WO2018109355A1 - Procede et dispositif de detection d'une intrusion dans l'environnement d'un robot - Google Patents

Procede et dispositif de detection d'une intrusion dans l'environnement d'un robot Download PDF

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WO2018109355A1
WO2018109355A1 PCT/FR2017/053510 FR2017053510W WO2018109355A1 WO 2018109355 A1 WO2018109355 A1 WO 2018109355A1 FR 2017053510 W FR2017053510 W FR 2017053510W WO 2018109355 A1 WO2018109355 A1 WO 2018109355A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
distance
laser
target
incident
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/053510
Other languages
English (en)
Inventor
David MARQUEZ-GAMEZ
Philip LONG
Original Assignee
Irt Jules Verne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Irt Jules Verne filed Critical Irt Jules Verne
Priority to EP17822402.8A priority Critical patent/EP3551397A1/fr
Publication of WO2018109355A1 publication Critical patent/WO2018109355A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • F16P3/14—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F16P3/144—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using light grids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices

Definitions

  • the invention relates to a method and a device adapted to a robot for detecting an intrusion into the environment of the robot.
  • the invention is more particularly, but not exclusively, intended for a robot, or "cobot", operating in a congested medium in which other robots or human operators intervene, in particular in the field of structural assembly, installation of systems or handling in the automotive, aeronautical or naval industries.
  • a robot capable of cooperating with an operator, machine or human is commonly referred to as a "cobot".
  • cobots In the context of an automated production system, several cobots are likely to intervene jointly with human operators, or in the immediate vicinity of said operators.
  • the intervention of an operator, in particular a human operator, in the vicinity of a robot is a complex situation given the danger represented by the moving robot, which is programmed to perform specific tasks, but must also ensure the safety of the operator who enters his workspace, as well as his own safety.
  • the problem is similar for coordinating multiple robots whose workspaces include common volumes, to avoid collisions.
  • a robot capable of working in co-activity comprises several safety devices, used alone or in combination.
  • a cobot is equipped with sensors capable of recognizing its environment and is provided with a program enabling it to decide on the possible actions as a function of this environment.
  • this environment is recognized, on the one hand, from a map of the place of intervention, recorded in the programming means of the robot, and on the other hand, by means of location, by example beacons, which allow the robot to know its position in said map and finally by sensors carried by the robot itself or in the immediate vicinity thereof, which sensors provide him with a concentric image of his environment.
  • perception volume The work volume perceived by the robot and in which this robot is able to evolve safely, both for itself and vis-à-vis other operators, humans or robots. Said perception volume completely or partially encompasses the robot and makes it possible to detect an intrusion into the environment of the robot, that is to say the presence in this environment of an unusual object or more generally not intended.
  • the means for detecting an intrusion into the perception space of the robot means based according to the prior art on fixed sensors and sensors embedded by the robot, and informing it of its concentric working environment, do not allow to obtain a global vision of a changing environment. Consequently, there are zones, called shadow zones, in which the fixed sensors where the onboard sensors of the robot do not make it possible to apprehend the environment and thus an intrusion in this environment. These shadows reduce the volume of perception of the robot and consequently its useful volume of work.
  • the cobot comprises means for detecting a collision, that is to say a direct, unplanned contact with one of its members.
  • These means are, for example, force sensors on its various axes. Such detection causes a safety stop of the robot when the force measured on one of these sensors exceeds a threshold value. Once in safe stop, the robot must be reset to resume normal operation.
  • the robot evolves according to a so-called security speed.
  • This safety speed is sufficiently reduced to both allow a possible operator to easily anticipate the movements of the robot and thus avoid the collision, and on the other hand, not to hurt the operator if ever such a collision happened despite everything.
  • US 2014/0238153 discloses a sensor, similar to an artificial skin, formed on the basis of a hyperelastic polymer inserting a conductive liquid and covering a robotic actuator, thereby allowing said robot to detect low pressure contacts on said skin.
  • This device makes it possible to have a contact sensor covering all the members of the robot, and to decouple the detection of a collision of the forces produced by the axis motors.
  • the documents US4694231, JP2004034251 or CN202572408 describe other examples of artificial skin covering all or part of the robot and able to detect contacts on said skin.
  • the invention aims to solve the disadvantages of the prior art and for this purpose concerns a device adapted to be fixed on a mobile member of a robot or a manipulator and intended for the protection of said mobile member, by the detection of an intrusion into the environment of said device according to the invention, and consequently in the environment of said robot or manipulator, the device comprising:
  • a laser source generating an incident laser beam, spaced from said movable member and extending substantially parallel to said movable member;
  • a sensor on the path of said incident beam capable of delivering information according to its illumination by a laser beam.
  • any intrusion into the environment of the robot interfering with the laser beam is detected by the sensor before the intrusive object is in contact with the moving member.
  • Said laser beam follows the moving member in its evolutions and therefore this detection device does not include a shadow zone.
  • the sensor is positioned in the path of a reflected beam of said incident beam.
  • the device of the invention comprises a plurality of laser sources and a plurality of sensors, the assembly being configured to surround all or part of said mobile member.
  • the series of elementary devices creates a real virtual skin around the part of the member, to detect any intrusion on said part before a collision.
  • the device according to the invention is intended to equip a robot or a manipulator comprising at least two mobile members with respect to each other, the laser source being adapted to be connected to a first mobile member, and the device comprises a flexible optical conduit intended to be positioned between each mobile member, which flexible conduit is able to extend between two mobile members and capable of redirecting the laser beam from one member to another during their relative movements.
  • a single elementary device, associated with optical conduits can protect all members of a robot, including polyarticulate.
  • the device which is the subject of the invention comprises:
  • a target whether materialized by a particular optical device or by the surface of an object, makes it possible, in cooperation with the sensor, to generate information relating to the incident beam continuity between the source and the object. target.
  • the senor measures the distance between the target and the laser source.
  • This embodiment makes it possible, among other things, to detect a potential collision beyond the members of the robot, it also makes it possible to implement different behaviors as a function of the distance actually measured and consequently of the nature of the potential collision.
  • This embodiment also makes it possible to detect other types of abnormal operation, without the laser beam being interrupted by a intrusive object, such as a high vibration level or an abnormal configuration of the component carrying the target.
  • the distance is measured by reflection on the target.
  • the target is a surface located at a defined distance from the laser source and illuminated by said source.
  • the target is not necessarily permanently materialized and, according to one example, is constituted by a surface of the intrusive object itself.
  • the target is a photoelectric detector.
  • the target and the sensor are the same elements.
  • This variant embodiment is the simplest of implementation and detects in practice any interruption of the incident laser beam.
  • the device comprises two photoelectric detectors, a divider at the output of the laser source, and a frequency generator for modulating the power of the laser beam, one of the photoelectric detectors being illuminated. by the part of the beam thus divided.
  • This embodiment makes it possible to detect a simple cut of the laser beam, but also by phase difference between the signals received on the two photoelectric detectors to measure the relative distance between said photoelectric detectors, without the need to capture the reflected beam.
  • the laser beam is a substantially plane laser curtain whose width covers all or part of the width of the member.
  • This embodiment makes it possible to cover a large area around the robot or manipulator member with a reduced number of laser sources.
  • the optical conduit located between two of the members of a robot or a manipulator comprises an optical fiber helically wound in said conduit.
  • This embodiment allows the optical path to follow significant links between the limbs without risk of degradation of the optical fiber.
