WO2020043850A1 - Dispositif de commande et de manipulation d'une charge de masse inconnue - Google Patents

Dispositif de commande et de manipulation d'une charge de masse inconnue Download PDF

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WO2020043850A1
WO2020043850A1 PCT/EP2019/073141 EP2019073141W WO2020043850A1 WO 2020043850 A1 WO2020043850 A1 WO 2020043850A1 EP 2019073141 W EP2019073141 W EP 2019073141W WO 2020043850 A1 WO2020043850 A1 WO 2020043850A1
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control
load
handling
control interface
detecting
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PCT/EP2019/073141
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Inventor
Philippe Garrec
Original Assignee
Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/40—Applications of devices for transmitting control pulses; Applications of remote control devices
    • B66C13/44—Electrical transmitters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/005—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes with balanced jib, e.g. pantograph arrangement, the jib being moved manually

Definitions

  • the present invention relates to the field of robotics and more particularly to assistance exoskeletons.
  • Passive handling assistance devices use springs which are dimensioned to provide calibrated compensation forces with respect to a load of known mass. For active handling assistance devices, it is also necessary to know the mass of the load to be handled in order to control the correct assistance effort. There are many algorithms for controlling an exoskeleton actuator such as for example control in displacement, speed, acceleration or effort.
  • An object of the invention is to reduce the operations of prior measurement of the mass of a load to be handled by a load handling assistance device.
  • a control and handling device comprising a frame comprising first means of connection to a device for assisting in the load handling, the frame also comprising a control interface and second means for connecting to a load to be handled.
  • 1 / control interface is arranged to be able to move relative to the frame from a first position to a second position.
  • the control and manipulation device comprises first means for returning the control interface to the first position.
  • the control and handling device is provided with first means for detecting the presence of the control interface in its second position.
  • the first means of detecting the presence of the control interface in its second position are provided with connectors intended to be connected to a control unit of the load handling assistance device.
  • Such a command and handling device makes it possible, when connected to a control unit of a load handling assistance device, to simply configure an assistance effort to be provided without the need to previously enter the value of the mass of the load to be handled.
  • This makes it possible to use a load handling assistance device for handling several elements of different masses with a reduced time for the passage from one element to another, which improves the flexibility of the handling process.
  • the control and handling device tion comprises second means for recalling the second means for connecting the load to the third position as well as second means for detecting the presence of the means for connecting the load to be manipulated to their fourth position.
  • the second means of detecting the presence of the second load connection means in their fourth position are provided with connectors intended to be connected to a control unit of the load handling assistance device.
  • the fineness of 1 / assistance is improved when the control interface is also arranged to be able to move relative to the frame from its first position to a fifth position, the second and fifth positions being located on either side of the first position.
  • the control and manipulation device then comprises third means for detecting the presence of the control interface in its fifth position which are provided with connectors intended to be connected to a control unit of the load handling assistance device .
  • the first position, the second position and the fifth position are aligned in a first direction.
  • the handling assistance device makes it easy to carry out lifting operations when the first direction is vertical when the control and handling device is connected to the load handling assistance device and / or when the third position and the fourth position are aligned in the first direction.
  • the presence of a charge is identified before The control and command interface does not change position when the second return means exert a return force less than that exerted by the first return means.
  • first return means and / or the second return means comprise a spring.
  • the invention also relates to a load handling assistance device connected to the above control and handling device.
  • the first return means of the control and handling device exert a return force greater than the friction and inertia forces exerted by the handling assistance device against a coming of the control interface from its first position to its second or third position.
  • Safety in use is improved when the device comprises means for inhibiting the first means for detecting the presence of the control interface in its second position and / or means for inhibiting the second means for detecting the presence of the means of the load to be handled in their fourth position and / or means for inhibiting the third means for detecting the presence of the control interface in its fifth position,
  • 1 / invention also relates to a method for controlling a load handling assistance device connected to a control and handling device, the control and handling device comprising a frame comprising a control interface and means for connecting to a load to be handled and the control interface is designed to be able to move relative to the frame from a first position to a second position.
  • the control and manipulation device comprises first means for returning the control interface to the first position and is provided with first means for detecting the presence of the control interface in its second position.
  • the method comprises the steps of;
  • a control method is then obtained which makes it possible to evaluate the weight to be borne by the handling assistance device and to configure the control law of this device during the load entry and lifting operations. These operations are transparent for the user and the handling assistance device can be used for handling elements of various masses without recourse to calibration operations.
  • the accuracy of the determination of the assistance effort is improved when the method comprises the following additional steps situated between the preliminary phase and the piloting phase:
  • a more precise estimate of the weight of the load to be handled is obtained when the control method takes an additional step of correcting the first estimate of a weight of the load to be handled using a force for engaging the first and / or second recall means.
  • the load resting phase is more intuitive when the second means of connecting the load are arranged so as to be able to move relative to the frame between a third position and a fourth position and the control and handling device comprises second means of reminder of the second means of connecting the load to the third position and of the second means of detecting the presence of the second means of connecting the load in their fourth position.
  • the control interface is then arranged to be able to move relative to the frame from its first position to a fifth position, the second and the fifth position being located on either side of the first position and the control and my manipulation includes third means of detecting the presence of the control interface in its fifth position.
  • the method comprises the following additional steps situated in the piloting phase:
  • the method comprises the additional step of setting the value of the estimate of the load-resisting force to zero when a presence of the second means for connecting to the load in their fourth position is no longer detected.
  • the increasing command results from a non-zero speed setpoint and / or can comprise an increasing force command.
  • the increasing force control can include a torque control.
  • the invention also relates to a handling assembly comprising a load handling assistance device connected to a control and handling device and a control unit arranged to carry out the method as described above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a handling assembly according to the invention
  • FIG. 2 is a detailed view of a control and manipulation device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a view of the control and manipulation device of FIG. 2 in a second state
  • FIGS. 4 to 13 represent the handling assembly of FIG. 1 during the various stages of a first embodiment of the control method according to the invention
  • FIG. 14 is a detailed view of a control and manipulation device according to a third embodiment of the invention.
  • FIGS. 15 to 18 represent the handling assembly of FIG. 1 during the various stages of a third embodiment of the control method according to the invention
  • the handling assembly generally designated 1 comprises a load manipulator 10 connected to a control unit 90,
  • the manipulator 10 rests on a horizontal surface 2 and comprises a support 11 on which a chassis 12 is rotatably mounted on a bearing 13 around a vertical axis Oy.
  • the rotation of the chassis 12 around the vertical axis Oy relative to the support 11 is controlled by a first geared motor 14 connected to the unit 90.
  • a first segment 15 is articulated in its
  • first end 15.1 on the chassis 12 along a horizontal axis Ox.
  • the rotation of the first segment 15 relative to the chassis 12 is controlled by a second geared motor 16 connected to 11 control unit 90.
  • a second segment 17 is articulated at its first end 17.1 on the second end 15.2 of the first segment 15.
  • the rotation of the second segment 17 relative to the first segment 15 is controlled by a third geared motor 18 connected to the control unit 90.
  • the second end 17.2 of the second segment 17 comprises means for connecting to a control and manipulation device 20, here in the form of a fixing plate 19 articulated on the second end 17.2.
  • a control and manipulation device 20 here in the form of a fixing plate 19 articulated on the second end 17.2.
  • An actuator 19.1 not shown ensures that the fixing plate 19 remains in its initial position whatever the position of the second segment 17.
  • the first geared motor 14 is equipped with a first rotary encoder 14.1 with points, a first current sensor 14.2 supplying the first geared motor 14 and a first torque sensor 14.3 connected to the control unit 90.
  • the second gearmotor 16 is equipped with a second rotary encoder 16.1 with points, a second current sensor 16.2 for supplying the second gearmotor 16 and a second torque sensor 16.3 connected to the control unit 90.
  • the third geared motor 18 is equipped with a third rotary encoder 18.1 with points, a third current sensor 18.2 for supplying the third geared motor 18 and a third torque sensor 18.3 connected to the control unit 90.
  • the control unit 90 comprises a first module
  • the device 20 comprises a frame 21 comprising a plate 22 bolted to the fixing plate 19 of the manipulator 10.
  • the frame 21 also includes a handle 23 slidably mounted along a vertical axis (according to the representation of fi - Figures 2 and 3) relative to the frame 21.
  • the handle 23 can move from a first position A (shown in Figure 2) to a second position B (shown in Figure 3) which corresponds to a translation of the handle 23 towards the high (according to the representation of FIGS. 2 and 3) relative to the frame 21.
  • a first helical coil spring 24 of stiffness k 2 4 recalls the handle 23 from its second position B towards its first position A.
