of a first reduction stage constituted by the gears 58 and 59 and a second cable reduction stage constituted by the first pulley 60, the second pulley 61 and the cable 62.
  • This makes it possible to generate a force feedback on the second element 52 felt by the user, particularly at the level of of his phalanget housed in the device for generating a local haptic feedback 4.
  • the actuating means may include any other reducer with one or more stages.
  • the force F generated on the user's finger by the actuating means is generated in the plane of the user's finger DO and in a direction substantially normal to the pulp of the phalanget resting on the device. generate a local haptic feedback 4, except for extreme configurations where the finger is almost completely folded. As illustrated in FIG. 13, this force F is in fact perpendicular to the line L joining the center of the articulation along the second axis A 2 and the point of concurrence of the seventh axis A 7 and the eighth axis A 8 . A force feedback corresponding to the resistance to a movement of opening and closing of the finger is therefore applied here.
  • the force F being generated in the plane of the finger, it is substantially normal local haptic feedback that is performed tangentially to the pulp of the finger in a direction perpendicular to the axis of the phalangette.
  • local haptic feedback and effort feedback occur in different directions without adding up.
  • first axis A 1 , third axis A 3 , fourth axis A 4 , fifth axis A 5 , sixth axis ⁇ and seventh axis A 7 are here left passive.
  • the robotic finger 3 here has a single degree of freedom to effort feedback.
  • one of the other axes of the third axis A 3 , the fourth axis A 4 , the fifth axis A 5 and the sixth axis A 6 can also be motorized.
  • the force return F can be generated in two dimensions in any direction in the plane of the robotic finger 3 which is substantially coincident with the plane of the finger. The force return F is then always applied in different directions of the local haptic feedback which is generated in a direction perpendicular to the axis of the phalangette and the plane of the finger.
  • the robotic finger 3 comprises means for estimating the position of the device for generating a local haptic feedback 4 relative to the base 2 of the glove 1.
  • the estimation means here comprise angular sensors 64 and 65, for example potentiometers or miniature encoders, arranged at the joints of fourth axis A 4 and first axis A 1 .
  • the estimation means also comprise an optical encoder 63 arranged here on the output shaft of the force feedback motor 57 and making it possible to know the position of the output shaft of this motor and thus of the body 52. estimation make it possible to know at any time the position of the device for generating a local haptic feedback 4 relative to the base 2 of the glove 1.
  • these estimation means make it possible to control the force feedback motor 57 so as to generate the appropriate force feedback.
  • the means for estimating the position of the device for generating a local haptic feedback 4 may comprise as variants other angular sensors on the other axes of the robotic finger 3.
  • the estimation means can also be configured to estimate the orientation of the device for generating a local haptic feedback 4, comprising, for example, angular sensors arranged at the joints of the seventh axis A 7 and the eighth axis A 8 .
  • the robotic finger 3 of the thumb comprises elements 51, 52, 53, 54, 55 and 56 which are similar and advantageously identical to those of the robotic fingers of the other fingers, their dimensions, in particular those of the element 56, however, may be different from the dimensions of the elements of the other robotic fingers, the thumb having dimensions substantially different from the other fingers.
  • These elements are hinged together about axes A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , Ae and A 7 in the same way as on the other robotic fingers.
  • a device for generating a local haptic feedback 4 is articulated in rotation around the axis Ae with respect to the element 56 as on the other robotic fingers, the device for generating a local haptic feedback 4 of the thumb here having dimensions different from those devices for generating a local haptic feedback of other fingers, the thumb phalangette being wider than the phalangette of other fingers.
  • the robotic finger 3 of the thumb also comprises actuating means and means for estimating the position of the device for generating a local haptic feedback 4 relative to the base 2 similar to the other robotic fingers.
  • the robotic finger 3 of the thumb differs from the other robotic fingers 3 in that it comprises an additional element 1051 disposed between the base 2 and the first element 51.
  • This additional element 1051 is rotatably mounted on the base 2 of the glove 1 around an additional axis AQ.
  • This additional element 1051 is in this case the first end element of the robotic finger 3 of the thumb and the first element 51 is rotatably mounted on the additional element 1051 around the first axis A 1 .
  • the axes Ao and A 1 are preferably concurrent and perpendicular, the body 1051 acting as a universal joint.
  • the additional degree of freedom offered by the articulation axis A 0 advantageously allows that the device for generating a local haptic feedback 4 of the thumb can follow all the movements of the thumb, including opposition movements.
  • the means for estimating the position of the device for generating a local haptic feedback 4 relative to the base 2 comprise an additional angular sensor, for example a potentiometer or a miniature encoder (not visible here), arranged at the level of the axis joint Aç.
  • the second axes A 1 of the first mobile elements of the robotic fingers 3 respectively connected to the index finger, middle finger and ring finger of the user are here normal to the plates 1001 and 1002 of the base 2.
  • the first elements 51 of the robotic fingers 3 connected to the user's index finger, middle finger and ring finger are advantageously arranged inside this box which thus protects these first elements and the force feedback motors. that these robotic fingers 3 carry.
  • the robotic fingers 3 linked to the indexes, major and annular are identical in their operation but may have shapes and shapes. dimensions that can vary according to the size of the finger of the user associated with the robotic finger 3 and / or for reasons of integration on the glove 1.
  • the first elements 51 of the robotic fingers 3 connected to the index finger, middle finger and ring finger have here, as illustrated in FIG. 16, different shapes and dimensions so that the force feedback motors 57 can to integrate better between the plates 1001 and 1002.
  • the first element 51 of the robotic finger 3 connected to the middle finger is longer than the first element 51 of the robotic finger connected to the annular, which makes it possible to place the motor force feedback 57 of the robotic finger 3 linked to the major behind the force feedback motor 57 of the robotic finger 3 connected to the annular.
  • the first element 51 of the robotic finger 3 connected to the index is shaped so as to be symmetrical to the first element 51 of the robotic finger 3 connected to the annulus, which makes it possible to place the force return motors 57 robotic fingers 3 linked to the index and major on either side of the first element 51 of the robotic finger 3 linked to the middle finger.
  • This solution allows to bring the axes A 1 of these robotic fingers associated with the index, to the annular and middle finger.
  • the axes A 1 of the robotic fingers 3 linked to the indexes, major and annular are here advantageously placed at a distance close to that separating the axes of abduction-adduction of the index, major and annular of the user, so that the axes A 1 of these robotic fingers 3 can be close to or aligned with the axes of abduction-adduction fingers of the user when the glove 1 is installed on the hand of the user.
  • the base 2 comprises a base 1005 fixed on the lower plate 1002 and intended to come into contact with the hand when the glove is attached thereto, for example by means of straps not shown. Otherwise, the upper plate 1001 is here perforated to let the second gear 59 through the plate 1001. This allows to minimize the height of the box of the base 2 and thus the size of the glove 1.
  • the elements of the robotic finger 3 linked to the thumb are identical to the equivalent elements of the robotic fingers 3 linked to the other fingers of the user in their operation but may have shapes and dimensions different from those of the other fingers robotic.
  • the device for generating a local haptic feedback 4 linked to the thumb is identical, in its operation, to the devices for generating a local haptic feedback 4 linked to the other fingers of the user but may have shapes and shapes. dimensions different from those of other devices for generating local haptic feedback 4.
  • the robotic finger 3 linked to the thumb further comprises additional mobilities to adapt to the opposing movements of the thumb.
  • the robotic fingers of a glove intended to be used by an adult may also have larger dimensions than the robotic fingers of a glove intended to be used by a child.
  • the robotic finger 3 connected to the thumb is hinged on the base 2 by means of a column 1004 to advantageously position the axes A 0 and A 1 of this robotic finger 3 near the carpo-metacarpal joint of the thumb .
  • the motors 57 for force feedback of the robotic fingers 3 are fixed on the base 2 and not on the robotic fingers 3, for example by being rigidly connected to the bottom plate 1002.
  • the second gears 59 and the first pulleys 60 are rotatably mounted directly on the base 2.
  • the actuating means then comprise idler return pulleys 1006 rotatably mounted for example around the columns 1003 connecting the lower plate 1002 to the upper plate 1001 (not shown here) to transmit the movements and the forces between the first pulleys 60 and the second pulleys 61 movably mounted on the elements 51 which are here of smaller dimensions than the elements 51 illustrated in Figures 12 to 16.
  • the second gear 59 and the first pulley 60 are rotatably mounted directly on the base 2.
  • the actuating means then comprise idler return pulleys rotatably mounted around the column 1004 for transmit the movements and the forces between the first pulley 60 and the second pulley 61 mounted on the element 51 which is here of dimensions smaller than the element 51 illustrated in FIG.
  • the devices for generating a local haptic feedback 4 are those of the third variant illustrated in FIGS. 8 and 9. These devices for generating a local haptic feedback generate a local haptic feedback tangential to the fingertip and oriented normal to the plane of the finger. The force feedback is generated in the plane of the finger. The local haptic feedback and effort feedback are therefore carried out in different directions without adding up.
  • the virtual or remote manipulation system 500 comprises the glove 1 as previously described, measuring means 501 able here to measure the position and the orientation of the base 2 of said glove at any time in FIG. space, an environment 502 with which the user wishes to interact and control means 503 of the glove 1 and the environment 502.
  • the measuring means 501 comprise for example here one or more targets 510 arranged on the base 2 and tracking means 511 of these targets 510 comprising for example a camera.
  • the targets 510 are here passive. They are advantageously arranged all around the base 2 of the glove 1 (some are not visible) so that at least a sufficient number of them can be seen by the tracking means 511.
  • the camera can be chosen to operate in a different direction. any band of the light spectrum. Preferably, the camera is selected to operate in the visible light or infrared range.
  • the environment 502 comprises, for example, a slave robot operated remotely or a computer simulation with which the user wants to interact, such as a virtual reality simulation, in which there is, for example, an avatar of the user controlled by the user. help from the glove.
  • the control means 503 communicate in particular with the measuring means 501, with the glove 1 and with the environment 502. They are in particular configured to measure the configuration of the glove, namely the position and the orientation of the base 2 and the devices for generating a local haptic feedback 4 in space. The position and the orientation of the latter can advantageously be obtained by combining the information provided by the measuring means 501 and the sensors 63, 64, 65 of the glove 1.
  • the control means 503 are also configured to manage the return of the force generated by the means for actuating the four robotic fingers 3 and for managing the local haptic feedback generated by the devices for generating a local haptic feedback 4 of the four robotic fingers as a function of the interactions of the slave robot or the avatar of the user with their environment of their own.
  • the invention is not limited to the embodiment described and variations can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
  • the glove is shaped to be linked to the right hand of the user, the glove can be shaped to be linked to the left hand of the user.
  • the glove has four fingers, the glove may have a greater number or a smaller number of fingers.
  • the same glove may comprise devices for generating an identical local haptic feedback on all the fingers or different according to the robotic and non-identical fingers. Similarly, the same glove may have different robotic fingers.
  • the glove may include an active carrier structure or a passive supporting structure supporting it.
  • the user can always freely move his fingers with the glove without the support structure hinders the movements of his fingers and can always feel a return of effort and haptic feedback on the fingers.
  • the carrier structure may also affect the movements of the other joints of the user such as that of his elbow or wrist by blocking or accompanying his movements for example at the palm. Thus, the user can feel a return of effort on the palm of the hand.
  • the carrier structure at the end of which the glove is fixed is passive, the carrier structure can not apply a force feedback on the palm of the user whose palm movements can not not be accompanied or blocked. However, the glove can still apply force feedback and local haptic feedback to the user 's fingertips.
  • the carrier structure if it is equipped with position sensors, can be used to measure the position and the orientation of the base of the robot, in addition to or in replacement of the measuring means.
  • the devices for generating a local haptic feedback may be different from what has been described above.
  • at least one of the devices for generating a local haptic feedback may act on the sides of the phalangette in place of the pulp of the phalangette without departing from the scope of the invention.
  • said device may for example comprise a U-shaped plate which will act on both sides of the finger and the displacement of the plate will then preferably be normal to the skin located on the sides of the phalangette, so normal to the plane of the finger .
  • the force feedback which will be generated in the plane of the finger, and the local haptic feedback will always be applied in different directions.
  • the base of the glove may be different from what has been described.
  • the base can thus have another form than that illustrated.
  • the base of the glove can be more rectangular.
  • the robotic finger may be different from what has been described.
  • the robotic finger described with reference to FIGS. 12 to 16 is configured to ensure a force return according to a degree of freedom
  • the robotic finger can be configured to provide force feedback in two degrees of freedom.
  • the robotic finger being of course then shaped so that the local haptic feedback and force feedback are generated in different directions and advantageously perpendicular to each other.
  • the robotic fingers use smooth bearings for the joints between the various elements, the device for generating a local haptic feedback and the base, other means may be used such as for example ball bearings or flexible links with large deflections of the type of the flexible joint as described in the application WO 2008 015 178 of the present applicant or as described in the application FR 2 984 204 of the present applicant, both requests being here incorporated by reference.
  • the robotic finger has a cross-parallelogram structure, this structure can be configured differently than what has been indicated. FIG.