  • the invention also relates to a method for detecting an intrusion into the environment of a robot or a manipulator implementing a device able to measure the distance between the target and the laser source, which method comprises the steps consists in :
  • step iv. if the distance measured in step iii) is outside the tolerance acquired in step ii), place the robot or the manipulator in safety operation.
  • the nominal distance obtained in step i) or the tolerance obtained in step ii) comprise an infinite distance. This embodiment makes it possible to detect an intrusion into an extended area of the robot environment in which no object is supposed to be in nominal operating conditions.
  • the values obtained during steps i) and ii) are updated according to the operation performed by the robot or the manipulator.
  • the method which is the subject of the invention comprises a step consisting of:
  • step ii) being a function of the speed of variation of the distance measured in step v).
  • the invention also relates to a robot or a manipulator which robot or the manipulator comprises at least two movable members with respect to the other, and a device as described previously in the context of the present invention, the laser source being linked to a first mobile member, and the device comprises between each mobile member a flexible optical conduit, and the robot and the device being such that each flexible conduit that extends between two members is adapted to redirect the laser beam from one member to another during their relative movements.
  • a single elementary device, associated with optical conduits can protect all members of a robot, including polyarticulate. With such a robot, or cobot, the intrusion is detected before the intrusive object has reached the structure of the robot.
  • the robot or manipulator according to the invention advantageously comprises several protection devices, each device being produced according to any one of the preceding embodiments.
  • the laser beams of the plurality of devices protecting the robot are arranged in layers in a direction substantially perpendicular to the members of said robot or manipulator.
  • FIG 1 is a schematic side view of a polyarticulate robot implementing several embodiments of the device object of the invention
  • FIG. 2 shows, according to a schematic side view, a polyarticulated robot implementing other embodiments of the device that is the subject of the invention
  • FIG. 3 is a diagrammatic sectional view of an exemplary embodiment of an optical conduit between two articulated members of a robot implementing the device that is the subject of the invention
  • FIG. 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the method that is the subject of the invention.
  • the device of the invention is applied to a robot (100) polyarticulate, in the form of a manipulator arm anthropomorphic, comprising a plurality of members (01, 102, 03) articulated together in a series architecture, without this configuration example is limiting.
  • Said robot is for example placed on a base (105) pivoting, said base being, according to exemplary embodiments, linked to a fixed inking or comprises means for moving the robot such as wheels or caterpillars.
  • the robot comprises at the end of the articulated arm an effector (104), which effector is, for example, a gripper, a rivet clamp, a welding torch, a machining device, a gluing gun, a means of marking or measurement, or a combination of these means without these examples being limiting.
  • the device according to the invention comprises one or more laser sources (1 10) connected to the base (105) and each emitting an incident laser beam (121, 122) substantially parallel to the first member (101) bound at the base (105) of the robot.
  • said sources consist of laser diodes with a power of between 0.5 mW and 5 mW.
  • the laser sources are not directly linked to the robot, and an optical device, for example an optical fiber, makes it possible to route the incident beam to the robot.
  • the incident laser beam (121, 122) when each link (106, 107) passes between two members, the incident laser beam (121, 122) is reoriented by optical ducts having a certain flexibility so as to follow the deflections of said links.
  • the incident laser beams (121, 122) generated by the sources (1 10) extend substantially parallel to the members (101, 102, 103) over all or part of the length of the robot.
  • the incident laser beams terminate at their ends on targets (140).
  • the device of the invention comprises a single laser source, which is divided into several beams by a suitable optical device, so as to generate several laser beams surrounding the robot member.
  • a computing device (190) including a program for intrusion processing, communicates with the control bay (191) of the robot, controls the emission conditions of the laser sources (110) and retrieves information from the sensors illuminated by the laser beams.
  • the targets (140) are photoelectric detectors and deliver an electrical signal when illuminated by a laser beam (121, 122).
  • the target (140) is no longer illuminated, and no longer delivers this electrical signal, even before the intrusive object has reached a member of the robot.
  • Detecting the loss of the signal emitted by one of the targets (140) triggers a procedure to place the robot in a security configuration.
  • said security configuration corresponds to an emergency stop with the need to reset the robot, or more simply to stop the robot in its position in a gravity compensation situation, or the robot switches to reduced speed. , without these examples being limiting.
  • the intrusion is detected before the intrusive object has reached the structure of the robot, so it is not a collision in the strict sense but a potential collision which is treated by appropriate measures.
  • the plurality of laser beams extending around the members of the robot constitutes a kind of "virtual skin".
  • the position of the intrusion is detected by the interruption of one or more beams and the setting security configuration comprises a movement order, preferably at a reduced speed robot, which movement tends to move the robot away from the potential contact.
  • each member (101, 102, 103) comprises a plurality of laser sources and a plurality of targets linked to said member.
  • the optical conduits are not necessary.
  • the device according to the invention comprises, on the path of the one (122), incident laser beams surrounding the members of the robot, a divider (150) orienting a portion (23) of said beam towards a photoelectric detector (141).
  • a divider 150
  • the time required for the light generated in said beam to reach the two targets (141, 140) it lights is different, depending on the length of the optical path leading to each of these targets.
  • by modulating the power of the laser generated by the source for example according to a sinusoidal function, this difference in optical path length results in a phase shift of the signals recovered on each of the detectors (140, 141). photoelectric illuminated by said beam (122) power modulated.
  • the corresponding laser source (110) is equipped with a frequency generator able to modulate its transmission power.
  • the modulation frequency is between 100 kHz and 10 MHz, adapted to the length of the optical paths in the presence and the targeted type of detection.
  • the length of the optical path to the target (141) illuminated by the divided portion (123) of the beam being known, as well as the speed of light, the measurement of this phase shift makes it possible to determine the distance between the laser source ( 110) and the target (140) at the end of the laser beam (122).
  • any interruption of the laser beam (122) by an intrusive object is detected by the interruption of the illumination of the target (140), but also, the measurement of the distance of said target relative to the Laser source offers other control possibilities.
  • the distance between the laser source (1 0) and the target (140) illuminated by the end of the laser beam (122) is a function of the type of effector (104) used, within a defined tolerance.
  • This distance value is for example defined in the robot command and control program, depending on the effector used for the task to be performed. If the distance actually measured does not correspond to the indicated value, that is to say that the measured value is out of tolerance, then it is possible that the effector installed on the robot does not correspond to the effector provided for in the control program, or even the installation of the effector on the robot is defective, potentially generating situations of collisions, so that the robot is placed in security configuration by generating, for example, an alert.
  • This same device also makes it possible to measure the amplitude, the speed or the vibration acceleration of the effector (104) on which is disposed the target (140) illuminated by the end of the beam (122) previously divided.
  • the intensity of vibration of the effector exceeds an authorized value, corresponding for example to a machining using a tool worn or a defect of support of the part machined by the robot, then the operation is stopped, the robot is put in security configuration and an alarm is generated.
  • each robot member is individually equipped with the device described above and comprises for this purpose a laser source, a divider, a photoelectric detector illuminated by the divided beam and another photoelectric detector illuminated by the laser beam at the end of the member opposite to the laser source.
  • the optical conduits are not necessary.
  • the laser source (210) comprises a sensor type photoelectric detector.
  • the photoelectric detector is capable of being illuminated by a reflected beam (223, 224) of the incident beam.
