WO2020065155A1 - Procédé et dispositif de détermination d'au moins une caractéristique inertielle d'un objet - Google Patents

Procédé et dispositif de détermination d'au moins une caractéristique inertielle d'un objet Download PDF

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WO2020065155A1
WO2020065155A1 PCT/FR2019/051999 FR2019051999W WO2020065155A1 WO 2020065155 A1 WO2020065155 A1 WO 2020065155A1 FR 2019051999 W FR2019051999 W FR 2019051999W WO 2020065155 A1 WO2020065155 A1 WO 2020065155A1
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tray
periodic movement
translation
plate
assembly
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PCT/FR2019/051999
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English (en)
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Philippe Perrier
Original Assignee
Philoptere
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/16—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body

Definitions

  • the present relates to methods and devices for determining at least one inertial characteristic of an object.
  • the determination of mass is traditionally carried out by weighing which consists in measuring the vertical force applied to a balance and dividing it by the acceleration of gravity. To apply this method, the object must be placed in conditions where the acceleration of gravity is stable, known with precision and not disturbed by other accelerations.
  • a projection of the center of gravity can alternatively be measured by placing the object on three points where the vertical force is measured.
  • this method only gives the projection of the center of gravity in the plane of the three measurement points and does not allow the height of the center of gravity to be calculated above this plane.
  • to have the three coordinates of the center of gravity it is necessary to carry out force measurements for at least two angles of inclination of the object. Knowing the angles of inclination, we can then calculate the three coordinates of the center of gravity.
  • Another method described in particular in patent CN101793582A consists in measuring the complete torsor of the forces applied by the object for at least two inclinations. In this case it is not necessary to know precisely the angles of inclination because the exploitation of the relationships between the moments and the forces makes it possible to completely calculate the coordinates of the center of gravity.
  • actuation device so as to impart to the tray-object assembly at least one periodic movement in at least one direction of translation, and measure by at least one sensor at least one component of a force undergone by the tray-object assembly in the same direction as said at least one direction of translation for at least one measurement point of a period of the periodic movement of the tray;
  • the calculation step comprising: - Calculate by a calculation unit said at least one inertial characteristic of the object from the measurement of said at least one component of the force undergone by the plate-object assembly at said at least one measurement point, said at least an inertial characteristic comprising a mass of the object and / or a position of the center of gravity of the object.
  • the process could include one or more of the following features:
  • the actuation step comprises: actuating the actuation device so as to impart to the tray-object assembly at least one periodic movement in at least two independent directions of translation, and measuring by said at least one sensor the torsor forces undergone by the tray-object assembly for at least two measurement points of a period of the periodic movement; and the calculation step comprises: calculating by the calculation unit the position of the center of gravity of the object from the measurement of the torsor of the forces of the tray-object assembly at said at least two measurement points.
  • the calculation of the mass in the calculation step includes taking into account an acceleration of the plate-object assembly at least one measurement point.
  • the actuation step comprises: actuating the actuation device so as to impart to the tray-object assembly at least one periodic movement in at least two independent directions of translation, and measuring by said at least one sensor the torsor forces undergone by the tray-object assembly for at least two measurement points of a period of the periodic movement; and the calculation step comprises: calculating by the calculation unit at least the position of the center of gravity of the object from the measurement of the torsor of the forces of the tray-object assembly at said at least two measurement points , and calculate by the calculation unit the mass of the object from the measurement of the torsor of the forces undergone by the set of object-object and an acceleration of the set of object-object at said at least two points of measured.
  • the acceleration of the set-object assembly is determined by at least one accelerometer.
  • the acceleration of the plateau-object assembly is calculated by making a ratio between a square of a speed of the plateau-object assembly and a radius of curvature of a trajectory of a point of the object.
  • the actuation step comprises: actuating the actuation device so as to impart to the tray-object assembly at least one periodic movement in at least two independent directions of translation, and measuring by said at least one sensor the torsor forces undergone by the tray-object assembly for at least two measurement points of a period of the periodic movement; and the calculation step comprises: filtering the torsor of the forces and extracting a component of the torsor of the forces in phase with an acceleration of the plate-object assembly, before said at least one inertial characteristic of the object.
  • the actuation step comprises: actuating the actuation device so as to impart to the tray-object assembly a first periodic movement in a single first direction of translation, and measuring by said at least one sensor the torsor of the forces undergone by the tray-object assembly for at least a first measurement point of a period of the first periodic movement; actuate the actuating device so as to impart to the tray-object assembly a second periodic movement having a single second direction of translation, the second direction of translation being independent of the first direction of translation, and measure by said at least one sensor the torsor of the forces undergone by the tray-object assembly for at least a second measurement point of a period of the second periodic movement; and the calculation step comprises: calculating by said calculation unit the position of the center of gravity of the object from the measurement of the torsor of the forces of the plate-object assembly at said at least a first and second measurement points .
  • the actuation step comprises: actuating the actuation device so as to impart to the tray-object assembly a single periodic movement having at least two independent directions of translation and measuring by said at least one sensor the torsor of the forces undergone by the tray-object assembly for said at least two measurement points of a period of the periodic movement.
  • -a trajectory of each of the points of the tray-object assembly is a circular trajectory.
  • At least one or two measurement points comprises at least four points per period of the periodic movement.
  • the actuating device comprises six connecting rods each having an upper end connected to the plate and a movable lower end connected to the actuating device mechanically connecting the connecting rods to each other, the upper end and the lower end of each connecting rod having in a combined manner at least five degrees of freedom, and the actuation step comprises: moving the lower ends of the connecting rods by a single actuator acting by driving the actuating device so as to print on the plate the periodic movement having said at least two independent directions of translation via the mechanical connection of the connecting rods.
  • the actuation device comprises six jacks each having an upper end connected to the plate and a fixed lower end, the actuation device comprising six actuators associated respectively with the jacks so as to vary a length of the jacks by a control unit, the upper end and the lower end of each actuator having in a combined manner at least five degrees of freedom, and the actuation step comprising: varying the length of the actuators by said control unit so as to print on the plate the periodic movement having at least one direction of translation.
  • a device for determining at least one inertial characteristic of an object, the device comprising: a plate adapted to receive the object; six supports each having an upper end connected to the tray and a lower end, the upper end and the lower end of each support combined having at least five degrees of freedom; an actuation device connected to the six supports adapted to impart a periodic movement to the plate, the periodic movement having at least at least one direction of translation; at least one sensor measuring at least one component of a force undergone by the plate (43, 113) in the same direction as said direction of translation; and a computing unit configured to determine said at least one inertial characteristic of the object from the measurement of the force at said at least one measurement point, said at least one inertial characteristic comprising at least one mass of the object and / or a position of the object's center of gravity.
  • the device could include one or more of the following features:
  • the six supports are connecting rods; and the actuating device comprises a driving device (120) mechanically connecting the lower ends of the connecting rods so as to set them in motion, the driving device (120) being controlled by a single actuator of the actuating device; and the actuating device is adapted to impart a periodic movement to the plate, the periodic movement having at least two directions of translation.
  • the drive device includes: a central gear wheel adapted to be rotated by the actuator, and six peripheral gear wheels meshed on the central gear wheel, the six peripheral gear wheels having a common diameter, and the six connecting rods have their lower ends connected respectively eccentrically to each of said six peripheral gear wheels, the eccentric connection being such that the eccentric spokes are parallel to each other.
  • the six supports are six cylinders and the actuation device includes six actuators, one per cylinder, to control a length of the cylinders.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a hexapod turret according to a first embodiment for determining at least one inertial characteristic of an object
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a hexapod turret according to a second embodiment for the determination of at least one inertial characteristic of an object.
  • said at least one inertial characteristic is the position of the center of gravity and / or the mass of the object.
  • other inertial characteristics can be calculated.
  • object in this disclosure, the object should be understood as G "object of the measure” and in no way limited to inanimate objects. So the object could be, for example, a human in order to determine its mass.
  • the object could be, for example, a human in order to determine its mass.
  • its deformations during the measurement can degrade the accuracy of the result.
  • hexapod turret devices are similar and may use similar components which will not necessarily be described independently for each of the devices. They differ however by their mode of actuation.
  • the hexapod turret 40 includes a plate 43 (shown transparently in FIG. 1 to allow the remainder of the device to be seen) to receive an object 44.
  • the object 44 is temporarily connected to the plate 43 in an integral manner to form a plate assembly -object 45.
  • Six jacks 46 set the plate 43 (and therefore the object 45) in motion.
  • the hexapod turret 40 preferably has a diameter of the order of magnitude of the object 44.
  • An actuating device 50 comprises an actuator 51 associated with each jack 46 in order to vary the length of the jacks and therefore print the movement at plate 43.
  • the jacks 46 each have an upper end 47 connected to the plate 43 and a fixed lower end 48 connected to a base 42.
  • the lower ends of the jacks 46 are connected to the base 42 for example by ball joints or by links with universal joint.
  • the upper ends of the jacks 46 are connected to the plate 43 for example by ball joint connections or by universal joint connections.
  • the cylinders 46 could be electric, pneumatic or hydraulic or any other technology making it possible to modify the length between the ends in a controlled manner.
  • Each cylinder 46 is set in motion (elongation or shortening) by an actuator 51, typically a motor, respective (that is to say an actuator 51 by cylinder 46).
  • the actuators 51 are controlled by a calculation unit 52, which moreover realizes the synchronization of the actuators 51.
  • the calculation unit 52 controls the actuators 51 so that the actuators 51 print the desired movement on the plate 43. This movement can be planar or not.
  • the calculation unit 52 controls the actuators 51 so that the actuators 51 impart a periodic movement to the plate 43 having at least one direction of translation.
  • the calculating unit 52 controls the actuators 51 so that the actuators 51 impart to the plate 43 a periodic movement having at least two independent directions of translation. Directions are independent when they are not parallel to each other.
  • the periodic movement having at least two independent directions of translation moves the tray-object assembly 45 along a flat trajectory of closed curve. According to a embodiment, this planar trajectory is a circle.
  • the movement along the flat path can be done by pure translation in each of the directions of translation or by including a rotation of the plate-object assembly. A movement of an object is said to be pure translation, if, during this movement, the object remains parallel to its initial position.
  • the control of the jacks makes it possible to move the tray-object assembly 45 according to 1, 2, 3, 4.5 or 6 degrees of freedom.
  • the choice of movement according to the degrees of freedom makes it possible to determine one or more characteristics of inertia, as will be discussed below. For example, a periodic movement according to a degree of freedom (translation) is sufficient to determine the mass of the object. And a periodic movement according to two degrees of freedom (translation) is sufficient to determine the position of the object's center of gravity
  • the hexapod turret 40 preferably includes one or more force sensors 49 (such as that shown in the form of a sensor plate 49 in FIG. 1, or else a set of sensors 49, one per cylinder).
  • the sensors 49 measure at least one component of a force undergone by the plate-object assembly 45 in the same direction as the direction (s) of translation of the periodic movement.
  • the sensor or sensors 49 can measure several forces undergone by the tray-object assembly 45, depending on the desired inertial characteristic.