  • the stiffness .24 of the first spring 24 is such that the restoring (or latching) force which it exerts is greater than the strong friction and inertia forces exerted by the manipulator 10 to against a coming of the handle 23 from its first position A to its second position B.
  • the device 20 also includes a first normally open switch 25 which changes from the state or green to the closed state when the handle 23 is in its second position B (figure 3)
  • the frame 21 also includes a hook 26 slidably mounted along a vertical axis (according to the representations of Figures 2 and 3) relative to the frame 21.
  • the hook 26 can move from a third position C (shown in Figure 2) to a fourth position D (shown in FIG. 3) which corresponds to a downward translation of the hook 26 (according to the representation of FIGS. 2 and 3) relative to the frame 21.
  • a second helical spring 27 of stiffness k 27 recalls the hook
  • the stiffness k 27 of the second spring 27 is preferably, but not necessarily born, such that the restoring force (or engagement) which it exerts is less than the restoring force (or engagement) of the first spring 24.
  • the device 20 also includes a second normally open switch 28 which passes from the open state to the closed state when the hook 26 is in its fourth position D (FIG. 3).
  • the second switch 28 goes from the closed state to the open state when the hook 26 leaves the fourth position D.
  • the first switch 25 and the second switch 28 are respectively connected to a first connector 25.1 and a second connector 28.1 inserted in homologous connectors connected to the control unit 90.
  • a user 100 grasps the handle 23 and moves the manipulator 10 in order to approach the hook 26 of a load 80 to be handled (FIG. 4), here provided with a lifting ring 81.
  • the control unit 90 produces a force-controlled servo of the first geared motor 14, the second geared motor 16 and the third geared motor 18 using the second module 92 of so as to balance the manipulator 10 (vacuum balancing ⁇ .
  • the first torque sensor 14.3, the second torque sensor 16.3 and the third torque sensor 18.3 measure in particular the variations in torques produced by the forces applied by the user 100 to the manipulator 10 via the handle 23 and the second module 92 controls the first geared motor 14, the second geared motor 16 and the third geared motor 18 so as to reduce the force applied to the manipulator 10.
  • the first mier switch 25 and the second switch 28 are in the open state (FIGS. 2 and 4).
  • the control unit 90 controls the manipulator 10 so as to cause movement of the end 17.2 of the second segment 17 vertically upwards.
  • This displacement successively causes the hook 26 to come from its third position C to its fourth position D -and therefore the closing of the second switch 28 (FIG. 6) - then the coming of the handle 23 from its first position A to its second position and therefore the closing of the first switch 25 (FIG. 7).
  • the second module 92 detects the presence of the handle 23 in its second position B by closing the first switch 25.
  • the control unit 90 sets a first setpoint 30 of upward translation speed of 0.5 meters per second in a direction to move the frame 21 relative to the handle 23 so as to bring the handle 23 into its first position.
  • 1 / control unit 90 calculates the vertical speed of the load 80 from the angular speed measurements of the second geared motor 16 and the third geared motor 18 respectively made by the second encoder 16.1 and the third encoder 18.1, as well as from the Ions - feeders of segments 15 and 17.
  • 1 / control unit 90 then terminates an error between 1 vertical speed of the load 80 and the first setpoint 30 and consequently adjusts the value of the torque command COM 16 sent to the second geared motor 16 and to the third geared motor 18.
  • the control and command unit 5 sends an increasing torque command to the second geared motor 16 and to the third geared motor 18.
  • the torque Ci 6 applied by the second geared motor 16 to the first segment 15 exceeds the value of its threshold torque C si6 and that the torque Ci 8 applied by the third word oré duée 18 au segment 17 exceeds the value of its threshold torque C if e, the segments 15 and 17 rotate so that the speed of the load 800 is vertical upwards (FIG. 9).
  • the value of the vertical force is estimated by the module 91 from the couples Cis and (3 ⁇ 4, from the information provided by the coders 16.1 and 18.1, and the length of the segments 15 and 17 which make it possible to determine the distances L I6 e t Lia separating the second geared motor 16 and the third geared motor 18 of the load 80.
  • the torques Cig and Cia can either correspond to the torque commands COM 16 and C0M IB or the torques measured by the torque sensors 16.3 and 18.3, or even torques estimated by the setpoints or current measurements I 16 and lily sent to gearmotors 16 and 18 and a curve linking these intensities to their torques.
  • the control unit 90 then makes a correction to this first estimate of the value of the vertical force which takes into account the latching forces exerted by the return spells 24 and 27 and which is supplied by the operator as well as the friction in the whole of the handling assistance device including in the geared motors 16 and 18.
  • This correction can take the form, here, of a summation of the maximum of the latching forces exerted by the springs of reminder 24 and 27 with the first estimate of vertical force.
  • the corrected value of the vertical force which corresponds to an estimate of the weight therefore of the mass Mao esi of the load 80, is used by the second module 92 to configure a law of servo-control in force which establishes the commands to be applied to the second gearmotor 16, to the third gearmotor 18 and possibly to the first gearmotor 14 to control the manipulator 10 when handling the load 80, and this until the load rests.
  • the vertical force control law passes the value of the force applied to the device 20 to zero and establishes the commands to be applied to the second geared motor 16, to the third geared motor 18 and possibly to the first geared motor 14 accordingly.
  • a control method is thus obtained making it possible to estimate the mass of a load 80 to be handled by a manipulator 10 and then to control this manipulator 10 using the first estimate Mso esi of the mass of the load 80.
  • the preliminary phase comprises additional steps for determining a second estimate Mgo es 2 of the mass of the load 80.
  • the first module 91 sets a second setpoint 31 of negative speed of fifteen degrees per second to the second gearmotor 16 in a direction aimed at moving the frame 21 relative to the handle 23 so as to return the handle 23 to its second position B (here a downward rotation in a vertical plane according to the representation of Figures 1 and 2).
  • the first module 91 also fixes a setpoint of zero displacement at the third gearmotor 18.
  • the first module 91 stores the second value COM I6-2 reached by the command COMie sent to the second gearmotor 16, here the second value Ii 6-2 reached by the supply current intensity of the second geared motor 16. This second value is measured using the sensor 16.3. Alternatively, or jointly, the module 91 can record the second torque Ci 6 -2 applied by the second gearmotor 16. The first module 91 uses the second value I 16-.2 to refine the first estimate M 8 oesi load 80 and result in a second estimate Mso es 2 - This second estimate M 8 o es 2 can be determined by taking into account the stiffness k 24 of the first spring 24 and / or by averaging the first couple C si6 and of the second couple Cig-2 ⁇
  • This second estimate M 8 o eS 2 is recorded by the second module 92 and is then used by the second module 92 to configure a force control law which establishes the commands to be applied to the second geared motor 16, to the third geared motor 18 and possibly to the first geared motor 14 for controlling the manipulator 10 when handling the load 80.
  • a third helical spring 29 of stiffness k 2g recalls the handle 23 towards its first position A.
  • the stiffness k ⁇ 9 of the third spring 29 exerts a return force greater than the friction and inertia forces exerted by the manipulator 10 against an arrival of the handle 23 from its first position A to its fifth position E.
  • the device 20 also includes a third Normally Open switch 40 which passes from the open state to the closed state when the handle 23 is in its fifth position E (FIG. 14).
  • the third switch 40 goes from the closed state to the open state when the handle 23 leaves the fifth position E.
  • the third switch 40 is connected to a third connector 40.1 inserted in a homologous connector connected to the control unit 90 .
  • the user By maintaining the application of a downward force, the user causes the passage of the handle 23 from its first position A to its fifth position E.
  • the third switch 40 changes from the open state to the closed state (figure 16).
  • the presence of the handle 23 in its fifth position is then detected and the second module 92 controls a decrease in the assistance force exerted by the manipulator 10.
  • This decrease is implemented here by decreasing an applied gain to the assistance effort generated by the manipulator 10.
  • the manipulator 10 under the combined effect of the downward effort applied to the handle 23 by the user 100 and the decrease in the assistance effort exerted by the manipulator 10, moves in a downward movement according to the representation of FIG. 16.
  • the hook 26 leaves its fourth position D.
  • the second switch 28 then goes to the open state.
  • the second module 92 no longer detects the presence of the hook 26 in its fourth position D (FIG.
  • This situation corresponds substantially to a situation of return to the balancing of the manipulator 10 when empty and may be accompanied by a reset to zero of the value of the first estimate M80 esi (or the second estimate M80 eS2) of the mass of the load 80.
  • the user 100 then guides the manipulator 10 using the handle 23 so as to release the hook 26 (FIG. 18).