  • this device uses a target (240) which has no sensor and is constituted by a reflective patch, or simply by the surface of the end of the member (104) if the latter is sufficiently reflective.
  • the laser source (210) emits laser pulses of a definite duration, which propagate along an incident beam (221) to the target (240) via the optical conduits (230) according to the embodiment.
  • the incident beam (221) is reflected on the target (240) into a reflected beam (223) which propagates, where appropriate, through the optical paths (230) to the laser source sensor.
  • the time separating the emission of the incident beam (221) from the reception of the reflected beam makes it possible to measure the distance of the optical path traveled, proportional to the distance separating the source (210) from the the target (240).
  • the introduction of an intrusive object intersecting the incident beam (221) or the reflected beam (223) produces an anomaly in the measurement of this distance and thus makes it possible to detect a collision risk and then act accordingly.
  • This embodiment has the same advantages as that integrating a divider, by making it possible to measure the distance of the target (240), or its vibration conditions, and to compare these measurements with nominal data with a tolerance corresponding to the operating conditions.
  • the robot does not include a specific target and the incident beam (222) points in a vacuum.
  • the target is then constituted by the surface of an object (200) outside the robot.
  • the incident beam (222) points in front of the effector (104) of the robot and the said incident beam is reflected on the surface of an object (200) lying in the direction pointing said incident beam.
  • the measurement of the flight time of the laser pulse between the incident beam (222) and the reflected beam (224) by the surface of the object (200) makes it possible to determine the distance of said object relative to the robot.
  • the tolerance relative to the distance measured by this device comprises an infinite distance, the infinite being here defined as the maximum distance measurable by reflection on an object (200) outside the robot.
  • the incident laser beam (222) points in a vacuum under nominal operating conditions and the device according to the invention detects any intrusion intersecting said laser beam (222) and producing a reflected beam (224) in the measuring limits of the device.
  • an infinite distance measurement indicates the absence of an object in the space covered by the incident beam and the measurement of a particular distance indicates the presence of an object likely to collide with the robot.
  • the behavior of the robot in presence of such detection is a function of the distance measured.
  • each robot member is individually equipped with the device described above and comprises for this purpose a laser source comprising a photoelectric sensor and a reflecting target, or a laser pointing to an area outside the robot in which is likely to be an object having a surface adapted to reflect the incident beam.
  • the optical conduits are not necessary.
  • the robot equipped with the device object of the invention itself carries its protection system, and protection of its environment.
  • the laser beams in each protective layer do not extend exactly parallel to the members but are organized so as to produce a mesh.
  • the laser beams in all or some of the protective layers are curtain-type beams, extending in a plane or in a defined shape, this effect being obtained, for example, by means of an optical device. appropriate.
  • the optical conduit (130) comprises a flexible protective sleeve (331), for example cylindrical, supporting at each of its ends an optical device (333, 334), and comprises inside said sleeve (331) and between said optical devices, one or a plurality of optical fibers (335) providing continuity of the light path in said conduit.
  • Bearings (341, 342) make it possible to fix each of the ends of said sleeve (341) to each of the members of the robot or manipulator between which it extends.
  • said optical fiber or fibers are wound in the helical sleeve so as to facilitate their monitoring of the deformation of said sleeve without exceeding the minimum allowed radius of curvature for said fibers.
  • the optical devices (333, 334) make it possible to focus the incident and outgoing laser beams, to direct them in the optical fiber (s), or to the next conduit or target.
  • the optical conduit comprises several optical devices corresponding to each of the layers and / or to each of the optical fibers carrying a laser beam.
  • the optical devices for collecting the incident beam at the entrance of said duct are of the semi-reflective type and produce a reflection directed, for example, towards the sensor integrated in the laser source.
  • said optical devices constitute targets at the passage of each member and allow measurement of the distance traveled by the laser beam along the optical path separating the members or, more simply, to detect an intrusion along one of the members by the absence of beam illuminating the sensor due to the cutting of the incident beam or the reflected beam on said optical device, although the incident beam is pointing into the vacuum at the end of the robot.
  • FIG. 4 according to an exemplary embodiment of the method which is the subject of the invention, adapted to an embodiment of the robot, comprising a device able to measure the distance between the laser source and a target on the path of the laser beam, during a first acquisition step (410), a setpoint (415) relative to the potential distance of the target is defined. During a second acquisition step (420) a tolerance (425) relative to said set point is obtained.
  • This information is found for example in the memory means of the computer device driving the device object of the invention or is generated by a program implemented by this computing device during a step (430) of definition.
  • both the setpoint and the tolerance are updated according to the nature of the tasks performed by the robot, in particular according to the corresponding environment or the speed of movement of the robot during the tasks it performs. .
  • the distance (445) between the potential target and the laser source of the device according to the invention is measured by said device.
  • the value measured during the measurement step (440) is compared with the nominal values of distance (415) and tolerance (425). If (451) the measured value (445) enters the tolerance, the robot normally continues the execution (490) of its task.
  • the information (445) resulting from the measurement step (440) comprises data relating not only to the measured distance parameter, but also to other information such as the laser beam on which this information is measured when the robot is protected by a plurality of laser beams.
  • all the information (445) resulting from the measurements made is stored in a file (475) which is analyzed (470) by an expert system, this analysis being used to define the behavior of the robot during the process (460) of setting in safety operation.
  • the setpoint and the tolerance relate to a vibration intensity of the target.
  • the setpoint (415) or the tolerance (425) on this setpoint comprise an infinite value. That is to say a measuring distance beyond the measuring capacity of the device object of the invention.
  • the programmed task of the robot is continued as long as no reflection of the laser beam on a target or an object is detected. In other words, under nominal operating conditions, the laser beam considered point in the void. The presence of a reflection indicates the intrusion of an object into the space thus monitored and triggers the security operation.
  • the various embodiments of the method that is the subject of the invention are implemented simultaneously on different laser beams protecting the same robot.
  • the device and the method which are the subject of the invention implemented according to their different embodiments make it possible to define a virtual skin, constituted by laser beams, making it possible to detect any intrusion into the space of a robot, without a zone. of shadow, and this before a physical collision occurs between said robot and said intrusion.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif pour la protection d'un membre mobile d'un robot ou d'un manipulateur, par la détection d'une intrusion dans l'environnement dudit robot ou manipulateur, comprenant : a. une source laser (210) générant un faisceau laser incident (221, 222), écarté dudit membre mobile et s'étendant sensiblement parallèlement audit membre mobile; b. un capteur sur le trajet dudit faisceau incident (221, 222) ou d'un faisceau réfléchi (223, 224) dudit faisceau incident, apte à délivrer une information en fonction de son éclairage par un faisceau laser. L'invention concerne également un procédé pour la mise en œuvre d'un tel dispositif et un robot, notamment polyarticulé, protégé par un tel dispositif.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION D'UNE INTRUSION DANS L'ENVIRONNEMENT
D'UN ROBOT
L'invention concerne procédé et un dispositif, adaptés à un robot pour la détection d'une intrusion dans l'environnement du robot. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, destinée à un robot, ou « cobot », évoluant dans un milieu encombré dans lequel interviennent d'autres robots ou des opérateurs humains, notamment dans le domaine de d'assemblage structurel, de l'installation de systèmes ou de la manutention dans les industries automobiles, aéronautiques ou navales.
Un robot apte à coopérer avec un opérateur, machine ou humain, est couramment désigné sous le terme de « cobot ». Dans le cadre d'un système de production automatisée, plusieurs cobots sont susceptibles d'intervenir conjointement avec des opérateurs humains, ou à proximité immédiate desdits opérateurs.
