WO2023117603A1 - Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé - Google Patents

Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé Download PDF

Info

Publication number
WO2023117603A1
WO2023117603A1 PCT/EP2022/085745 EP2022085745W WO2023117603A1 WO 2023117603 A1 WO2023117603 A1 WO 2023117603A1 EP 2022085745 W EP2022085745 W EP 2022085745W WO 2023117603 A1 WO2023117603 A1 WO 2023117603A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
calibration
robot
state
articular
joint
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/085745
Other languages
English (en)
Inventor
Stéphane ROYET
Didier Roziere
Christian Neel
Original Assignee
Fogale Sensors
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fogale Sensors filed Critical Fogale Sensors
Publication of WO2023117603A1 publication Critical patent/WO2023117603A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/086—Proximity sensors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37284—Capacitive 3-D proximity sensor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39058—Sensor, calibration of sensor, potentiometer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39059—Sensor adaptation for robots by software

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a capacitive detection device fitted to a robot. It also relates to a capacitive detection device calibrated by such a method and a robot equipped with such a detection device.
  • the field of the invention is the field of capacitive detection devices and in particular the calibration of such devices.
  • a capacitive detection device fitted to an articulated robot comprises so-called measuring electrodes used to measure a signal relating to the capacitance seen by said electrodes, this capacitance being representative of the presence or not of an object facing said electrodes, and the distance between said object and said electrodes.
  • Such a capacitive detection device must be calibrated to take account of the inherent capacitance, also called the infinity capacitance, of each measuring electrode.
  • said robot can be electrically kept, partially or totally, at a guard potential identical to the electric potential of the measuring electrodes. , at a working frequency.
  • a guard potential identical to the electric potential of the measuring electrodes.
  • the capacitive detection device is also sensitive to the presence of static objects, in the environment of the robot, such as for example a wall, table, production line, or any object of sufficiently large surface area and sufficiently conductive or capacitively coupled to ground or of sufficiently high dielectric permittivity. This can generate false detections and degrade the detection of searched objects other than these static objects.
  • An object of the present invention is to remedy at least one of the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the invention is to propose a solution for calibrating a capacitive detection device fitted to a more efficient articulated robot.
  • Another object of the invention is to propose a solution for calibrating a capacitive detection device fitted to an articulated robot taking into account the disturbances due to the electrically guarded parts of said robot.
  • Another object of the invention is to provide a solution for calibrating a capacitive detection device fitted to an articulated robot taking into account static elements present in the environment of said robot, in order to be able to reliably detect objects other than these static elements.
  • the invention proposes to achieve at least one of the aforementioned goals by a method of calibrating a capacitive detection device fitted to an articulated robot comprising at least one joint; said capacitive detection device comprising at least one so-called measurement electrode; said method comprising at least one calibration phase comprising: - measurement of several calibration sets for several articular states of said articulated robot:
  • each calibration set comprising at least one calibration datum relating to a capacitance seen by at least one measurement electrode
  • each joint state being defined by joint play comprising at least one joint variable
  • the method according to the invention makes it possible to determine calibration data of the detection device, individually for different joint states of the robot.
  • the device according to the invention does not use identical calibration data for all the articular states, but on the contrary, uses articular data which are specific for such and such a joint condition. This is obtained thanks to the method according to the invention which measures and stores at least one set of calibration data for such or such articular state.
  • the method according to the invention makes it possible to take into account, during the calibration of the capacitive detection device, the differences which may exist in terms of proper capacitance or leakage capacitance for such or such electrode, in such or such joint condition. These differences can be due/caused by:
  • At least one joint game associated with a joint state can comprise a single joint variable or several joint variables.
  • The, or one, articular variable can be for example an angle of rotation around an axis of rotation of a joint of the robot, a deployment distance along a direction of a segment of the robot, etc. in a repository attached to the robot, or in a repository attached to a segment of the robot, or in a repository external to the robot.
  • At least one calibration set can comprise a single calibration datum for a measurement electrode, in particular but without being limiting, when the capacitive detection device comprises only a single measurement electrode.
  • the calibration set can comprise one or more calibration data, each associated with a measurement electrode.