  • connection of the load to the manipulator is ensured by a hook intended to collaborate with a ring of the load
  • the invention also applies to other types of second means of connection to a load such as for example a gripper, forks, a vacuum cup or a magnetic gripper;
  • manipulator comprises geared motors
  • the invention also applies to other types of actuators such as, for example, cable actuators, linear hydraulic, pneumatic or electric actuators;
  • gearmotors are provided with a rotary dot encoder
  • the invention also applies to other means of detecting a movement of G actuator such as a cable encoder, a resistive track, an inertial unit;
  • the invention applies to other values of the speed setpoint such as for example any non-zero value
  • exoskeleton includes a handle
  • the invention also applies to other types of control interface such as a joystick or a steering wheel;
  • the invention also applies to other types of increasing vertical force control such as for example an increasing force control;
  • the invention also applies to other types of decreasing vertical force control such as for example a decreasing force control;
  • control and handling device comprises a hook mounted movable between a third and a fourth position as well as a second switch for detecting the presence of the hook in its fourth position
  • the invention also applies to a hook mounted fixed,
  • the placing of the load on its support in order to unhook it may, for example, be detected by a comparative analysis of the supply currents of the manipulator gearmotors and of the movements of the elements of the manipulator or using a push button located on the handle;
  • the invention also applies to a detection of the fact that the handle has left its second position by detecting the presence of the handle in its fifth position (closing of the third switch);
  • the load manipulator comprises two motorized segments mounted on a base which is also motorized
  • the invention also applies to other types of handling assistance devices such as for example a handling assistance device deformable parallelogram handling comprising means for assisting handling with no load separate or confused with means for assisting with handling of the load, an overhead crane, a handling assistance device comprising a different number of segments as a single segment or more than two, a manipulator comprising a different number of lifting and / or slewing actuators;
  • the invention also applies to other configurations of the handling assistance device, such as for example a fixed chassis or whose rotation is free, the chassis which can be mounted for example on a ball bearing or a fluid bearing;
  • the invention also applies to other configurations of the device assistance in handling the load, such as for example a motorized rotation of the control and handling device on the handling assistance device;
  • the output force of the gearmotor is measured using a torque sensor, such a sensor is not essential because the force provided by the gearmotor can be measured in other ways such as for example by measuring the supply current, reading a strain or elongation gauge positioned on the segment;
  • control and handling device comprises a connection plate to the manipulator
  • the invention also applies to other types of first means of connection to a device for assisting with the handling of load such as for example a bonded, welded, screwed or snapped connection;
  • first spring recalls the handle from its second to its first position and a third spring recalls the handle from its fifth towards its first position
  • the invention also applies to a single spring recalling the handle towards its first position.
  • return means such as for example an elastomer block, Belleville washers or a magnet
  • control and handling device comprises a first switch
  • the invention also applies to other means of detecting the presence of the handle in its second position such as for example a photoelectric cell, a sensor in ductive, a Hall effect sensor, an ultrasonic sensor or a pressure sensor
  • a photoelectric cell for example a photoelectric cell, a sensor in ductive, a Hall effect sensor, an ultrasonic sensor or a pressure sensor
  • these same means can also be used to detect the presence of the handle in its fifth position and / or the presence of the hook in its fourth position;
  • the invention also applies to other modes of piloting the gearmotors of the manipulator as by example a simultaneous application of speed instructions to the two geared motors;
  • the decrease in the assistance effort generated by the manipulator is implemented by decreasing a gain applied to the assistance effort
  • the invention also applies to other means of decreasing the assistance effort, for example by gradually decreasing the value of the estimate of the mass of the load to be handled;
  • the invention also applies to other means of controlling the process as servicing, for example an inhibition of the first and third switches in the piling or when no load is detected;
  • control and ani- pulation also includes a third switch which contributes to triggering the phase of reduction of the assistance effort
  • the invention also applies to other means of controlling a decrease in the assistance effort such as for example a switch trigger type placed on the control interface;
  • control interface plate is held in its initial position using an actuator
  • the invention also applies to other means for balancing the control interface such as for example a deformable parallelogram
  • the control of the handling assistance device is done using a force control law
  • the invention also applies to other types of vertical force control law aimed to supply or apply a vertical force opposite to the weight of the load to be handled, such as, for example, open-loop, closed-loop regulation or torque control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)
  • Load-Engaging Elements For Cranes (AREA)

Abstract

Dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant un bâti (21) comportant des premiers moyens de liaison (19) à un dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10), le bâti (21) comprenant également une interface de commande (23) et des deuxièmes moyens de liaison (26) à une charge à manipuler, l'interface de commande (23) étant agencée pour pouvoir se déplacer depuis une première position (A) vers une deuxième position (B), le dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant des premiers moyens de rappel (24) de l'interface de commande (23) vers la première position (A) et de premiers moyens (25) de détecter la présence de l'interface de commande (20) dans sa deuxième position (B).

Description

Dispositif de commande et de manipulation d' une charge de masse inconnue
La présente invention concerne le domaine de la co- botique et plus particulièrement des exosquelettes d' assistance .
ARRIERE PLAN DE L' INVENTION
Il est connu de commander un dispositif d'assistance à la manipulation d'une charge en réalisant un asservissement en effort dans lequel la consigne d/ effort représente une fraction {compensation partielle) ou la totalité (compensation totale) de l’effort résistant généré par une charge à manipuler.
Les dispositifs d'assistance à la manipulation pas sifs utilisent des ressorts qui sont dimensionnés pour fournir des efforts de compensation calibrés par rapport à une charge dont la masse est connue. Pour les dispositifs d'assistance à la manipulation actifs, il est néces saire d'également connaître 1a masse de la charge à manipuler afin de commander le juste effort d'assistance. Il existe de nombreux algorithmes de pilotage d'un action- neur d' exosquelette comme par exemple un pilotage en dé placement, en vitesse, en accélération ou en effort.
OBJET DE L' INVENTION
Un but de l'invention est de réduire les opérations de mesure préalable de la masse d'une charge à manipuler par un dispositif d'assistance à la manipulation de charge .
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit un dispositif de commande et de manipulation comprenant un bâti comportant des pre miers moyens de liaison à un dispositif d' assistance à la manipulation de charge, le bâti comprenant également une interface de commande et des deuxième moyens de liaison à une charge à manipuler. 1/ interface de commande est agencée pour pouvoir se déplacer relativement au bâti depuis une première position vers une deuxième position. Le dispositif de commande et de manipulation comprend des pre miers moyens de rappel de l' interface de commande vers la première position. Le dispositif de commande et de mani pulation est pourvu de premiers moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa deuxième po sition. Les premiers moyens de détecter la présence de 1' interface de commande dans sa deuxième position sont pourvus de connecteurs destinés à être reliés à une unité de contrôle du dispositif d'assistance à la manipulation de charge.
Un tel dispositif de commande et de manipulation permet, lorsqu'il est relié à une unité de contrôle d'un dispositif d'assistance à la manipulation de charge, de simplement paramétrer un effort d'assistance à fournir sans qu' il soit nécessaire de préalablement renseigner la valeur de la masse de la charge à manipuler. Ceci permet d'utiliser un dispositif d'assistance à la manipulation de charge pour la manipulation de plusieurs éléments de masses différentes avec un temps réduit pour le passage d'un élément à un autre, ce qui améliore la flexibilité du processus de manutention.
La détection de l'intention de poser la charge est facilitée lorsque les deuxièmes moyens de liaison de la charge sont agencés pour pouvoir se déplacer relativement au bâti entre une troisième position et une quatrième po sition et que le dispositif de commande et de manipula- tion comprend des deuxièmes moyens de rappel des deu xièmes moyens de liaison de la charge vers la troisième position ainsi que des deuxièmes moyens de détecter la présence des moyens de liaison de la charge à manipuler dans leur quatrième position. Les deuxièmes moyens de dé tecter la présence des deuxièmes moyens de liaison de la charge dans leur quatrième position sont pourvus de connecteurs destinés à être reliés à une unité de contrôle du dispositif d'assistance à la manipulation de charge La finesse de 1/ assistance est améliorée lorsque l'interface de commande est également agencée pour pou voir se déplacer relativement au bâti depuis sa première position vers une cinquième position, la deuxième et la cinquième position étant situées de part et d'autre de la première position. Le dispositif de commande et de manipulation comprend alors des troisièmes moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa cinquième position qui sont pourvus de connecteurs destinés à être reliés à une unité de contrôle du dispositif d'assistance à la manipulation de charge.
Avantageusement, la première position, la deuxième position et la cinquième position sont alignées selon une première direction.