Selon l'art antérieur, l'intervention d'un opérateur, notamment un opérateur humain, au voisinage d'un robot est une situation complexe compte tenu du danger représenté par le robot en mouvement, lequel est programmé pour réaliser des tâches spécifiques, mais doit de plus, assurer la sécurité de l'opérateur qui entrerait dans son espace de travail, ainsi que sa propre sécurité. Le problème est similaire pour la coordination de plusieurs robots dont les espaces de travail comprennent des volumes communs, afin d'éviter les collisions.
Selon l'art antérieur, un robot apte à travailler en co-activité, notamment avec des opérateurs humains, comprend plusieurs dispositifs de sécurité, utilisés seuls ou en combinaison. Ainsi, selon des exemples de réalisation de l'art antérieur, un cobot est équipé de capteurs aptes à reconnaître son environnement et est pourvu d'une programmation lui permettant de décider des actions possibles en fonction de cet environnement. Selon l'art antérieur, cet environnement est reconnu, d'une part, à partir d'une cartographie du lieu d'intervention, enregistrée dans les moyens de programmation du robot, et d'autre part, par des moyens de localisation, par exemple des balises, qui permettent au robot de connaître sa position dans ladite cartographie et finalement par des capteurs portés par le robot lui-même ou à proximité immédiate de celui-ci, lesquels capteurs lui procurent une image concentrique de son environnement. Le voiume de travail perçu par le robot et dans lequel ce robot est apte à évoluer en sécurité, tant pour lui-même que vis- à-vis d'autres opérateurs, humains ou robots, est appelé « volume de perception ». Ledit volume de perception englobe entièrement ou partiellement le robot et permet de détecter une intrusion dans l'environnement du robot, c'est-à-dire la présence dans cet environnement d'un objet inhabituel ou plus généralement non prévu.
Dans un système de production flexible, il est fréquemment nécessaire de modifier la configuration de l'environnement, pour reconfigurer l'usine, et d'autre part de déplacer les cobots dans cet environnement, voire de prévoir la collaboration de plusieurs cobots pour la réalisation d'une tâche donnée. Ainsi, les moyens de détection d'une intrusion dans l'espace de perception du robot, moyens basés selon l'art antérieur sur des capteurs fixes et des capteurs embarqués par le robot, et renseignant celui-ci sur son environnement de travail concentrique, ne permettent pas d'obtenir une vision globale d'un environnement changeant. Par conséquent, il subsiste des zones, dites zones d'ombre, dans lesquelles les capteurs fixes où les capteurs embarqués du robot ne permettent pas d'appréhender l'environnement et donc une intrusion dans cet environnement. Ces zones d'ombre réduisent le volume de perception du robot et par suite son volume de travail utile. La suppression de ces zones d'ombre, créées notamment suite au déplacement d'objets, nécessiterait de modifier la position des capteurs fixes et la mise en oeuvre d'une intelligence centralisée, apte à obtenir une perception globale de l'environnement. Cette tâche est longue et incompatible avec les temps de changement de série dans un environnement de production flexible automatisée, et met en œuvre des moyens de calcul hors de proportion avec les besoins de l'exécution des tâches de production par le robot. Le problème est encore plus complexe s'il s'agit d'un robot à base mobile, qui, pour changer de configuration de production, doit se déplacer dans un environnement modifié.
À des fins de sécurité ultime, selon l'art antérieur, le cobot comprend des moyens de détection d'une collision, c'est-à-dire un contact direct, non prévu, avec l'un de ses membres. Ces moyens sont par exemple des capteurs d'effort sur ses différents axes. Une telle détection provoque un arrêt de sécurité du robot lorsque l'effort mesuré sur l'un de ces capteurs dépasse une valeur seuil. Une fois en arrêt de sécurité, le robot doit être réinitialisé pour reprendre son fonctionnement normal.
Selon un autre mode de réalisation de l'art antérieur utilisé en complément des précédents, le robot évolue selon une vitesse dite de sécurité. Cette vitesse de sécurité est suffisamment réduite pour, à la fois, permettre à un éventuel opérateur d'anticiper facilement les mouvements du robot et ainsi éviter la collision, et d'autre part, de ne pas blesser l'opérateur si jamais une telle collision se produisait malgré tout.
Ces limites de vitesse et de force sont notamment définies dans les normes ISO 10218 et ISO TS 15066 pour les cobots évoluant en co-activité avec des opérateurs humains.
Ces solutions de l'art antérieur ont pour inconvénient de fortement réduire la productivité du robot, que ce soit en cours de production ou lors des changements de configuration. De plus, la détection d'un effort relativement faible sur les moteurs d'axes et la mise en arrêt de sécurité du robot, nécessitent un algorithme et la définition de conditions dans lesquelles de tels efforts doivent être détectés et conduire aux actions données, afin de conserver la faculté du robot d'effectuer, sans arrêt intempestif, les tâches pour lesquels il est prévu, lesquelles tâches demandent généralement de développer des efforts nettement supérieurs.
Le document US 2014/0238153 décrit un capteur, assimilé à une peau artificielle, constitué sur la base d'un polymère hyperélastique insérant un liquide conducteur et couvrant un actionneur robotique, permettant ainsi audit robot de détecter des contacts de faible pression sur ladite peau. Ce dispositif permet de disposer d'un capteur de contact couvrant l'ensemble des membres du robot, et de découpler la détection d'une collision des efforts produits par les moteurs d'axes. Les documents US4694231 , JP2004034251 ou CN202572408 décrivent d'autres exemples de peau artificielle couvrant tout ou partie du robot et aptes à détecter des contacts sur ladite peau.
Ces solutions de l'art antérieur sont difficiles à appliquer sur des robots industriels. D'une part, la peau est susceptible d'être dégradée lors du contact, ce qui nécessite son inspection, voire sa réparation, avant la remise en fonction du robot, et d'autre part, la détection s'opère par un contact réel avec la peau du robot, c'est-à-dire une collision, ce qui en termes de sûreté de fonctionnement nécessite dans tous les cas un arrêt de sécurité. De plus, ledit arrêt n'empêche pas le contact détecté de se poursuivre, bien que ce contact soit limité à la peau du robot, il peut néanmoins s'avérer dangereux, par exemple si ledit contact conduit à un étranglement de l'opérateur en co-activité.
L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un dispositif adapté pour être fixé sur un membre mobile d'un robot ou d'un manipulateur et destiné à la protection dudit membre mobile, par la détection d'une intrusion dans l'environnement dudit dispositif selon l'invention, et par suite dans l'environnement dudit robot ou manipulateur, le dispositif comprenant :
a. une source laser générant un faisceau laser incident, écarté dudit membre mobile et s'étendant sensiblement parallèlement audit membre mobile ;
b. un capteur sur le trajet dudit faisceau incident apte à délivrer une information en fonction de son éclairage par un faisceau laser.
Ainsi, toute intrusion dans l'environnement du robot interférant avec le faisceau laser est détectée par le capteur avant que l'objet intrusif ne soit en contact avec le membre mobile. Ledit faisceau laser suit le membre mobile dans ses évolutions et par conséquent ce dispositif de détection ne comprend pas de zone d'ombre. De manière alternative, le capteur est positionné sur le trajet d'un faisceau réfléchi dudit faisceau incident.