  • FIG. 19 thus illustrates a first variant of the robotic finger in which the cross-parallelogram structure 70 is made using crossed cables, the third axis A 3 and the fourth axis A 4 being then merged and the fifth axis A 5 and the sixth axis A 6 then being merged. As shown in FIG.
  • the first element may also comprise two bodies 651a, 651b movable together along an axis B so that the structure the robotic finger 3 can be closer to the wrist of the user when the user reaches the finger, some of the elements of the robotic finger 3 can then extend above the palm of the user, and that the structure of the finger robotic 3 can move away from the wrist of the user when the user bends the finger, some of the elements of the robotic finger 3 can then move over the finger.
  • the finger The robotics may be configured to have a parallelogram structure in place of an inverted parallelogram structure. FIG.
  • the robotic finger comprises a deformable parallelogram structure provided with two motors ensuring a force return with two degrees of freedom in the plane of the robotic finger, which plane is advantageously close to or coincident with the plane of the user's finger connected to the robotic finger if the robotic finger is correctly positioned relative to the user's finger, and a device for generating a local haptic feedback at a degree of freedom ensuring tangential local haptic feedback at the finger pulp and normal to the plane of the finger, the device for generating a local haptic feedback being articulated on the deformable parallelogram structure by a passive ball joint link leaving all freedom of movement to the finger of the user.
  • the force return motor (s) may be fixed to the base in place of the associated robotic finger.
  • the force return motor or motors may be coupled to the robotic finger associated for example by cable transmissions.
  • all or part of the engines of the devices for generating a local haptic feedback may also be attached to an element of the robotic finger or to the base, their movement being transmitted to the other elements of the devices for generating a local haptic feedback. for example by cable transmissions and flexible ducts.
  • all or part of the force return motors and / or all or part of the engines of the devices for generating a local haptic feedback may still be worn by any body of the supporting structure.
  • All or part of the force feedback motors and / or all or part of the engines of the local haptic feedback generating devices may also be arranged in one or more engine blocks carried by the user or be fixed, the forces being transmitted the robotic fingers and the other elements of devices for generating a local haptic feedback associated for example by cable transmissions and flexible ducts.
  • the robotic finger structure of FIG. 20 may, for example, be associated with the device for generating a local haptic feedback of FIGS. 4 to 6 or with the device for generating a local haptic feedback of FIG. 7 without departing from the scope of the invention, the engines then being able to generate a normal haptic feedback to the plane of the robotic finger in which the force feedback is applied.
  • the means for measuring the configuration of the glove in space may be different from those described.
  • the measuring means may be configured to monitor both the movements of the base of the glove and both the movements of the robotic fingers and / or devices for generating a local haptic feedback glove complement or in place own measuring means of the glove.
  • the measuring means may also include one or more cameras.
  • they can measure the glove configuration without using targets.
  • the glove and in particular the base and / or the robotic fingers and / or the devices for generating a haptic feedback In this case, they may be machined so as to include sharp edges that are more easily visible and usable by image processing algorithms than rounded shapes.
  • the means for measuring the configuration of the glove may further comprise one or more illumination means associated with one, several or all the cameras in order to illuminate the targets and / or to enhance the contrast of the acquired image. by the camera (s). This or these means of illumination may be separate from the camera or cameras or be integrated around the lens of the camera or cameras.
  • the virtual or remote manipulation system according to the invention may advantageously comprise a device for illuminating the glove with a structured light to facilitate measurements.
  • the means for measuring the configuration of the glove comprise targets which are passive, the targets may preferably be retroreflective in the spectrum of the illumination device and / or illumination means. Although the targets used here are passive, the targets may still be active to ensure their own lighting.
  • Such active targets can be controlled to send each a specific signal, for example at a given frequency, so as to facilitate their identification and distinction of other targets.
  • the glove may include one or more batteries and / or batteries necessary for powering the targets.
  • the means for measuring the configuration of the glove described are external measuring means, said measuring means may be internal: the targets will then be arranged in the environment of the glove and the tracking means of these targets will be worn by the glove.
  • the means for measuring the configuration of the glove may comprise any system of non-contact measurement known as for example and non-exhaustively: motion capture systems with or without targets such as the device "ART Track”, electromagnetic or ultrasonic sensors such as “Polhemus” sensors, Laser plotters such as Leica Eye Tracker, flight time cameras, Kinect motion capture systems or Leap Motion device ...
  • motors, sensors and reducers mentioned may be of any suitable type.
  • the motors can thus be advantageously and non-exhaustively electric motors with iron-free rotor DC, brushless motors, conventional DC motors ...
  • actuators such as shape memory alloys, electroactive polymers, piezoelectric actuators, pneumatic or hydraulic actuators.
  • One or more axes of rotation of the robotic finger may also be used for braking means instead of motors or actuators.
  • These braking means may comprise disc brakes, powder brakes or magneto-rheological or electrorheological fluid brakes.
  • hybrid actuators associating an actuator and braking means of any type presented above.
  • the gear units may be cable winches or, in a non-exhaustive manner, single or epicyclic single or multi-stage gear units or gearboxes, deformation-type gearboxes ("Harmonie Drive” gearbox type) or ball screw reducers or any combination thereof.
  • capstans it will be advantageous to machine a helical profile on the pulleys and to provide guidance systems and tension cables. It will still be possible on certain axes of rotation of the robotic finger and / or the device for generating a local haptic feedback 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 significant or little or no reversible friction on the axes of rotation of the robotic finger with force feedback, or may advantageously be used at the level of motors, at the joints of the robotic finger or at its base or end elements of the force sensors whose signals will be used to compensate for these defects and make the reversible robotic finger.
  • the 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 sensors can be absolute (multi-turns) or relative. They can be integrated on the engines. All or part of them may also be placed on the joints of the robotic finger and / or the device for generating a local haptic feedback. It will be possible to have on one or more axes of rotation of the robotic finger and / or the device for generating a local haptic feedback of the sensors on both the motors and the joints.
  • the kinematic links of the glove can be made by simple bearings, ball bearings, plain bearings, magnetic bearings, flexible joints such as those described in the application WO 2008 015 178 of the present applicant incorporated herein. by reference, thin collars or any other known solution.
  • links have been illustrated in a simplified way cantilever. It may be advantageous to make clevis connections, 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.
  • the tray moving means can be controlled effort.

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Abstract

L'invention concerne un gant pour la manipulation virtuelle ou à distance qui comporte une base, au moins un doigt robotique comportant une pluralité d'éléments articulés les uns aux autres, le doigt robotique comprenant des moyens d'actionnement pouvant générer un retour effort sur la phalangette de l'utilisateur selon au moins une direction, et au moins un dispositif de génération d'un retour haptique local agencé pour générer un retour haptique local au niveau de la phalangette de l'utilisateur selon au moins une direction qui est différente de la direction selon laquelle un retour d'effort est généré par les moyens d' actionnement. L'invention concerne également un système pour la manipulation virtuelle ou à distance comprenant un tel gant.

Description

Gant pour la manipulation virtuelle ou à distance et système de manipulation virtuelle ou a distance associé
1/ invention concerne un gant pour la manipulation virtuelle ou à distance ainsi qu'un système de manipulation virtuelle ou à distance comportant un tel gant.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les systèmes de capture de mouvements tels que le système « Kinect » {marque déposée) permettent à un utilisateur d' interagir de façon naturelle avec un environnement virtuel ou distant en autorisant le contrôle direct des mouvements d'objets virtuels, d'un avatar de l'utilisateur ou d'un robot distant dans l'espace. Néanmoins, ces systèmes n'offrent pas de retour de sensations et ne permettent donc pas une interaction très réaliste avec l'utilisateur.
Pour pallier cet inconvénient, des systèmes plus perfectionnés ont été développés permettant non seulement de mesurer les mouvements de l'utilisateur mais également de lui offrir un retour de sensations.
On connaît ainsi des gants pour la manipulation virtuelle qui sont à retour d'effort comme par exemple le gant « Cybergrasp » de la société CyberGlove Systems. De tels gants permettent une manipulation virtuelle plus intuitive mais s'avèrent généralement lourds et encombrants.
Pour obtenir des dispositifs plus légers et plus compacts afin de pouvoir être portés plus longtemps par l'utilisateur, il a été envisagé de remplacer le retour d'effort par un retour haptique local. On connaît ainsi le dispositif nommé « Gravity Grabber » du laboratoire Tachi Lab de l'Université de Tokyo qui comporte un embout dans lequel l'utilisateur vient insérer sa phalangette, l'embout comportant des moyens de génération d'un retour haptique local par un déplacement local de la pulpe de la phalangette. Plus précisément, le retour haptique local est produit à l'aide de deux moteurs qui entraînent une sangle pouvant comprimer la pulpe du doigt si les deux moteurs tournent dans un sens opposé (ce qui tend la sangle) ou pouvant solliciter latéralement la pulpe du doigt si les deux moteurs tournent dans un même sens (ce qui déplace latéralement la sangle) .
Un tel dispositif s'avère donc plus compact et léger. Néanmoins ce type de dispositif ne permet pas une interaction toujours très réaliste avec l'utilisateur du fait du simple retour par stimulation cutanée.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un gant pour la manipulation virtuelle ou à distance qui permette à un utilisateur portant le gant d' interagir de façon plus réaliste avec un environnement virtuel ou distant, le gant étant d'une masse et d'un encombrement réduits par rapport aux gants de l'art antérieur. L'invention concerne également un système de manipulation virtuelle ou à distance comprenant un tel gant.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but on propose un gant pour la manipulation virtuelle ou à distance qui comporte :
- une base,
- au moins un doigt robotique destiné à être lié à l'un des doigts d'un utilisateur et comportant une pluralité d' éléments articulés les uns aux autres dont un premier élément d'extrémité monté mobile sur la base et un deuxième élément d'extrémité, le doigt robotique comprenant des moyens d' actionnement d'au moins l'un des éléments du doigt robotique, ces moyens d' actionnement étant aptes à générer un retour d' effort destiné à être appliqué sur la phalangette de l'utilisateur selon au moins une direction, et - au moins un dispositif de génération d'un retour haptique local agencé au moins en partie au niveau du deuxième élément d'extrémité du doigt robotique et destiné à être en contact avec la phalangette de l'utilisateur, le dispositif de génération d'un retour haptique local étant agencé pour générer un retour haptique local destiné à être appliqué à la phalangette selon au moins une direction, l'une au moins des directions selon laquelle le retour haptique local est généré étant différente de l'une au moins des directions selon laquelle le retour d'effort est généré.
De la sorte, le gant selon l'invention comporte à la fois des moyens d' actionnement permettant de générer un retour d'effort et à la fois un dispositif de génération d'un retour haptique local, ce qui permet d'offrir un bon retour de sensations à l'utilisateur et ainsi une interaction plus réaliste avec l'environnement distant dans lequel se trouve le robot commandé par les mouvements du gant donc de l'utilisateur ou virtuel dans lequel se trouvent les objets virtuels ou l'avatar commandés par les mouvements du gant donc de l'utilisateur.
En outre, pour au moins certaines directions, les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local ne viennent pas agir sur la main de l'utilisateur en additionnant leurs actions sur ladite main : les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local se partagent au contraire les directions sur lesquelles agir sur la main. Ceci permet d' avoir un gant de masse et d' encombrement réduit tout en assurant un bon retour de sensations à l'utilisateur.
Pour la présente demande, le terme « phalangette » désigne bien entendu la dernière phalange d'un doigt c'est- à-dire la phalange qui porte l'ongle. Pour la présente demande, le terme « pulpe » désigne bien entendu l'extrémité charnue de la face interne de la phalangette (face opposée à celle portant l'ongle) .
Pour la présente demande, le terme « retour haptique local » désigne bien entendu une stimulation cutanée de la peau par déplacement local de la peau. Ceci est donc différent d'un « retour d'effort » qui vient s'opposer ou accompagner un mouvement global du doigt.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local est conformé de façon à être destiné à être en contact avec la pulpe de la phalangette de l'utilisateur, le dispositif de génération d'un retour haptique local étant agencé pour générer un retour haptique local destiné à être appliqué à la pulpe de la phalangette.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local sont agencés de sorte que les directions selon lesquelles est généré le retour d'effort sont toutes différentes des directions selon lesquelles est généré le retour haptique local.
Ceci est à entendre pour toute position du doigt robotique hors positions extrêmes du doigt robotique (doigt robotique presque ou complètement tendu ou étiré) . En effet, pour les positions extrêmes, le retour d'effort et le retour haptique local peuvent éventuellement être générés selon des directions identiques selon certaines directions, l'une au moins des directions selon laquelle le retour haptique local est généré restant toutefois différente de l'une au moins des directions dans laquelle le retour d'effort est généré et ce même en position extrême du doigt robotique.
Selon un mode de réalisation particulier, le doigt robotique est configuré pour présenter au moins autant de degrés de liberté que le doigt de l'utilisateur auquel il est destiné à être lié.
Ainsi, le gant laisse une grande liberté de mouvements aux doigts de l'utilisateur ce qui rend encore plus réaliste l'interaction avec l'environnement distant ou virtuel .