  • Calibration data associated with a measurement electrode in an articular state can be, or comprise:
  • an electrical signal such as a voltage, a current or even a quantity of charge, relating to said capacitance seen by said measured electrode in said articular state, or
  • At least one calibration datum stored for a measurement electrode can be used to correct the detection datum measured, by this measurement electrode, during a detection of 'object.
  • Such a correction may consist in subtracting the calibration data from the measured detection data.
  • At least one calibration datum stored for a measurement electrode can be used as standard data, for this measuring electrode, during object detection.
  • the method according to the invention may comprise, for at least one calibration phase, for at least one articular state of said robot, a step of determining a calibration clearance, by interpolation of several calibration sets measured for different articular states during said calibration phase.
  • At least one calibration set is calculated by interpolation of at least one calibration set, and preferably of several calibration sets, measured. In the following :
  • measured joint state a joint state for which a calibration set is measured
  • an articular state for which a calibration set is calculated by interpolation can be called estimated or interpolated articular state.
  • the interpolation can be performed using any interpolation technique, such as for example linear interpolation, polynomial interpolation, etc.
  • Each of the first, second and third calibration phases which will be described below can optionally comprise at least one such interpolation step.
  • the method according to the invention may comprise a first phase of calibration of said detection device, carried out in the absence of any object in the environment of said robot so as to determine, in at least one , in particular each joint state, for at least one measurement electrode, a calibration datum relating to a specific capacitance of said measurement electrode, also denoted C P below.
  • the calibration datum relating to the self-capacitance of the measurement electrode can be said self-capacitance or an electrical quantity depending on said specific capacity such as a voltage or an electric current for example.
  • This specific capacitance C P corresponds to the residual capacitance due to the capacitive coupling between said measuring electrode and its environment, or objects which would be at infinity with respect to the range of the electrodes. This own ability will always be present during object detection.
  • the first calibration phase can be carried out by ensuring that there is no static object, such as a wall or a ceiling or even furniture such as tables, or even a treadmill, or even a palletizing or production island, in the environment of the robot, or at least in the environment within range of the sensors.
  • the robot can be as far off the ground as possible, for example on a stand.
  • C O C M ⁇ C P with C M the capacitance measured by the measurement electrode in this articular state and C P the specific capacitance of this measurement electrode determined during the detection phase for this articular state.
  • the first calibration phase can be carried out for several joint states, called critical joint states, previously defined.
  • Such critical joint states can be defined by an operator.
  • Such critical joint states may correspond to joint states in which the expected proper capacities for the measurement electrodes are the greatest, or reach the extreme, minimum or maximum values of their range of variation.
  • the critical joint states can include a joint state in which the robot is fully deployed, a joint state in which the robot is fully folded, an intermediate joint state, etc.
  • the method according to the invention may comprise a second calibration phase, carried out in the presence of at least one static object in the environment of said robot so as to measure, in at least one, in particular, each articular state, for at least one measurement electrode, a calibration datum relating to a capacitance, called environmental capacitance and denoted C EN below, corresponding to a sum:
  • C P a specific capacitance, denoted C P
  • C F a capacitance, called leakage and denoted C F , due to the at least one static object.
  • This second calibration phase may or may not be combined with the first calibration phase.
  • the calibration datum relating to the environmental capacitance of the measurement electrode can be said environmental capacitance C EN or an electrical quantity depending on said environmental capacitance such as an electrical voltage or current by example.
  • the second calibration phase can be carried out by ensuring that there are only static objects in the environment of the robot, such as a wall or a ceiling or even furniture such as tables, in the robot's environment.
  • static object we mean objects which are part of the environment and which are not intended to move during the operation of the robot. It is also expected that these static objects will not be detected during the detection phase.
  • the environmental capacitance C EN corresponds to the sum of the following capacitances:
  • an environmental capacitance C EN associated with a measurement electrode in an articular state, is used to correct the value of the capacitance, or the distance, measured during the detection of an object by this measuring electrode in this articular state.
  • the environmental capacitance C EN is subtracted from the measured capacitance.
  • the capacitance, denoted C O due to an object to be detected and seen by a measurement electrode can then be calculated as:
  • C O C M ⁇ C EN with C M the capacitance measured by the measurement electrode in this articular state and C EN the surrounding capacitance of this measurement electrode determined during the detection phase for this articular state.
  • the second calibration phase can be carried out for several joint states, called application joint states, corresponding to joint states taken by the articulated robot during its use.