L'invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comporte une pluralité de sources laser et une pluralité de capteurs, l'ensemble étant configuré pour entourer tout ou partie dudit membre mobile. Ainsi la série de dispositifs élémentaires crée une véritable peau virtuelle autour de la partie du membre, pour détecter toute intrusion sur ladite partie avant une collision.
Selon des modes de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif selon l'invention est destiné à équiper un robot ou un manipulateur comprenant au moins deux membres mobiles l'un par rapport à l'autre, la source laser étant adaptée pour être reliée à un premier membre mobile, et le dispositif comprend un conduit optique flexible prévu pour être positionné entre chaque membre mobile, lequel conduit flexible est apte à s'étendre entre deux membres mobiles et capable de rediriger le faisceau laser d'un membre à l'autre au cours de leurs déplacements relatifs. Ainsi, un seul dispositif élémentaire, associé à des conduits optiques permet de protéger tous les membres d'un robot, notamment polyarticulé.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif objet de l'invention comprend :
c. une cible sur le trajet du faisceau laser incident.
La présence d'une cible, qu'elle soit matérialisée par un dispositif optique particulier ou par la surface d'un objet, permet, en coopération avec le capteur, de générer une information relative à la continuité de faisceau incident entre la source est la cible.
Ainsi, selon une variante de réalisation, le capteur mesure la distance entre la cible et la source laser. Ce mode de réalisation permet entre autres, de détecter une collision potentielle au-delà des membres du robot, il permet également de mettre en œuvre des comportements différents en fonction de la distance effectivement mesurée et par conséquent de la nature de la collision potentielle. Ce mode de réalisation permet également de détecter d'autres types de fonctionnements anormaux, sans que le faisceau laser ne soit interrompu par un objet intrusif, comme un niveau de vibration trop élevé ou une configuration anormale du composant portant la cible.
Selon un mode de réalisation de cette variante, la distance est mesurée par réflexion sur la cible.
Avantageusement, la cible est une surface située à distance définie de la source laser et éclairée par ladite source. Ainsi, selon cette variante, la cible n'est pas nécessairement matérialisée en permanence et, selon un exemple, est constituée par une surface de l'objet intrusif lui-même.
Selon une autre variante, qui peut être mise en oeuvre seule ou de manière conjointe avec la précédente sur le même robot ou le même manipulateur, la cible est un détecteur photoélectrique. Ainsi, la cible et le capteur sont les mêmes éléments. Cette variante de réalisation est la plus simple de mise en œuvre et détecte en pratique toute coupure du faisceau laser incident.
Selon une autre variante permettant de combiner les avantages des deux précédentes, le dispositif comprend deux détecteurs photoélectriques, un diviseur en sortie de la source laser, et un générateur de fréquence pour moduler la puissance du faisceau laser, l'un des détecteurs photoélectriques étant éclairé par la partie du faisceau ainsi divisé. Ce mode de réalisation permet de détecter une simple coupure du faisceau laser, mais aussi par différence de phase entre les signaux reçus sur les deux détecteurs photoélectriques de mesurer la distance relative entre lesdits détecteurs photoélectriques, sans nécessiter de capter le faisceau réfléchi.
Avantageusement, le faisceau laser est un rideau laser sensiblement plan, dont la largeur couvre toute ou partie de la largeur du membre. Ce mode de réalisation permet de couvrir une surface importante autour du membre du robot ou du manipulateur avec un nombre réduit de sources laser.
Avantageusement, le conduit optique situé entre deux des membres d'un robot ou d'un manipulateur, comprend une fibre optique enroulée en hélicoïde dans ledit conduit. Ce mode de réalisation permet au conduit optique de suivre des débattements importants de liaison entre les membres sans risque de dégradation de la fibre optique.
L'invention concerne également un procédé pour la détection d'une intrusion dans l'environnement d'un robot ou d'un manipulateur mettant en œuvre un dispositif apte à mesurer la distance entre la cible et la source laser, lequel procédé comprend les étapes consistant à :
i. obtenir la distance nominale entre la cible et la source laser ;
ii. obtenir une tolérance sur cette distance nominale ;
iii. mesurer la distance entre la cible et la source laser ;
iv. si la distance mesurée à l'étape iii) est en dehors de la tolérance acquise à l'étape ii), placer le robot ou le manipulateur en fonctionnement de sécurité.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé objet de l'invention, la distance nominale obtenue à l'étape i) ou la tolérance obtenue à l'étape ii) comprennent une distance infinie. Ce mode de réalisation permet de détecter une intrusion dans une zone étendue de l'environnement du robot dans lequel aucun objet n'est sensé se trouver dans des conditions de fonctionnement nominales.
Avantageusement, les valeurs obtenues lors des étapes i) et ii) sont actualisées en fonction de l'opération réalisée par le robot ou le manipulateur. Avantageusement, le procédé objet de l'invention comprend une étape consistant à :
v. évaluer la vitesse de variation de la distance mesurée au cours de l'étape iii) ;
la tolérance obtenue à l'étape ii) étant fonction de la vitesse de variation de la distance mesurée à l'étape v). Ce mode de réalisation permet, d'une part, d'adapter les conditions de mise en sécurité du robot selon la vitesse de déplacement de l'objet intrusif, mais aussi de définir des conditions de mise en sécurité du robot en fonction de l'intensité vibratoire de l'objet portant la cible ou sur lequel le faisceau laser est réfléchi.
L'invention concerne également un robot ou un manipulateur lequel robot ou le manipulateur comprend au moins deux membres mobiles l'un par rapport à l'autre, et un dispositif tel que décrit précédemment dans le cadre de la présente invention, la source laser étant liée à un premier membre mobile, et le dispositif comprend entre chaque membre mobile un conduit optique flexible, et le robot et le dispositif étant tel que chaque conduit flexible qui s'étend entre deux membres est apte à rediriger le faisceau laser d'un membre à l'autre au cours de leurs déplacements relatifs. Ainsi, un seul dispositif élémentaire, associé à des conduits optiques permet de protéger tous les membres d'un robot, notamment polyarticulé. Grâce à un tel robot, ou cobot, l'intrusion est détectée avant que l'objet intrusif n'ait atteint la structure du robot.
Le robot ou manipulateur selon l'invention comprenant avantageusement plusieurs dispositifs de protection, chaque dispositif étant réalisé selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
Avantageusement, les faisceaux laser de la pluralité de dispositifs protégeant le robot sont disposés en couches selon une direction sensiblement perpendiculaires aux membres dudit robot ou manipulateur.
L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1à 4, dans lesquelles :
-la figure 1 est une vue de profil schématique d'un robot polyarticulé mettant en œuvre plusieurs modes de réalisation du dispositif objet de l'invention ;
-la figure 2 montre selon une vue de profil schématique un robot polyarticulé mettant en oeuvre d'autres modes de réalisation du dispositif objet de l'invention ;
-la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'un exemple de réalisation d'un conduit optique entre deux membres articulés d'un robot mettant en œuvre le dispositif objet de l'invention ;
-et la figure 4, montre un synoptique d'un exemple de réalisation du procédé objet de l'invention.