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local sont agencés de sorte que l'une au moins des directions selon laquelle le retour haptique local est généré est perpendiculaire à l'une au moins des directions dans laquelle le retour d'effort est généré.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local sont agencés de sorte que, lorsque le doigt de l'utilisateur est solidarisé au dispositif de génération d'un retour haptique local, le retour haptique local est généré tangentiellement à la pulpe du doigt et le retour d'effort est généré à la normale de la pulpe du doigt.
Le gant permet ainsi un retour d'effort selon une direction correspondant à un mouvement d'ouverture ou de fermeture du doigt de l'utilisateur, soit un mouvement de saisie d'un objet, et un retour haptique local tangentiel à la pulpe du doigt, symbolisant le contact entre le doigt de l'utilisateur et un objet. Ceci permet d'améliorer le réalisme des interactions avec l'environnement distant dans lequel se trouve le robot commandé par les mouvements du gant donc de l'utilisateur ou virtuel dans lequel se trouve les objets virtuels ou l'avatar commandés par les mouvements du gant donc de l'utilisateur.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d' actionnement sont agencés pour générer un retour d' effort sur un seul degré de liberté du doigt robotique.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local est agencé pour générer un retour haptique local selon une seule direction relativement à la pulpe du doigt destinée à être associée audit dispositif de génération de retour haptique local.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local est agencé pour générer un retour haptique local selon deux directions relativement à la pulpe du doigt destinée à être associée audit dispositif de génération de retour haptique local.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local comporte une coque comprenant une zone d'accueil de la phalangette de l'utilisateur, la zone d'accueil étant ici conformée en un réceptacle cireux ayant une forme correspondante à celle de la pulpe du doigt de l'utilisateur destiné à être associé audit dispositif de génération de retour haptique local.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local comporte une coque comprenant une zone d'accueil de la phalangette de l'utilisateur, le dispositif comportant en outre un plateau monté mobile par rapport à la coque et agencé au niveau de la zone d'accueil, le plateau étant conformé en un anneau et agencé de sorte qu'un axe du plateau soit parallèle à l'axe de la phalangette du doigt de l'utilisateur destiné à être associé audit dispositif de génération de retour haptique local.
Selon un mode de réalisation particulier, le plateau est conformé de sorte à avoir un diamètre supérieur à celui du doigt de l'utilisateur destiné à être associé audit dispositif de génération de retour haptique local.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de génération d'un retour haptique local comporte une coque comprenant une zone d' accueil de la phalangette de l'utilisateur, le dispositif comportant en outre un plateau monté mobile par rapport à la coque et agencé au niveau de la zone d'accueil, le plateau étant agencé sous la zone d'accueil qui comporte un trou permettant d'accéder au plateau.
Selon un mode de réalisation particulier, le plateau comporte une partie saillante du reste du plateau et qui est la partie du plateau destiné à venir en contact avec le doigt de l'utilisateur.
Selon un mode de réalisation particulier, la partie saillante s'étend à travers le trou de la zone d'accueil.
Selon un mode de réalisation particulier, une portion du doigt robotique est agencée à l'intérieur de la base.
Typiquement, les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local sont agencés de sorte que le retour d'effort est effectué dans un plan d'articulation du doigt et de sorte qu'au moins une direction selon laquelle le retour haptique est généré est orthogonale à ce plan.
Typiquement, les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local sont agencés de sorte que le retour d' effort ne se fasse qu' en force et non en moment.
L'invention concerne également un système de manipulation virtuelle ou à distance comportant un gant tel que précédemment décrit, des moyens de mesure de la position et de l'orientation de la base dudit gant dans l'espace, un environnement avec lequel l'utilisateur est destiné à interagir et des moyens de contrôle du gant et de 1' environnement.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux figures ci-jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un gant pour la manipulation virtuelle ou à distance selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
- les figures 2 et 3 sont des vues agrandies en perspective d'un dispositif d'un retour haptique local illustré à la figure 1 respectivement du côté droit et du côté gauche ;
- la figure 4 est une vue en perspective d'une première variante du dispositif d'un retour haptique local illustré aux figures 2 et 3 ;
- la figure 5 est une vue en perspective identique à celle de la figure 4, la coque du dispositif n'étant pas représentée ;
- la figure 6 est une vue de dessous du dispositif tel qu' illustré à la figure 5 sans sa coque ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'une deuxième variante du dispositif d'un retour haptique local illustré aux figures 2 et 3, la coque du dispositif n'étant pas représentée ;
- la figure 8 est une vue en perspective d'une troisième variante du dispositif d'un retour haptique local illustré aux figures 2 et 3 ;
- la figure 9 est une vue de dessous du dispositif d'un retour haptique local illustré à la figure 8 ;
- la figure 10 est une vue en perspective d'une quatrième variante du dispositif d'un retour haptique local illustré aux figures 2 et 3 ;
- la figure 11 est une vue de dessous du dispositif d'un retour haptique local illustré à la figure 10 ;
- la figure 12 est une vue agrandie en perspective d'un doigt robotique du gant illustré à la figure 1 destiné à interagir avec l'index, le majeur ou l'annulaire de 1'utilisateur;
- les figures 13a, 13a, 13c et 13d sont des vues du doigt robotique illustré à la figure 12, le doigt de l'utilisateur étant lié audit doigt robotique, pour différentes configurations du doigt robotique et du doigt de l'utilisateur correspondant respectivement à un angle a de flexion métacarpo-phalangienne du doigt de l'utilisateur de 0°, 20% 40° et 60°;
- les figures 14a et 14b sont des vues du doigt robotique illustré à la figure 12, le doigt de l'utilisateur étant lié au doigt robotique, pour différentes configuration du doigt robotique et du doigt de l'utilisateur correspondant respectivement à une prise de puissance et à une prise de précision ;
- la figure 15 est une vue agrandie en perspective d'un doigt robotique du gant illustré à la figure 1 destiné à interagir avec le pouce de l'utilisateur;
- la figure 16 est une vue en perspective du gant illustré à la figure 1, une partie de la base du robot n'étant pas représentée;
- la figure 17 est une vue en perspective d'une variante de la base du gant illustré à la figure 16, la main de l'utilisateur étant également représentée agencée dans le gant ;
- la figure 18 est une vue schématique d'un système de manipulation virtuelle ou à distance selon 1' invention comportant le gant illustré à la figure 1 ;
- la figure 19 est une vue en perspective d'une première variante du doigt robotique illustré à la figure 12 ;
- la figure 20 est une vue en perspective d'une deuxième variante du doigt robotique illustré à la figure 12.
Les différentes figures sont ici simplifiées, au niveau notamment de la représentation des réducteurs, des différents éléments formant les doigts robotiques, des éventuels fils ou câbles, des éventuelles cartes de conditionnement et/ou de traitement, pour ne pas alourdir outre mesure lesdites figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, le gant 1 selon le mode de réalisation particulier de 1' invention comporte une base 2 destinée à être solidarisée à la paume de la main d'un utilisateur, quatre doigts robotiques 3 qui sont montés mobiles sur la base 2 et qui sont respectivement associés au pouce, à l'index, au majeur et à l'annulaire de l'utilisateur, et quatre dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 montés chacun mobile sur un doigt robotique 3, ces dispositifs de génération d'un retour haptique local étant solidarisés aux phalangettes des doigts de l'utilisateur. Le gant 1 est ici destiné à être solidarisé à la main droite de l'utilisateur.
La base 2 comporte des moyens de sa solidarisation temporaire à la main de l'utilisateur (non représentés ici) qui sont connus en soi et ne sont donc pas détaillés. Ces moyens de solidarisation comportent par exemple des sangles à velcro liées à la partie de la base 2 qui est en regard de la main de l'utilisateur.
Les dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 vont être à présent détaillés. Un seul de ces dispositifs va être ici décrit, la description s' appliquant également aux trois autres dispositifs. De préférence, les dispositifs sont identiques dans leur fonctionnement mais peuvent présenter des dimensions pouvant varier en fonction de la taille du doigt associé au dispositif. Par exemple, le dispositif associé au pouce peut présenter des dimensions plus importantes que les trois autres dispositifs.
En référence aux figures 2 et 3, le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 comporte une coque 10 comprenant une zone d'accueil 11 de la phalangette de l'utilisateur. La zone d'accueil 11 est ici conformée en un réceptacle creux, la zone proximale de la pulpe de la phalangette (soit la zone de la pulpe de la phalangette la plus proche de la phalangine) du doigt de l'utilisateur étant destinée à reposer contre le fond de la zone d'accueil 11. La zone d'accueil 11 a une forme en creux correspondante à celle de la pulpe du doigt de l'utilisateur. Ceci permet notamment au dispositif de génération d'un retour haptique local 4 de tourner légèrement autour de la phalangette.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local
4 comporte en outre un plateau 13 monté mobile par rapport à la coque 10. Le plateau 13 est ici conformé en un anneau dont l'axe E est agencé de sorte à s'étendre parallèlement à l'axe de la phalangette. De préférence, le plateau 13 est conformé de sorte à avoir un diamètre supérieur à celui de la zone d'accueil 11 et à celui du doigt de l'utilisateur. En outre le plateau 13 est agencé de sorte que sa partie inférieure arrive sensiblement au même niveau que la zone d'accueil 11, la zone distale de la pulpe de la phalangette du doigt de l'utilisateur (soit la zone de la pulpe la plus éloignée de la phalangine) étant destinée à reposer contre la partie inférieure du plateau 13. Ainsi lorsque le doigt de l'utilisateur repose dans la zone d'accueil 11, bien que le plateau 13 entoure tout le doigt de l'utilisateur, seule la pulpe du doigt de l'utilisateur est au contact du plateau 13 dans sa partie distale, sa partie proximale étant au contact de la zone d'accueil 11.
De la sorte, lorsque la phalangette repose dans la zone d'accueil 11, la zone distale de la pulpe de la phalangette touche le plateau 13 et ressent ainsi le mouvement relatif du plateau 13 par rapport à la coque 10.
Ici le plateau 13 a une surface lisse. Alternativement, la surface du plateau 13 n'est pas lisse de sorte que l'utilisateur ressente mieux le mouvement du plateau 13. Le plateau 13 peut ainsi avoir par exemple un revêtement granuleux et/ou nervuré et/ou présentant des petites structures saillantes ou en creux.
De préférence, le doigt de l'utilisateur est maintenu au contact de la zone d'accueil 11 et du plateau 13 par une sangle 14 du dispositif de génération d'un retour haptique local 4. La sangle 14 est solidarisée à la coque 10 par exemple à l'aide d'une vis 15. Bien entendu, tout autre moyen de maintien du doigt que la sangle peut être utilisé.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 comporte en outre des moyens de déplacement du plateau 13 qui sont agencés à l'intérieur de la coque 10 et qui permettent ici de déplacer le plateau 13 selon une seule direction relativement à la coque 10.
Les moyens de déplacement du plateau 13 comportent un moteur 16, solidarisé avec la coque 10 qui sert ici d'embase au moteur 16, et s'étendant selon un axe D qui est ici orthogonal à l'axe E. Les moyens de déplacement comportent par ailleurs ici un premier engrenage 42 solidaire en rotation de l'arbre de sortie du moteur 16, un deuxième engrenage 43 engrené par le premier engrenage 42 et un ensemble roue et vis sans fin. La vis 44 est solidaire en rotation du deuxième engrenage 43 et est agencée à proximité du moteur 16, ici parallèlement au moteur 16 et à l'axe D. La roue 45 est quant à elle solidaire en rotation du plateau 13 et est agencée coaxialement au plateau 13. La roue 45 est ainsi agencée de sorte à être entraînée en rotation selon l'axe de rotation E par la vis 44. Le guidage en rotation du deuxième engrenage 43 et de la vis 44 autour d'un axe parallèle à l'axe D et de la roue 45 et du plateau 13 autour de l'axe E est assuré par des roulements à billes miniatures non représentés sur les figures 2 et 3.
De la sorte, le moteur 16 entraine en rotation autour de l'axe E le plateau 13 via un premier étage de réduction comportant le premier engrenage 42 lié à l'arbre de sortie du moteur 16 et le deuxième engrenage 43 ; et via un second étage de réduction comprenant la vis 44 liée au deuxième engrenage 43 et la roue 45 liée au plateau 13.
De la sorte, le plateau 13 peut être déplacé suivant un mouvement circulaire autour de l'axe de rotation E parallèle à l'axe de la phalangette, le contact entre le plateau 13 et la phalangette demeurant tangëntiel. Le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 est donc agencé pour générer un retour haptique local selon ici une seule direction qui est tangentielle à la pulpe du doigt et sensiblement transversale à la pulpe du doigt.
De façon avantageuse, de par l'agencement des moyens de déplacement du plateau 13, le plateau 13 peut tourner en rotation autour de l'axe E indéfiniment tant que le moteur 16 est alimenté : les mouvements de rotation du moteur 16 et du plateau 13 sont donc infinis, ce qui permet de stimuler en permanence la pulpe de la phalangette.