  • Such application articular states can be defined by an operator, or by a mission provided to the robot.
  • the application joint states of the robot can correspond to joint states of said robot in order to move the robot on a predefined trajectory.
  • the trajectory can then be defined as a succession of articular states.
  • the articulated robot can comprise a functional head
  • the application joint states of the robot can correspond to joint states of said robot to move said functional head on a predefined trajectory.
  • the method according to the invention may comprise a third phase of calibration of said detection device, carried out in the presence only of a standard object, so as to measure, in at least one, in particular each, articular state, for at least one measurement electrode, a calibration datum relating to a capacitance, called total capacitance and denoted C T , corresponding to a sum:
  • C F a leakage capacity
  • This third calibration phase may or may not be combined with the first calibration phase. Alternatively or additionally, this third calibration phase may or may not be combined with the second calibration phase.
  • the calibration datum relating to the total capacitance C T seen by a measurement electrode can be said total capacitance C T or an electrical quantity depending on said total capacitance such as a voltage or an electrical current for example and which can be in the form of analog or digital signal.
  • the calibration datum relating to the total capacitance C T seen by a measurement electrode can be the distance between the robot and the standard object at the level of said measurement electrode.
  • the total capacity C T corresponds to the sum of the following capacities:
  • the third calibration phase can comprise, for at least one articular state of said robot, a measurement, for at least one measurement electrode, of several sets of calibration, each for a different distance from the standard object relative to said measuring electrode.
  • each calibration set measured for a measurement electrode can be measured for a distance which varies in a direction preferably perpendicular to said measurement electrode.
  • the object in a given joint state, can be positioned facing and at different distances from said measurement electrode and a calibration clearance can be measured for each position of the standard object.
  • separate calibration sets can be acquired for each electrode, respectively, by positioning a reference object facing and at different distances from said electrode.
  • the third calibration phase can be carried out for a single joint state, called the reference joint state.
  • the third calibration phase can comprise, for at least one position of the standard object in at least one articular state of said robot, a step of determining a calibration set by interpolation of several sets of measured capacities for different positions of the standard object in said articular state.
  • each position of the standard object for which the calibration set is measured can be designated “measured position”, and each position of the standard object for which the calibration set is calculated by interpolation can be designated “estimated position”.
  • the calibration set for a measurement electrode can be estimated from sets of calibrations measured for the same measurement electrode, each for a different measured position of the standard object.
  • the estimated position and the measured positions can be at different distances in a direction perpendicular to said measuring electrode.
  • the method according to the invention can comprise a definition of at least one value, called safety, corresponding to a minimum safety distance not to be exceeded between the standard object and the robot.
  • This security value can be a distance value, a total capacitance value C T , OR a value of an electrical quantity such as a maximum voltage or a maximum measured current, which can be in the form of an analog or digital signal.
  • This threshold value can be defined by measurement, for example by positioning the standard object at said minimum distance relative to a measurement electrode. In this case, the calibration clearance measured for an articular state and for each standard position corresponds to the safety value, in particular as regards the measurement electrode concerned.
  • a capacitive detection device comprising at least one electrode, called a measurement electrode, fitted to an articulated robot comprising at least one joint, said method comprising the following steps:
  • the step of calibrating the capacitive detection device can comprise any combination of one or more of the calibration phases described above.
  • the calibration step thus makes it possible to obtain calibration data which is used during object detection.
  • the following operations are carried out:
  • a capacitive measurement is then carried out, this measurement provides a measurement set comprising a value measured by each measurement electrode, and
  • the capacitive detection is deduced from the measurement set and the calibration set.
  • the calibration value obtained during the first and/or the second calibration phase is subtracted from the measured value. This makes it possible to correct the measurement of parasitic capacitances such as the inherent capacitance C P (first calibration), of the environmental capacitances C EN (second calibration).
  • the value thus obtained corresponds to the ability of an object to be detected, if any.
  • the calibration value C ET (third calibration) is used, to obtain a value representative of the distance between this electrode and an object to be detected, if applicable.
  • the capacitive detection step can be performed on demand, or performed at a given frequency, such as for example every 0.01 seconds.
  • the capacitive detection can be a capacitive detection in self capacitance or in mutual capacitance.