Figure 1 , selon un exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention est appliqué à un robot (100) polyarticulé, sous la forme d'un bras manipulateur anthropomorphique, comprenant une pluralité de membres ( 01 , 102, 03) articulés entre eux selon une architecture en série, sans que cet exemple de configuration ne soit limitatif. Ledit robot est par exemple placé sur un socle (105) pivotant, ledit socle étant, selon des exemples de réalisation, lié à un encrage fixe ou comporte des moyens de déplacement du robot tels que des roues ou des chenilles. Le robot comporte à l'extrémité du bras articulé un effecteur (104), lequel effecteur est, par exemple, une pince de préhension, une pince à riveter, une torche de soudage, un dispositif d'usinage, un pistolet de collage, un moyen de marquage ou de mesure, ou encore une combinaison de ces moyens sans que ces exemples ne soient limitatifs. Selon cet exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend une ou plusieurs sources laser (1 10) liées au socle (105) et émettant chacune un faisceau laser incident (121 , 122) sensiblement parallèle au premier membre (101 ) lié au socle (105) du robot. À titre d'exemple non limitatif, fesdites sources sont constituées par des diodes laser d'une puissance comprise entre 0,5 mW et 5 mW. Alternativement les sources laser ne sont pas directement liées au robot, et un dispositif optique, par exemple une fibre optique, permet d'acheminer le faisceau incident jusqu'au robot.
Selon l'exemple de réalisation représenté figure 1 , au passage de chaque liaisons (106, 107) entre deux membres, le faisceau laser incident (121 , 122) est réorienté par des conduits optiques présentant une certaine flexibilité de sorte à suivre les débattements desdites liaisons. Ainsi les faisceaux laser incidents (121 , 122) générés par les sources (1 10) s'étendent sensiblement parallèlement aux membres (101 , 102, 103) sur toute ou partie de la longueur du robot. Selon cet exemple de réalisation, les faisceaux laser incidents aboutissent à leurs extrémités sur des cibles (140). Selon un mode de réalisation alternatif (non représenté) le dispositif objet de l'invention comprend une source laser unique, laquelle est divisée en plusieurs faisceaux par un dispositif optique approprié, de sorte à générer plusieurs faisceaux laser entourant le membre du robot.
Un dispositif informatique (190), comprenant un programme pour le traitement des intrusions, dialogue avec la baie de commande (191 ) du robot, pilote les conditions d'émission des sources laser (110) et récupère les informations issues des capteurs éclairés par les faisceaux laser.
Selon un premier exemple de mise en oeuvre, les cibles (140) sont des détecteurs photoélectriques et délivrent un signal électrique lorsqu'elles sont éclairées par un faisceau laser (121 , 122). Ainsi, en cas d'interception d'un des faisceaux laser par un objet quelconque, la cible (140) n'est plus éclairée, et ne délivre plus ce signal électrique, avant même que l'objet intrusif n'ait atteint un membre du robot. La détection de la perte du signal émis par une des cibles (140) déclenche une procédure visant à placer le robot dans une configuration de sécurité. Selon des exemples de réalisation, ladite configuration de sécurité correspond à un arrêt d'urgence avec nécessité de réinitialisation du robot, ou plus simplement consiste à arrêter le robot dans sa position en situation de compensation de gravité, ou encore le robot passe en vitesse réduite, sans que ces exemples ne soient limitatifs. En comparaison des solutions de l'art antérieur, l'intrusion est détectée avant que l'objet intrusif n'ait atteint la structure du robot, il ne s'agit donc pas d'une collision au sens stricte mais d'une collision potentielle, laquelle est traitée par des mesures appropriées. Ainsi, la pluralité de faisceaux laser s'étendant autour des membres du robot constitue une sorte de « peau virtuelle ». Selon un exemple de réalisation où chaque faisceau laser abouti sur une cible spécifique, la position de l'intrusion est détectée par l'interruption d'un ou plusieurs faisceaux et la mise en configuration de sécurité comprend un ordre de mouvement, préférentiellement à vitesse réduite du robot, lequel mouvement tend à éloigner le robot du contact potentiel.
Selon un exemple de réalisation alternatif (non représenté) chaque membre (101 , 102, 103) comprend une pluralité de sources laser et une pluralité de cibles liées audit membre. Selon ce mode de réalisation alternatif, les conduits optiques ne sont pas nécessaires.
Selon un autre exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend sur le trajet de l'un (122) des faisceaux laser incidents entourant les membres du robot, un diviseur (150) orientant une partie ( 23) dudit faisceau vers un détecteur (141) photoélectrique. Ainsi, le temps nécessaire à la lumière générée dans ledit faisceau pour atteindre les deux cibles (141 , 140) qu'il éclaire est différent, fonction de la longueur du chemin optique menant à chacune de ces cibles. Selon un exemple de mise en œuvre, en modulant la puissance du laser généré par la source, par exemple selon une fonction sinusoïdale, cette différence de longueur de chemin optique se traduit par un déphasage des signaux récupérés sur chacun des détecteurs (140, 141) photoélectriques éclairés par ledit faisceau (122) modulé en puissance. À cette fin, la source laser (110) correspondante est équipée d'un générateur de fréquence apte à moduler sa puissance d'émission. Selon un exemple non limitatif, la fréquence de modulation est comprise entre 100 kHz et 10 MHz, adaptée à la longueur des chemins optiques en présence et au type de détection visé. La longueur du chemin optique jusqu'à la cible (141) éclairée par la partie divisée (123) du faisceau étant connue, de même que la vitesse de la lumière, la mesure de ce déphasage permet de déterminer la distance entre la source laser (110) et la cible (140) à l'extrémité du faisceau laser (122). Ainsi, comme précédemment, toute interruption du faisceau laser (122) par un objet intrusif est détectée par l'interruption de l'éclairement de la cible (140), mais de plus, la mesure de la distance de ladite cible par rapport à la source laser offre d'autres possibilités de contrôle. Par exemple, selon l'exemple de réalisation représenté figure 1 , la distance entre la source laser (1 0) et la cible (140) éclairée par l'extrémité du faisceau laser (122) est fonction du type d'effecteur (104) utilisé, dans une tolérance définie. Cette valeur de distance est par exemple définie dans le programme de commande et de contrôle du robot, en fonction de l'effecteur utilisé pour la tâche à réaliser. Si la distance effectivement mesurée ne correspond pas à la valeur indiquée, c'est-à-dire que la valeur mesurée est hors tolérance, alors, il est possible que l'effecteur installé sur le robot ne corresponde pas à l'effecteur prévu dans le programme de commande, ou encore, que l'installation de l'effecteur sur le robot soit défectueuse, situations potentiellement génératrices de collisions, de sorte que le robot se place en configuration de sécurité en générant, par exemple, une alerte. Ce même dispositif permet également de mesurer l'amplitude, la vitesse ou l'accélération de vibration de l'effecteur (104) sur lequel est disposée la cible (140) éclairée par l'extrémité du faisceau (122) préalablement divisé. Ainsi, de la même manière, si l'intensité de vibration de l'effecteur dépasse une valeur autorisée, correspondant par exemple à un usinage mettant en œuvre un outil usé ou à un défaut de support de la pièce usinée par le robot, alors l'opération est arrêtée, le robot est mis en configuration de sécurité et une alarme est générée.
Comme précédemment, selon un mode de réalisation alternatif (non représenté), chaque membre du robot est équipé individuellement du dispositif décrit ci-dessus et comporte à cette fin une source laser, un diviseur, un détecteur photoélectrique éclairé par le faisceau divisé et un autre détecteur photoélectrique éclairé par le faisceau laser à l'extrémité du membre opposée à la source laser. Selon ce mode de réalisation alternatif, les conduits optiques ne sont pas nécessaires.