En outre, ce dispositif de génération d'un retour haptique local 4 s'avère particulièrement simple puisque ce dispositif n'a pas besoin de moyens d'estimation de la position du plateau 13 relativement à la coque 10 pour commander le moteur 16. Le moteur 16 est ainsi ici simplement commandé en couple ou en vitesse. Bien entendu, en variante, le dispositif peut comprendre des moyens d'estimations de la position du moteur 16 ou du plateau 13 relativement à la coque 10 pour commander le moteur 16 qui comprennent des capteurs permettant de mesurer la position et/ou la vitesse angulaire du moteur 16 ou du plateau 13.
Une première variante du dispositif de génération d'un retour haptique local va être à présent décrite en référence aux figures 4 à 6.
Dans cette variante, le dispositif de génération d'un retour haptique local 104 comporte une coque 110 comprenant une zone d'accueil 111 de la phalangette de l'utilisateur. La zone d'accueil 111 est ici conformée en un réceptacle creux dont le fond comporte un trou 112, la pulpe de la phalangette étant destinée à reposer contre le fond de la zone d'accueil 111. La zone d'accueil 111 a avantageusement une forme en creux correspondante à celle de la phalangette. Ceci permet notamment au dispositif de génération d'un retour haptique local 104 de tourner légèrement autour de la phalangette
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 104 comporte en outre un plateau 113 monté mobile par rapport à la coque 110 sous la zone d'accueil 111 en regard du trou 112. La coque 110 et le plateau 113 sont conformés de sorte que le plateau 113 soit tangent à la pulpe de la phalangette lorsque le doigt est en appui sur la coque 110. De la sorte, lorsque la phalangette de l'utilisateur repose dans la zone d'accueil 111, la pulpe du doigt de l'utilisateur touche le plateau 113, à travers le trou 112, et ressent ainsi les mouvements relatifs du plateau 113 par rapport à la coque 110.
Le trou 112 évite avantageusement que l'utilisateur n'appuie trop fortement sur le plateau 113 avec son doigt et gêne les mouvements relatifs du plateau 113 par rapport à la coque 110.
Ici le plateau 113 présente Une surface de contact qui est lisse. Alternativement, cette surface de contact n'est pas lisse de sorte que l'utilisateur ressente mieux ses mouvements. Le plateau 113 a par exemple une surface granuleuse et/ou nervurée et/ou comporte une ou des parties saillantes ou en creux.
De préférence, le doigt de l'utilisateur est maintenu au contact de la zone d'accueil 111 et du plateau 113 par une sangle 114 du dispositif de génération d'un retour haptique local 104. La sangle est par exemple attachée à la coque 110 à l'aide des vis 115. Bien entendu, tout autre moyen de maintien du doigt que la sangle 114 peut être utilisé. Le dispositif de génération d'un retour haptique local 104 comporte des moyens de déplacement du plateau 113 qui sont agencés à l'intérieur de la coque 110 et qui permettent ici de déplacer le plateau 113 selon deux directions relativement à la coque 110.
Les moyens de déplacement du plateau 113 comportent ici deux moteurs 116, 117 fixés sur une embase commune 130 du dispositif de génération d'un retour haptique local 104 qui est solidaire de la coque 110. Les moyens de déplacement comportent en outre un premier réducteur à câble (comprenant une première poulie primaire 142 solidarisée en rotation à l'arbre de sortie du premier moteur 116, une première poulie secondaire 118 et un câble non référencé mais visible à la figure 6 reliant la première poulie primaire 142 et la première poulie secondaire 118) agencé de sorte que l'arbre de sortie du premier moteur 116 entraîne la rotation de la première poulie secondaire 118 autour d'un axe A sensiblement vertical. La poulie 118 comporte par ailleurs un premier pion 119 fixé à la poulie 118 et s' étendant à la verticale. Les moyens de déplacement comportent par ailleurs un deuxième réducteur à câble (comprenant une deuxième poulie primaire 143 solidarisée en rotation à l'arbre de sortie du deuxième moteur 117 et non visible sur la figure 5, une deuxième poulie secondaire 120 et un câble non référencé mais visible à la figure 6 reliant la deuxième poulie primaire 143 et la deuxième poulie secondaire 120) agencé de sorte que l'arbre de sortie du deuxième moteur 117 entraîne la rotation de la deuxième poulie secondaire 120 autour du même axe A. La deuxième poulie secondaire 120 comporte par ailleurs un deuxième pion 121 fixé à la deuxième poulie secondaire 120 et s' étendant à la verticale. La deuxième poulie secondaire 120 s'étend ici coaxialement à la première poulie secondaire 118 et à l'aplomb de la première poulie secondaire 118, la deuxième poulie secondaire 120 étant pourvue d'une rainure 122 en arc de cercle à travers laquelle s'étend le premier pion
119 de la première poulie secondaire 118, la rainure 122 autorisant ainsi la rotation du premier pion 119 autour de l'axe A.
Les moyens de déplacement comportent par ailleurs une première bielle 123 et une deuxième bielle 124 qui sont toutes deux agencées entre la deuxième poulie secondaire
120 et le plateau 113, les deux bielles étant ainsi à l'aplomb des deux poulies secondaires 118, 120. La première bielle 123 comporte une première extrémité mobile en rotation autour du premier pion 119 et , une deuxième extrémité mobile en rotation autour d'une tige 129 fixée au plateau 113, et la deuxième bielle 124 comporte une première extrémité mobile en rotation autour du deuxième pion 121 et une deuxième extrémité mobile en rotation autour de ladite tige 129 fixée au plateau 113. Les deux bielles 123, 124 et les deux poulies secondaires 118, 120 forment ainsi une structure en parallélogramme.
De la sorte, la première poulie secondaire 118 est actionnée autour de l'axe A par le premier moteur 116 et entraîne ainsi à son tour le plateau 113 par l'intermédiaire du premier pion 119 et de la première bielle 123. La deuxième poulie secondaire 120 est actionnée autour de l'axe A par le deuxième moteur 117 et entraîne ainsi à son tour le plateau 113 par l'intermédiaire du deuxième pion 121 et de la deuxième bielle 124. Ainsi, le plateau 113 peut être déplacé suivant n'importe quelle direction (selon les sens et les amplitudes de rotation des moteurs 116, 117) dans un plan qui est tangent à la pulpe de la phalangette. Ici, les mouvements du plateau 113 ne sont pas générés par les mouvements du doigt de l'utilisateur mais seulement par les moteurs 116, 117.
En alternative, les axes des poulies secondaires 118, 120 peuvent être distincts et parallèles. Dans ce cas l'embase 130, les poulies secondaires 118, 120 et les deux bielles 123, 124 forment un mécanisme à 5 barres permettant comme la structure en parallélogramme de déplacer le plateau 113 suivant n' importe quelle direction dans un plan qui est tangent à la pulpe de la phalangette.
De façon avantageuse, le dispositif de génération d'un retour haptique local 104 comporte des moyens d'estimation de la position du plateau 113 relativement à la coque 110 qui permettent en conséquence de contrôler les moteurs 116, 117. A cet effet, les moyens d'estimation comportent ici des dispositifs de mesure à effet Hall comprenant des capteurs de champ magnétique 125, 126 qui sont fixés à la coque 110 et à l'embase 130 et des aimants dont deux aimants 127 montés sur la première poulie secondaire 118 en regard de l'un des capteurs de champ magnétique et deux aimants 128 montés sur la deuxième poulie secondaire 120 en regard de l'autre des capteurs de champ magnétique. Les aimants 127 sont avantageusement disposés ici sur la première poulie secondaire 118 de part et d'autre du capteur 125 et en sens opposé par rapport au capteur 125, le pôle sud de l'un des aimants 127 étant dirigé vers le capteur 125 et le pôle nord de l'autre aimant 127 étant dirigé vers le capteur 125. De la même façon, les aimants 128 sont disposés ici sur la poulie 120 de part et d'autre du capteur 126 et en sens opposé par rapport au capteur 126, le pôle sud de l'un des aimants 128 étant dirigé vers le capteur 126 et le pôle nord de l'autre aimant 128 étant dirigé vers le capteur 126. Ainsi, la plage de mesure des capteurs 125, 126 est augmentée. En alternative, on peut utiliser un seul aimant 127, respectivement un seul aimant 128, en association avec le capteur 125, respectivement avec le capteur 126, ou au contraire plus de deux aimants 127 et/ou plus de deux aimants 128.
Bien entendu, d'autres moyens d'estimation de la position du plateau 113 peuvent être utilisés comme par exemple des potentiomètres ou des capteurs optiques mesurant les mouvements des poulies secondaires 118, 120, et/ou des moteurs 116, 117, ou même directement du plateau 113.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local
104 selon cette première variante diffère donc du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 en ce qu'il est configuré pour déplacer le plateau 113 en deux dimensions dans un plan et non plus selon un seul degré de liberté. Le dispositif de génération d'un retour haptique local 104 est ici agencé pour générer un retour haptique local selon n' importe quelle direction tangentielle à la pulpe du doigt.
Une deuxième variante du dispositif de génération d'un retour haptique local va être à présent décrite en référence à la figure 7.
La coque 210 (non représentée) et le plateau 213 sont ici identiques à ceux de la première variante décrite.
Les moyens de déplacement du plateau 213 différent ici de la première variante en ce qu'ils comportent des structures flexibles 218, 220 en place des poulies secondaires 118,120. Chaque structure flexible 218, 220 comporte des segments reliés deux par deux par des cols minces de la structure flexible. Chaque structure flexible 218, 220 comporte ici cinq segments reliés deux à deux par des cols minces.
Ce type de structure flexible est bien connu dans les domaines notamment des micro-mécanismes et des nano- mécanismes. On pourra ainsi se référer au document *A Novel Design and Analysis of a 2-DOF Compilant Parallel Micromanipulator for Nanomanipulation' de Y. Li, Q. Xu, IEEE Trans. on Automation Science and Engineering, Vol. 3, No.3, July 2006, pp. 248-254.
Les segments situés dans la partie haute des structures flexibles 218, 220 sont fixées à l'embase 230 du dispositif de génération d'un retour haptique local 204 qui est solidaire de la coque 210. En outre le segment situé dans la partie basse de la première structure flexible 218 est relié à une poulie 242 (respectivement 243 pour l'autre structure flexible 220) solidaire de l'arbre de sortie du premier moteur 216 (respectivement du deuxième moteur 217 pour l'autre structure flexible 220) à l'aide de câbles de sorte que le premier moteur 216 provoque la translation du segment situé dans la partie basse de la première structure flexible 218 selon un axe B relativement à la coque 210 et de sorte que le deuxième moteur 217 provoque la translation du segment situé dans la partie basse de la deuxième structure flexible 220 selon un axe C relativement à la coque 210, les axes B et C étant parallèles. Chaque structure flexible forme ainsi avec l'embase 230 sur laquelle repose le moteur associé à la structure flexible une structure en parallélogramme dont les articulations sont réalisées à l'aide des cols minces de la structure flexible.
Alternativement, la transmission entre les moteurs
216, 217 et les structures flexibles 218, 220 peut être réalisée différemment comme par exemple à l'aide de réducteurs différentiels à câbles notamment ceux décrits dans la demande de brevet de la présente demanderesse FR 2 961 423 incorporée ici par référence.
Une première bielle 223 des moyens de déplacement du plateau 213 comporte une première extrémité mobile en rotation autour d'un pion 219 rigidement lié à l'extrémité du segment situé dans la partie basse de la première structure flexible 218 et une deuxième extrémité mobile en rotation par rapport à une tige (non visible ici) fixée au plateau 213. Une deuxième bielle 224 (non visible ici) comporte une première extrémité mobile en rotation autour d'un pion (non visible ici) rigidement lié à l'extrémité du segment situé dans la partie basse de la deuxième structure flexible 220 et une deuxième extrémité mobile en rotation par rapport à la tige fixée au plateau 213.
De la sorte, le segment situé dans la partie basse de la première structure flexible 218 est déplacé selon l'axe B par le premier moteur 216 et entraîne ainsi à son tour le plateau 213 par l'intermédiaire de la première bielle 223. Le segment situé dans la partie basse de la structure flexible 220 est déplacé selon l'axe C par le deuxième moteur 217 et entraîne ainsi à son tour le plateau 213 par l'intermédiaire de la deuxième bielle 224. Ainsi, si les segments situés dans la partie basse des deux structures 218, 220 sont mus dans le même sens, ils déplacent le plateau 213 parallèlement aux axes B et C. Si les segments situés dans la partie basse des deux structures 218, 220 sont mus ert sens opposé, ils déplacent le plateau 213 perpendiculairement à ces axes B, C.
De façon avantageuse, le dispositif de génération d'un retour haptique local 204 comporte des moyens d'estimation de la position du plateau 213 relativement à l'embase 230 et à la coque 210 qui permettent de commander les moteurs 216, 217. A cet effet, les moyens d'estimation comportent des dispositifs de mesure à effet Hall comprenant des capteurs de champ magnétique 225, 226 qui sont fixés à la coque 210 (non visible ici) et des aimants dont deux aimants 227 montés sur la première structure flexible 218 en regard de l'un des capteurs de champ magnétique et deux aimants (non visibles ici) montés sur la deuxième structure flexible 220 en regard de l'autre des capteurs de champ magnétique.