Le dispositif d'assistance à la manipulation permet de facilement réaliser des opérations de levage quand la première direction est verticale lorsque le dispositif de commande et de manipulation est relié au dispositif d'assistance à la manipulation de charge et/ou lorsque la troisième position et la quatrième position sont alignées selon la première direction.
La présence d'une charge est identifiée avant que 1' interface de contrôle et de commande ne change de posi tion lorsque les deuxièmes moyens de rappel exercent un effort de rappel inférieur à celui exercé par les pre miers moyens de rappel.
Une réalisation économique est obtenue lorsque les premiers moyens de rappel et/ou les deuxièmes moyens de rappel comprennent un ressort.
Une réalisation économique est également obtenue lorsque les premiers moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa deuxième position et/ou les deuxièmes moyens de détecter la présence des moyens de liaison de la charge dans leur quatrième position et/ou les troisièmes moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa cinquième position com- prennent un interrupteur.
L'invention concerne également un dispositif d' assistance à la manipulation de charge relié au dispo sitif de commande et de manipulation ci-dessus. Avantageusement, les premiers moyens de rappel du dispositif de commande et de manipulation exercent un effort de rappel supérieur à des efforts de frottement et d'inertie exer cés par le dispositif d'assistance à la manipulation à l'encontre d'une venue de l'interface de commande depuis sa première position jusqu'à sa deuxième ou sa troisième position.
La sécurité d'utilisation est améliorée lorsque le dispositif comprend des moyens d'inhibition des premiers moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa deuxième position et/ou des moyens d'inhibition des deuxièmes moyens de détecter la présence des moyens de liaison de la charge à manipuler dans leur quatrième position et/ou des moyens d' inhibition des troisièmes moyens de détecter la présence de l' interface de commande dans sa cinquième position,
1/ invention concerne également un procédé de com- mande d'un dispositif d'assistance à la manipulation de charge relié à un dispositif de commande et de manipulation, le dispositif de commande et de manipulation com prenant un bâti comportant une interface de commande et des moyens de liaison à une charge à manipuler et l'interface de commande est agencée pour pouvoir se dé placer relativement au bâti depuis une première position vers une deuxième position. Le dispositif de commande et de manipulation comprend des premiers moyens de rappel de l'interface de commande vers la première position et est pourvu de premiers moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa deuxième position. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes de ;
lors d'une phase préliminaire ;
- détecter une présence de l'interface de commande dans sa deuxième position ;
- appliquer une commande de force verticale croissante au dispositif d'assistance à la manipulation de charge visant à provoquer un déplacement du bâti relativement à l'interface de commande de manière à amener l'interface de commande dans sa première position ;
- enregistrer une première valeur atteinte par la commande et/ou une deuxième valeur atteinte par un capteur lié au dispositif d'assistance à la manipulation de charge lorsqu'une présence de l'interface de commande dans sa deuxième position n'est plus détectée ; - utiliser la première valeur et/ou la deuxième valeur pour déterminer une première estimation d' un poids de la charge à manipuler ;
et lors d'une phase de pilotage :
- commander le dispositif d'assistance à la manipulation à l'aide d'une loi de commande de force verticale en utilisant la première estimation du poids de la charge afin de générer un effort d'assistance à la manipulation de la charge.
On obtient alors un procédé de commande qui permet d'évaluer le poids à prendre en charge par le dispositif d'assistance à la manipulation et de paramétrer la loi de commande de ce dispositif au cours des opérations de saisie et de levée de la charge. Ces opérations sont trans- parentes pour l'utilisateur et le dispositif d'assistance à la manipulation peut être utilisé pour la prise en charge d'éléments de masses variées sans recourir à des opérations de calibrage.
La précision de la détermination de l'effort d'assistance est améliorée lorsque le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes situées entre la phase préliminaire et la phase de pilotage :
- lorsqu'une présence de l'interface de commande dans sa deuxième position n'est plus détectée, appliquer une commande de force verticale décroissante au dispositif d'assistance à la manipulation de charge visant à provoquer un déplacement du bâti relativement à l'interface de commande de manière à ramener l'interface de commande dans sa deuxième position ;
- enregistrer une troisième valeur atteinte par la commande et/ou une quatrième valeur atteinte par un capteur lié au dispositif d'assistance à la manipulation de charge lorsqu'une présence de l'interface de commande dans sa deuxième position est détectée;
- utiliser la troisième valeur et/ou la quatrième valeur pour affiner l'estimation du poids de la charge à manipuler .
Une estimation plus précise du poids de la charge à manipuler est obtenue lorsque le procédé de commande com prend une étape supplémentaire de corriger la première estimation d'un poids de la charge à manipuler à l'aide d'une force d'enclenchement des premiers et/ou deuxièmes moyens de rappel.
La phase de repose de la charge est plus intuitive lorsque les deuxièmes moyens de liaison de la charge sont agencés pour pouvoir se déplacer relativement au bâti entre une troisième position et une quatrième position et que le dispositif de commande et de manipulation comprend des deuxièmes moyens de rappel des deuxièmes moyens de liaison de la charge vers la troisième position et des deuxièmes moyens de détecter la présence des deuxièmes moyens de liaison de la charge dans leur quatrième position. L'interface de commande est alors agencée pour pou voir se déplacer relativement au bâti depuis sa première position vers une cinquième position, la deuxième et la cinquième position étant situées de part et d'autre de la première position et le dispositif de commande et de ma nipulation comprend des troisièmes moyens de détecter la présence de l'interface de commande dans sa cinquième po sition. Alors, le procédé comprend les étapes supplémen taires suivantes situées dans la phase de pilotage :
- détecter une présence de l' interface de commande dans sa cinquième position ;
commander une décroissance de l'effort d'assistance à la manipulation de la charge exercée par le dispositif d'assistance à la manipulation de charge jusqu'à ne plus détecter une présence des deuxièmes moyens de liaison de la charge dans leur quatrième position .
Avantageusement le procédé comprend l'étape supplé mentaire de mettre la valeur de l'estimation de l'effort résistant de la charge à zéro lorsqu'une présence des deuxièmes moyens de liaison à la charge dans leur qua trième position n'est plus détectée.
De manière préférée, la commande croissante résulte d'une consigne de vitesse non nulle et/ou peut comprendre une commande d'effort croissante.
Lorsque le manipulateur comprend des actionneurs rotatifs, la commande d'effort croissante peut comprendre une commande de couple .
L'invention concerne également un ensemble de manu- tention comprenant un dispositif d'assistance à la manipulation de charge relié à un dispositif de commande et de manipulation et une unité de contrôle agencée pour mettre en œuvre le procédé tels que décrits ci-dessus.
D’autres avantages et caractéristiques de l’inven- tion ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation non limitatifs de l’invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles : -la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un ensemble de manutention selon l'invention ;
-la figure 2 est une vue de détail d'un dispositif de commande et de manipulation selon un premier mode de réalisation de 1 ' invention;
—la figure 3 est une vue du dispositif de commande et de manipulation de la figure 2 dans un deuxième état ;
-les figures 4 à 13 représentent l'ensemble de manutention de la figure 1 au cours des diverses étapes d'un premier mode de réalisation du procédé de commande selon l’invention ;
-la figure 14 est une vue de détail d'un dispositif de commande et de manipulation selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
-les figures 15 à 18 représentent l'ensemble de manutention de la figure 1 au cours des diverses étapes d'un troisième mode de réalisation du procédé de commande selon l'invention
DESCRIPTION DETAILLEE DE Lf INVENTION
En référence aux figures 1 à 7, l' ensemble de manutention généralement désigné 1 comprend un manipulateur 10 de charge relié à une unité de contrôle 90,
Le manipulateur 10 repose sur une surface horizontale 2 et comprend un support 11 sur lequel un châssis 12 est monté à rotation sur un palier 13 autour d'un axe vertical Oy. La rotation du châssis 12 autour de l' axe vertical Oy relativement au support 11 est commandée par un premier motoréducteur 14 relié à l'unité de contrôle 90.
Un premier segment 15 est articulé en sa
première extrémité 15.1 sur le châssis 12 selon un axe Ox horizontal. La rotation du premier segment 15 relativement au châssis 12 est commandée par un deuxième motoréducteur 16 relié à 11 unité de contrôle 90.
Un deuxième segment 17 est articulé en sa première extrémité 17.1 sur la deuxième extrémité 15.2 du premier segment 15. La rotation du deuxième segment 17 relativement au premier segment 15 est commandée par un troisième motoréducteur 18 relié à l'unité de contrôle 90.