  • a capacitive detection device comprising at least one electrode, called measurement, and equipping an articulated robot comprising at least one joint, calibrated by the method according to the invention.
  • the capacitive detection device may comprise:
  • ⁇ measuring an electrical signal supplied by each measuring electrode, at said working frequency, and representative of a capacitance seen by said measuring electrode.
  • an articulated robot comprising a capacitive detection device according to the invention.
  • the robot can be an articulated robotic arm, a C-arm, a gynoid or humanoid robot, a scara-type industrial robot, etc.
  • At least one measurement electrode can be arranged on/in/under an external covering element of the robot. At least one measuring electrode can be formed by a part of the robot, such as for example a head of the robot.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a capacitive detection technique that can be implemented in the present invention
  • - FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a robot according to the invention.
  • FIGURES 3a-3c are schematic representations of a non-limiting exemplary embodiment of a first calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device fitted to a robot according to the invention
  • FIGURES 4a-4c are schematic representations of a non-limiting exemplary embodiment of a second calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device fitted to a robot according to the invention
  • FIGURES 5a-5c are schematic representations of a non-limiting exemplary embodiment of a third calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device fitted to a robot according to the invention
  • FIGURE 6 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a capacitive detection method according to the invention.
  • FIGURE 7 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a capacitance detection device according to the invention.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a detection technique that may be implemented in the present invention.
  • the device 100 shown in FIGURE 1, comprises a multitude of electrodes 102 1 -102 n , called measuring electrodes, provided for detecting an object 104, which may for example be a finger or a hand of a operator.
  • the measuring electrodes 102 1 -102 n can also be designated by the reference 102, or the reference 102 i , below.
  • the device 100 can preferably comprise one or more optional guard electrodes 106 to electrically guard the measuring electrodes 102.
  • the device 100 also comprises detection electronics 108 for, on the one hand, biasing the measurement 102 and guard 106 electrodes at the same alternating potential, called working potential, different from a ground potential at a frequency, said working frequency, and on the other hand measuring a signal relating to the capacitance seen by at least one, and in particular each, measuring electrode 102.
  • the detection electronics 108 can be made with analog components or digital components, or a combination of analog components and digital components.
  • the capacitive detection device 100 can be connected to an oscillator 109 delivering the work potential, denoted V g , and referenced to a ground potential M.
  • the potential, or the voltage, V g is used as guard potential to polarize one or more guard electrodes 106 via a line or several lines, and as excitation or detection potential to polarize measurement electrodes 102. It therefore comprises at least one spectral component at the working frequency used by the detection electronics 108.
  • the detection electronics 108 comprises a current or load amplifier 110 represented by an operational amplifier (AO) 112 and a feedback capacitor 114 looping back the output of the AO 112 to the inverting input. "-" of the AO 112.
  • the non-inverting "+" input of the AO 112 receives the voltage V g and the inverting "-" input of the AO 112 is provided to be connected to each measurement electrode 102i via a scanning means 116, which may for example be a switch, so as to individually interrogate the measurement electrodes 102 in turn, individually or by group .
  • the use of the scanning means 116 is, of course, optional.
  • the charge amplifier 110 and in particular the AO 112, outputs a voltage V s at the working frequency and with an amplitude proportional to the capacitance seen by the measuring electrode 102 connected to its "-" input.
  • the detection electronics 108 can also comprise a conditioner 118 making it possible to obtain a signal representative of the capacitance seen by the measurement electrode.
  • This conditioner 118 can comprise, for example, a synchronous demodulator to demodulate the signal with respect to a carrier, at the working frequency.
  • Conditioner 118 may also include an asynchronous demodulator or an amplitude detector.
  • This conditioner 118 can, of course, be produced in analog and/or digital form (microprocessor) and include all necessary means of filtering, conversion, processing, etc.
  • the conditioner 118 measures and supplies the value of the voltage V s .
  • the detection electronics 108 can also comprise a calculation module 120 arranged to determine a distance value or a capacitance value according to the data coming from the conditioner 118, and in particular according to the value of the voltage V s provided by the conditioner.
  • This calculation module 120 can for example comprise or be made in the form of a microcontroller, or an FPGA.
  • the detection electronics 108 can include other components than those described.