  • the sensor (s) 49 measures at least six components of the forces undergone by the plate 43 (and of the plate-object assembly 45 since the latter rests on the plate) so as to allow the torsor of the forces undergone by the tray-object 45 to be calculated in order to deduce the torsor from the forces undergone by the object 44.
  • These forces represent the forces undergone by the tray-object 45 when the object 44 rests on the plate 43 or on the object 44 alone if the latter rests directly on the sensor plate 49, and the forces undergone by the plate 43 alone, when the latter is empty, that is to say without object 45 resting on it. From these measurements, the forces suffered by the object 44 alone can be deduced as will be described below.
  • the force sensors 49 communicate with the calculation unit 52 (directly or not) which, in one embodiment, deduces therefrom one or more inertial characteristics of the object 44. Among these inertial characteristics, the calculation unit 52 calculates at least a mass and / or a position of the center of gravity of the object 44. A method 160 of determining at least one inertial characteristic of the object 44 will be described below.
  • a hexapod turret type device 110 includes a plate 1 13 (shown transparently in FIG. 2 to allow the rest of the device to be seen) for receiving an object 1 14 ( temporarily fixed above), and six supports, connecting rods 1 16, connected to the plate 1 13 to set it in motion.
  • the object 114 is temporarily connected to the plate 1 13 in an integral manner to form a plate-object assembly 115.
  • the hexapod turret 1 10 preferably has a diameter of the order of magnitude of the object 114.
  • the connecting rods 1 16 have their upper ends 1 17, or heads, connected to the plate 1 13 and their lower ends 1 18, or feet, are connected to a base 112 via a drive device 120.
  • the drive device 120 connects the connecting rods 116 mechanically between them. It is set in motion by a single actuator 121, typically an electric motor.
  • the actuator 121 and the drive device 120 define an actuating device 1 19 for the connecting rods 116.
  • This mechanical arrangement makes it possible to easily set in motion the plate-object assembly 115 so that it moves in two independent translation directions. This periodic movement having at least two independent directions of translation is particularly useful for calculating the mass and / or the position of the center of gravity of the object 1 14, because it simplifies the calculation.
  • connections at the upper 117 and lower 118 ends of the connecting rods 116 are chosen such that for each connecting rod 116 these connections have combined at least five degrees of freedom.
  • the connections at the upper 1 17 and lower 1 18 ends of the connecting rods 116 are of the ball or cardan type.
  • the connecting rods 1 16 are connecting axes which do not vary in length, as would be the case with jacks, but whose movement in space induces movements of the plate 1 13.
  • the connections of the ball or gimbal type allow the movement of the connecting rods 116 while ensuring that these only transmit forces aligned with their axis.
  • the base 112 is fixed, at least during the use of the device 1 10.
  • the drive device 120 is a mechanical connection between the connecting rods 1 16 which gives a spatially periodic movement to the lower ends 1 18 of the connecting rods 116.
  • the spatially moving periodic connecting rods 116 thus prints a periodic movement to the tray-object assembly 115.
  • the drive device 120 can be actuated by a single motor 121
  • the motor 121 can be an electric motor controlled by a control module 122.
  • An advantage of this configuration is that the instantaneous power of the motor 121 can be low since the overall kinetic energy of the device is practically constant for a constant speed of the device. of training. This further improves the reproducibility of the trajectory, which does not depend on the load, and the speed stability of the training device.
  • the motor 121 is an electric motor.
  • the drive device 120 includes a central gear wheel 123 and six peripheral gear wheels 124 meshing with the central gear wheel 123.
  • Each peripheral gear wheel 124 receives a lower end 118 of the connecting rods 1 16 (that is to say a connecting rod 1 16 per peripheral gear wheel 124 and vice versa).
  • Each connecting rod 1 16 is preferably oriented so as to extend in a direction substantially distant from an axis of rotation AR of the peripheral gear wheel 124 to which it is connected.
  • the lower ends 118 of the connecting rods 116 are connected eccentrically to the peripheral gear wheel 124 which is associated therewith (that is to say, a connection outside the center of each peripheral wheel 124).
  • the peripheral gear wheels 124 are all of the same diameter.
  • each connecting rod 1 16 keeps a constant direction during the movement and the plate 113 follows a translational movement along a circular trajectory (closed plane curve). This movement along a closed curved trajectory is a movement along two independent directions of pure translation.
  • the central gear wheel 123 is connected to the motor 121, so that the drive of the central gear wheel 123 sets in motion the peripheral gear wheels 124 and therefore the connecting rods 116 and the plate 113. Thanks to this configuration, for each position of the central gear wheel 123, there is a single position of the plate 1 13, and a single motor 121 may be sufficient to drive the plate 113 in motion.
  • the motor 121 controls the rotation of the central gear wheel 123 by means of a set of reduction gears. In another embodiment, the motor 121 controls the rotation of the central gear wheel 123 directly.
  • the plate 1 13 can be set in motion very simply in a periodic motion so that the center of gravity of the object moves in a circular path.
  • the peripheral gear wheels 124 are generally distributed around the central gear wheel 123 by group of two wheels.
  • the peripheral gear wheels 124 are arranged in the same plane P as that of the central gear wheel 123.
  • the central gear wheel 123 has a diameter greater than the diameter of the peripheral gear wheels 124, the wheels peripheral gears 124 having a common diameter.
  • the drive device 120 for hexapod 1 10 could have different embodiments which would impart to the tray-object assembly a periodic movement having at least two independent directions of translation.
  • Such an embodiment could for example not contain gear wheels.
  • the drive device 120 could include wheels which drive between them by friction, smooth or toothed belts, pinions, gearboxes and / or gearboxes, electrical, hydraulic, pneumatic or other transmissions.
  • These embodiments could be chosen for example according to the size of the object 1 14 to be measured.
  • a system other than a hexapod turret could also be envisaged, in fact any system which makes it possible to print a periodic movement comprising at least one direction of translation.
  • the hexapod turret 110 includes at least one sensor 125 measuring at least one component of a force undergone by the plate-object assembly 1 15 in the same direction as each of the directions of translation of the periodic movement. This measurement makes it possible to calculate the mass of the set-object 115 and to deduce that of the object 114.
  • the sensor (s) 125 can measure several forces undergone by the set-object 1 15, depending on the inertial characteristic sought.
  • the senor (s) 125 measures at least six components of the forces undergone by the plate 1 13 (and of the plate-object assembly 115 since the latter rests on the plate) so to enable the torsor of the forces undergone by the tray-object 115 assembly to be calculated in order to deduce the torsor of the forces undergone by the object 114.
  • the torsor of the forces is constituted by the three components of the force and the three components of the moments of the forces undergone by the plate-object assembly 115.
  • This or these sensors 125 could, according to one embodiment, be a set of sensors 125 positioned directly on the connecting rods 116, as illustrated in FIG. 2, with a sensor 125 associated with a connecting rod 1 16 measuring only the force along the axis of the connecting rod.
  • the force sensors 125 may for example be force sensors placed at one end of the connecting rods 116, or else strain gauges placed directly on the connecting rods 116. In this arrangement there is a one-to-one relationship between the forces in the connecting rods and the torsor of the stresses undergone by the tray-object assembly 115.
  • the sensors 125 could have the form of a sensor plate disposed between the plate 1 13 and the object 114, like that illustrated in FIG. 1.
  • the sensor plate could contain three force sensors with three components following the vertices of a triangle. In this case, they would make it possible to measure nine components of force from which it is possible to deduce the six components of the torsor.
  • a single sensor 125 placed between the plate and the object could directly measure the six components of the force torsor.
  • Such a sensor plate could also be placed on the plate of the device of FIG. 2 in replacement of the sensors placed on the connecting rods.
  • the components of the forces measured by the force sensors 125 are recorded by a calculation unit 126 which deduces therefrom at least one inertial characteristic of the object 114 (including at least the mass and / or the position of the center of gravity of the object 114) according to a method described below.
  • the torsor of the forces applied to the tray-object assembly 1 15 is proportional to the inertial characteristics of this assembly.
  • the inertial characteristics of the object 1 14 alone can be deduced by also making a measurement of the inertial characteristics of the plate 1 13 when empty or equipped with means for fixing the object to the plate, according to the same principle as that of the tare weight for a classic balance.
  • the calculation unit 126 comprises a communication module 127 which receives the information of the forces measured by the force sensors 125, and a calculation module 128 which determines one or more inertial characteristics of the object 114 from force information of the force sensors 125.
  • the calculation unit 126 could also include the control module 122 of the actuator 121. In an alternative embodiment, the control module 122 could be separated from the calculation unit 126.
  • the calculation module 128 and / or the communication module 127 could be separated from each other and / or from the calculation unit 122.
  • the calculation unit 122 could receive an external power supply and be connected by a USB cable to a computer which would process the measurements.
  • the calculation module 128 can determine, the position of the center of gravity of the object 1 14 and / or the mass of object 1 14.
  • the communication module 127 communicates with the calculation module 128 and with a display (not shown) to display the characteristics found by the calculation module 128.
  • the communication module 127 could use acceleration information from the set-object assembly 1 15 for the calculation of the mass of the object 1 14.
  • this acceleration information can be measured directly by accelerometric sensors secured to the platform.
  • the acceleration can be calculated as the quotient of the square of the speed along the trajectory of the plate-object assembly 1 15 by the radius of curvature thereof. In particular if the trajectory is circular, the radius of curvature is constant and equal to the radius of the circle. Therefore, if the device 110 is used, it will suffice to know the speed of rotation of the motor 121 to determine the acceleration at any point in the trajectory of the plate-object assembly 115.
  • the actual speed of the tray-object assembly 1 15 is determined by calculating a speed of rotation of the central gear wheel 123 from the information of a position sensor.
  • the position sensor detects the instants of passage through predefined and regularly spaced positions of the central gear wheel 123 (for example optical encoder or rotary encoder).
  • the position sensor is arranged on another gear wheel of the drive device 120 than the central gear wheel 123.
  • the predefined positions can, for example, be defined by the teeth of the gear wheel on which the position sensor is placed.
  • the device measures the instants of passage through the predefined positions, and the speed of rotation can be calculated by finite differences from the dates of passage through two successive positions. Similarly, if the drive speed of the gear wheels is not constant, the acceleration can be calculated from the shift dates by three successive positions. It could be that the device 40 is also suitable for determining the acceleration of the plate-object assembly by the use of accelerometric sensors on the plate 43.
  • the forces undergone by the plate-object assembly during the periodic movement are essentially the inertia forces but there can also be other forces such as aerodynamic forces or mechanical friction on the joints placed between the sensors d 'effort and plateau. These efforts are mainly linked to the speed of the plateau while the inertia forces are proportional to its acceleration. Therefore, in the case of a periodic movement, the torsor of the global forces can be out of phase with respect to the acceleration. If one measures at least four points for each period of the movement, it is possible to identify this phase shift and to filter the torsor of the forces, by well known techniques of signal processing, to retain only the component in phase with acceleration. This makes it possible to significantly improve the measurement accuracy, in particular in the case of objects of low density or comprising significant slenderness.
  • the controlled supports for example, connecting rods 1 16 or jacks 46
  • the controlled supports are driven so that they communicate with the tray-object assembly a periodic movement in at least two independent directions of translation.