Bien entendu, d'autres moyens d'estimation de la position du plateau 213 peuvent être utilisés comme par exemple des potentiomètres ou des capteurs optiques mesurant les mouvements des structures flexibles 218, 220 et/ou des moteurs 216, 217. Le dispositif de génération d'un retour haptique local 204 est donc ici agencé pour générer un retour haptique local selon n' importe quelle direction tangentielle à la pulpe du doigt comme dans la deuxième variante.
Une troisième variante du dispositif de génération d'un retour haptique local va être à présent décrite en référence aux figures 8 et 9.
Dans cette variante, le dispositif de génération d'un retour haptique local 304 comporte une coque 310 comprenant une zone d'accueil 311 de la phalangette de l'utilisateur. La zone d'accueil 311 est ici conformée en un réceptacle creux dont le fond comporte un trou 312 qui a ici la forme d'un haricot, la pulpe du doigt de l'utilisateur étant destinée à reposer contre le fond de la zone d'accueil 311. La zone d'accueil 311 a avantageusement une forme en creux correspondante à celle de la phalangette de l'utilisateur. Ceci permet notamment au dispositif de génération d'un retour haptique local 304 de tourner légèrement autour de la phalangette.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local
304 comporte en outre un plateau 313 monté mobile par rapport à la coque 310 sous la zone d'accueil 311, le plateau 313 comportant une partie 350 saillante du reste du plateau qui est agencée de sorte à s'étendre dans le trou 312. De la sorte, lorsque la phalangette de l'utilisateur repose dans la zone d'accueil 311, la pulpe de la phalangette touche la partie saillante 350, par l'intermédiaire du trou 312, et ressent ainsi les mouvements relatifs du plateau 313 par rapport à la coque 310. La coque 310 et le plateau 313 sont ainsi conformés de sorte que la face supérieure de la partie saillante 350 {sur laquelle repose la phalangette) soit tangente à la pulpe de la phalangette.
Ici la partie saillante 350 présente une face supérieure qui est lisse. Alternativement, cette face n'est pas lisse de sorte que l'utilisateur ressente mieux ses mouvements et a par exemple un revêtement granuleux et/ou nervuré et ou présentant des portions saillantes ou en creux.
Le trou 312 évite avantageusement que l'utilisateur n'appuie trop fortement sur la partie saillante 350 avec son doigt et gêne les mouvements relatifs de la partie saillante 350.
De préférence, le doigt de l'utilisateur est maintenu au contact de la zone d'accueil 311 et du plateau 313 par une sangle 314 du dispositif de génération d'un retour haptique local 304. La sangle est attachée à la coque 310 par exemple à l'aide de vis. Bien entendu, tout autre moyen de maintien du doigt que la sangle 314 peut être utilisé.
De façon particulière, le dispositif de génération d'un retour haptique local 304 est monté mobile sur le doigt robotique 3 associé par une articulation 331 qui est ici une articulation flexible telle que décrite dans la demande WO 2008 015 178 de la présente demanderesse incorporée ici par référence, c'est-à-dire une articulation 331 réalisée dans un matériau différent des segments en matériau rigide qu'elle relie et qu'elle articule l'un par rapport à l'autre, un des segments 340 étant fixé à la coque 310 et l'autre des segments 341 étant fixé au doigt robotique 3. Le matériau de l'articulation composite 331 est ainsi un matériau fibreux.
Alternativement, cette articulation 331 du dispositif de génération d'un retour haptique local 304 sur le doigt robotique 3 peut être réalisée différemment comme par exemple à l'aide d'un col mince ou à l'aide de paliers lisses ou de roulements à billes.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 304 comporte des moyens de déplacement du plateau 313 qui permettent de déplacer le plateau 313 relativement à la coque 310 selon une seule direction. Les moyens de déplacement du plateau 313 comportent ici un moteur 316 qui est agencé sur une embase 330 du dispositif de génération d'un retour haptique local 304, embase 330 qui est rigidement liée à la coque 310. L'embase 330, la coque 310 et le moteur 316 sont agencés de sorte que l'arbre de sortie du moteur 316 traverse l'embase 330 et la coque 310 dans sa hauteur et s'étende ainsi sensiblement à la verticale.
Les moyens de déplacement comportent encore ici une poulie primaire 332 solidarisée en rotation à l'arbre de sortie du moteur 316, un secteur angulaire 318 servant de poulie secondaire solidarisé en rotation au plateau 313 et agencé sur l'embase 330 et sur la coque 310 de sorte à être mobile en rotation par rapport à l'embase 330 et à la coque 310 autour d'un axe A, et un câble (non visible ici) reliant la poulie primaire 332 et le secteur angulaire 318. Les moyens de déplacement sont agencés de sorte que l'arbre de sortie du moteur 316 entraîne la rotation de la poulie secondaire 318, et donc du plateau 313, autour de l'axe A par l'intermédiaire du câble. Alternativement, pour maximiser le rapport de réduction, l'arbre de sortie du moteur 316 peut servir directement de poulie primaire 332.
De la sorte, la partie saillante 350 peut être déplacée suivant un mouvement circulaire dans un plan qui est tangent à la pulpe du doigt. Du fait que les mouvements du plateau 313 sont de petites amplitudes, le mouvement circulaire de la partie saillante 350 est perçu par le doigt de l'utilisateur comme un mouvement quasi rectiligne.
De façon avantageuse, le dispositif de génération d'un retour haptique local 304 comporte des moyens d'estimation de la position du plateau 313 relativement à la coque 310 qui permettent de commander le moteur 316. A cet effet, les moyens d'estimation comportent ici un codeur 334 lié au moteur 316. Le dispositif de génération d'un retour haptique local 304 est donc agencé pour générer un retour haptique local selon ici une seule direction qui est tangentielle à la pulpe du doigt.
Une quatrième variante du dispositif de génération d'un retour haptique local va être à présent décrite en référence aux figures 10 et 11.
Dans cette variante, le dispositif de génération d'un retour haptique local 404 comporte une coque 410 comprenant une zone d'accueil 411 de la phalangette de l'utilisateur. La zone d' accueil 411 est ici conformée en un réceptacle creux dont le fond comporte un trou 412r la pulpe du doigt de l'utilisateur étant destinée à reposer contre le fond de la zone d'accueil 411. La zone d'accueil 411 a avantageusement une forme en creux correspondante à celle de la phalangette de l'utilisateur. Ceci permet notamment au dispositif de génération d'un retour haptique local 404 de tourner légèrement autour de la phalangette.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 404 comporte en outre un plateau 413 qui est ici en forme d'anneau et qui est monté mobile en rotation autour d'un axe E par rapport à la coque 410 sous la zone d'accueil 411 {sur les figures 10 et 11, la partie inférieure de la coque 410 et le pivot guidant le plateau 413 en rotation autour de l'axe E ne sont pas représentés pour ne pas alourdir les figures) . Le plateau 413 est conformé de sorte que l'axe de rotation E est sensiblement normal à la pulpe de la phalangette lorsque le doigt de l'utilisateur repose dans la zone d'accueil 411.
Le plateau présente ici une partie 450 également en forme d'anneau et accessible à travers le trou 412. De la sorte, lorsque la phalangette de l'utilisateur repose dans la zone d'accueil 411, la pulpe du doigt de l'utilisateur touche la partie saillante 450 du plateau 413, par l'intermédiaire du trou 412, et ressent ainsi les mouvements relatifs du plateau 413 par rapport à la coque 410.
Ici la partie saillante 450 du plateau 413 est lisse. Alternativement, elle n'est pas lisse de sorte que l'utilisateur ressente mieux ses mouvements et a par exemple un revêtement granuleux et/ou nervuré et ou présentant des portions saillantes ou en creux.
Le trou 412 évite avantageusement que l'utilisateur n'appuie trop fortement sur le plateau 413 avec son doigt et gêne les mouvements relatifs du plateau 413 par rapport à la coque 410.
De préférence, le doigt de l'utilisateur est maintenu au contact de la zone d'accueil 411 et du plateau 413 par une sangle du dispositif de génération d'un retour haptique local (non visible ici) . La sangle est attachée à la coque 410 par exemple à l'aide de vis. Bien entendu, tout autre moyen de maintien du doigt que la sangle peut être utilisé.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 404 comporte des moyens de déplacement du plateau 413 qui sont agencés à l'intérieur de la coque 410 et qui permettent ici de déplacer le plateau 413 selon une seule direction relativement à la coque 410.
Les moyens de déplacement du plateau 413 comportent uri moteur 416 s'étendant selon un axe D (ici orthogonal à l'axe E) et solidarisé à la coque 410 qui sert ici d'embase au moteur 416. Les moyens de déplacement comportent par ailleurs ici un premier engrenage 442 solidaire en rotation de l'arbre de sortie du moteur 416, un deuxième engrenage 443 engrené par le premier engrenage 442 et un ensemble roue et vis sans fin. La vis 444 est solidaire en rotation du deuxième engrenage 443 et est ici agencée sous le moteur 416 parallèlement au moteur 416 et à l'axe D. La roue 445 est quant à elle solidaire en rotation du plateau 413 et est agencée coaxialement au plateau 413. La roue 445 est agencée de sorte à être entraînée en rotation par la vis 444.
De la sorte, le moteur 416 entraine en rotation autour de l'axe E le plateau 413 via un premier étage de réduction comportant le premier engrenage 442 lié à l'arbre de sortie du moteur 416 et le deuxième engrenage 443 ; et via un second étage de réduction comprenant la vis 444 liée au deuxième engrenage 443 et la roue 445 liée au plateau 413.
Le dispositif de génération d'un retour haptique local 404 est donc agencé pour générer un retour haptique local selon ici une seule direction qui est tangentielle à la pulpe du doigt.
De façon avantageuse, de par l'agencement des moyens de déplacement du plateau 413, le plateau 413 peut tourner en rotation autour de l'axe E indéfiniment tant que le moteur 416 est alimenté : les mouvements de rotation du moteur 416 et du plateau 413 sont donc infinis ce qui permet de stimuler en permanence la pulpe de la phalangette.
En outre, cette quatrième variante du dispositif de génération d'un retour haptique local 404 s'avère particulièrement simple puisque dans cette variante le dispositif n'a pas besoin de moyens d'estimation de la position du plateau 413 relativement à la coque 410 pour commander le moteur 416. Le moteur 416 est ainsi ici simplement commandé en couple ou en vitesse.
Bien entendu, en variante, le dispositif peut comprendre des moyens d'estimations de la position du moteur 416 ou du plateau 413 relativement à la coque 410 pour commander le moteur 416 qui comprennent des capteurs permettant de mesurer la position et/ou la vitesse angulaire du moteur 416 ou du plateau 413.
Les doigts robotiques 3 vont être à présent détaillés en référence aux figures 12 à 15. En référence aux figures 12 à 14, un seul des doigts robotiques liés aux index, majeur et annulaire de l'utilisateur va être ici décrit, la description s' appliquant également aux deux autres de ces trois doigts robotiques 3.
En référence à la figure 12, le doigt robotique 3 lié à l'index, au majeur ou à l'annulaire de l'utilisateur comporte :
un premier élément 51 monté mobile en rotation sur la base 2 du gant 1 autour d'un premier axe A1, qui est ici sensiblement normal à la paume de la main de l'utilisateur destinée à être attachée à la base 2 et de préférence proche ou aligné avec l'axe d'abduction- adduction du doigt considéré lié au doigt robotique 3, le premier élément 51 formant le premier élément d'extrémité du doigt robotique 3,
un deuxième élément 52 monté mobile en rotation sur le premier élément 51 autour d'un deuxième axe A2, non aligné et de préférence perpendiculaire à l'axe A1,
- un troisième élément 53 monté mobile en rotation sur le deuxième élément 52 autour d'un troisième axe A3 et un quatrième élément 54 monté mobile en rotation sur le deuxième élément 52 autour d'un quatrième axe A4, le troisième axe A3 et le quatrième axe A4 étant de préférence parallèles au deuxième axe A2,
un cinquième élément 55 monté mobile en rotation sur le troisième élément 53 autour d'un cinquième axe A5 et monté mobile en rotation sur le quatrième élément 54 autour d'un sixième axe Α6, le cinquième axe A5 et le sixième axe A6 étant parallèles au troisième axe A3 et au quatrième axe A4, et
un sixième élément 5€ monté mobile en rotation sur le cinquième élément 55 autour d'un septième axe A7, le septième axe A7 étant de préférence perpendiculaire au deuxième axe A2, le sixième élément 56 formant le deuxième élément d'extrémité du doigt robotique.
Le deuxième élément 52/ le troisième élément 53, le quatrième élément 54 et le cinquième élément 55 sont ici agencés de sorte à former une structure en parallélogramme croisé. Ce type de structure est bien connu et ne sera pas davantage décrit. On pourra par exemple se référer au document *Kinematics of a new 2-DOF wrist with high angulation capability' de M. Fontana, A. Frisoli, F. Salsedo, M. Bergamasco, IEEE Int. Conf. on Robotics and Autamation, May 2006, Orlando, Florida, pp. 1524-1529.