Figure 2, selon un autre mode de réalisation, combinable sur un même robot avec les modes de réalisation présentés ci-avant, la source laser (210) comporte un capteur de type détecteur photoélectrique. Ledit détecteur photoélectrique est susceptible d'être éclairé par un faisceau réfléchi (223, 224) du faisceau incident. Selon un exemple de réalisation, ce dispositif utilise une cible (240) laquelle ne comporte pas de capteur et est constituée par une pastille réfléchissante, ou simplement par la surface de l'extrémité du membre (104) si cette dernière est suffisamment réfléchissante. Selon cet exemple de réalisation, la source laser (210) émet des impulsions laser d'une durée définie, lesquelles se propagent selon un faisceau incident (221 ) jusqu'à la cible (240) en passant par les conduits optiques (230) selon le mode de réalisation. Le faisceau incident (221) est réfléchi sur la cible (240) en un faisceau réfléchi (223) qui se propage, le cas échéant en empruntant les conduits optiques (230,) jusqu'au capteur de la source laser. Ainsi, le temps séparant l'émission du faisceau incident (221) de la réception du faisceau réfléchi, la vitesse de la lumière étant connue, permet de mesurer la distance du chemin optique parcouru, proportionnelle à la distance séparant la source (210) de la cible (240). L'introduction d'un objet intrusif coupant le faisceau incident (221) ou le faisceau réfléchi (223) produit une anomalie dans la mesure de cette distance et permet ainsi de détecter un risque de collision puis d'agir en conséquence. Ce mode de réalisation présente les mêmes avantages que celui intégrant un diviseur, en permettant la mesurer de la distance de la cible (240), ou ses conditions de vibration, et de comparer ces mesures avec des données nominales assorties d'une tolérance correspondant aux conditions de fonctionnement visées.
Selon une variante de réalisation de ce dernier mode de réalisation, le robot ne comprend pas de cible spécifique et le faisceau incident (222) pointe dans le vide. La cible est alors constituée par la surface d'un objet (200) extérieur au robot. À titre d'exemple non limitatif tel que représenté figure 2, le faisceau incident (222) pointe devant l'effecteur (104) du robot et ledit faisceau incident est réfléchi sur la surface d'un objet (200) se trouvant dans la direction de pointage dudit faisceau incident. Comme précédemment, la mesure du temps de vol de l'impulsion laser entre le faisceau incident (222) et le faisceau réfléchi (224) par la surface de l'objet (200) permet de déterminer la distance dudit objet par rapport au robot. Ce type de mesure permet de détecter la présence d'un objet et de mesurer la distance le séparant du robot, ledit objet (200) étant situé à quelques dixièmes de millimètres jusqu'à plusieurs centaines de mètres du robot. Selon une mise en œuvre particulière, la tolérance relative à la distance mesurée par ce dispositif comprend une distance infinie, l'infini étant ici défini comme la distance maximale mesurable par réflexion sur un objet (200) extérieur au robot. Ainsi, selon cette variante, le faisceau laser incident (222) pointe dans le vide en conditions nominales de fonctionnement et le dispositif objet de l'invention détecte toute intrusion intersectant ledit faisceau laser (222) et produisant un faisceau réfléchi (224) dans les limites de mesure du dispositif. Ainsi, une mesure de distance infinie indique l'absence d'objet dans l'espace couvert par le faisceau incident et la mesure d'une distance particulière indique la présence d'un objet susceptible d'entrer en collision avec le robot. Avantageusement le comportement du robot en présence d'une telle détection est fonction de la distance mesurée.
Comme précédemment, selon un mode de réalisation alternatif (non représenté), chaque membre du robot est équipé individuellement du dispositif décrit ci-dessus et comporte à cette fin une source laser comprenant un capteur photoélectrique et une cible réfléchissante, ou un pointage du laser vers une zone extérieure au robot dans laquelle est susceptible de se trouver un objet comportant une surface apte à réfléchir le faisceau incident. Selon ce mode de réalisation alternatif, les conduits optiques ne sont pas nécessaires.
Tout ou partie des modes et variantes de réalisation exposés ci-avant sont avantageusement combinés sur un même robot afin de procurer une protection maximale. L'épaisseur quasi nulle des faisceaux laser et le faible encombrement des sources permettent de superposer les différents modes de réalisation, ou des modes de réalisation identiques du dispositif, répartis tout autour du robot, de sorte à constituer une peau virtuelle comprenant plusieurs couches et mettant en œuvre des algorithmes de préservation et de sécurité, fonction du nombre de couches perturbées et de la nature des informations reçues : coupure d'un faisceau, distance hors tolérance, présence d'un obstacle à distance, vibrations excessives, non-conformité de la configuration du robot etc.. . Ainsi, le robot équipé du dispositif objet de l'invention porte lui-même son système de protection, et de protection de son environnement. Selon une variante de réalisation, les faisceaux laser dans chaque couche de protection ne s'étendent pas exactement parallèlement aux membres mais sont organisés de sorte à réaliser un maillage. Selon une autre variante, les faisceaux laser dans toutes ou partie des couches de protection sont des faisceaux de type rideau, s'étendant dans un plan ou selon une forme définie, cet effet étant obtenu, par exemple, au moyen d'un dispositif optique approprié.
Figure 3, selon un exemple de réalisation, le conduit optique (130) comprend un manchon de protection (331) souple, par exemple cylindrique, supportant à chacune de ses extrémités un dispositif optique (333, 334), et comprend à l'intérieur dudit manchon (331) et entre lesdits dispositifs optiques, une ou plusieurs fibres optiques (335) assurant la continuité du chemin lumineux dans ledit conduit. Des paliers (341 , 342) permettent de fixer chacune des extrémités dudit manchon (341) à chacun des membres du robot ou du manipulateur entre lesquels il s'étend. Avantageusement, la ou lesdites fibres optiques sont enroulées dans le manchon en hélicoïde de sorte à faciliter leur suivi de la déformation dudit manchon sans excéder le rayon de courbure minimum autorisé pour lesdites fibres. Les dispositifs optiques (333, 334), ici représentés de manière très schématique, permettent de focaliser les faisceaux laser incidents et sortant, pour les diriger dans la ou dans les fibres optiques, ou vers le conduit ou la cible suivante. Lorsque le robot est protégé par plusieurs faisceaux laser disposés en couches, le conduit optique comprend plusieurs dispositifs optiques correspondant à chacune des couches et/ou à chacune des fibres optiques véhiculant un faisceau laser. Selon une variante de réalisation, les dispositifs optiques permettant de recueillir le faisceau incident à l'entrée dudit conduit sont de type semi réfléchissant et produisent une réflexion dirigée, par exemple, vers le capteur intégré à la source laser. Ainsi lesdits dispositifs optiques constituent des cibles au passage de chaque membre et permettent la mesure de la distance parcourue par les faisceau laser selon le trajet optique séparant les membres ou, plus simplement, de détecter une intrusion le long d'un des membres par l'absence de faisceau éclairant le capteur du fait de la coupure du faisceau incident ou du faisceau réfléchi sur ledit dispositif optique, ceci bien que le faisceau incident pointe dans le vide à l'extrémité du robot.