  • the spatially periodic movement is imparted by the rotation of the various gear wheels 123, 124.
  • the associated actuators 51 print periodic stretching and shortening movements.
  • the cylinders 46 or connecting rods 1 16 can be driven at constant speed or at variable speed.
  • the controlled supports (that is, connecting rods 1 16 or jacks 46) are driven in movement so that the plate 1 13 (or 43) (and therefore the plate-object assembly 115) has a predefined periodic movement having at at least one direction of translation (if the device 40 is used) and having at least two independent directions of translation (if the device 1 10 is used).
  • a predefined periodic movement having at least one direction of translation can be used for the calculation of the mass of the object, as will be described below.
  • a periodic movement having at least two independent directions of translation that is to say two directions which are not parallel to each other can be used for the determination of the position of the center of gravity of the object.
  • a movement periodical having at least three independent directions of rotation can be used for the determination of the inertia matrix of the object.
  • the rotational movements can be carried out at the same time as the periodic movement in the direction of translation, or alternatively sequentially.
  • the predefined periodic movement may not depend on the object, i.e. its size, shape and / or mass.
  • the same periodic movement of the tray-object assembly can be used to determine the inertia matrix of various objects, which can allow, for example, to perform inertia measurements more quickly between different objects.
  • a method 160 of determining at least one inertial characteristic of an object will be described.
  • the method can, according to one embodiment, use one of the devices 110 or 40 described above, or else another device which would print the desired periodic movement.
  • Method 160 includes the following steps.
  • the tray-object assembly 1 15 (resp. 45) is set in motion by the action of the actuating device 1 19 (resp. 50) which prints on the tray 1 13 (resp. 43) one (or more) periodic movement, such as the periodic movement (s) comprises at least one direction of translation.
  • the periodic movement (s) may comprise a single direction of translation, or two or more directions of translation, these directions being independent of each other. Directions are independent when they are not a linear combination of each other, that is, when they are not parallel to each other. If the periodic movement comprises only one direction of translation, the device 40 with the jacks 46 will be used. From two directions of translation, any of the devices 40 or 110 can be used.
  • the lower ends 118 of the connecting rods 1 16 are set in motion by the rotation of the gear wheel 123 set in rotation by the single motor 121.
  • the rotation of the gear wheel 123 causes the rotation of the peripheral gear wheels 124 and thereby the movement of the connecting rods 116 so as to impart to the plate 113 (resp. 43) the desired periodic movement.
  • a control unit 54 influences the length of the jacks 46 so as to impart the periodic movement to the plate 43.
  • the movement can be carried out sequentially so that the tray-object assembly 45 moves in a first periodic movement having a first direction of translation, and thereafter, the assembly object-tray 45 moves in a second periodic movement having a second direction of translation, which is independent with the first direction of translation.
  • the periodic movement could, alternatively, be unique along the two independent directions of translation, that is to say take place simultaneously along two independent directions of translation.
  • any point of the object carries out a trajectory of closed planar curve, such as for example a circle.
  • the periodic movement can be pure translation in one direction, pure translation in several independent directions, or a combination of translation (s) and rotation (s), as well as simultaneous or sequential movement (example: translation in a first direction, followed by another translation in a second direction).
  • Rotational movements can be useful for calculating inertial characteristics other than mass and the position of the center of gravity.
  • the movement of the tray-object assembly 45 simultaneously comprises periodic movements of translations and rotation so as to simultaneously measure not only the mass and position of the center of gravity thanks to the movements of translations, but also the inertia matrix of the object thanks, moreover, to the rotational movements.
  • the different components of the movement be done according to independent periodic time functions. Time functions are independent if none can be expressed as a linear combination of the others.
  • functions of different periods are independent and two functions of the same period but which are not in phase or in phase opposition are also independent.
  • the following set of time functions t constitutes a set of independent time functions if the values of k1, k2 and k3 are different.
  • the torsor of efforts is preferably recorded at regular time intervals during the movement. This time interval is preferably at least four times less than the smallest of the periods of the independent time functions.
  • the method of calculating the masses, position of the center of gravity and inertia matrix preferably comprises a filtering of the recording of the torsor of the forces according to the six independent temporal functions and the calculation of the inertial characteristics corresponding to each component.
  • the frequencies of the periodic movements are chosen to be sufficiently distant from that of the unsteady movement , i.e. outside the frequency range of vehicle movements.
  • the measurements of the force torsor are filtered so as to exploit only the components on the chosen frequencies.
  • At least one sensor 125 measures at least one component of the force undergone by the plate-object assembly 1 15 (resp. 45) (or by the plate 1 13 ( resp. 43) if that is empty during the calibration step) for at least one measurement point of a period of the periodic movement.
  • Said at least one sensor 125 (resp. 49) could measure for two, three, four etc. measuring points. A greater quantity of measurement point tends to improve the accuracy of the calculations.
  • the type of movement the type of information measured by the sensor (s) as well as the number of measurement points per period may vary.
  • the actuator 1 19 prints to the tray-object 115 (resp. 45) at least one periodic movement which decomposes in at least two independent directions of translation, and at least one sensor 125 (resp. 49) measures the torsor of the forces undergone by the tray-object assembly 1 15 (resp. 45) for at least two measurement points of a period of periodic movement.
  • At least one periodic movement having at least two independent directions of translation if the periodic movement is carried out in two independent directions at the same time (for example if the plate describes a curve closed, like a circle), at least two measurement points are noted per period. And if the periodic movement is carried out in two independent directions sequentially (periodic movement in a first direction of translation then periodic movement in a second direction of translation independent of the first direction), at least one measurement point is noted for each periods of the two periodic movements of translation.
  • step 162a the actuation device is actuated so as to impart to the tray-object assembly 1 15 (resp. 45) a first periodic movement in a first direction of translation and the sensor (s) 125 (resp. 49) measures the torsor of the forces undergone by the plate-object assembly 1 15 (resp. 45) for at least a first measurement point of a period of the periodic movement.
  • step 162b the actuation device is actuated so as to impart to the tray-object assembly 1 15 (resp.
  • the actuating device 119 prints to the tray-object 115 (resp. 45) assembly at least one periodic movement having at least one direction of translation, and at least one sensor 125 (resp. 49) measures at least one component of a force undergone by the plate-object assembly 115 (resp. 45) in the same direction as said direction of translation for at least one measurement point d 'a period of periodic movement.
  • the acceleration of the tray-object set 115 (resp. 45) to said at least one measurement point is taken into account.
  • the calculation unit 126 calculates at least one inertial characteristic of the object 114 (resp. 44) from the measurement made by the sensor (s). If the desired inertial characteristic is the position of the center of gravity of the object 114 (resp. 44), the torsor of the forces taken at at least two measurement points (those obtained during the combined movement in the two independent directions, or the at least first and second measurement points obtained during the consecutive movement in the first and second direction) is calculated.
  • a preliminary calibration step makes it possible to deduct the torsor from the forces of the plate 1 13 (resp. 43) when empty, to remove it from the torsor of the forces measured by sensors 125 (resp. 49) when the object 114 (resp. 44) rests on the tray 1 13 (resp. 43) and forms the tray-object assembly 1 15 (resp. 45).
  • a mass of the object 1 14 (or 44) can be calculated. Indeed, mass is the ratio between the force measured and the component of the acceleration of the center of gravity in the same direction as the force. For the calculation of the mass, the knowledge of a component of a force undergone by the plate-object set 115 (resp. 45) in the same direction as the direction of translation for a measurement point is sufficient.
  • the acceleration can be calculated, according to one embodiment, by measuring the speed of the set of objects 115 (resp. 45) for at least one measurement point. The acceleration will then be the ratio between the square of the speed of the plateau and the radius of curvature of a trajectory of the periodic movement at the point of measurement.
  • each column of the inertia matrix is the ratio between the measured moments and the angular acceleration around the corresponding axis.
  • force sensors may be requested only within a small range of their measurement range.
  • these forces are proportional to the curvature of the trajectory and to the square of the speed along it, it is possible to determine a new speed and / or a new trajectory so as to optimize the use of the sensors d 'efforts and thus improve measurement accuracy.
  • the fact of being able to choose the accelerations applied to the object makes it possible to apply to it forces which are independent of its weight and which use as widely as possible the measurement capacity of the sensors. For example, if a speed is well suited for an object of a certain mass, we will obtain efforts of the same order of magnitude with an object nine times lighter by increasing the speed by a factor of 3.
  • the actuation device would be actuated and the stress (es) undergone by the tray-object assembly (45, 115) as measured previously would be measured.
  • the force (s) measured cover only a minor part of the capacity of the force sensor (s) (for example, less than 50%)
  • the adjustment step will consist in determining a new speed-plateau torque-dimension of the trajectory in order to increase the forces and therefore the precision of the data measured by the sensor (s), before calculating said at least one inertial characteristic of the object in a second step.
  • the determination of a new speed couple of the plateau-dimension of the trajectory can be done by the determination of a new speed only, or of a new trajectory only (for example a greater trajectory), or by the joint determination of 'a new speed and a new trajectory.
  • the object is set in motion in a predefined periodic movement continuously without passing through several static positions.
  • the periodic movement as defined above also allows a simplification of the process and an improvement of the precision in the measurements of the mass and / or the center of gravity of the object.
  • the above method makes it possible to obtain the mass of the object under non-gravity conditions or in a moving vehicle.

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Abstract

Un procédé (160) de détermination d'au moins une caractéristique inertielle d'un objet (44, 114) comprend les étapes de : actionner un dispositif d'actionnement (50, 119) de manière à imprimer à un ensemble plateau-objet (45, 115) au moins un mouvement périodique selon au moins une direction de translation, et mesurer par au moins un capteur (125, 49) au moins une composante d'une force subie par l'ensemble plateau-objet (45, 115) dans une même direction que ladite au moins une direction de translation pour au moins un point de mesure d'une période du mouvement périodique du plateau (43, 113); et calculer au moins une masse de l'objet et/ou une position du centre de gravité de l'objet.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION D’AU MOINS UNE CARACTÉRISTIQUE
INERTIELLE D’UN OBJET
DOMAINE TECHNIQUE
La présente se réfère aux procédés et dispositifs de détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet.
ÉTAT DE L’ART
La connaissance de la masse et de la position du centre de gravité d’un objet est d’utilité dans de nombreux domaines industriels.
La détermination de la masse est traditionnellement réalisée par pesage qui consiste à mesurer de l’effort vertical appliqué sur une balance et en le divisant par l’accélération de la pesanteur. Pour appliquer cette méthode, l’objet doit être placé dans des conditions où l’accélération de la pesanteur est stable, connue avec précision et non perturbée par d’autres accélérations.
Une projection du centre de gravité peut alternativement être mesurée en posant l'objet sur trois points où l'on mesure l'effort vertical. Cependant, cette méthode ne donne que la projection du centre de gravité dans le plan des trois points de mesure et ne permet pas de calculer la hauteur du centre de gravité au-dessus de ce plan. Ainsi, pour avoir les trois coordonnées du centre de gravité il est nécessaire de réaliser des mesures d'efforts pour au moins deux angles d'inclinaison de l'objet. Connaissant les angles d'inclinaison, on peut alors calculer les trois coordonnées du centre de gravité.