Ainsi, le troisième élément 53 et le quatrième élément 54 sont agencés de façon que le troisième élément 53 soit articulé sur le deuxième élément 52 au-dessus de l'articulation du quatrième élément 54 sur le deuxième élément 52 et de sorte que le troisième élément 53 soit articulé sur le cinquième élément 55 au-dessous de l'articulation du quatrième élément 54 sur le cinquième élément 55. Ainsi, l'inclinaison du cinquième élément 55 autour de l'axe A5 est amplifiée par rapport à la rotation du troisième élément 53 autour de l'axe A3.
Le sixième élément 56 est par ailleurs conformé pour porter le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 du doigt robotique 3. Plus précisément ici, le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 est monté mobile sur le sixième élément 56 autour d'un huitième axe A5, le huitième axe Ae étant de préférence perpendiculaire au septième axe A7 et concourant avec le septième axe A7.
Ainsi, l'agencement des différents éléments du doigt robotique 3 autorise les rotations desdits éléments autour du deuxième axe A2, du troisième axe A3, du quatrième axe A4, du cinquième axe A5 et du sixième axe A«, ce qui permet de déplacer le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 dans un plan perpendiculaire au deuxième axe A2, au troisième axe A3, au quatrième axe A4, au cinquième axe A5 et au sixième axe A6. Associées à la rotation supplémentaire possible du doigt robotique 3 autour du premier axe A1, ces rotations autour du premier axe A1, du deuxième axe A2, du troisième axe A3, du quatrième axe A4, du cinquième axe A5 et du sixième axe A6 permettent de déplacer librement le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 dans l'espace.
Par ailleurs, l'agencement des différents éléments et du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 du doigt robotique 3 autorise les rotations autour du septième axe A7 et du huitième axe A5 et laisse possible une légère rotation de la phalangette de l'utilisateur autour de son axe par rapport au dispositif de génération d' un retour haptique local 4, ce qui permet d'orienter librement ledit dispositif de génération d'un retour haptique local 4 dans l'espace et de suivre les mouvements de ladite phalangette. Le septième axe A7 et le huitième axe A8 sont de préférence concourants et perpendiculaires. Le huitième axe A5 et l'axe de la phalangette sont également de préférence perpendiculaires et proche l'un de l'autre.
Ainsi le doigt robotique 3 présente cinq degrés de liberté opérationnels et six degrés de liberté si l'on tient compte du mouvement de rotation laissé possible de la phalangette de l'utilisateur autour de son axe par rapport au dispositif de génération d'un retour haptique local 4. Le doigt robotique 3 est donc ici configuré pour présenter plus de degrés de liberté que le doigt de l'utilisateur auquel il est solidarisé. Le doigt robotique 3 laisse ainsi une totale liberté de mouvement au doigt de l'utilisateur lié à ce doigt robotique 3, ce qui permet de générer une meilleure interaction avec l'environnement.
Du fait ici que l'axe Al du doigt robotique est aligné ou proche de l'axe d'abduction-adduction du doigt de l'utilisateur, la rotation du sixième élément 56 autour du septième axe A7 est nulle ou faible. On peut donc, en alternative ici, solidariser les cinquième et sixième éléments 55 et 56, en supprimant la mobilité autour du septième axe A7, pour l'un, plusieurs ou la totalité des doigts robotiques 3 liés à l'index, au majeur et à l'annulaire de l'utilisateur.
Comme illustré aux figures 13a à 13d qui montrent les configurations du doigt robotique 3 pour différents angles de fermeture du doigt DO de l'utilisateur, la structure en parallélogramme croisé utilisée sur le doigt robotique 3 permet de suivre les mouvements de flexion-extension du doigt DO de l'utilisateur en conservant tous les éléments du doigt robotique 3 à proximité du doigt DO de l'utilisateur. Elle permet ainsi de minimiser l'encombrement du doigt robotique 3 par rapport à une structure en parallélogramme déformable classique. En outre, elles est plus simple qu'une structure constituée de trois segments suivant les mouvements de la phalange proximale, de la phalange intermédiaire (la phalangine) et de la phalange distaie (la phalangette) et dans laquelle les segments sont articulés entre eux à 1' aide de doubles parallélogrammes déformables pour que les axes de rotation entre ces segments puissent être placés au plus près des articulations inter-phalangiennes .
Par ailleurs, comme illustré aux figures 14a et 14b, la structure en parallélogramme croisé utilisée sur le doigt robotique 3 permet de suivre les mouvements de flexion-extension du doigt DO de l'utilisateur pour différentes configurations du doigt DO. Ainsi, que les angles entre la paume et la phalange proximale, entre la phalange proximale et la phalange médiane (la phalangine) et entre la phalange médiane (la phalangine) et la phalange distaie (la phalangette) soient de même signe (ce qui arrive couramment lorsque l'on ferme la main dans le vide où autour d'un objet saisi en utilisant une prise de puissance utilisant également la paume) ou que l'angle entre la phalange médiane et la phalange distale ne soit pas du même signe que les angles entre la paume et la phalange proximale et entre la phalange proximale et la phalange médiane (ce qui arrive couramment lorsque l'on saisit un objet avec le bout des doigts en utilisant une prise de précision) , le doigt robotique 3 peut suivre les mouvements du doigt DO de l'utilisateur.
En outre, avec le gant 1, l'intérieur de la paume de la main de l'utilisateur demeure libre {mis à part éventuellement au niveau de l'attache de la paume à la base 2) ce qui permet de générer une meilleure interaction avec l'environnement/ notamment lorsque l'utilisateur ferme sa main.
Le doigt robotique 3 comporte des moyens d' actionnement du doigt robotique.
De façon particulière, les moyens d' actionnement comportent :
- un moteur de retour d'effort 57 porté par le premier élément 51,
- un premier engrenage 58 solidarisé en rotation à l'arbre de sortie du moteur de retour d'effort 57,
- un deuxième engrenage 59 agencé sur le premier élément 51 de sorte à être mobile en rotation relativement au premier élément 51 et de sorte à être entraîné en rotation par le premier engrenage 58,
- une première poulie 60 solidarisée en rotation au deuxième engrenage 59,
- une deuxième poulie 61 fixée sur le deuxième élément 52 et montée mobile en rotation autour du deuxième axe A2 par rapport au premier élément 51, et
- un câble 62 entourant la première poulie 60 et la deuxième poulie 61 et permettant de transmettre les efforts et les mouvements de l'une à l'autre de ces poulies. Les moyens d' actionnement peuvent en outre comporter un dispositif de tension du câble connu en soi.
Ainsi/ le moteur de retour d'effort 57 participe ou s'oppose à la rotation du deuxième élément 52 autour du deuxième axe A2 par rapport au premier élément 51 par l'intermédiaire d'un premier étage de réduction constitué des engrenages 58 et 59 et d'un second étage de réduction à câble constitué de la première poulie 60, de la deuxième poulie 61 et du câble 62. Ceci permet de générer un retour d'effort sur le deuxième élément 52 ressenti par l'utilisateur notamment au niveau de sa phalangette logée dans le dispositif de génération d'un retour haptique local 4.
Bien entendu, en variante, les moyens d' actionnement pourront comprendre tout autre réducteur à un ou plusieurs étages.
Dès lors, l'effort F généré sur le doigt de l'utilisateur par les moyens d' actionnement est généré dans le plan du doigt DO de l'utilisateur et suivant une direction sensiblement normale à la pulpe de la phalangette en appui sur le dispositif de génération d'un retour haptique local 4, sauf pour des configurations extrêmes où le doigt est presque complètement replié. Comme illustré à la figure 13, cet effort F est en effet perpendiculaire à la ligne L joignant le centre de l'articulation selon le deuxième axe A2 et le point de concours du septième axe A7 et du huitième axe A8. On applique donc ici un retour d'effort correspondant à la résistance à un mouvement d'ouverture et de fermeture du doigt.
Par ailleurs, l'effort F étant généré dans le plan du doigt, il est sensiblement normal au retour haptique local qui s'effectue tangentiellement à la pulpe du doigt suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la phalangette. Ainsi, le retour haptique local et le retour d'effort s'effectuent selon des directions différentes sans s' additionner.
On note que les pivots autour des autres axes (premier axe A1, troisième axe A3, quatrième axe A4, cinquième axe A5, sixième axe Αβ et septième axe A7) sont ici laissés passifs. Ainsi le doigt robotique 3 a ici un seul degré de liberté à retour d'effort.
En variante, l'un des autres axes parmi le troisième axe A3, le quatrième axe A4, le cinquième axe A5 et le sixième axe A6 peut également être motorisé. Dans ce cas, le retour d' effort F peut être généré en deux dimensions dans n' importe quelle direction dans le plan du doigt robotique 3 qui est sensiblement confondu avec le plan du doigt. Le retour d'effort F est alors toujours appliqué dans des directions différentes du retour haptique local qui est généré suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la phalangette et au plan du doigt.
De préférence, le doigt robotique 3 comporte des moyens d'estimation de la position du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 relativement à la base 2 du gant 1. Les moyens d'estimation comportent ici des capteurs angulaires 64 et 65, par exemple des potentiomètres ou des codeurs miniatures, agencés au niveau des articulations de quatrième axe A4 et de premier axe A1. Les moyens d' estimation comportent également un codeur optique 63 agencé ici sur l'arbre de sortie du moteur de retour d' effort 57 et permettant de connaître la position de 1' arbre de sortie de ce moteur donc du corps 52. Lesdits moyens d'estimation permettent de connaître à tout moment la position du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 relativement à la base 2 du gant 1. En outre, ces moyens d'estimation, et en particulier le codeur optique 63, permettent de piloter le moteur de retour d'effort 57 de sorte à générer le retour d'effort approprié. Bien entendu, les moyens d'estimation de la position du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 peuvent comprendre en variantes d' autres capteurs angulaires sur les autres axes du doigt robotique 3.
Les moyens d'estimation peuvent également être configuré pour estimer l'orientation du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 en comprenant par exemple des capteurs angulaires agencés au niveau des articulations de septième axe A7 et de huitième axe A8.
Nous allons maintenant revenir sur le doigt robotique
3 du pouce, en référence à la figure 15. Le doigt robotique 3 du pouce comporte des éléments 51, 52, 53, 54, 55 et 56 semblables et avantageusement identiques à ceux des doigts robotiques des autres doigts, leurs dimensions, en particulier celles de l'élément 56, pouvant toutefois être différentes des dimensions des éléments des autres doigts robotiques, le pouce ayant des dimensions sensiblement différentes des autres doigts. Ces éléments sont articulés entre eux autour des axes A2, A3, A4, A5, Ae et A7 de la même façon que sur les autres doigts robotiques. En outre, un dispositif de génération d'un retour haptique local 4 est articulé en rotation autour de l'axe Ae par rapport à l'élément 56 comme sur les autres doigts robotiques, le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 du pouce ayant ici des dimensions différentes de celles des dispositifs de génération d'un retour haptique local des autres doigts, la phalangette du pouce étant plus large que la phalangette des autres doigts. Le doigt robotique 3 du pouce comporte également des moyens d' actionnement et des moyens d' estimation de la position du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 relativement à la base 2 semblables aux autres doigts robotiques.
Le doigt robotique 3 du pouce diffère cependant des autres doigts robotiques 3 en ce qu' il comporte un élément supplémentaire 1051 disposé entre la base 2 et le premier élément 51. Cet élément supplémentaire 1051 est monté mobile en rotation sur la base 2 du gant 1 autour d'un axe supplémentaire AQ. Cet élément supplémentaire 1051 est dans ce cas le premier élément d'extrémité du doigt robotique 3 du pouce et le premier élément 51 est monté mobile en rotation sur l'élément supplémentaire 1051 autour du premier axe A1. Les axes Ao et A1 sont de préférence concourants et perpendiculaires, le corps 1051 faisant fonction de noix de cardan. Le degré de liberté supplémentaire offert par l'articulation d'axe A0 permet avantageusement que le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 du pouce puisse suivre tous les mouvements du pouce, et notamment les mouvements d'opposition.
En outre, les moyens d'estimation de la position du dispositif de génération d'un retour haptique local 4 relativement à la base 2 comportent un capteur angulaire supplémentaire, par exemple un potentiomètre ou un codeur miniature (non visible ici) , agencé au niveau de l'articulation d'axe Aç.
De préférence, comme illustré à la figure 16, la base
2 comporte un caisson comportant les plaques supérieure 1001 et inférieure 1002 qui sont reliées par des colonnettes 1003 dudit caisson. Les premiers axes A1 des premiers éléments mobiles des doigts robotiques 3 liés respectivement à l'index, au majeur et à l'annulaire de l'utilisateur sont ici normaux aux plaques 1001 et 1002 de la base 2.
Les premiers éléments 51 des doigts robotiques 3 liés à l'index, au majeur et à l'annulaire de l'utilisateur sont avantageusement agencés à l'intérieur de ce caisson qui protège ainsi ces premiers éléments et les moteurs de retour d'effort 57 que ces doigts robotiques 3 portent.
De façon préférée, les doigts robotiques 3 liés aux index, majeur et annulaire sont identiques dans leur fonctionnement mais peuvent présenter des formes et des dimensions pouvant varier en fonction de la taille du doigt de l'utilisateur associé au doigt robotique 3 et/ou pour des raisons d'intégration sur le gant 1.