La deuxième extrémité 17.2 du deuxième segment 17 comprend des moyens de liaison à un dispositif 20 de commande et de manipulation, ici sous la forme d'une platine de fixation 19 articulée sur la deuxième extrémité 17.2. Un actionneur 19.1 non représenté assure que la platine de fixation 19 demeure dans sa position initiale quelle que soit la position du deuxième segment 17.
Le premier motoréducteur 14 est équipé d' un premier codeur 14.1 rotatif à points, d'un premier capteur de courant 14.2 d'alimentation du premier motoréducteur 14 et d'un premier capteur de couple 14.3 reliés à l'unité de contrôle 90.
Le deuxième motoréducteur 16 est équipé d'un deuxième codeur 16.1 rotatif à points, d'un deuxième capteur de courant 16.2 d'alimentation du deuxième motoréducteur 16 et d'un deuxième capteur de couple 16.3 reliés à l'unité de contrôle 90.
Le troisième motoréducteur 18 est équipé d'un troisième codeur 18.1 rotatif à points, d'un troisième capteur de courant 18.2 d'alimentation du troisième motoréducteur 18 et d'un troisième capteur de couple 18.3 reliés à l'unité de contrôle 90.
L'unité de contrôle 90 comprend un premier module
91 d'estimation d'effort et un deuxième module 92 de calcul pour piloter les premier, deuxième et troisième motoréducteurs 14, 16 et 18 à l'aide d'une loi d'asservissement en effort vertical.
En référence à la figure 2, le dispositif 20 comprend un bâti 21 comportant une platine 22 boulonnée sur la platine de fixation 19 du manipulateur 10. Le bâti 21 comprend également une poignée 23 montée à coulissement selon un axe vertical (selon la représentation des fi- gures 2 et 3) relativement au bâti 21. La poignée 23 peut se déplacer depuis une première position A (représentée en figure 2) vers une deuxième position B (représentée en figure 3) qui correspond à une translation de la poignée 23 vers le haut (selon la représentation des figures 2 et 3) relativement au bâti 21. Un premier ressort 24 héli coïdal de raideur k24 rappelle la poignée 23 depuis sa deuxième position B vers sa première position A. Préfé rentiellement, mais de manière non nécessaire, la raideur .24 du premier ressort 24 est telle que l'effort de rappel (ou d'enclenchement) qu'il exerce est supérieur aux ef forts de frottement et d'inertie exercés par le manipulateur 10 à l'encontre d'une venue de la poignée 23 depuis sa première position A jusqu'à sa deuxième position B.
Le dispositif 20 comprend également un premier in terrupteur 25 normalement ouvert qui passe de l'état ou vert à l'état fermé lorsque la poignée 23 est dans sa deuxième position B (figure 3) Le premier interrupteur
25 passe de l'état fermé à l'état ouvert lorsque la poi gnée 23 quitte la deuxième position B,
Le bâti 21 comprend également un crochet 26 monté à coulissement selon un axe vertical (selon les représentations des figures 2 et 3) relativement au bâti 21. Le crochet 26 peut se déplacer depuis une troisième position C (représentée en figure 2) vers une quatrième position D (représentée en figure 3) qui correspond à une transla tion du crochet 26 vers le bas (selon la représentation des figures 2 et 3) relativement au bâti 21. Un deuxième ressort 27 hélicoïdal de raideur k27 rappelle le crochet
26 vers sa troisième position C. Ici, la raideur k27 du deuxième ressort 27 est préférentiellement, mais pas né cessairement, telle que l'effort de rappel (ou d'enclenchement) qu'il exerce est inférieur à l'effort de rappel (ou d'enclenchement) du premier ressort 24.
Le dispositif 20 comprend également un deuxième in terrupteur 28 normalement ouvert qui passe de l'état ouvert à l'état fermé lorsque le crochet 26 est dans sa quatrième position D (figure 3) . Le deuxième interrupteur 28 passe de l'état fermé à l'état ouvert lorsque le crochet 26 quitte la quatrième position D.
Le premier interrupteur 25 et le deuxième interrupteur 28 sont respectivement reliés à un premier connec teur 25.1 et un deuxième connecteur 28.1 enfichés dans des connecteurs homologues reliés à l'unité de contrôle 90.
En fonctionnement, un utilisateur 100 saisit la poignée 23 et déplace le manipulateur 10 afin d'approcher le crochet 26 d'une charge 80 à manipuler (figure 4), ici pourvue d'un anneau de levage 81. Dans cette phase d'approche, l'unité de contrôle 90 réalise un asservissement en effort du premier motoréducteur 14, du deuxième motoréducteur 16 et du troisième motoréducteur 18 à l'aide du deuxième module 92 de manière à équilibrer le manipulateur 10 (équilibrage à vide} . Le premier capteur de couple 14.3, le deuxième capteur de couple 16.3 et le troisième capteur de couple 18.3 mesurent notamment les variations de couples produits par les efforts appliqués par l'utilisateur 100 au manipulateur 10 via la poignée 23 et le deuxième module 92 pilote le premier motoréduc- teur 14, le deuxième motoréducteur 16 et le troisième mo toréducteur 18 de manière à réduire l'effort appliqué au manipulateur 10. Durant cette phase d'approche, le pre- mier interrupteur 25 et le deuxième interrupteur 28 sont à l'état ouvert (figure 2 et 4). Une fois le crochet 26 engagé dans l'anneau de levage 81 (figure 5), l'utilisateur 100 exerce un effort vertical vers le haut sur la poignée 23 afin de lever la charge 80, L'unité de contrôle 90 commande le manipulateur 10 de manière à pro voquer un mouvement de l'extrémité 17.2 du deuxième seg ment 17 verticalement vers le haut. Ce déplacement provoque successivement la venue du crochet 26 depuis sa troisième position C à sa quatrième position D -et donc la fermeture du deuxième interrupteur 28 (figure 6)- puis la venue de la poignée 23 depuis sa première position A à sa deuxième position et donc la fermeture du premier interrupteur 25 (figure 7) . Le second module 92 détecte la présence de la poignée 23 dans sa deuxième position B grâce à la fermeture du premier interrupteur 25.
Selon une première étape, l'unité de contrôle 90 fixe une première consigne 30 de vitesse de translation vers le haut de 0,5 mètre par seconde dans un sens visant à déplacer le bâti 21 relativement à la poignée 23 de ma nière à ramener 1a poignée 23 dans sa première position. 1/ unité de contrôle 90 calcule la vitesse verticale de la charge 80 à partir des mesures des vitesses angulaires du deuxième motoréducteur 16 et du troisième motoréducteur 18 respectivement effectuées par le deuxième codeur 16.1 et le troisième codeur 18.1, ainsi qu'à partir des Ion- gueurs des segments 15 et 17. 1/ unité de contrôle 90 dé termine alors une erreur entre 1 vitesse verticale de la charge 80 et la première consigne 30 et ajuste en consé quence la valeur de la commande de couple COM16 envoyée au deuxième motoréducteur 16 et au troisième motoréducteur 18. Ainsi, tant que la vitesse verticale de la charge 80 est nulle, l'unité de contrôle et de commande 5 envoie une commande de couple croissante au deuxième motoréduc teur 16 et au troisième moto-réducteur 18. Lorsque le couple Ci6 appliqué par le second motoréducteur 16 au pre- mier segment 15 dépasse la valeur de son couple de seuil Csi6 et que le couple Ci8 appliqué par le troisième motoré ducteur 18 au segment 17 dépasse la valeur de son couple de seuil Csie, les segments 15 et 17 tournent de façon à ce que la vitesse de la charge 800 soit verticale vers le haut (figure 9). Dès qu'une vitesse verticale de la charge 80 est enregistrée par l'unité de contrôle 90, la valeur de l'effort vertical est estimée par le module 91 à partir des couples Cis et (¾, des informations fournies par les codeurs 16.1 et 18.1, et de la longueur des seg ments 15 et 17 qui permettent de déterminer les distances LI6 et Lia séparant le deuxième motoréducteur 16 et le troisième motoréducteur 18 de la charge 80. Les couples Cig et Cia peuvent soit correspondre aux commandes de couple COM16 et C0MIB soit aux couples mesurés par les capteurs de couple 16.3 et 18.3, soit encore des couples estimés par les consignes ou mesures des courants I16 et lis envoyés aux motoréducteurs 16 et 18 et d' une courbe liant ces intensités à leurs couples. L' unité de contrôle 90 effectue alors une correction de cette première estimation de la valeur de la force verticale qui prend en compte les forces d' enclenchement exercées par les res sorts de rappel 24 et 27 et qui est fournie par 1' opérateur ainsi que le frottement dans l' ensemble du dispositif d'assistance à la manipulation y compris dans les motoréducteurs 16 et 18. Cette correction peut pren- dre la forme, ici, d'une sommation du maximum des forces d'enclenchement exercées par les ressorts de rappel 24 et 27 avec la première estimation de force verticale. Par la suite la valeur corrigée de l'effort vertical, qui correspond à une estimation du poids donc de la masse Maoesi de la charge 80, est utilisée par le deuxième module 92 pour paramétrer une loi d'asservissement en effort qui établit les commandes à appliquer au deuxième motoréducteur 16, au troisième motoréducteur 18 et éventuellement au premier motoréducteur 14 pour commander le manipula- teur 10 lors de la manipulation de la charge 80, et ce jusqu'à la repose de la charge.