Une autre méthode, décrite en particulier dans le brevet CN101793582A consiste à mesurer le torseur complet des efforts appliqués par l'objet pour au moins deux inclinaisons. Dans ce cas il n'est pas nécessaire de connaître précisément les angles d'inclinaison car l'exploitation des relations entre les moments et les efforts permet de calculer complètement les coordonnées du centre de gravité.
Cette méthode a cependant plusieurs inconvénients. Chaque mesure étant statique, un temps minimum est nécessaire entre deux positions consécutives, ce qui peut nécessiter beaucoup de temps pour obtenir un grand nombre de mesures. Par ailleurs les efforts à mesurer sont au maximum égaux au poids de l'objet. Si l'on veut utiliser un moyen de mesure capable d'une large gamme de masses d'objets, les objets de masse plus faible ne sollicitent qu'une petite partie de la plage de mesure des capteurs d'efforts, ce qui limite la précision. La précision peut être améliorée en réalisant un grand nombre de mesure, ce qui augmente sensiblement la durée de l'opération.
De plus, ces méthodes statiques ne s'appliquent qu'en présence d'un "poids" de l'objet, c'est à dire d'une force externe au système, connue avec précision et rigoureusement proportionnelle à sa masse et qui génère une réaction sur le plateau de la balance. Dans les conditions décrites dans l'art antérieur cette force est générée par l'accélération de la pesanteur. Mais il existe des situations où cette force est absente (véhicule en orbite où l'accélération de la pesanteur et l'accélération centrifuge se compensent exactement) ou très variable (véhicule en mouvement tel un navire) et où il peut être nécessaire de mesurer une masse et une position du centre de gravité avec précision. Dans le cas de véhicules en orbite des moyens ont été développés, en particulier pour suivre l'évolution du "poids" des astronautes pendant les missions de longue durée. Ces moyens sont basés sur le principe d'un ressort étalonné, de raideur connue, auquel est attaché l'objet à mesurer. En écartant l'ensemble de sa position d'équilibre on peut mesurer la période propre de retour à l'équilibre qui est directement proportionnelle à la racine carrée de la masse de l'objet. Pour obtenir une bonne précision il peut être nécessaire de répéter l'opération à plusieurs reprises.
RÉSUMÉ
Ainsi, il est proposé un procédé de détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet utilisant un dispositif comprenant un plateau sur lequel l’objet y repose formant ainsi un ensemble plateau-objet solidaire, l’ensemble plateau-objet étant mis en mouvement par un dispositif d’actionnement, le procédé comprenant une étape d’actionnement et une étape de calcul, l’étape d’actionnement comprenant :
- Actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau- objet au moins un mouvement périodique selon au moins une direction de translation, et mesurer par au moins un capteur au moins une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet dans une même direction que ladite au moins une direction de translation pour au moins un point de mesure d’une période du mouvement périodique du plateau ; et
l’étape de calcul comprenant : - Calculer par une unité de calcul ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet à partir de la mesure de ladite au moins une composante de la force subie par l’ensemble plateau-objet audit au moins un point de mesure, ladite au moins une caractéristique inertielle comprenant une masse de l’objet et/ou une position du centre de gravité de l’objet.
Le procédé pourrait comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l’étape d’actionnement comprend: actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et l’étape de calcul comprend : calculer par l’unité de calcul la position du centre de gravité de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet auxdits au moins deux points de mesure.
- le calcul de la masse dans l’étape de calcul comprend une prise en compte d’une accélération de l’ensemble plateau-objet audit au moins un point de mesure.
- l’étape d’actionnement comprend: actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et l’étape de calcul comprend : calculer par l’unité de calcul au moins la position du centre de gravité de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet auxdits au moins deux points de mesure, et calculer par l’unité de calcul la masse de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet et d’une accélération de l’ensemble plateau-objet auxdits au moins deux points de mesure.
- l’accélération de l’ensemble plateau-objet est déterminée par au moins un accéléromètre.
- l'accélération de l'ensemble plateau-objet est calculée en effectuant un rapport entre un carré d’une vitesse de l’ensemble plateau-objet et un rayon de courbure d’une trajectoire d’un point de l’objet. - l’étape d’actionnement comprend: actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et l’étape de calcul comprend : filtrer le torseur des efforts et extraire une composante du torseur des efforts en phase avec une accélération de l’ensemble plateau-objet, avant ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet.
- l’étape d’actionnement comprend : actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet un premier mouvement périodique selon une unique première direction de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour au moins un premier point de mesure d’une période du premier mouvement périodique ; actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet un deuxième mouvement périodique ayant une unique deuxième direction de translation, la deuxième direction de translation étant indépendante de la première direction de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour au moins un deuxième point de mesure d’une période du deuxième mouvement périodique ; et l’étape de calcul comprend : calculer par ladite unité de calcul la position du centre de gravité de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet auxdits au moins un premier et deuxième points de mesure.
- l’étape d’actionnement comprend : actionner le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet un unique mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation et mesurer par ledit au moins un capteur le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet pour lesdits au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique.
-une trajectoire de chacun des points de l’ensemble plateau-objet est une trajectoire circulaire.
- lesdits au moins un ou deux points de mesure comprend au moins quatre points par période du mouvement périodique.
- le dispositif d’actionnement comprend six bielles ayant chacune une extrémité supérieure connectée au plateau et une extrémité inférieure mobile connectée au dispositif d’actionnement connectant mécaniquement les bielles entre elles, l’extrémité supérieure et l’extrémité inférieure de chaque bielle ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté, et l’étape d’actionnement comprend : mettre en mouvement les extrémités inférieures des bielles par un unique actionneur agissant en entraînant le dispositif d’actionnement de manière à imprimer au plateau le mouvement périodique ayant lesdites au moins deux directions indépendantes de translation via la connexion mécanique des bielles.
- le dispositif d’actionnement comprend six vérins ayant chacun une extrémité supérieure connectée au plateau et une extrémité inférieure fixe, le dispositif d’actionnement comprenant six actionneurs associés respectivement aux vérins de façon à faire varier une longueur des vérins par une unité de commande, l’extrémité supérieure et l’extrémité inférieure de chaque vérin ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté, et l’étape d’actionnement comprenant : faire varier la longueur des vérins par ladite unité de commande de manière à imprimer au plateau le mouvement périodique ayant au moins une direction de translation.
Il est aussi proposé un dispositif pour la détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet, le dispositif comprenant : un plateau adapté à recevoir l’objet ; six supports ayant chacun une extrémité supérieure connectée au plateau et une extrémité inférieure, l’extrémité supérieure et l’extrémité inférieure de chaque support ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté ; un dispositif d’actionnement connecté aux six supports adapté pour imprimer un mouvement périodique au plateau, le mouvement périodique ayant au moins au moins une direction de translation ; au moins un capteur mesurant au moins une composante d’une force subie par le plateau (43, 113) dans une même direction que ladite direction de translation ; et une unité de calcul configurée pour déterminer ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet à partir de la mesure de l’effort audit au moins un point de mesure, ladite au moins une caractéristique inertielle comprenant au moins une masse de l’objet et/ou une position du centre de gravité de l’objet.
Le dispositif pourrait comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les six supports sont des bielles ; et le dispositif d’actionnement comprend un dispositif d’entrainement (120) connectant mécaniquement les extrémités inférieures des bielles de façon à les mettre en mouvement, le dispositif d’entrainement (120) étant commandé par un unique actionneur du dispositif d’actionnement ; et le dispositif d’actionnement est adapté pour imprimer un mouvement périodique au plateau, le mouvement périodique ayant au moins deux directions de translation. - le dispositif d’entrainement inclut : une roue d’engrenage centrale adaptée à être mise en rotation par l’actionneur, et six roues d’engrenage périphériques engrenées sur la roue d’engrenage centrale, les six roues d’engrenages périphériques ayant un diamètre commun, et les six bielles ont leur extrémité inferieure connectée respectivement de façon excentrique à chacune desdites six roues d’engrenage périphériques, la connexion excentrique étant telle que les rayons excentriques sont parallèles entre eux.
- les six supports sont six vérins et le dispositif d’actionnement inclut six actionneurs, un par vérin, pour contrôler une longueur des vérins.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
FIGURES
Sur les dessins :
la figure 1 est une vue schématique en perspective d’une tourelle hexapode selon un premier mode de réalisation pour la détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet, et
la figure 2 est une vue schématique en perspective d’une tourelle hexapode selon un deuxième mode de réalisation pour la détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
DESCRIPTION DETAILLEE
Un dispositif et procédé de détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet mis en mouvement va être décrit. Dans un mode de réalisation préféré, ladite au moins une caractéristique inertielle est la position du centre de gravité et/ou la masse de l’objet. Cependant, d’autres caractéristiques inertielles peuvent être calculées. Bien qu’il soit fait référence à un « objet » dans la présente divulgation, l’objet doit se comprendre comme G « objet de la mesure » et en aucun cas ne se limite aux objets inanimés. Ainsi, l’objet pourrait être, par exemple, un humain afin que de déterminer sa masse. Il faut cependant noter que, pour un objet qui n'est pas parfaitement rigide, ses déformations pendant la mesure peuvent dégrader la précision du résultat.
Les dispositifs de tourelle hexapode définis ci-dessous sont similaires et peuvent utiliser des composantes similaires qui ne seront pas nécessairement décrites indépendamment pour chacun des dispositifs. Ils différent cependant par leur mode d’actionnement.
En référence maintenant à la figure 1 , un premier mode de réalisation d’un dispositif 40 de type tourelle hexapode est montré schématiquement. La tourelle hexapode 40 inclut un plateau 43 (représenté de façon transparente sur la figure 1 pour permettre de voir le reste du dispositif) pour recevoir un objet 44. L’objet 44 est connecté temporairement au plateau 43 de façon solidaire pour former un ensemble plateau-objet 45. Six vérins 46 mettent le plateau 43 (et donc l’objet 45) en mouvement. La tourelle hexapode 40 a préférentiellement un diamètre de l’ordre de grandeur de l’objet 44. Un dispositif d’actionnement 50 comprend un actionneur 51 associé à chaque vérin 46 afin de varier la longueur des vérins et de ce fait imprimer le mouvement au plateau 43. Les vérins 46 ont chacun une extrémité supérieure 47 connectée au plateau 43 et une extrémité inférieure 48 fixe connectée à une base 42. Les extrémités inférieures des vérins 46 sont connectées à la base 42 par exemple par des liaisons rotule ou par des liaisons à joint de cardan. Les extrémités supérieures des vérins 46 sont connectées au plateau 43 par exemple par des liaisons rotule ou par des liaisons à joint de cardan.