Ainsi les premiers éléments 51 des doigts robotiques 3 liés à l'index, au majeur et à l'annulaire ont ici, comme illustré à la figure 16, des formes et des dimensions différentes pour que les moteurs de retour d'effort 57 puissent s'intégrer au mieux entre les plaques 1001 et 1002. Ici par exemple, le premier élément 51 du doigt robotique 3 lié au majeur est plus long que le premier élément 51 du doigt robotique lié à l'annulaire, ce qui permet de placer le moteur de retour d'effort 57 du doigt robotique 3 lié au majeur derrière le moteur de retour d'effort 57 du doigt robotique 3 lié à l'annulaire.
En outre, le premier élément 51 du doigt robotique 3 lié à l'index est conformé de sorte à être le symétrique du premier élément 51 du doigt robotique 3 lié à l'annulaire, ce qui permet de placer les moteurs de retour d'effort 57 des doigts robotiques 3 liés à l'index et au majeur de part et d'autre du premier élément 51 du doigt robotique 3 lié au majeur. Cette solution permet de rapprocher les axes A1 de ces doigts robotiques liés à l'index, à l'annulaire et au majeur. Ainsi, les axes A1 des doigts robotiques 3 liés aux index, majeur et annulaire sont ici avantageusement placés à une distance proche de celle séparant les axes d'abduction-adduction de l'index, du majeur et de l'annulaire de l'utilisateur, de sorte que les axes A1 de ces doigts robotiques 3 puissent être proches ou alignés avec les axes d'abduction-adduction des doigts de l'utilisateur lorsque le gant 1 est installé sur la main de l'utilisateur.
De plus ici, la base 2 comporte une embase 1005 fixée sur la plaque inférieure 1002 et destinée à venir au contact de la main lorsque le gant est fixé à celle-ci, par exemple à l'aide de sangles non représentées. Par ailleurs, la plaque supérieure 1001 est ici ajourée pour laisser passer les deuxièmes engrenages 59 à travers la plaque 1001. Ceci permet de minimiser la hauteur du caisson de la base 2 et donc l'encombrement du gant 1.
Comme déjà indiqué, de préférence, les éléments du doigt robotique 3 lié au pouce sont identiques aux éléments équivalents des doigts robotiques 3 liés aux autres doigts de l'utilisateur dans leur fonctionnement mais peuvent présenter des formes et des dimensions différentes de celles des autres doigts robotiques. De même, le dispositif de génération d'un retour haptique local 4 lié au pouce est identique, dans son fonctionnement, aux dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 liés aux autres doigts de l'utilisateur mais peut présenter des formes et des dimensions différentes de celles des autres dispositifs de génération d'un retour haptique local 4.
Le doigt robotique 3 lié au pouce comporte en outre des mobilités supplémentaires pour s'adapter aux mouvements d'opposition du pouce.
Les doigts robotiques d'un gant destiné à être utilisé par un adulte peuvent aussi présenter des dimensions plus importantes que les doigts robotiques d'un gant destiné à être utilisé par un enfant.
Le doigt robotique 3 lié au pouce est ici articulé sur la base 2 par l'intermédiaire d'une colonnette 1004 permettant de positionner avantageusement les axes A0 et A1 de ce doigt robotique 3 à proximité de l'articulation carpo-métacarpienne du pouce.
En alternative, comme illustré à la figure 17, les moteurs 57 de retour d'effort des doigts robotiques 3 sont fixés sur la base 2 et non sur les doigts robotiques 3, par exemple en étant rigidement liés à la plaque inférieure 1002.
Dans ce cas, pour les doigts robotiques liés à l'index, au majeur et à l'annulaire, les deuxièmes engrenages 59 et les premières poulies 60 sont montées mobiles en rotation directement sur la base 2. Les moyens d' actionnement comportent alors des poulies folles de renvoi 1006 montées mobiles en rotation par exemple autour des colonnettes 1003 reliant la plaque inférieure 1002 à la plaque supérieure 1001 (non représentée ici) pour transmettre les mouvements et les efforts entre les premières poulies 60 et les deuxièmes poulies 61 montées mobiles sur les éléments 51 qui sont ici de dimensions inférieures aux éléments 51 illustrés aux figures 12 à 16.
Pour le doigt robotique lié au pouce, le deuxième engrenage 59 et la première poulie 60 sont montées mobiles en rotation directement sur la base 2. Les moyens d' actionnement comportent alors des poulies folles de renvoi montées mobiles en rotation autour de la colonnette 1004 pour transmettre les mouvements et les efforts entre la première poulie 60 et la deuxième poulie 61 montée mobile sur l'élément 51 qui est ici de dimensions inférieures à l'élément 51 illustré à la figure 15.
En outre, sur la figure 17, les dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 sont ceux de la troisième variante illustrée aux figures 8 et 9. Ces dispositifs de génération d' un retour haptique local génèrent un rétour haptique local tangentiel à la pulpe du doigt et orienté suivant la normale au plan du doigt. Le retour d'effort est lui généré dans le plan du doigt. Le retour haptique local et le retour d'effort s'effectuent donc selon des directions différentes sans s'additionner.
En référence à la figure 18, le système de manipulation virtuelle ou à distance 500 comporte le gant 1 tel que précédemment décrit, des moyens de mesure 501 aptes à mesurer ici à tout instant la position et l'orientation de la base 2 dudit gant dans l'espace, un environnement 502 avec lequel l'utilisateur désire interagir et des moyens de contrôle 503 du gant 1 et de l'environnement 502. Les moyens de mesure 501 comportent par exemple ici une ou plusieurs cibles 510 agencées sur la base 2 et des moyens de suivi 511 de ces cibles 510 comprenant par exemple une caméra. Les cibles 510 sont ici passives. Elles sont avantageusement disposées tout autour de la base 2 du gant 1 (certaines ne sont pas visibles) pour qu'au moins un nombre suffisant d'entre elles soit visible par les moyens de suivi 511. La caméra peut être choisie pour fonctionner dans n'importe quelle bande du spectre lumineux. De préférence, la caméra est choisie pour fonctionner dans le domaine de la lumière visible ou dans l'infrarouge.
L'environnement 502 comporte par exemple un robot esclave opéré à distance ou encore une simulation notamment sur ordinateur avec laquelle l'utilisateur veut interagir, comme une simulation en réalité virtuelle, dans laquelle se trouve par exemple un avatar de l'utilisateur piloté à l'aide du gant.
Les moyens de contrôle 503 communiquent notamment avec les moyens de mesure 501, avec le gant 1 et avec l'environnement 502. Ils sont notamment configurés pour mesurer la configuration du gant, à savoir la position et l'orientation de la base 2 et des dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 dans l'espace. La position et l'orientation de ces derniers peuvent avantageusement être obtenues en combinant les informations fournies par les moyens de mesure 501 et par les capteurs 63, 64, 65 du gant 1. Les moyens de contrôle 503 sont également configurés pour gérer le retour d'effort généré par les moyens d' actionnement des quatre doigts robotiques 3 et pour gérer le retour haptique local généré par les dispositifs de génération d'un retour haptique local 4 des quatre doigts robotiques en fonction des interactions du robot esclave ou de l'avatar de l'utilisateur avec leur environnement qui leur est propre. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications .
En particulier, bien qu'ici le gant soit conformé pour être lié à la main droite de l'utilisateur, le gant pourra être conformé pour être lié à la main gauche de l'utilisateur. En outre, bien qu'ici le gant comporte quatre doigts, le gant pourra comporter un plus grand nombre ou un plus petit nombre de doigts. Un même gant pourra comporter des dispositifs de génération d'un retour haptique local identiques sur tous les doigts ou différents selon les doigts robotiques et non identiques. De même, un même gant pourra comporter des doigts robotiques différents.
En outre, bien qu'ici le gant soit directement porté par l'utilisateur, le gant pourra comporter une structure porteuse active ou une structure porteuse passive le soutenant. Dans ce cas, l'utilisateur pourra toujours déplacer librement ses doigts avec le gant sans que la structure porteuse ne gêne les mouvements de ses doigts et pourra toujours ressentir un retour d'effort et un retour haptique sur les doigts. En outre, si elle est active, la structure porteuse pourra également intervenir sur les mouvements des autres articulations de l'utilisateur comme celle de son coude ou de son poignet en bloquant ou en accompagnant ses mouvements par exemple au niveau de sa paume. Ainsi, l'utilisateur pourra ressentir un retour d'effort sur la paume de la main. Bien entendu, dans le cas où la structure porteuse à l'extrémité de laquelle le gant est fixé est passive, la structure porteuse ne pourra pas appliquer un retour d'effort sur la paume de l'utilisateur dont les mouvements de la paume ne pourront pas être accompagnés ou bloqués. Cependant, le gant pourra toujours appliquer un retour d' effort et un retour haptique local au bout des doigts de l'utilisateur.
Par ailleurs la structure porteuse, si elle est équipée de capteurs de position, pourra être utilisée pour mesurer la position et l'orientation de la base du robot, en complément ou en remplacement des moyens de mesure.
Bien entendu, les dispositifs de génération d'un retour haptique local pourront être différents de ce qui a été décrit précédemment. En particulier, au moins un des dispositifs de génération d'un retour haptique local pourra agir sur les côtés de la phalangette en lieu et place de la pulpe de la phalangette sans sortir du cadre de l'invention. Dans ce cas, ledit dispositif pourra par exemple comporter un plateau en forme en U qui agira des deux côtés du doigt et le déplacement du plateau sera alors de préférence normal à la peau située sur les côtés de la phalangette, donc normal au plan du doigt. Ainsi, le retour d'effort, qui sera généré dans le plan du doigt, et le retour haptique local seront toujours appliqués selon des directions différentes.
Bien entendu également, quels que soient les dispositifs de génération d'un retour haptique local associés, la base du gant pourra être différente de ce qui a été décrit. La base pourra ainsi avoir une autre forme que celle illustrée. La base du gant pourra ainsi être plus rectangulaire.
De même, quels que soient les dispositifs de génération d'un retour haptique local associés et quelle que soit la base associée, le doigt robotique pourra être différent de ce qui a été décrit. Ainsi, bien qu'ici le doigt robotique décrit en référence aux figures 12 à 16 soit configuré pour assurer un retour d'effort selon un degré de liberté, le doigt robotique pourra être configuré pour assurer un retour d'effort selon deux degrés de liberté, le doigt robotique étant bien entendu alors conformé pour que le retour haptique local et le retour d'effort soient générés dans des directions différentes et avantageusement perpendiculaires l'une à l'autre. En outre, bien qu'ici les doigts robotiques utilisent des paliers lisses pour les articulations entre les différents éléments, le dispositif de génération d'un retour haptique local et la base, d'autres moyens pourront être employés comme par exemple des roulements à billes ou encore des liaisons flexibles à grands débattements du type de l'articulation flexible telle que décrite dans la demande WO 2008 015 178 de la présente demanderesse ou encore telle que décrite dans la demande FR 2 984 204 de la présente demanderesse, ces deux demandes étant ici incorporées par référence. De même, si le doigt robotique comporte une structure en parallélogramme croisé, cette structure pourra être configurée autrement que ce qui a été indiqué. La figure 19 illustre ainsi une première variante du doigt robotique dans laquelle la structure en parallélogramme croisé €70 est réalisée à l'aide de câbles croisés, le troisième axe A3 et le quatrième axe A4 étant alors confondus et le cinquième axe A5 et le sixième axe A6 étant alors confondus. Gomme illustré à la figure 19, et de façon indépendante à la manière dont la structure en parallélogramme croisée est réalisée, le premier élément pourra également comporter deux corps 651a, 651b mobiles entre eux le long d'un axe B de telle sorte que la structure du doigt robotique 3 puisse se rapprocher du poignet de l'utilisateur lorsque l'utilisateur tend le doigt, certains des éléments du doigt robotique 3 pouvant alors s'étendre au-dessus de la paume de l'utilisateur, et que la structure du doigt robotique 3 puisse s'éloigner du poignet de l'utilisateur lorsque l'utilisateur plie le doigt, certains des éléments du doigt robotique 3 pouvant alors avancer au-dessus du doigt. Ceci permettra d'avoir un doigt robotique encore plus compact. En variante, le doigt robotique pourra être configuré de sorte à comporter une structure en parallélogramme en place d'une structure en parallélogramme inversé. La figure 20 illustre ainsi une deuxième variante du doigt robotique dans laquelle le doigt robotique comporte une structure à parallélogramme déformable munie de deux moteurs assurant un retour d'effort selon deux degrés de liberté dans le plan du doigt robotique, plan avantageusement proche ou confondu avec le plan du doigt de l'utilisateur lié au doigt robotique si le doigt robotique est correctement positionné par rapport au doigt de l'utilisateur, et un dispositif de génération d'un retour haptique local à un degré de liberté assurant un retour haptique local tangentiel à la pulpe du doigt et normal au plan du doigt, le dispositif de génération d'un retour haptique local étant articulé sur la structure à parallélogramme déformable par une liaison rotule passive laissant toute liberté de mouvement au doigt de 1' utilisateur.