Ceci permet à l'opérateur de déplacer la charge sans contrainte de vitesse donc sans perte de temps (com mande d'équilibre) en appliquant seulement une force égale au frottement et aux efforts d'accélération/décélération de l'ensemble de manutention 1.
Si pendant un instant suivant la correction de la commande l'utilisateur 100 continue d'exercer sur la poignée 23 un effort vers le haut», le premier interrupteur 25 demeure fermé et comme l'unité de contrôle maintient la consigne de force verticale corrigée, il se produit une accélération de la charge 80 vers le haut. En réfé rence à la figure 10, lorsque l'utilisateur 100 cesse d'appliquer son effort vers le haut (ou qu'il se contente d'accompagner la poignée 23), le déplacement de l'extrémité 17.2 du deuxième segment 17 de manipulateur 10 provoque un déplacement relatif du bâti 21 par rapport à la poignée 23 qui amène le premier interrupteur 25 dans son état fermé et le retour de la poignée 23 vers sa pre- mière position A (figure 11) . Par ailleurs la charge dé célère sous l'effet des frottements.
Lorsque l'utilisateur 100 souhaite poser la charge 80, il applique un effort vers le bas sur la poignée 23 jusqu'à ce que la charge 80 vienne au contact du support de destination, ici le sol (figure 12) . En maintenant l'application d'un effort vers le bas, le bâti 21 du dispositif 20 se déplace vers le bas alors que la charge 80 et le crochet 26 sont fixes. Ce déplacement relatif du bâti 21 et du crochet 26 provoque une décharge du crochet 26 qui quitte alors sa quatrième position D. Le deuxième interrupteur 28 passe de l'état fermé à l'état ouvert (figure 13) . La présence du crochet 26 en sa quatrième position D n'est plus détectée et le second module 92 met la valeur de l'estimation M80esi de la masse de la charge 80 à zéro. La loi d'asservissement en effort vertical fait passer la valeur de l'effort appliquer au dispositif 20 à zéro et établit les commandes à appliquer au deu xième motoréducteur 16, au troisième motoréducteur 18 et éventuellement au premier motoréducteur 14 en consé quence. Ainsi, dans le cas d'une évolution continue de la première estimation Ma0esif l'assistance exercée par le ma nipulateur 10 sur la charge 80 décroit jusqu'à revenir à une valeur correspondant à un équilibrage à vide du manipulateur 10.
On obtient ainsi un procédé de commande permettant d'estimer la masse d'une charge 80 à manipuler par un manipulateur 10 et de commander ensuite ce manipulateur 10 en utilisant la première estimation Msoesi de la masse de la charge 80.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précé- demment décrit porteront une référence numérique iden tique à ceux-ci dans la description qui suit des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la phase préliminaire comprend des étapes supplémentaires de détermination d'une deuxième estima tion Mgoes2 de la masse de la charge 80. Lorsque la pré sence de la poignée 23 dans sa deuxième position B n'est plus détectée (passage du premier interrupteur 25 de son état fermé à son état ouvert), le premier module 91 fixe une deuxième consigne 31 de vitesse négative de quinze degrés par seconde au deuxième motoréducteur 16 dans un sens visant à déplacer le bâti 21 relativement à la poignée 23 de manière à ramener la poignée 23 dans sa deu xième position B (ici une rotation vers le bas dans un plan vertical selon la représentation des figures 1 et 2) . Le premier module 91 fixe également une consigne de déplacement nul au troisième motoréducteur 18. Lorsque la poignée 23 retourne à sa deuxième position B (figure 3 ) , le premier module 91 enregistre la deuxième valeur COMI6-2 atteinte par la commande COMie envoyée au deuxième motoré- ducteur 16, ici la deuxième valeur Ii6-2 atteinte par l'intensité d'alimentation lie du deuxième motoréducteur 16. Cette deuxième valeur est mesurée à l'aide du cap teur 16.3. Alternativement, ou de manière conjointe, le module 91 peut enregistrer le deuxième couple Ci6-2 appli- qué par le deuxième motoréducteur 16. Le premier module 91 utilise la deuxième valeur I16-.2 pour affiner la pre mière estimation M8oesi de la charge 80 et aboutir à une deuxième estimation Msoes2 - Cette deuxième estimation M8oes2 peut être déterminée en prenant en compte la raideur k24 du premier ressort 24 et/ou en réalisant une moyenne du premier couple Csi6 et du deuxième couple Cig-2·
Cette deuxième estimation M8oeS2 est enregistrée par le deuxième module 92 et est ensuite utilisée par le deuxième module 92 pour paramétrer une loi d'asservissement en effort qui établit les commandes à appliquer au deuxième motoréducteur 16, au troisième motoréducteur 18 et éventuellement au premier motoréducteur 14 pour commander le manipulateur 10 lors de la manipulation de la charge 80.
Selon un troisième mode de réalisation, la poignée
23 peut également se déplacer depuis sa première position A (représentée en figure 2) vers une cinquième position E (représentée en figure 14) qui correspond à une transla tion de la poignée 23 vers le bas (selon la représentation des figures 1 à 14) relativement au bâti 21. La deu xième position B et la cinquième position E sont situées de part et d'autre de la première position A. La première position A, la deuxième position B et la cinquième position E sont alignées selon une première direction verticale parallèle à l'axe Oy lorsque le dispositif 20 est relié au manipulateur 10. Ici, la troisième position C et la quatrième position D du crochet 26 sont également ali gnées selon la première direction. Un troisième ressort 29 hélicoïdal de raideur k2g rappelle la poignée 23 vers sa première position A. Préférentiellement, mais de ma- nière non nécessaire, la raideur kå9 du troisième ressort 29 exerce un effort de rappel supérieur aux efforts de frottement et d' inertie exercés par le manipulateur 10 à l'encontre d'une venue de la poignée 23 depuis sa première position A jusqu'à sa cinquième position E.
Le dispositif 20 comprend également un troisième interrupteur 40 Normalement Ouvert qui passe de l'état ouvert à l'état fermé lorsque la poignée 23 est dans sa cinquième position E (figure 14). Le troisième interrup teur 40 passe de l'état fermé à l'état ouvert lorsque la poignée 23 quitte la cinquième position E. Le troisième interrupteur 40 est relié à un troisième connecteur 40.1 enfiché dans un connecteur homologue relié à l'unité de contrôle 90.
Lorsque l'utilisateur 100 souhaite poser la charge 80, il applique un effort vers le bas sur la poignée 23 jusqu'à ce que la charge 80 vienne au contact du support de destination, ici le sol {figure 15) .
En maintenant l'application d'un effort vers le bas, l'utilisateur provoque le passage de la poignée 23 depuis sa première position A vers sa cinquième position E. Le troisième interrupteur 40 passe de l'état ouvert à l'état fermé (figure 16).
La présence de la poignée 23 dans sa cinquième po sition est alors détectée et le deuxième module 92 commande une décroissance de l'effort d'assistance exercé par le manipulateur 10, Cette décroissance est mise en œuvre, ici, en faisant décroître un gain appliqué à l'effort d'assistance généré par le manipulateur 10. Le manipulateur 10, sous l'effet conjugué de l'effort vers le bas appliqué sur la poignée 23 par l'utilisateur 100 et la décroissance de l'effort d'assistance exercé par le manipulateur 10, se déplace selon un mouvement descendant selon la représentation de la figure 16. üne fois que l'effort d'assistance est inférieur à l'effort exercé par le deuxième ressort 27 pour rappeler le crochet 26 dans sa troisième position C, le crochet 26 quitte sa qua trième position D. Le deuxième interrupteur 28 passe alors à l'état ouvert. Le deuxième module 92 ne détecte plus la présence du crochet 26 dans sa quatrième position D (figure 17) et cesse la décroissance de l'effort d'assistance exercé par le manipulateur 10. Cette situa tion correspond sensiblement à une situation de retour à l'équilibrage à vide du manipulateur 10 et peut s'accompagner d'une remise à zéro de la valeur de la pre mière estimation M80esi (ou la deuxième estimation M80eS2) de la masse de la charge 80.