  • the detection electronics 108, or at least its sensitive part with the charge amplifier 110 can be referenced (or powered by referenced power supplies) at the guard potential V g , to minimize parasitic capacitances.
  • the detection electronics 108 can also be referenced, in a more conventional way, to the ground potential M.
  • each measurement electrode can be:
  • C P a specific capacitance, denoted C P , of the measuring electrode, when no moving or static object is in the environment of the measuring electrodes, or at least within detection range of these electrodes;
  • C EN a capacity, called environment and denoted C EN , due to the environment of the robot and comprising:
  • an object capacity C O due to the presence of an object in the environment of the robot also called standard capacity and denoted C ET when it is due to the presence of a standard object in the environment of the robot during calibration phases, and
  • ⁇ optionally at least one leakage capacity, denoted C F , due to the presence of at least one static object in the environment of the robot.
  • the data supplied by the capacitive detection device relates either to the specific capacitance C P , or to the environmental capacitance C EN , or to the total capacitance C T .
  • These capacitors are “seen” in parallel by the measurement electrodes, and therefore their values are added:
  • C EN C P + C F ;
  • C T Cp + C ET + C F or
  • C T Cp + C O + C F .
  • the capacitive detection device described with reference to FIGURE 1 can be used, in this configuration, both for measuring calibration sets during at least one calibration phase and measurement sets during one or more detection steps.
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a robot according to the invention.
  • the robot 200 shown in FIGURE 2 is an articulated arm comprising three segments, namely a base segment 202 1 , a central segment 202 2 and a distal segment 2023, interconnected by joints.
  • the segments 202 1 and 202 2 are connected together by a joint 204 1
  • the segments 202 2 and 2023 are connected together by a joint 204 2 .
  • the joints 204 1 and 204 2 are rotary joints.
  • the robot according to the invention can comprise any type of joint, such as a rotary joint, a translational joint, a telescopic joint, etc.
  • each joint variable VA 1 and VA2 is an angle value giving the angle of rotation of each joint 204 1 and 204 2 .
  • each joint state is given by a vector of M joint variables each corresponding to a joint, such that:
  • EA (VA 1 ,...,VA m , ..., VA M ) with VA m the articular variable giving the state of the joint 204 m , with 1 ⁇ m ⁇ M
  • the robot 200 is equipped with a capacitive detection device, such as for example the capacitive detection device of FIGURE 1.
  • the capacitive detection device fitted to the robot 200 comprises four measurement electrodes 1021-1024.
  • the robot can have a number of electrodes greater than or equal to 1.
  • At least one measuring electrode 102 can be arranged on/in/under an external covering element of the robot. At least one measuring electrode 102 can be formed by a part of the robot, such as for example a head of the robot.
  • the calibration set comprises N calibration values each corresponding to a measurement electrode, such as:
  • JC (VC 1 ,...,VC n ,...,VC N ) with VC n the calibration value corresponding to the measuring electrode 202 n , and l ⁇ n ⁇ N.
  • Each calibration value associated with a measurement electrode can be any type of value.
  • each calibration value can be:
  • the present invention proposes to measure or determine the calibration data of each measurement electrode for different articular states, so as to take into account more precisely the internal state (articular) and the environment of the robot and their influence on the measurements.
  • calibration phases that can be used, alone or in combination, to calibrate a capacitive detection device equipping a robot according to the invention.
  • FIGURES 3a-3c are schematic representations of a non-limiting exemplary embodiment of a first calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device equipping a robot according to the invention.
  • FIG. 3a represents the robot in a first joint state, denoted EA 1
  • FIG. 3b represents the robot in a second joint state, denoted EA 2 , different from the first joint state EA 1 .
  • FIGURE 3c represents, in the form of a diagram, the various stages of a first calibration phase 310.
  • the first calibration phase 310 of FIGURE 3c can be used to calibrate the capacitive detection device, for example the device 100 of FIGURE 1, equipping a robot, such as the robot 200 of FIGURE 2.
  • the first calibration phase 310 is carried out without any object in the environment of the robot 100. furniture, etc., at least within detection range of the sensors.
  • the robot 100 is kept as far away as possible from the walls, floor and ceiling, for example by using electrically insulating supports or wedges.
  • the leakage capacities due to static objects are minimized as much as possible, or even eliminated.
  • each measurement electrode sees a coupling capacitance which corresponds to its own capacitance.