Par ailleurs, comme illustré à la figure 17, le ou les moteurs de retour d'effort pourront être fixés à la base en place du doigt robotique associé. Le ou les moteurs de retour d'effort pourront être couplés au doigt robotique associé par exemple par des transmissions à câbles.
Bien entendu, tout ou partie des moteurs des dispositifs de génération d'un retour haptique local pourront également être fixés à un élément du doigt robotique ou à la base, leur mouvement étant transmis aux autres éléments des dispositifs de génération d'un retour haptique local par exemple par des transmissions à câbles et gaines flexibles.
Dans le cas de l'Utilisation d'une structure porteuse, tout ou partie des moteurs de retour d'effort et/ou tout ou partie des moteurs des dispositifs de génération d'un retour haptique local pourront encore être portés par n'importe quel corps de la structure porteuse. Tout ou partie des moteurs de retour d'effort et/ou tout ou partie des moteurs des dispositifs de génération d'un retour haptique local pourront aussi être disposés dans un ou plusieurs blocs moteurs portés par l'utilisateur ou encore être fixes, les efforts étant transmis aux doigts robotiques et aux autres éléments des dispositifs de génération d'un retour haptique local associés par exemple par des transmissions à câbles et gaines flexibles.
Bien entendu, toute autre combinaison entre les différentes structures de doigts robotiques et les différents dispositifs de retour haptique local est possible, sous réserve que l'une au moins des directions selon laquelle le retour haptique local est généré soit différente de l'une au moins des directions selon laquelle le retour d'effort est généré. Ainsi, la structure de doigt robotique de la figure 20 pourra par exemple être associée au dispositif de génération d'un retour haptique local des figures 4 à 6 ou au dispositif de génération d'un retour haptique local de la figure 7 sans sortir du cadre de l'invention, les moteurs étant alors aptes à générer un retour haptique normal au plan du doigt robotique dans lequel le retour d'effort est appliqué.
En outre, quelle que soit la configuration du gant, les moyens de mesure de la configuration du gant dans l'espace pourront être différents de ceux décrits. En particulier, les moyens de mesure pourront être configurés pour suivre à la fois les mouvements de la base du gant et à la fois les mouvements des doigts robotiques et/ou des dispositifs de génération d'un retour haptique local du gant en complément ou en place des propres moyens de mesure du gant. Les moyens de mesure pourront aussi comporter une ou plusieurs caméras. En outre, ils pourront mesurer la configuration du gant sans avoir recours à des cibles. Le gant et en particulier la base et/ou les doigts robotiques et/ou les dispositifs de génération d'un retour haptique local pourront dans ce cas être usinés de manière à comporter des arêtes vives plus facilement visibles et utilisables par les algorithmes de traitement d'image que les formes arrondies. Les moyens de mesure de la configuration du gant pourront en outre comporter un ou plusieurs moyens d'illumination associés à l'une, plusieurs ou la totalité des caméras afin d'éclairer les cibles et/ou de renforcer le contraste de l'image acquise par la ou les caméras. Ce ou ces moyens d'illumination pourront être distincts de la ou des caméras ou être intégrés autour de l'objectif de la ou des caméras. En complément ou en remplacement, le système de manipulation virtuelle ou à distance selon l'invention pourra avantageusement comporter un dispositif d' illumination du gant par une lumière structurée pour faciliter les mesures. Lorsque les moyens de mesure de la configuration du gant comportent des cibles qui sont passives, les cibles pourront de préférence être rétro-réfléchissantes dans le spectre du dispositif d'illumination et/ou des moyens d'illumination. Bien qu'ici les cibles utilisées soient passives, les cibles pourront encore être actives de sorte à assurer leur propre éclairage. De telles cibles actives pourront être pilotées pour envoyer chacune un signal spécifique, par exemple à une fréquence donnée, de manière à faciliter leur repérage et leur distinction des autres cibles. Dans le cas où on utilisera des cibles actives, le gant pourra comporter une ou des batteries et/ou piles nécessaires à l'alimentation électrique des cibles. Bien qu'ici les moyens de mesure de la configuration du gant décrits soient des moyens de mesure externes, lesdits moyens de mesure pourront être internes : les cibles seront alors agencées dans l'environnement du gant et les moyens de suivi de ces cibles seront portés par le gant.
D'une manière générale, les moyens de mesure de la configuration du gant pourront comporter tout système de mesure sans contact connu comme par exemple et de manière non exhaustive : des systèmes de capture de mouvement (« motion capture ») avec ou sans cibles comme le dispositif « ART Track », des capteurs électromagnétiques ou ultrasoniques comme les capteurs « Polhemus », des traceurs laser comme les traceurs « Leica Eye Tracker », des caméras temps de vol, les systèmes de capture de mouvement de type « Kinect » ou le dispositif « Leap Motion » ...
Pour l'ensemble de la demande, les moteurs, capteurs et réducteurs cités pourront être de tout type adapté.
Les moteurs pourront ainsi être avantageusement et manière non exhaustive des moteurs électriques à courant continu à rotor sans fer, des moteurs sans balais, des moteurs à courant continu classiques ... En place des moteurs, on pourra employer d'autres actionneurs tels que des alliages à mémoire de forme, des polymères électroactifs, des actionneurs piézoélectriques, des actionneurs pneumatiques ou encore hydrauliques. On pourra aussi utiliser sur un ou plusieurs axes de rotation du doigt robotique des moyens de freinage à la place de moteurs ou d' actionneurs . Ces moyens de freinage pourront comporter des freins à disques, des freins à poudre ou des freins à fluides magnéto-rhéologiques ou électro-rhéologiques. On pourra encore utiliser des actionneurs hybrides associant un actionneur et des moyens de freinage de tout type présenté précédemment. On pourra également utiliser sur un ou plusieurs axes de rotation du doigt robotique et/ou du dispositif de génération d'un retour haptique local des dispositifs d' actionnement antagonistes et/ou des dispositifs 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 déformation (de type réducteur « Harmonie Drive ») ou des réducteurs à vis à billes ou toute combinaison de ces éléments. Dans le cas de l'utilisation de cabestans, il sera avantageux d'usiner un profil en hélice sur les poulies et de prévoir des systèmes de guidage et de tension des câbles. On pourra encore sur certains axes de rotation du doigt robotique et/ou du dispositif de génération d'un retour haptique local 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 sur les axes de rotation du doigt robotique avec retour d'effort, ou pourra avantageusement utiliser au niveau des moteurs, au niveau des articulations du doigt robotique ou au niveau de sa base ou de ses éléments d'extrémité des capteurs d'effort dont les signaux seront utilisés pour compenser ces défauts et rendre réversible le doigt robotique.
Les capteurs 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 pourront être absolus (multi-tours) ou relatifs. Ils pourront être intégrés sur les moteurs. Tout ou partie d'entre eux pourront également être placés sur les articulations du doigt robotique et/ou du dispositif de génération d'un retour haptique local. On pourra encore avoir sur un ou plusieurs axes de rotation du doigt robotique et/ou du dispositif de génération d'un retour haptique local des capteurs à la fois sur les moteurs et sur les articulations. De manière générale, les liaisons cinématiques du gant pourront être réalisées par des paliers simples, des roulements à billes, des paliers lisses, des paliers magnétiques, des articulations flexibles telles que celles décrites dans la demande WO 2008 015 178 de la présente demanderesse incorporée ici par référence, des cols minces ou toute autre solution connue.
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.
Bien qu' ici les moyens de déplacement du plateau soient commandés en position, les moyens de déplacement du plateau pourront être commandés en effort.

Claims

REVENDICATIONS
1. Gant (1) pour la manipulation virtuelle ou à distance qui comporte :
- une base (2) ,
- au moins un doigt robotique (3) destiné à être lié à l'un des doigts de l'utilisateur et comportant une pluralité d'éléments (1051 ; 51 ; 52 ; 53 ; 54 ; 55 ; 56) articulés les uns aux autres dont un premier élément d'extrémité (51 ; 1051) monté mobile sur la base et un deuxième élément d'extrémité (56), le doigt robotique comprenant des moyens d' actionnement d'au moins l'un des éléments du doigt robotique, ces moyens d'actionnement étant aptes à générer un retour d'effort destiné à être appliqué sur la phalangette de l'utilisateur selon au moins une direction, et
- au moins un dispositif de génération d'un retour haptique local agencé au moins en partie au niveau du deuxième élément d' extrémité du doigt robotique et destiné à être en contact avec la phalangette de l'utilisateur, le dispositif de génération d'un retour haptique local étant agencé pour générer un retour haptique local destiné à être appliqué à la phalangette selon au moins une direction, l'une au moins des directions selon laquelle le retour haptique local est généré étant différente de l'une au moins des directions selon laquelle le retour d'effort est généré.
2. Gant selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local est conformé de façon à être destiné à être en contact avec la pulpe de la phalangette de l'utilisateur, le dispositif de génération d'un retour haptique local étant agencé pour générer un retour haptique local destiné à être appliqué à la pulpe de la phalangette.
3. Gant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le doigt robotique (3) est configuré pour présenter au moins autant de degrés de liberté que le doigt de l'utilisateur auquel il est destiné à être lié.
4. Gant selon la revendication 1 à 3, dans lequel les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local (4 ; 104 ; 204 ; 304 ; 404) sont agencés de sorte qu'au moins l'une des directions selon laquelle le retour haptique local est généré est perpendiculaire à l'une au moins des directions selon laquelle le retour d'effort est généré.
5. Gant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local (4 ; 104 ; 204 ; 304 ; 404) sont agencés de sorte que, lorsque le doigt de l'utilisateur est solidarisé au dispositif de génération d'un retour haptique local, le retour haptique local est généré tangentiellement à la pulpe du doigt et le retour d'effort est généré au moins suivant la normale à la pulpe du doigt.
6. Gant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens d' actionnement et le dispositif de génération d'un retour haptique local (4 ; 104 ; 204 ; 304 ; 404) sont agencés de sorte que les directions selon lesquelles est généré le retour d'effort sont toutes différentes des directions selon lesquelles est généré le retour haptique local.
7. Gant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d' actionnement sont agencés pour générer un retour d'effort sur un seul degré de liberté du doigt robotique (3) .
8. Gant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local {4 ; 304 ; 404) est agencé pour générer un retour haptique local selon une seule direction relativement à la pulpe du doigt destiné à être associé audit dispositif de génération d'un retour haptique local.
9. Gant selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local (104 ; 204) est agencé pour générer un retour haptique local selon deux directions relativement à la pulpe du doigt destiné à être associé audit dispositif de génération d'un retour haptique local.
10. Gant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local (4 ; 104 ; 204 ; 304 ; 404) comporte une coque (10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410) comprenant une zone d'accueil (11 ; 111 ; 211 ; 311 ; 411) destinée à recevoir une phalangette de l'utilisateur, la zone d'accueil étant conformée en un réceptacle creux ayant une forme correspondante à celle de la pulpe du doigt de l'utilisateur.
11. Gant selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 10, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local (4) comporte une coque (10) comprenant une zone d'accueil (11) destinée à recevoir une phalangette de l'utilisateur, le dispositif comportant en outre un plateau (13) monté mobile par rapport à la coque et agencé au niveau de la zone d'accueil, le plateau étant conformé en un anneau et agencé de sorte qu'un axe du plateau soit parallèle à l'axe de la phalangette du doigt de l'utilisateur destiné à être associé audit dispositif de génération d'un retour haptique local.
12. Gant selon la revendication 11, dans lequel le plateau (13) est conformé de sorte à avoir un diamètre supérieur à celui du doigt de l'utilisateur destiné à être associé audit dispositif de génération d'un retour haptique local (4) .
13. Gant selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif de génération d'un retour haptique local (104 ; 204 ; 304 ; 404) comporte une coque (110 ; 210 ; 310 ; 410) comprenant une zone d'accueil (111 ; 211 ; 311 ; 411) destinée à recevoir la phalangette de l'utilisateur, le dispositif comportant en outre un plateau (113 ; 213 ; 313 ; 413) monté mobile par rapport à la coque et agencé au niveau de la zone d'accueil, le plateau étant agencé sous la zone d'accueil qui comporte un trou permettant d'accéder au plateau.
14. Gant selon la revendication 13, dans lequel le plateau (313 ; 413) comporte une partie saillante (350 ; 450) du reste du plateau et qui est la partie du plateau destinée à venir en contact avec le doigt de l'utilisateur.
15. Gant selon la revendication 14, dans lequel la partie saillante (350) s'étend à travers le trou de la zone d' accueil.
16. Gant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une portion du doigt robotique (3) est agencée à l'intérieur de la base (2).
17. Gant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la base (2) comporte des moyens dé solidarisation de la base à la paume de l'utilisateur.
18. Système de manipulation virtuelle ou à distance
(500) comportant un gant (1) selon l'une des revendications précédentes, des moyens de mesure (501) de la position et de l'orientation de la base (2) dudit gant dans l'espace, un environnement (502) avec lequel l'utilisateur est destiné à interagir et des moyens de contrôle (503) du gant (1) et de l'environnement (502).
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