Les vérins 46 pourraient être électriques, pneumatiques ou hydrauliques ou tout autre technologie permettant de modifier de façon contrôlée la longueur entre les extrémités. Chaque vérin 46 est mis en mouvement (élongation ou raccourcissement) par un actionneur 51 , typiquement un moteur, respectif (c’est-à-dire un actionneur 51 par vérin 46). Les actionneurs 51 sont contrôlés par une unité de calcul 52, qui de plus réalise la synchronisation des actionneurs 51. L’unité de calcul 52 contrôle les actionneurs 51 de telle sorte que les actionneurs 51 impriment au plateau 43 le mouvement désiré. Ce mouvement peut être plan ou non. L’unité de calcul 52 contrôle les actionneurs 51 de telle sorte que les actionneurs 51 impriment au plateau 43 un mouvement périodique ayant au moins une direction de translation. Selon un autre mode de réalisation, l’unité de calcul 52 contrôle les actionneurs 51 de telle sorte que les actionneurs 51 impriment au plateau 43 un mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation. Des directions sont indépendantes lorsqu’elles ne sont pas parallèles entre elles. Selon un mode de réalisation, le mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation déplace l’ensemble plateau-objet 45 selon une trajectoire plane de courbe fermée. Selon un mode de réalisation, cette trajectoire plane est un cercle. Le mouvement selon la trajectoire plane peut se faire par translation pure selon chacune des directions de translation ou en incluant une rotation de l’ensemble plateau-objet. Un mouvement d'un objet est dit de translation pure, si, au cours de ce mouvement, l'objet reste parallèle à sa position initiale.
Ainsi, le contrôle des vérins permet de déplacer l’ensemble plateau-objet 45 selon 1 , 2, 3, 4,5 ou 6 degrés de liberté. Le choix du mouvement selon les degrés de liberté permet de déterminer une ou plusieurs caractéristiques d’inertie, comme il sera discuté ci-dessous. Par exemple, un mouvement périodique selon un degré de liberté (translation) est suffisant pour déterminer la masse de l’objet. Et un mouvement périodique selon deux degré de liberté (translation) est suffisant pour déterminer la position du centre de gravité de l’objet
La tourelle hexapode 40 inclut préférentiellement un ou plusieurs capteurs d’effort 49 (comme celui représenté sous la forme d’un plateau de capteurs 49 sur la figure 1 , ou bien un ensemble de capteurs 49, un par vérin). Les capteurs 49 mesurent au moins une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet 45 dans une même direction que la (ou les) direction de translation du mouvement périodique. Le ou les capteurs 49 peuvent mesurer plusieurs forces subies par l’ensemble plateau-objet 45, dépendamment de la caractéristique inertielle recherchée. Par exemple, selon un mode de réalisation, le (ou les) capteur 49 mesure au moins six composantes des efforts subis par le plateau 43 (et de l’ensemble plateau-objet 45 puisque celui-ci repose sur le plateau) de façon à permettre de calculer le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 45 pour en déduire le torseur des efforts subis par l’objet 44. Ces efforts représentent les efforts subis par l’ensemble plateau-objet 45 lorsque l’objet 44 repose sur le plateau 43 ou sur l'objet 44 seul si celui-ci repose directement sur le plateau de capteurs 49, et les efforts subis par le plateau 43 seul, lorsque celui-ci est à vide, c’est-à-dire sans l’objet 45 y reposant dessus. À partir de ces mesures, les efforts subis par l’objet 44 seul peuvent être déduits comme il sera décrit ci- dessous. Les capteurs d’efforts 49 communiquent avec l’unité de calcul 52 (directement ou pas) qui, dans un mode de réalisation, en déduit une ou plusieurs caractéristiques inertielles de l’objet 44. Parmi ces caractéristiques inertielles, l’unité de calcul 52 calcule au moins une masse et/ou une position du centre de gravité de l’objet 44. Un procédé 160 de détermination d’au moins une caractéristique inertielle de l’objet 44 sera décrit plus bas.
En référence à la figure 2, un dispositif de type tourelle hexapode 110 selon un deuxième mode de réalisation inclut un plateau 1 13 (représenté de façon transparente sur la figure 2 pour permettre de voir le reste du dispositif) pour recevoir un objet 1 14 (temporairement fixé dessus), et six supports, des bielles 1 16, connectées au plateau 1 13 pour le mettre en mouvement. L’objet 114 est connecté temporairement au plateau 1 13 de façon solidaire pour former un ensemble plateau-objet 115. La tourelle hexapode 1 10 a préférentiellement un diamètre de l’ordre de grandeur de l’objet 114. Les bielles 1 16 ont leurs extrémités supérieures 1 17, ou têtes, connectées au plateau 1 13 et leurs extrémités inférieures 1 18, ou pieds, sont connectées à une base 112 par l’intermédiaire d’un dispositif d’entrainement 120. Le dispositif d’entrainement 120 connecte les bielles 116 de façon mécanique entre elles. Il est mis en mouvement par un unique actionneur 121 , typiquement un moteur électrique. L’actionneur 121 et le dispositif d’entrainement 120 définissent un dispositif d’actionnement 1 19 des bielles 116. Cet arrangement mécanique permet de mettre facilement en mouvement l’ensemble plateau-objet 115 de sorte à ce qu’il se déplace selon deux directions de translation indépendantes. Ce mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation est particulièrement utile pour le calcul de la masse et/ou de la position du centre de gravité de l’objet 1 14, car il en simplifie le calcul.
Les connections aux extrémités supérieures 117 et inférieures 118 des bielles 116 sont choisies telles que pour chaque bielle 116 ces connections ont de façon combinée au moins cinq degrés de liberté. Les connections aux extrémités supérieures 1 17 et inferieures 1 18 des bielles 116 sont de type rotule ou cardan. Les bielles 1 16 sont des axes de connexion qui ne varient pas en longueur, comme il serait le cas pour des vérins, mais dont leur mouvement dans l’espace induit des mouvements du plateau 1 13. Ainsi, les connections de type rotule ou cardan permettent le mouvement des bielles 116 en assurant que celles-ci ne transmettent que des efforts alignés avec leur axe.
La base 112 est fixe, au moins pendant l’utilisation du dispositif 1 10. Le dispositif d’entrainement 120 est une liaison mécanique entre les bielles 1 16 qui imprime un mouvement spatialement périodique aux extrémités inférieures 1 18 des bielles 116. Le mouvement spatialement périodique des bielles 116 imprime ainsi un mouvement périodique à l’ensemble plateau-objet 115. Comme les bielles 1 16 sont liées entre elles mécaniquement par le dispositif d’entrainement 120, le dispositif d’entrainement 120 peut être actionné par un seul moteur 121. Le moteur 121 peut être un moteur électrique commandé par un module de commande 122. Un avantage de cette configuration est que la puissance instantanée du moteur 121 peut être faible puisque l’énergie cinétique globale du dispositif est pratiquement constante pour une vitesse constante du dispositif d’entrainement. Ceci de plus améliore la reproductibilité de la trajectoire, qui ne dépend pas de la charge, et la stabilité en vitesse du dispositif d’entrainement. Dans un mode de réalisation, le moteur 121 est un moteur électrique.
Bien qu’un seul moteur 121 met en mouvement le dispositif d’entrainement 120 des bielles 1 16, il est envisagé que plusieurs moteurs pourraient entraîner les bielles 116, par exemple, par un moteur par groupe de bielles 1 16. Bien que ce mode de réalisation montre l’actionnement des bielles 116 par leur extrémité inferieure 118, il se pourrait que les extrémités supérieures 117 ou bien une autre partie des bielles 116 puissent être mises en mouvement par le dispositif d’entrainement 120.
Dans le mode de réalisation montré à la figure 2, le dispositif d’entrainement 120 inclut une roue d’engrenage centrale 123 et six roues d’engrenage périphériques 124 engrenant avec la roue d’engrenage centrale 123. Chaque roue d’engrenage périphérique 124 reçoit une extrémité inferieure 118 des bielles 1 16 (c’est-à-dire une bielle 1 16 par roue d’engrenage périphérique 124 et inversement). Chaque bielle 1 16 est orientée préférentiellement de façon à s’étendre selon une direction sensiblement éloignée d’un axe de rotation AR de la roue d’engrenage périphérique 124 sur laquelle elle est connectée. Les extrémités inférieures 1 18 des bielles 116 sont connectées de façon excentrique à la roue d’engrenage périphérique 124 qui lui est associée (c’est-à-dire, une connexion en dehors du centre de chaque roue périphérique 124). Les roues d’engrenage périphériques 124 sont toutes d’un même diamètre. Les connections excentriques des bielles 116 sont telles que les six rayons excentriques restent parallèles entre eux au cours de leur mouvement. Par cette disposition chaque bielle 1 16 garde une direction constante au cours du mouvement et le plateau 113 suit un mouvement de translation selon une trajectoire circulaire (courbe plane fermée). Ce mouvement selon une trajectoire courbe fermée est un mouvement selon deux directions de translation pures indépendantes.
La roue d’engrenage centrale 123 est connectée au moteur 121 , de sorte que l’entrainement de la roue d’engrenage centrale 123 mette en mouvement les roues d’engrenage périphériques 124 et donc les bielles 116 et le plateau 113. Grâce à cette configuration, pour chaque position de la roue d’engrenage centrale 123, il existe une position unique du plateau 1 13, et un seul moteur 121 peut suffire pour entraîner le plateau 113 en mouvement. Dans un mode de réalisation le moteur 121 commande la rotation de la roue d’engrenage centrale 123 par l’intermédiaire d’un jeu de pignons réducteurs. Dans un autre mode de réalisation, le moteur 121 commande la rotation de la roue d’engrenage centrale 123 directement. Ainsi, de par la connexion des bielles 1 16 au système d’entrainement 120 mécanique, le plateau 1 13 peut être mis en mouvement très simplement suivant un mouvement périodique de sorte que le centre de gravité de l’objet se déplace selon une trajectoire circulaire.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les roues d’engrenage périphériques 124 sont globalement réparties autour de la roue d’engrenage centrale 123 par groupe de deux roues. Les roues d’engrenage périphériques 124 sont disposées dans un même plan P que celui de la roue d’engrenage centrale 123. La roue d’engrenage centrale 123 a un diamètre supérieur au diamètre des roues d’engrenage périphériques 124, les roues d’engrenage périphériques 124 ayant un diamètre commun.
Il est envisagé que le dispositif d’entrainement 120 pour l’hexapode 1 10 pourrait avoir différents modes de réalisation qui imprimeraient à l’ensemble plateau-objet un mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation. Un tel mode de réalisation pourrait par exemple ne pas contenir des roues d’engrenages. Ainsi, le dispositif d’entrainement 120 pourrait comporter des roues s’entraînant entre elles par friction, des courroies lisses ou crantées, pignons, renvois d’angles et/ou boites de vitesses, transmissions électriques, hydraulique, pneumatique ou autres. Ces modes de réalisation pourraient être choisis par exemple en fonction de la taille de l’objet 1 14 à mesurer. Un système autre qu’une tourelle hexapode pourrait aussi être envisagé, en fait tout système qui permet d'imprimer un mouvement périodique comprenant au moins une direction de translation.