  • the calibration datum measured for each measurement electrode will be representative of said specific capacitance.
  • the measurement electrode 102 3 measures a calibration datum representative of its own capacity C P3 1 , such that:
  • the measurement electrode 102 3 measures a calibration datum representative of its own capacity C P3 2 , such that:
  • Each calibration value measured by each measurement electrode is representative of its own capacitance.
  • the calibration phase comprises the measurement of K calibration sets, each comprising N calibration values each corresponding to a measurement electrode, and representative of the specific capacitance of said measurement electrode, such as: with 1 ⁇ n ⁇ N and 1 ⁇ k ⁇ K.
  • Each JPC calibration set k is associated with a set of joint variables describing the joint state k.
  • each joint state k is given by
  • EA k (VA 1 k ,..., VA m k , ..., VA M k ) with 1 ⁇ m ⁇ M.
  • the calibration set JPC k (VPC 1 k ,...VPC 1 k ,...,VPC n k ) for said articular state.
  • FIG. 3c represents, in the form of a diagram, the various stages of a first calibration phase 310.
  • the first calibration phase 310 comprises a step 312 consisting in moving the robot into an articular state, such as for example the articular state EA 1 shown in FIGURE 3a.
  • a calibration set is measured by interrogating each measurement electrode 102 1 -102 N , as described with reference to FIGURE 1 for example.
  • a calibration set JPC 1 is obtained comprising N calibration values, each representative of the specific capacitance of one of the N measurement electrodes 102 1 - 102 N :
  • Steps 312-316 are repeated K times to measure and store a calibration set for K articular states in total, with K ⁇ 2.
  • the calibration phase 310 can also comprise, optionally, at least one iteration of a step 318 for calculating a calibration set for at least one unmeasured joint state, called estimated joint state.
  • the calibration clearance for said estimated joint state can be calculated by interpolation of at least one calibration clearance measured for at least one joint state measured during steps 312-316.
  • the interpolation can be of any type.
  • the interpolation can be a linear interpolation of the calibration clearances measured for the two articular states closest to the estimated articular state.
  • Step 318 can be repeated as many times as desired to calculate estimated calibration sets for as many estimated joint states.
  • the first calibration phase 310 provides at least K sets of calibrations JPC 1 -JPC K each associated with an articular state, respectively EA 1 -EA K .
  • Each calibration set includes calibration data representative of the specific capacitance of each measurement electrode.
  • the articular states measured during the first calibration phase can be critical articular states, defined beforehand, and for which the specific capacitances of the measurement electrodes can take extreme values, or vary the most.
  • the critical joint states can correspond to extreme configurations of the robot, such as a joint state in which the robot is fully extended, a joint state in which the robot is fully folded, an intermediate joint state, etc.
  • FIGURES 4a-4c are schematic representations of an exemplary non-limiting embodiment of a second calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device equipping a robot according to the invention.
  • FIGURE 4a represents the robot in a first joint state, denoted EA 1 and FIGURE 4b represents the robot in a second joint state, denoted EA 2 , different from the first joint state EA 1 .
  • FIGURE 4c represents, in the form of a diagram, the various stages of a second calibration phase 410.
  • the second calibration phase 410 of FIGURE 4c can be used to calibrate the capacitive detection device, by example the device 100 of FIGURE 1, equipping a robot, such as the robot 200 of FIGURE 2.
  • the second calibration phase 410 is carried out with all the static objects found in the environment of use of the robot 100. In other words, the second calibration phase 410 is carried out in the presence:
  • the walls of the place in which the robot is used such as walls, a ceiling, the floor, etc.
  • FIGURES 4a and 4b a single static object is represented.
  • the static object shown in FIGURES 4a and 4b is, for example, a wall 402.
  • each measurement electrode 102 sees a coupling capacitance, called environment capacitance and denoted C EN , which corresponds to the sum of the following capacitances:
  • the calibration datum measured for each measurement electrode will be representative of said environmental capacitance C EN .
  • the measurement electrode 1023 sees an environment capacitance C EN3 1 , such that with :
  • the measurement electrode 102 3 measures a calibration datum VDC 3 1 representative of the environmental capacitance C EN3 1 , such as:
  • the measurement electrode 102 3 measures a calibration datum VDC 3 2 representative of the environmental capacitance C EN3 2 , such as: with
  • Each calibration value measured by each measurement electrode is representative of the environment capacitance seen by said measurement electrode.