L'utilisateur 100 guide ensuite le manipulateur 10 à l'aide de la poignée 23 de manière à dégager le crochet 26 { figure 18 ) .
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
Il est par exemple envisageable de prévoir des dis positifs d' inhibition du premier interrupteur 25 et/ou du deuxième interrupteur 28 et/ou du troisième interrupteur 40. Ces dispositifs d' inhibition peuvent être commandés automatiquement par l'unité de contrôle 90 au moment du passage en phase de pilotage ou directement par l'utilisateur via une commande positionnée sur la poignée 23. Ces dispositifs d'inhibition peuvent utilement fil- trer des actions brusques d'un utilisateur sur la poignée 23 lors de la phase de pilotage et qui pourraient amener à une fermeture ou une ouverture du premier interrupteur 25, du deuxième interrupteur 28 ou du troisième interrup teur 40 qui amènerait à une diminution de l'effort d'assistance non souhaitée. Ces dispositifs d'inhibition assurent ainsi une sécurité améliorée du dispositif 20.
En particulier,
- bien qu' ici la liaison de la charge au manipula teur soit assurée par un crochet destiné à collaborer avec un anneau de la charge, l'invention s'applique éga lement à d' autres types de deuxièmes moyens de liaison à une charge comme par exemple un préhenseur, des fourches, une ventouse à vide ou un grappin magnétique ;
- bien qu' ici le manipulateur comprenne des motoré- ducteurs, l'invention s'applique également à d'autres types d' actionneurs comme par exemple des vérins à câbles, des actionneurs linéaires hydrauliques, pneuma tiques ou électriques ;
- bien qu' ici les motoréducteurs soient pourvus d'un codeur rotatif à points, l'invention s'applique éga lement à d'autres moyens de détecter un mouvement de G actionneur comme par exemple un codeur à câble, une piste résistive, une centrale inertielle ;
- bien qu' ici le premier module de l'unité de con trôle fixe une consigne de vitesse de quinze degrés par seconde, l' invention s'applique à d'autres valeurs de la consigne de vitesse comme par exemple toute valeur non nulle ;
- bien qu' ici l' exosquelette comprenne une poignée, l'invention s'applique également à d'autres types d'interface de commande comme par exemple un joystick ou un volant ;
- bien qu' ici le premier module applique une commande de couple croissante à l' actionneur, l'invention s'applique également à d'autres types de commande de force verticale croissante comme par exemple une commande de force croissante ;
- bien qu' ici le premier module applique une com mande de couple décroissante à l' actionneur, l'invention s'applique également à d'autres types de commande de force verticale décroissante comme par exemple une com mande de force décroissante ;
- bien qu'ici le dispositif de commande et de mani pulation comprenne un crochet monté mobile entre une troisième et une quatrième position ainsi qu'un deuxième interrupteur pour détecter la présence du crochet dans sa quatrième position, l'invention s'applique également à un crochet monté fixe, La pose de 1a charge sur son support en vue de la décrocher peut-être, par exemple, détectée par l'analyse comparative des courants d'alimentation des motoréducteurs du manipulateur et des mouvements des élé ments du manipulateur ou à l'aide d'un bouton poussoir située sur la poignée ;
- bien qu' ici on détecte que la poignée a quitté sa deuxième position par le passage à l'état ouvert du pre mier interrupteur, l'invention s'applique également à une détection du fait que la poignée a quitté sa deuxième po sition par la détection de la présence de la poignée dans sa cinquième position (fermeture du troisième interrupteur) ;
- bien qu' ici le manipulateur de charge comprenne deux segment motorisés montés sur une base également motorisée, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs d'assistance à la manipulation comme par exemple un dispositif d'assistance à la manipulation à parallélogrammes déformable comprenant des moyens d'assistance à la manipulation à vide distincts ou confondus avec les moyens d'assistance à la manipulation de la charge, un pont roulant, un dispositif d'assistance à la manipulation comprenant un nombre différents de seg ments comme un unique segment ou plus de deux, un anipu- lateur comprenant un nombre différent d' actionneurs de levage et/ou d'orientation ;
- bien qu'ici la rotation du châssis sur un palier soit motorisée, l'invention s'applique également à d'autres configurations du dispositif d'assistance à la manipulation, comme par exemple un châssis fixe ou dont la rotation est libre, le châssis pouvant être monté par exemple sur un roulement à bille ou un palier à fluide ;
- bien qu'ici la platine de fixation du dispositif de commande et de manipulation soit librement articulée sur l'extrémité du manipulateur, l'invention s'applique également à d'autres configurations du dispositif d'assistance à la manipulation de charge, comme par exemple une rotation motorisée du dispositif de commande et de manipulation sur le dispositif d' assistance à la manipulation ;
- bien qu' ici l'effort de sortie du motoréducteur soit mesuré à l'aide d'un capteur de couple, un tel cap teur n'est pas indispensable car l'effort fourni par le motoréducteur peut être mesuré d'autres manières comme par exemple par mesure du courant d'alimentation, lecture d'une jauge de contrainte ou d'allongement positionnée sur le segment ;
- bien qu'ici le dispositif de commande et de manipulation comprenne une platine de liaison au manipula teur, l'invention s'applique également à d'autres types de premiers moyens de liaison à un dispositif d'assistance à la manipulation de charge comme par exemple une liaison collée, soudée, vissée ou enclique- tée ;
- bien qu' ici un premier ressort rappelle la poi- gnée depuis sa deuxième vers sa première position et un troisième ressort rappelle la poignée depuis sa cinquième vers sa première position, l' invention s'applique égale ment à un unique ressort rappelant la poignée vers sa première position. L'invention s'applique également à d'autres types de moyens de rappel comme par exemple un bloc élastomère, des rondelles Belleville ou un aimant ;
- bien qu'ici le dispositif de commande et de mani pulation comprenne un premier interrupteur, l'invention s'applique également à d'autres moyens de détecter la présence de 1a poignée dans sa deuxième position comme par exemple une cellule photoélectrique, un capteur in- ductif, un capteur à effet Hall, un capteur à ultra-sons ou un capteur de pression Ces mêmes moyens peuvent éga lement être utilisés pour détecter la présence de la poi gnée dans sa cinquième position et/ou de la présence du crochet dans sa quatrième position ;
- bien qu' ici le premier module fixe une consigne de vitesse au deuxième motoréducteur et une consigne d'absence de déplacement au troisième motoréducteur, l'invention s'applique également à d'autres modes de pi- lotage des motoréducteurs du manipulateur comme par exemple une application simultanée de consignes de vi tesse aux deux motoréducteurs ;
bien qu' ici la décroissance de l'effort d'assistance généré par le manipulateur soit mise en œuvre en faisant décroître un gain appliqué à l'effort d'assistance, l'invention s'applique également à d'autres moyens de faire décroître l'effort d'assistance comme par exemple en faisant progressivement diminuer la valeur de l'estimation de la masse de la charge à manipu- 1er ;
- bien qu' ici le premier ressort et le troisième ressort exercent un effort de rappel supérieur à des ef forts de frottement et d' inertie exercés par le dispositif d'assistance à la manipulation à l'encontre d'une ve~ nue de 1a poignée depuis sa première position jusqu'à sa deuxième ou sa troisième position, l'invention s'applique également à d'autres moyens d'assurer le pilotage en as servissement du procédé comme par exemple une inhibition des premiers et troisième interrupteurs en phase de pilo tage ou lorsqu' aucune charge n'est détectée ;
- bien qu' ici le dispositif de commande et de ani- pulation comprenne également un troisième interrupteur qui contribue à déclencher la phase de diminution de l'effort d'assistance, l'invention s'applique également à d'autres moyens de commander une décroissance de l'effort d' assistance comme par exemple un interrupteur de type gâchette placé sur l'interface de commande ;
- bien qu' ici la platine de l'interface de commande soit maintenue dans sa position initiale à l'aide d'un actionneur, l'invention s'applique également à d'autres moyens d'équilibrage de l'interface de commande comme par exemple un parallélogramme déformable ;
bien qu'ici la commande du dispositif d'assistance à la manipulation se fasse à l'aide d'une loi d'asservissement en effort, l'invention s'applique également à d'autres types de loi de commande de force verticale visant à fournir ou appliquer une force verti cale opposée au poids de la charge à manipuler comme par exemple une régulation en boucle ouverte, en boucle fermée ou un asservissement en couple

Claims

REVENDICATIONS
1, Dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant un bâti (21) comportant des premiers moyens de liaison (19) à un dispositif d'assistance à la manipula tion de charge (10), le bâti (21) comprenant également une interface de commande (23) et des deuxièmes moyens de liaison (26) à une charge à manipuler,
l'interface de commande (23) étant agencée pour pouvoir se déplacer relativement au bâti (21) depuis une première position (A) vers une deuxième position (B) ,
le dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant des premiers moyens de rappel (24) de l'interface de commande (23) vers la première position
(A) ,
le dispositif de commande et de manipulation (20) étant pourvu de premiers moyens (25) de détecter la pré sence de l'interface de commande (20) dans sa deuxième position (B) ,
les premiers moyens (25) de détecter la présence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position
(B) étant pourvus de connecteurs (25,1) destinés à être reliés à une unité de contrôle (90) du dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) ,
dans lequel les deuxièmes moyens de rappel (27) exercent un effort de rappel Inférieur à celui exercé par les premiers moyens de rappel (26)
2. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon la revendication 1, dans lequel :
- les deuxièmes moyens de liaison (26) de la charge sont agencés pour pouvoir se déplacer relativement au bâ ti (21) entre une troisième position (C) et une quatrième position ( D) ;
- le dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant des deuxièmes moyens de rappel (27) des deu xièmes moyens de liaison (26) de la charge vers la troi- sième position (C) ,
- le dispositif de commande et de manipulation (20) est pourvu de deuxièmes moyens (28) de détecter la présence des moyens de liaison (26) de la charge à manipuler dans leur quatrième position (D) ;
- les deuxièmes moyens (28) de détecter la présence des deuxièmes moyens de liaison (26) de la charge dans leur quatrième position (D) sont pourvus de connecteurs (28.1) destinés à être reliés à une unité de contrôle (90) du dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) ,
3. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'interface de commande (23) est également agencée pour pouvoir se déplacer relativement au bâti (21) depuis sa première position (A) vers une cinquième position (E) , la deuxième (B) et la cinquième position (E) étant situées de part et d'autre de la première position (A),
le dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant des troisièmes moyens (40) de détecter la pré- sence de l'interface de commande (23) dans sa cinquième position (E) qui sont pourvus de connecteurs (40.1) des tinés à être reliés à une unité de contrôle (90) du dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10).
4. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon la revendication 3, dans lequel la première posi tion (A) , la deuxième position (B) et la cinquième posi- tion (E) sont alignées selon une première direction.
5. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon la revendication 4, dans lequel la première direction est verticale lorsque le dispositif de commande et de manipulation (20) est relié au dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) .
6. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel la troisième position (C) et la quatrième position (D) sont alignées selon la première direction.
7. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers moyens de rappel comprennent un ressort (26) .
8. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans le quel les deuxièmes moyens de rappel comprennent un res sort (27) .
9. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premier moyens (25) de détecter la présence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) et/ou les deuxièmes moyens (28) de détecter la présence des moyens de liaison (26) de la charge dans leur quatrième position (D) et/ou les troisièmes moyens
(40) de détecter la présence de l'interface de commande (23) dans sa cinquième position (E) comprennent un inter rupteur .
10. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d' inhibition des premiers moyens de détecter la présence de l' interface de commande (23) dans sa deuxième position,
11. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, compre- nant des moyens d' inhibition des deuxièmes moyens de dé tecter la présence des moyens de liaison (26) de la charge à manipuler dans leur quatrième position.
12. Dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, compre- nant des moyens d' inhibition des troisièmes moyens de dé tecter la présence de l'interface de commande (23) dans sa cinquième position.
13. Dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) relié à un dispositif de commande et de mani- pulation (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes .
14. Dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) selon la revendication 13, dans lequel les premiers moyens de rappel (24) du dispositif de commande et de manipulation (20) exercent un effort de rappel supérieur à des efforts de frottement et d'inertie exercés par le dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) à l'encontre d'une venue de l'interface de commande (23) depuis sa première position (A) jusqu'à sa deuxième (B) ou sa troisième position (G) .
15. Procédé de commande d'un dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) relié à un dispositif de commande et de manipulation (20), le dispo sitif de commande et de manipulation (20) comprenant un bâti (21) comportant une interface de commande (23) et des moyens de liaison (19) à une charge à manipuler, l'interface de commande (23) étant agencée pour pouvoir se déplacer relativement au bâti (21) depuis une première position (A) vers une deuxième position (B) ,
le dispositif de commande et de manipulation (20) comprenant des premiers moyens de rappel (24) de l'interface de commande (23) vers la première position (A) ,
le dispositif de commande et de manipulation (20) étant pourvu de premiers moyens (25) de détecter la pré- sence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) ,
le procédé comprenant les étapes de ;
lors d'une phase préliminaire ;
- détecter une présence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) ;
- appliquer une commande de force verticale croissante au dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) visant à provoquer un déplacement du bâti
(21) relativement à l'interface de commande (23) de manière à amener l'interface de commande (23) dans sa première position (A) ;
- enregistrer une première valeur atteinte par la commande et/ou une deuxième valeur atteinte par un capteur (14.2, 14.3, 16.2, 16.3, 18.2, 18.3) lié au dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) lorsqu'une présence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) n'est plus détectée ;
- utiliser la première valeur et/ou la deuxième valeur pour déterminer une première estimation d'un poids (MSOesi) de la charge a manipuler (80);
et lors d'une phase de pilotage : - commander le dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) à l'aide d'une loi de commande de force verticale en utilisant 1a première estimation du poids (M80esi) de la charge afin de générer un effort d'assistance à la manipulation de la charge à manipuler (80) .
16. Procédé de commande selon la revendication 15, le procédé comprenant les étapes supplémentaires suivantes situées entre la phase préliminaire et la phase de pilotage :
lorsqu'une présence de l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) n'est plus détectée, appliquer une commande de force verticale décroissante au dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) visant à provoquer un déplacement du bâti (21) relativement à l'interface de commande (23) de manière à ramener l'interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) ;
- enregistrer une troisième valeur atteinte par la commande et/ou une quatrième valeur atteinte par un capteur (14.2, 14.3, 16.2, 16.3, 18.2, 18.3) lié au dispositif d' assistance à la manipulation de charge (10) lorsqu' une présence de l' interface de commande (23) dans sa deuxième position (B) est détectée ;
- utiliser la troisième valeur et/ou la quatrième valeur pour affiner la première estimation du poids (M80esi) de la charge à manipuler (80).
17. Procédé de commande selon l' une des revendications 15 ou 16, dans lequel :
- les deuxièmes moyens de liaison (26) de la charge sont agencés pour pouvoir se déplacer relativement au bâ- ti entre une troisième position (t) et une quatrième position (D) ,
- le dispositif de commande et de manipulation (20) comprend des deuxièmes moyens de rappel (27) des deu- xièmes moyens de liaison (26) de la charge vers la troi sième position (C) et des deuxièmes moyens (28) de détec ter la présence des deuxièmes moyens de liaison (26) de la charge dans leur quatrième position (D) ,
- l'interface de commande (23) est agencée pour pouvoir se déplacer relativement au bâti (21) depuis sa première position (A) vers une cinquième position (E) , la deuxième position (B) et la cinquième position (E) étant situées de part et d'autre de la première position (A) ;
- le dispositif de commande et de manipulation (20) comprend des troisièmes moyens (40) de détecter la pré sence de l'interface de commande (23) dans sa cinquième position (E) ,
le procédé comprenant les étapes supplémentaires suivantes situées dans la phase de pilotage :
- détecter une présence de l'interface de commande
(23) dans sa cinquième position (E) ;
commander une décroissance de l'effort d'assistance à la manipulation de la charge exercé par le dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) jusqu'à ne plus détecter une présence des deuxièmes moyens de liaison (26) de la charge dans leur quatrième position (D) .
18. Procédé selon la revendication 17, comprenant l'étape supplémentaire de mettre la valeur de l'estimation du poids (M80esi) de la charge à zéro lorsqu'une présence des deuxièmes moyens de liaison (26) à la charge dans leur quatrième position (D) n'est plus détec tée ,
19. Procédé de commande selon l'une des revendica tions 15 à 18, dans lequel la commande de force verticale croissante résulte d'une consigne de vitesse non nulle.
20. Procédé de commande selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la commande de force verticale croissante comprend une commande d'effort croissante.
21. Procédé de commande selon la revendication 20, dans lequel la commande d'effort croissante comprend une commande de couple.
22. Ensemble de manutention (1) comprenant un dispositif d'assistance à la manipulation de charge (10) relié à un dispositif de commande et de manipulation (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et une unité de contrôle (90) agencée pour mettre en œuvre le procédé des revendications 15 à 21.
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