La tourelle hexapode 110 inclut au moins un capteur 125 mesurant au moins une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet 1 15 dans une même direction que chacune des directions de translation du mouvement périodique. Cette mesure permet de calculer la masse de l’ensemble plateau-objet 115 et d’en déduire celle de l’objet 114. Le ou les capteurs 125 peuvent mesurer plusieurs forces subies par l’ensemble plateau-objet 1 15, dépendamment de la caractéristique inertielle recherchée. Par exemple, selon un mode de réalisation, le (ou les) capteur 125 mesure au moins six composantes des efforts subis par le plateau 1 13 (et de l’ensemble plateau-objet 115 puisque celui-ci repose sur le plateau) de façon à permettre de calculer le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 115 pour en déduire le torseur des efforts subis par l’objet 114.
Le torseur des efforts est constitué par les trois composantes de la force et les trois composantes des moments des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 115. Ce ou ces capteurs 125 pourraient, selon un mode de réalisation, être un ensemble de capteurs 125 positionnés directement sur les bielles 116, comme illustré à la figure 2, avec un capteur 125 associé à une bielle 1 16 mesurant uniquement l’effort suivant l’axe de la bielle. Les capteurs d’efforts 125 peuvent être par exemple des capteurs d’efforts placés à l’une des extrémités des bielles 116, ou bien des jauges de contraintes placées directement sur les bielles 116. Dans cette disposition il existe une relation biunivoque entre les efforts dans les bielles et le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 115. Cette relation ne dépend que de la géométrie du dispositif et est bien connue des concepteurs de plateforme hexapode. Selon un autre mode de réalisation, les capteurs 125 pourraient avoir la forme d’un plateau de capteurs disposé entre le plateau 1 13 et l’objet 114, comme celui illustré à la figure 1. Le plateau de capteurs pourrait contenir trois capteurs de forces à trois composantes suivant les sommets d’un triangle. Ils permettraient dans ce cas-là de mesurer neuf composantes d’efforts dont il est possible de déduire les six composantes du torseur. Selon un autre mode de réalisation un unique capteur 125 placé entre le plateau et l’objet pourrait mesurer directement les six composantes du torseur des efforts. Un tel plateau de capteurs pourrait également être placé sur le plateau du dispositif de la figure 2 en remplacement des capteurs placés sur les bielles.
Les composantes des efforts mesurés par les capteurs d’efforts 125 sont enregistrées par une unité de calcul 126 qui en déduit au moins une caractéristique inertielle de l’objet 114 (incluant au moins la masse et/ou la position du centre de gravité de l’objet 114) selon un procédé décrit ci-dessous. Le torseur des efforts appliqués à l’ensemble plateau-objet 1 15 est proportionnel aux caractéristiques inertielles de cet ensemble. Ainsi, les caractéristiques inertielles de l’objet 1 14 seul peuvent être déduites en faisant aussi une mesure des caractéristiques inertielles du plateau 1 13 à vide ou équipé des moyens de fixation de l'objet sur le plateau, suivant le même principe que celui de la tare pour une balance classique.
L’unité de calcul 126 comprend un module de communication 127 qui reçoit l’information des efforts mesurés par les capteurs d’efforts 125, et un module de calcul 128 qui détermine une ou plusieurs caractéristique inertielle de l’objet 114 à partir de l’information d’effort des capteurs d’efforts 125. L’unité de calcul 126 pourrait aussi inclure le module de commande 122 de l’actionneur 121. Dans un mode de réalisation alternatif, le module de commande 122 pourrait être séparé de l’unité de calcul 126. Le module de calcul 128 et/ou le module de communication 127 pourraient être séparés l’un de l’autre et/ou de l’unité de calcul 122. Par exemple, l’unité de calcul 122 pourrait recevoir une alimentation externe et être reliée par un câble USB à un ordinateur qui exploiterait les mesures. Grâce aux informations d’effort, le module de calcul 128 peut déterminer, la position du centre de gravité de l’objet 1 14 et/ou la masse de l’objet 1 14. Le module de communication 127 communique avec le module de calcul 128 et avec un affichage (non illustré) pour afficher les caractéristiques trouvées par le module de calcul 128.
Optionnellement, le module de communication 127 pourrait utiliser une information de d’accélération de l’ensemble plateau-objet 1 15 pour le calcul de la masse de l’objet 1 14. Dans un mode de réalisation cette information d’accélération peut être mesurée directement par des capteurs accélérométriques solidaires du plateau. Dans un autre mode de réalisation, l’accélération peut être calculée comme le quotient du carré de la vitesse le long de la trajectoire de l’ensemble plateau-objet 1 15 par le rayon de courbure de celle-ci. En particulier si la trajectoire est circulaire, le rayon de courbure est constant et égal au rayon du cercle. De ce fait, si l’on utilise le dispositif 110, il suffira de connaître la vitesse de rotation du moteur 121 pour déterminer l’accélération en tout point de la trajectoire de l’ensemble plateau-objet 115. La vitesse de rotation du moteur 121 telle que prévue par le constructeur du moteur en fonction de la commande pourrait être imprécise, et de ce fait, il pourrait être désirable, selon un mode de réalisation, de mesurer sa vitesse au lieu de prendre la vitesse constructeur. Ainsi dans un mode de réalisation, la vitesse réelle de l’ensemble plateau-objet 1 15 est déterminée en calculant une vitesse de rotation de la roue d’engrenage centrale 123 à partir des informations d’un capteur de position. Dans un mode de réalisation, le capteur de position détecte les instants de passage par des positions prédéfinies et régulièrement espacées de la roue d’engrenage centrale 123 (par exemple codeur optique ou encodeur rotatif). Dans un autre mode de réalisation, le capteur de position est disposé sur une autre roue d’engrenage du dispositif d’entrainement 120 que la roue d’engrenage centrale 123. Les positions prédéfinies peuvent, par exemple, être définies par les dents de la roue d’engrenage sur laquelle est placé le capteur de position. Dans ce cas, le dispositif mesure les instants de passage par les positions prédéfinies, et la vitesse de rotation peut être calculée par différences finies à partir des dates de passage par deux positions successives. De la même façon, si la vitesse d’entrainement des roues d’engrenage n’est pas constante, l’accélération peut être calculée à partir des dates de passage par trois positions successives. Il se pourrait que le dispositif 40 soit aussi adapté à déterminer l’accélération de l’ensemble plateau-objet par l’utilisation de capteurs accélérométriques sur le plateau 43.
Les efforts subis par l’ensemble plateau-objet au cours du mouvement périodique sont essentiellement les efforts d’inertie mais il peut aussi y avoir des efforts d’autre nature comme des efforts aérodynamiques ou des frottements mécaniques sur des articulations placées entre les capteurs d’effort et le plateau. Ces efforts sont essentiellement liés à la vitesse du plateau alors que les efforts d’inertie sont proportionnels à son accélération. De ce fait, dans le cas d’un mouvement périodique, le torseur des efforts globaux peut être déphasé par rapport à l’accélération. Si l’on mesure au moins quatre points pour chaque période du mouvement, il est possible d’identifier ce déphasage et de filtrer le torseur des efforts, par des techniques bien connues de traitement du signal, pour ne retenir que la composante en phase avec l’accélération. Ceci permet d’améliorer sensiblement la précision de mesure, en particulier dans le cas d’objets de faible densité ou comprenant des élancements importants.
Quel que soit le mode de réalisation de la tourelle hexapode 1 10 (ou 40) ci-dessus, les supports commandés (par exemple, bielles 1 16 ou vérins 46) sont entraînés de sorte qu’ils communiquent à l’ensemble plateau-objet un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation. Ainsi, pour un dispositif d’entrainement mécanique, tel que le dispositif 120, le mouvement spatialement périodique est imprimé par la rotation des diverses roues d’engrenage 123, 124. Pour un dispositif d’entrainement impliquant des vérins 46 pouvant varier en longueur, les actionneurs associés 51 impriment des mouvements d’élongation et de raccourcissement périodiques. Les vérins 46 ou bielles 1 16 peuvent être entraînés à vitesse constante ou à vitesse variable. Cependant, il pourrait être préférable d’entrainer les supports commandés de telle sorte que la trajectoire décrite par le plateau soit parcourue à vitesse constante pour des applications telles que les calculs de caractéristiques d’inerties, puisqu’à vitesse constante, pour une position donnée, les efforts d’inertie sont directement proportionnels au carré de cette vitesse. On note que pour un mouvement périodique selon une seule direction de translation, le dispositif 1 10 avec les bielles mécaniquement connectées ne saurait être adapté. On utilisera un dispositif du type de la tourelle 40 utilisant les vérins, ou tout autre dispositif permettant un mouvement périodique selon une seule direction de translation.
Les supports commandés (c’est à dire, bielles 1 16 ou vérins 46) sont entraînés en mouvement de sorte que le plateau 1 13 (ou 43) (et donc l’ensemble plateau-objet 115) ait un mouvement périodique prédéfini ayant au moins une direction de translation (si l’on utilise le dispositif 40) et ayant au moins deux directions indépendantes de translation (si l’on utilise le dispositif 1 10). Un mouvement périodique prédéfini ayant au moins une direction de translation peut être utilisé pour le calcul de la masse de l’objet, comme il sera décrit plus bas. Un mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation, c’est-à-dire deux directions qui ne sont pas parallèles entre elles peut être utilisé pour la détermination de la position du centre de gravité de l’objet. Un mouvement périodique ayant au moins trois directions indépendantes de rotation peut être utilisé pour la détermination de la matrice d’inertie de l’objet. Les mouvements de rotation peuvent être effectués en même temps que le mouvement périodique selon la direction de translation, ou bien séquentiellement.
Le mouvement périodique prédéfini peut ne pas dépendre de l’objet, c’est-à-dire de sa taille, forme et/ou de sa masse. Ainsi le même mouvement périodique de l’ensemble plateau-objet peut être utilisé pour déterminer la matrice d’inertie de divers objets, ce qui peut permettre, par exemple, d’effectuer des mesures d’inerties de façon plus rapide entre objets différents. Cependant il peut aussi être avantageux de déterminer une trajectoire et une vitesse de parcours adaptés à une première estimation des caractéristiques inertielles de l’objet de façon à ce que les efforts induits dans les capteurs couvrent une plage aussi large que possible de leur domaine de mesure.
Un procédé 160 de détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet va être décrit. Le procédé peut, selon un mode de réalisation, utiliser l’un des dispositifs 110 ou 40 décrits ci-dessus, ou bien un autre dispositif qui imprimerait le mouvement périodique désiré. Le procédé 160 comprend les étapes suivantes.
À l’étape 162, l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) est mis en mouvement par l’action du dispositif d’actionnement 1 19 (resp. 50) qui imprime au plateau 1 13 (resp. 43) un (ou plusieurs) mouvement périodique, tel que le ou les mouvements périodiques comprend au moins une direction de translation. Le (ou les) mouvement périodique peut comprendre une seule direction de translation, ou deux ou plus directions de translation, ces directions étant indépendantes les unes des autres. Des directions sont indépendantes lorsqu’elles ne sont pas une combinaison linéaire l’une de l’autre, c’est-à-dire lorsqu’elles ne sont pas parallèles entre elles. Si le mouvement périodique comprend une seule direction de translation, le dispositif 40 avec les vérins 46 sera utilisé. À partir de deux directions de translation, l’un quelconque des dispositifs 40 ou 1 10 pourra être utilisé.