  • Each JDC calibration set k is associated with a set of joint variables describing the joint state k.
  • the JDC calibration set k (VDC 1 k , ... VDC n k , ... ,VDC N k ) for said articular state k.
  • FIG. 4c represents, in the form of a diagram, the different stages of a second calibration phase 410.
  • the second calibration phase 410 comprises a step 412 consisting in moving the robot into an articular state, such as for example the articular state EA 1 shown in FIGURE 4a.
  • a calibration clearance is measured by interrogating each measurement electrode 102 1 -102 N , as described with reference to FIGURE 1 for example.
  • a JDC 1 calibration set is obtained comprising N calibration values, each representative of the environmental capacitance seen by one of the N measurement electrodes 102 1 - 102 N :
  • the measured JDC 1 calibration set is stored with a set of joint variables representing the articular state EA 1 .
  • Steps 412-416 are repeated K times to measure and store a calibration set for K articular states in total, with K ⁇ 2.
  • the second calibration phase 410 can also comprise, optionally, at least one iteration of a step 418 for calculating a calibration set for at least one unmeasured joint state, called estimated joint state.
  • the set of calibration can be calculated by interpolation of at least one calibration set measured for at least one articular state measured during steps 412-416.
  • the interpolation can be of any type.
  • the interpolation can be a linear interpolation of the calibration clearances measured for the two articular states closest to the estimated articular state.
  • Step 418 can be repeated as many times as desired to calculate calibration sets for as many estimated joint states.
  • the second calibration phase 410 provides at least K set of JDC 1 -JDC K calibrations, each associated with an articular state, respectively EA 1 -EA K .
  • Each calibration set includes calibration data representative of the environmental capacitance seen by each measurement electrode.
  • the articular states measured during the second calibration phase can be application articular states of the robot making it possible to move the robot on a predefined trajectory corresponding to the application considered.
  • the trajectory can then be defined as a succession of articular states.
  • the articulated robot can comprise a functional head, and the joint states measured during the second calibration phase can be application joint states of the robot corresponding to joint states of said robot to move said functional head on a trajectory predefined.
  • FIGURES 5a-5c are schematic representations of an exemplary non-limiting embodiment of a third calibration phase that can be implemented to calibrate a capacitive detection device equipping a robot according to the invention.
  • FIGURE 5a represents the robot in a first joint state, denoted EA 1 and FIGURE 5b represents the robot in a second joint state, denoted EA 2 , different from the first joint state EA 1 .
  • FIGURE 5c represents, in the form of a diagram, the various stages of a third calibration phase 510.
  • the third calibration phase 510 of FIGURE 5c can be used to calibrate the capacitive detection device, for example the device 100 of FIGURE 1, equipping a robot, such as the robot 200 of FIGURE 2.
  • the third calibration phase 510 makes it possible to experimentally determine, for the different measurement electrodes, a relationship between a position of a reference object relative to the measurement electrode, and the measurement produced by this electrode.
  • the capacitive coupling between a measurement electrode and an object depends on the distance, but also on other parameters such as the geometry and the relative positions of the electrode and the object.
  • the relationship between the measured capacitance and the distance can be determined theoretically, for example with the planar capacitor law.
  • One way of carrying out this calibration is to position a reference object at one or more positions, for example along a normal to the surface of the measurement electrode, at known distances from this electrode, and to measure the coupling corresponding capacitance. This operation must be carried out for all the measuring electrodes individually in order to calibrate each electrode.
  • This third calibration phase 510 can be performed in the absence of static objects. It can also be performed with static objects present in the environment of the robot 100. It is the latter case which is illustrated in the example of FIGURES 5a and 5b. In order not to weigh down the example, a single static object 402 is shown.
  • the static object shown in FIGURES 5a and 5b is, for example, a wall 402.
  • the third calibration phase is therefore carried out by positioning a reference object, or standard object, 502 facing at least one electrode to be calibrated at at least one known position D relative to this electrode.
  • This position D can be defined for example as being along a normal to the surface of the electrode, at a known distance from the electrode.