Figure 4, selon un exemple de réalisation du procédé objet de l'invention, adapté à un mode de réalisation du robot comprenant un dispositif apte à mesurer la distance entre la source laser et une cible sur le trajet du faisceau laser, au cours d'une première étape d'acquisition (410), une consigne (415) relative à la distance potentielle de la cible est définie. Au cours d'une seconde étape d'acquisition (420) une tolérance (425) relative à ladite consigne est obtenue. Ces informations se trouvent par exemple dans les moyens de mémoire du dispositif informatique pilotant le dispositif objet de l'invention ou sont générées pas par un programme mis en œuvre par ce dispositif informatique au cours d'une étape (430) de définition. Selon des variantes de mise en œuvre, tant la consigne que la tolérance sont actualisées selon la nature des tâches réalisées par le robot, notamment en fonction de l'environnement correspondant ou de la vitesse de déplacement du robot au cours des tâches qu'il réalise. Au cours d'une étape de mesure (440) la distance (445) entre la cible potentielle et la source laser du dispositif objet de l'invention est mesurée par ledit dispositif. Au cours d'une étape de comparaison (450) la valeur mesurée au cours de l'étape de mesure (440) est comparée aux valeurs nominales de distance (415) et de tolérance (425). Si (451) la valeur mesurée (445) entre dans la tolérance le robot continue normalement l'exécution (490) de sa tâche. Si en revanche (452) la valeur mesurée (445) se trouve en dehors des valeurs admissible un processus (460) de mise en condition de sécurité du robot est alors déclenché. Avantageusement l'information (445) issue de l'étape de mesure (440) comprend des données relatives non seulement au paramètre de distance mesurée, mais aussi d'autres informations telles que le faisceau laser sur lequel est mesurée cette information lorsque le robot est protégé par une pluralité de faisceaux laser. Avantageusement l'ensemble des informations (445) issues des mesures réalisées sont stockées dans un fichier (475) lequel est analysé (470) par un système expert, cette analyse étant utilisée pour définir le comportement du robot lors du processus (460) de mise en fonctionnement de sécurité. Le procédé est présenté ci-avant dans le cas de la mesure d'une distance, le même fonctionnement est mis en œuvre de manière parallèle ou indépendante dans le cas où la consigne et la tolérance concernent une intensité de vibration de la cible. Selon un mode de réalisation particulier, la consigne (415) ou la tolérance (425) sur cette consigne comprennent une valeur infinie. C'est-à-dire une distance de mesure se trouvant au-delà de la capacité de mesure du dispositif objet de l'invention. Selon ce mode de réalisation du procédé objet de l'invention, la tâche programmée du robot est poursuivie tant qu'aucune réflexion du faisceau laser sur une cible ou un objet n'est détectée. En d'autres termes, en conditions de fonctionnement nominales, le faisceau laser considéré pointe dans le vide. La présence d'une réflexion indique l'intrusion d'un objet dans l'espace ainsi surveillé et déclenche la mise en fonctionnement de sécurité.
Avantageusement les différents modes de réalisation du procédé objet de l'invention sont mis en œuvre simultanément sur différents faisceaux laser protégeant un même robot.
La description ci-avant et les exemples de réalisation, montrent que l'invention atteint le but visé. Plus particulièrement le dispositif et le procédé objets de l'invention mis en œuvre selon leurs différents modes de réalisation permettent de définir une peau virtuelle, constituée par des faisceaux laser, permettant de détecter toute intrusion dans l'espace d'un robot, sans zone d'ombre, et ceci avant que ne se produise une collision physique entre ledit robot et ladite intrusion.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif adapté pour être fixé sur un membre mobile d'un robot et destiné à la protection dudit membre mobile, par la détection d'une intrusion dans l'environnement dudit dispositif, caractérisé en ce que le dispositif comprend :
a. une source laser (110, 210) générant un faisceau laser incident (121 , 122, 221 , 222), écarté dudit membre mobile et s'étendant sensiblement parallèlement audit membre mobile ; b. un capteur sur le trajet dudit faisceau incident (121 , 122, 221 , 222) apte à délivrer une information en fonction de son éclairage par un faisceau laser.
Dispositif selon la revendication 1 , comportant une pluralité de sources laser et une pluralité de capteurs, l'ensemble étant configuré pour être apte à entourer tout ou partie du membre mobile dudit robot.
Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel , la source laser est adaptée pour être reliée à un premier membre mobile (105) d'un robot (100) comportant au moins deux membres (101 , 102, 105) mobiles l'un par rapport à l'autre, et le dispositif comprend un conduit optique flexible (130, 230) prévu pour être positionné entre chaque membre mobile, ledit conduit flexible est apte à s'étendre entre deux membres mobiles et capable de rediriger le faisceau incident (121 , 122, 221 , 222) d'un membre à l'autre au cours de leurs déplacements relatifs.
Dispositif selon les revendications 1 à 3 comprenant :
c. une cible (140, 240, 200), sur le trajet faisceau laser incident.
Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la cible est un détecteur photoélectrique. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le capteur mesure la distance entre la cible et la source laser.
Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la distance est mesurée par la réflexion du faisceau laser sur la cible.
Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la cible est une surface (200) située à une distance définie de la source laser et éclairée par ladite source.
Dispositif selon les revendications 4 à 8, comprenant deux détecteurs photoélectriques (140, 141), un diviseur (150), en sortie de la source laser (110), et un générateur de fréquence pour moduler la puissance du faisceau laser (122), l'un des détecteurs photoélectriques (141) étant éclairé par la partie (123) du faisceau ainsi divisé.
Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le faisceau laser incident est un rideau laser sensiblement plan, dont la largeur couvre toute ou partie de la largeur du membre.
Procédé pour la détection d'une intrusion dans l'environnement d'un robot mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
i. obtenir (410) la distance nominale (415) entre la cible et la source laser ;
ii. obtenir (420) une tolérance (425) sur cette distance nominale ;
iii. mesurer (440) la distance entre la cible et la source laser ; iv. si la distance (445) mesurée à l'étape iii) est en dehors de la tolérance acquise à l'étape ii), placer le robot ou le manipulateur en fonctionnement de sécurité (460).
12. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la distance nominale (415) obtenue à l'étape i) ou la tolérance (425) obtenue à l'étape ii) comprennent une distance infinie.
13. Procédé selon la revendication 12 ou la revendication 13, dans lequel les valeurs (415, 425) obtenues lors des étapes i) et ou ii) sont actualisées (430) en fonction de l'opération réalisée par le robot ou le manipulateur.
14. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, comprenant une étape consistant à :
v. évaluer la vitesse de variation de la distance mesurée au cours de l'étape iii)
et dans lequel la tolérance obtenue à l'étape ii) est fonction de la vitesse de variation de la distance mesurée à l'étape v).
15. Robot comprenant :
- au moins deux membres (101 , 102, 105) mobiles l'un par rapport à l'autre ;
- au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10 ; et dans lequel la source laser est liée à un premier membre mobile (105) et le susdit dispositif comprend entre chaque membre mobile dudit robot un conduit optique flexible (130, 230), et le robot et le dispositif étant tel que chaque conduit flexible s'étendant entre deux membres est apte à rediriger le faisceau incident (121 , 122, 221 , 222) d'un membre à l'autre au cours de leurs déplacements relatifs.
16. Robot selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs, chacun selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
17. Robot selon l'une des revendications 15 ou 16, dans lequel les faisceaux laser de la pluralité de dispositifs selon les revendications 1 à 10 sont disposés en couches selon une direction sensiblement perpendiculaires aux membres dudit robot ou manipulateur.
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