Dans le cas du dispositif 110, les extrémités inférieures 118 des bielles 1 16 sont mises en mouvement par la rotation de la roue d’engrenage 123 mise en rotation par l’unique moteur 121. La rotation de la roue d’engrenage 123 entraîne la rotation des roues d’engrenage périphériques 124 et de ce fait le mouvement des bielles 116 de manière à imprimer au plateau 113 (resp. 43) le mouvement périodique désiré. Dans le cas du dispositif 40, une unité de commande 54 influence la longueur des vérins 46 de manière à imprimer au plateau 43 le mouvement périodique.
Lorsque le mouvement périodique comprend deux directions indépendantes de translation, le mouvement peut s’effectuer séquentiellement de sorte que l’ensemble plateau-objet 45 se déplace selon un premier mouvement périodique ayant une première direction de translation, et par la suite, l’ensemble plateau-objet 45 se déplace selon un deuxième mouvement périodique ayant une deuxième direction de translation, qui est indépendante avec la première direction de translation. Le mouvement périodique pourrait, alternativement, être unique selon les deux directions indépendantes de translation, c’est-à-dire s’effectuer simultanément selon deux directions indépendantes de translation. Dans le cas où il y a deux directions de translation, sans rotation (i.e. translation pure), n’importe quel point de l’objet effectue une trajectoire de courbe plane fermée, comme par exemple un cercle.
Le mouvement périodique peut être de translation pure selon une direction, de translation pure selon plusieurs directions indépendantes, ou encore une combinaison de translation(s) et rotation(s), aussi bien en tant que mouvement simultané ou séquentiel (exemple : translation dans une première direction, suivie d’une autre translation dans une deuxième direction). Les mouvements de rotations peuvent être utiles pour calculer des caractéristiques inertielles autres que la masse et la position du centre de gravité.
Ainsi, selon un mode de réalisation, le mouvement de l’ensemble plateau-objet 45 comporte simultanément des mouvements périodiques de translations et de rotation de façon à mesurer simultanément non seulement la masse et position du centre de gravité grâce aux mouvements de translations, mais aussi la matrice d’inertie de l’objet grâce, de plus, aux mouvements de rotation. Dans ce cas il est préférable que les différentes composantes du mouvement (translation et rotation) se fassent selon des fonctions temporelles périodiques indépendantes. Des fonctions temporelles sont indépendantes si aucune ne peut s’exprimer comme combinaison linéaire des autres. Dans le cas de fonctions périodiques, des fonctions de périodes différentes sont indépendantes et deux fonctions de même période mais qui ne sont pas en phase ou en opposition de phase sont également indépendantes. Par exemple l’ensemble des fonction du temps t suivantes : sin(kl .t), cos(kl .t), sin(k2.t), cos(k2.t), sin(k3.t), cos(k3.t) constitue un ensemble de fonctions temporelles indépendantes si les valeurs de k1 , k2 et k3 sont différentes. Ainsi, en animant les six composantes de translation et de rotation selon chacune de ces six fonctions, on définit un mouvement complexe du plateau. Si les coefficients k1 , k2 et k3 sont des multiples d’un même coefficient k, ce mouvement complexe est lui-même périodique. Dans ce mode de réalisation le torseur des efforts est préférablement enregistré à des intervalles de temps réguliers au cours du mouvement. Cet intervalle de temps est préférablement au moins quatre fois inférieur à la plus petite des périodes des fonctions temporelles indépendantes. Également le procédé de calcul des masse, position du centre de gravité et matrice d’inertie comprend de préférence un filtrage de l’enregistrement du torseur des efforts suivant les six fonctions temporelles indépendantes et le calcul des caractéristiques inertielles correspondant à chaque composante. Dans ce mode de réalisation il peut aussi être avantageux de choisir les valeurs de k1 , k2 et k3 multiples d’une même valeur k de telle sorte que les coefficients multiplicateurs soient tous inférieurs ou égaux à 15. On peut par exemple choisir comme coefficients multiplicateur 4, 5 et 6 ou bien 10, 12 et 15.
Il est possible d’utiliser les dispositifs et méthodes décrites ci-dessus dans des conditions instationnaires. Pour mesurer la masse et/ou la position du centre de gravité de l’objet dans des conditions instationnaires, type sur un véhicule (sur un navire par exemple), les fréquences des mouvements périodiques sont choisies pour être suffisamment éloignées de celle du mouvement instationnaire, c’est-à-dire en dehors de la bande de fréquence des mouvements du véhicule. Dans ce cas, les mesures du torseur des efforts sont filtrées pour n’exploiter que les composantes sur les fréquences choisies.
Pendant le (ou les) mouvement périodique, au moins un capteur 125 (resp. 49) mesure au moins une composante de la force subie par l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) (ou par le plateau 1 13 (resp. 43) si celui est à vide pendant l’étape de calibration) pour au moins un point de mesure d’une période du mouvement périodique. Ledit au moins un capteur 125 (resp. 49) pourrait mesurer pour deux, trois, quatre etc. points de mesure. Une plus grande quantité de point de mesure tend à améliorer la précision des calculs. Ainsi, selon la ou les caractéristiques inertielles calculées, le type de mouvement, le type d’information mesurée par le (ou les) capteur ainsi que le nombre de points de mesure par période peuvent varier.
Ainsi, pour la détermination de la position du centre de gravité de l’objet, le dispositif d’actionnement 1 19 (resp. 50) imprime à l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) au moins un mouvement périodique se décomposant selon au moins deux directions indépendantes de translation, et au moins un capteur 125 (resp. 49) mesure le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique.
Dans le cas d’au moins un mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation, si le mouvement périodique est effectué selon les deux directions indépendantes en même temps (par exemple si le plateau décrit une courbe fermée, comme un cercle), au moins deux points de mesure sont relevés par période. Et si le mouvement périodique est effectué selon les deux directions indépendantes de façon séquentielle (mouvement périodique selon une première direction de translation puis mouvement périodique selon une deuxième direction de translation indépendante de la première direction), au moins un point de mesure est relevé pour chacune des périodes des deux mouvements périodiques de translation.
Ainsi, selon ce mode de réalisation, à la place de l’étape 162, la méthode 160 comprendrait une étape 162a et une étape 162b. À l’étape 162a, l’on actionne le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) un premier mouvement périodique selon une première direction de translation et le (ou les) capteur 125 (resp. 49) mesure le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) pour au moins un premier point de mesure d’une période du mouvement périodique. Ensuite à l’étape 162b, on actionne le dispositif d’actionnement de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) un deuxième mouvement périodique selon une deuxième direction de translation, la deuxième direction de translation étant indépendante avec la première direction de translation, et le (ou les) capteur 125 (resp. 49) mesure le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45) pour au moins un deuxième point de mesure d’une période du mouvement périodique.
Pour la détermination de la masse de l’objet, le dispositif d’actionnement 119 (resp. 50) imprime à l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) au moins un mouvement périodique ayant au moins une direction de translation, et au moins un capteur 125 (resp. 49) mesure au moins une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) dans une même direction que ladite direction de translation pour au moins un point de mesure d’une période du mouvement périodique. Pour le calcul de la masse, l’accélération de l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) audit au moins un point de mesure est pris en compte.
À l’étape 164, l’unité de calcul 126 (resp. 52) calcule au moins une caractéristique inertielle de l’objet 114 (resp. 44) à partir de la mesure faite par le ou les capteurs. Si la caractéristique inertielle recherchée est la position du centre de gravité de l’objet 114 (resp. 44), le torseur des efforts pris aux au moins deux points de mesure (ceux obtenu lors du mouvement combiné selon les deux directions indépendantes, ou bien les au moins premier et deuxième points de mesure obtenus lors du mouvement consécutif selon la première et deuxième direction) est calculé. Une étape de calibration préalable permet de déduire le torseur des efforts du plateau 1 13 (resp. 43) à vide, pour le soustraire au torseur des efforts mesuré par les capteurs 125 (resp. 49) lorsque l’objet 114 (resp. 44) repose sur le plateau 1 13 (resp. 43) et forme l’ensemble plateau-objet 1 15 (resp. 45).
Si l’on désigne par (Fx, Fy, Fz) et (Mx, My, Mz) les composantes respectives des forces et des moments enregistrés suivant les axes de référence du plateau (x, y z) et par (Gx, Gy, Gz) les coordonnées du centre de gravité dans les mêmes axes, il existe les relations suivantes entre ces éléments :
Mx = Gy.Fz - Gz.Fy
My = Gz.Fx - Gx.Fz
Mz = Gx.Fy - Gy.Fx
Il est bien connu qu’une seule mesure du torseur (Fx, Fy, Fz) ; (Mx, My, Mz) ne suffit pas à déterminer complètement (Gx, Gy, Gz) mais seulement la projection dans un plan perpendiculaire au vecteur (Fx, Fy, Fz). Deux mesures du torseur avec des efforts dans des directions différentes permettent de calculer complètement (Gx, Gy, Gz). Si on dispose d’un plus grand nombre de mesures, une méthode de type « moindres carrés » permet de calculer les valeurs de (Gx, Gy, Gz) qui correspondent le mieux à l’ensemble des mesures.
Si de plus, l’accélération de l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) pendant le mouvement périodique est connue, une masse de l’objet 1 14 (ou 44) peut être calculée. En effet, la masse est le rapport entre la force mesurée et la composante de l’accélération du centre de gravité dans la même direction que la force. Pour le calcul de la masse, la connaissance d’une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) dans une même direction que la direction de translation pour un point de mesure est suffisante. L’accélération peut être calculée, selon un mode de réalisation, en prenant la mesure de la vitesse l’ensemble plateau-objet 115 (resp. 45) pour au moins un point de mesure. L’accélération sera alors le rapport entre le carré de la vitesse du plateau et le rayon de courbure d’une trajectoire du mouvement périodique au point de mesure.
D’autres caractéristiques inertielles peuvent aussi être déduites de ces mesures, comme par exemple une partie ou l’ensemble de la matrice d’inertie de l’objet 1 14 (ou 44). En effet, chaque colonne de la matrice d’inertie est le rapport entre les moments mesurés et l’accélération angulaire autour de l’axe correspondant.
Lorsque l’on a effectué une première mesure d’un objet, il se peut que des capteurs d’efforts ne soient sollicités que dans une faible plage de leur domaine de mesure. Dans ce cas, en utilisant le fait que ces efforts sont proportionnels à la courbure de la trajectoire et au carré de la vitesse le long de celle-ci, il est possible de déterminer une nouvelle vitesse et/ou une nouvelle trajectoire de façon optimiser l’utilisation des capteurs d’efforts et améliorer ainsi la précision de mesure. En effet, le fait de pouvoir choisir les accélérations appliquées à l'objet permet de lui appliquer des efforts qui sont indépendants de son poids et qui utilisent aussi largement que possible la capacité de mesure des capteurs. Par exemple, si une vitesse est bien adaptée pour un objet d'une certaine masse, on obtiendra des efforts du même ordre de grandeur avec un objet neuf fois plus léger en augmentant la vitesse d'un facteur 3. Cette disposition permet d'étendre la gamme des objets que l'on peut mesurer avec un même appareil en optimisant la précision de mesure. Ainsi, dans une première étape, on actionnerait le dispositif d’actionnement et on mesurerait le (les) efforts (s) subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) tel que décrit précédemment. Si le (les) effort (s) mesurés ne couvrent qu’une partie mineure de la capacité du (des) capteurs d’efforts (par exemple, moins de 50%), une étape d’ajustement sera faite. L’étape d’ajustement consistera en la détermination d’un nouveau couple vitesse du plateau-dimension de la trajectoire afin d’augmenter les efforts et donc la précision des données mesurées par le(les) capteurs, avant de calculer ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet dans une deuxième étape. La détermination d’un nouveau couple vitesse du plateau-dimension de la trajectoire pourra se faire par la détermination d’une nouvelle vitesse seulement, ou d’une nouvelle trajectoire seulement (par exemple une plus grande trajectoire), ou par la détermination conjointe d’une nouvelle vitesse et d’une nouvelle trajectoire.
Grâce à la méthode et au dispositif ci-dessous, il est possible de déterminer rapidement des caractéristiques inertielles d’un objet. L’objet est mis en mouvement suivant un mouvement périodique prédéfini de façon continue sans passer par plusieurs positions statiques. Le mouvement périodique tel que défini ci-dessus permet de plus une simplification du processus et une amélioration de la précision dans les mesures de la masse et/ou le centre de gravité de l’objet. D’autre part, contrairement aux méthodes de pesage, la méthode ci- dessus permet d’obtenir la masse de l’objet dans des conditions hors pesanteur ou dans un véhicule en mouvement.
La description ci-dessus est destinée à n'être qu'un exemple, et l'homme du métier reconnaîtra que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits sans sortir du cadre de l'invention divulguée. D'autres modifications qui entrent dans le cadre de la présente apparaîtront à l'homme du métier à la lumière d'une révision de cette description et de telles modifications sont censées entrer dans les revendications annexées.
NOMENCLATURE
Tourelle hexapode 40
Base 42
Plateau 43
Objet 44
Ensemble plateau-objet 45
Vérins 46
Extrémités inférieures 48
Extrémités supérieures 47
Capteurs 49
Dispositif d’actionnement 50
Actionneur 51
Unité de calcul 52
Unité de commande 54
Tourelle hexapode 110
Base 112
Plateau 113
Objet 1 14
Ensemble plateau-objet 1 15
Bielle 116
Extrémité supérieure 117 de la bielle 116
Extrémité inférieure 1 18 de la bielle 1 16
Dispositif d’actionnement 1 19
Dispositif d’entrainement 120
Actionneur 121
Module de commande 122
Roue d’engrenage centrale 123
Roues d’engrenage périphériques 124
Capteurs 125
Unité de calcul 126
Module de communication 127
Module de calcul 128
Procédé 160
Etapes 162, 162a, 162b, 164

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (160) de détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet (44,
1 14) utilisant un dispositif (40, 110) comprenant un plateau (43, 1 13) sur lequel l’objet y repose formant ainsi un ensemble plateau-objet (45, 115) solidaire, l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) étant mis en mouvement par un dispositif d’actionnement (50, 119), le procédé (160) comprenant une étape d’actionnement et une étape de calcul, l’étape d’actionnement comprenant :
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 119) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 115) au moins un mouvement périodique selon au moins une direction de translation, et mesurer par au moins un capteur (125, 49) au moins une composante d’une force subie par l’ensemble plateau-objet (45, 115) dans une même direction que ladite au moins une direction de translation pour au moins un point de mesure d’une période du mouvement périodique du plateau (43, 113) ; et
l’étape de calcul comprenant :
- Calculer par une unité de calcul ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet à partir de la mesure de ladite au moins une composante de la force subie par l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) audit au moins un point de mesure, ladite au moins une caractéristique inertielle comprenant une masse de l’objet et/ou une position du centre de gravité de l’objet.
2. Procédé (160) selon la revendication 1 , dans lequel l’étape d’actionnement comprend :
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 1 19) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et l’étape de calcul comprend :
Calculer par l’unité de calcul (126, 52) la position du centre de gravité de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) auxdits au moins deux points de mesure.
3. Procédé (160) selon la revendication 1 , dans lequel le calcul de la masse dans l’étape de calcul comprend une prise en compte d’une accélération de l’ensemble plateau-objet (45,
1 15) audit au moins un point de mesure.
4. Procédé (160) selon la revendication 1 , dans lequel l’étape d’actionnement comprend:
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 119) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et
l’étape de calcul comprend :
- calculer par l’unité de calcul (126, 52) au moins la position du centre de gravité de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet (45, 115) auxdits au moins deux points de mesure, et calculer par l’unité de calcul la masse de l’objet à partir de la mesure du torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) et d’une accélération de l’ensemble plateau-objet (45, 115) auxdits au moins deux points de mesure.
5. Procédé (160) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’accélération de l’ensemble plateau-objet (45, 115) est déterminée par au moins un accéléromètre.
6. Procédé (160) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'accélération de l'ensemble plateau-objet est calculée en effectuant un rapport entre un carré d’une vitesse de l’ensemble plateau-objet et un rayon de courbure d’une trajectoire d’un point de l’objet.
7. Procédé (160) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape d’actionnement comprend:
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 119) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) au moins un mouvement périodique selon au moins deux directions indépendantes de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) pour au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique ; et
l’étape de calcul comprend : filtrer le torseur des efforts et extraire une composante du torseur des efforts en phase avec une accélération de l’ensemble plateau-objet (45, 1 15), avant ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet.
8. Procédé (160) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape d’actionnement comprend : - Actionner le dispositif d’actionnement (50, 119) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) un premier mouvement périodique selon une unique première direction de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) pour au moins un premier point de mesure d’une période du premier mouvement périodique ;
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 1 19) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) un deuxième mouvement périodique ayant une unique deuxième direction de translation, la deuxième direction de translation étant indépendante de la première direction de translation, et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) pour au moins un deuxième point de mesure d’une période du deuxième mouvement périodique ; et
dans lequel l’étape de calcul comprend :
- Calculer par ladite unité de calcul la position du centre de gravité de l’objet (44, 114) à partir de la mesure du torseur des efforts de l’ensemble plateau-objet (45, 115) auxdits au moins un premier et deuxième points de mesure.
9. Procédé (160) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape d’actionnement comprend :
- Actionner le dispositif d’actionnement (50, 1 19) de manière à imprimer à l’ensemble plateau-objet (45, 1 15) un unique mouvement périodique ayant au moins deux directions indépendantes de translation et mesurer par ledit au moins un capteur (125, 49) le torseur des efforts subis par l’ensemble plateau-objet (45, 115) pour lesdits au moins deux points de mesure d’une période du mouvement périodique.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1-7, 9, dans lequel une trajectoire de chacun des points de l’ensemble plateau-objet est une trajectoire circulaire.
1 1. Procédé (160) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits au moins un ou deux points de mesure comprend au moins quatre points par période du mouvement périodique.
12. Procédé (160) selon l’une des revendications 1-7 et 9-11 , dans lequel le dispositif d’actionnement (1 19) comprend six bielles (116) ayant chacune une extrémité supérieure (117) connectée au plateau et une extrémité inférieure (1 18) mobile connectée au dispositif d’actionnement (120) connectant mécaniquement les bielles (1 16) entre elles, l’extrémité supérieure (1 17) et l’extrémité inférieure (1 18) de chaque bielle (116) ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté, et l’étape d’actionnement comprend : Mettre en mouvement les extrémités inférieures (1 18) des bielles (116) par un unique actionneur (121) agissant en entraînant le dispositif d’actionnement (120) de manière à imprimer au plateau (1 13) le mouvement périodique ayant lesdites au moins deux directions indépendantes de translation via la connexion mécanique des bielles (116).
13. Procédé (160) selon l’une des revendications 1 à 11 , dans lequel le dispositif d’actionnement (50) comprend six vérins (46) ayant chacun une extrémité supérieure (47) connectée au plateau et une extrémité inférieure (48) fixe, le dispositif d’actionnement (50) comprenant six actionneurs (51) associés respectivement aux vérins (46) de façon à faire varier une longueur des vérins par une unité de commande (54), l’extrémité supérieure (47) et l’extrémité inférieure (48) de chaque vérin (46) ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté, et l’étape d’actionnement comprenant :
Faire varier la longueur des vérins (46) par ladite unité de commande (54) de manière à imprimer au plateau (43) le mouvement périodique ayant au moins une direction de translation.
14. Dispositif (40, 110) pour la détermination d’au moins une caractéristique inertielle d’un objet (1 14, 44), le dispositif (40, 110) comprenant :
un plateau (43, 1 13) adapté à recevoir l’objet (44, 1 14) ;
six supports (1 16, 46) ayant chacun une extrémité supérieure (117, 47) connectée au plateau (43, 1 13) et une extrémité inférieure (118, 48), l’extrémité supérieure (117, 48) et l’extrémité inférieure (118, 48) de chaque support (116, 46) ayant de façon combinée au moins cinq degrés de liberté ;
un dispositif d’actionnement (50, 1 19) connecté aux six supports (1 16, 46) adapté pour imprimer un mouvement périodique au plateau (43, 1 13), le mouvement périodique ayant au moins au moins une direction de translation ;
au moins un capteur (125, 49) mesurant au moins une composante d’une force subie par le plateau (43, 1 13) dans une même direction que ladite direction de translation ; et
une unité de calcul (126, 52) configurée pour déterminer ladite au moins une caractéristique inertielle de l’objet à partir de la mesure de l’effort audit au moins un point de mesure, ladite au moins une caractéristique inertielle comprenant au moins une masse de l’objet (1 14, 44) et/ou une position du centre de gravité de l’objet (114, 44).
15. Dispositif (1 10) selon la revendication 14, dans lequel les six supports sont des bielles (16) ; et le dispositif d’actionnement (119) comprend un dispositif d’entrainement (120) connectant mécaniquement les extrémités inférieures (118) des bielles (116) de façon à les mettre en mouvement, le dispositif d’entrainement (120) étant commandé par un unique actionneur (121) du dispositif d’actionnement (1 19) ; et
le dispositif d’actionnement (1 19) est adapté pour imprimer un mouvement périodique au plateau (43, 113), le mouvement périodique ayant au moins deux directions de translation.
16. Dispositif (110) selon la revendication 15, dans lequel le dispositif d’entrainement (120) inclut :
une roue d’engrenage centrale (123) adaptée à être mise en rotation par l’actionneur (121), et
six roues d’engrenage périphériques (124) engrenées sur la roue d’engrenage centrale (123), les six roues d’engrenages périphériques (124) ayant un diamètre commun, et
les six bielles (1 16) ont leur extrémité inferieure (1 18) connectée respectivement de façon excentrique à chacune desdites six roues d’engrenage périphériques (124), la connexion excentrique étant telle que les rayons excentriques sont parallèles entre eux.
17. Dispositif (40) selon la revendication 14, dans lequel les six supports sont six vérins (46) et le dispositif d’actionnement (50) inclut six actionneurs (51), un par vérin (46), pour contrôler une longueur des vérins (46).
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