  • this measurement electrode sees a total capacitance, denoted C TOT , which corresponds to the sum of the following capacities:
  • the calibration datum measured for the measurement electrode considered will be representative of said total capacitance C TOT .
  • the measurement of the electrode opposite which the object is positioned is taken into account.
  • D n a position of a standard object facing a measurement electrode n.
  • the measurement electrode 102 3 with the standard object 502 at position D3 relative to this electrode sees a total capacitance C TOT3 1 , such that with :
  • the measurement electrode 1023 provides calibration data VTC 3 1 representative of the total capacitance C TOT3 1 , such as:
  • the measurement electrode 102 3 measures a calibration datum VTC 3 2 representative of the total capacitance C TOT3 2 , such that:
  • the standard object 502 can be positioned in different positions facing each measurement electrode, and a calibration set can be measured for each position of the standard object facing each electrode. in said articular state.
  • the third calibration phase provides P calibration sets for each electrode.
  • the number of positions P can be identical or different for each articular state and each electrode. For reasons of brevity, it is assumed to be identical in the following.
  • each calibration value measured by each measurement electrode is representative of the total capacitance seen by said measurement electrode with the standard object 502 facing said electrode.
  • Each JTC calibration set k is associated with a set of joint variables describing the joint state k.
  • the third calibration phase stores together:
  • FIG. 5c represents, in the form of a diagram, the various stages of a third calibration phase 510.
  • the third calibration phase 510 comprises a step 512 consisting in moving the robot into an articular state, such as for example the articular state EA 1 shown in FIGURE 5a.
  • a step 514 moves the standard object 502 into a first position D 11 facing a measurement electrode, for example 102 1 .
  • a calibration set is measured by interrogating the measurement electrode 102 1 , as described with reference to FIGURE 1 for example.
  • calibration data VTC 1 1 ' 1 constituting a JTC calibration set are obtained 1 .
  • the position of the standard object 502 can be modified to a new position D n p facing a measurement electrode 102 n .
  • This new position can constitute a new distance opposite the same measuring electrode as previously, or a position facing another measuring electrode. Steps 514-518 can thus be repeated to measure a new calibration datum VTC n k ′ p .
  • a calibration set JTC k is thus iteratively constituted, and this for the different positions D n p of the standard object opposite the electrodes n, in this articular state
  • steps 512-518 can be repeated for one or more new articular state(s) of the robot and one or more calibration sets can be measured, each for at least one position of the standard object relative to at least one electrode, in this or these articular states.
  • the third calibration phase can also be carried out only for a single articular state. This is possible when the coupling capacitance C ET (D) between a measurement electrode 102 and a standard object 502 positioned at position D relative to this electrode depends essentially on this position D but little on the articular state, which is often the case.
  • the state of the joints influences on the other hand the specific capacitance of the electrode C P and the leakage capacitance due to the static environment, if applicable.
  • the third calibration phase 510 can also comprise, optionally, at least one iteration of a step 520 for calculating a calibration set for at least one position, called unmeasured, in an articular state as a function of the calibration sets measured for other positions in said articular state.
  • the interpolation can be of any type.
  • the interpolation can be a linear interpolation of the calibration clearances measured for the two positions closest to the estimated articular state.
  • the third calibration phase 510 can also comprise, optionally, at least one iteration of a step 522 for calculating a calibration set for at least one articular state, called estimated articular state, according to the calibration sets measured for other articular states, preferably for the same position of the standard object relative to an electrode.
  • the interpolation can be of any type.
  • the interpolation can be a linear interpolation of the calibration clearances measured for the two articular states closest to the estimated articular state, for the given position of the standard object.
  • the positions of the standard object measured for at least one articular state can correspond to minimum safety distances, between the robot and an object, triggering an alert or an emergency stop of said robot.
  • each of the calibration phases described above can be combined with at least one other of said calibration phases.
  • FIGURE 6 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a capacitive detection method according to the invention.
  • the method 600 of FIGURE 6 includes a step 602 of capacitive measurement by each measurement electrode in an articular state.
  • the values thus measured form a measurement set.
  • the calibration set stored for this articular state and loaded, for example from a database.
  • detection data for each measurement electrode is calculated as a function of the measurement set and the calibration set.
  • the calibration set is a calibration set measured during a first calibration phase such as the first calibration phase 310 of FIGURES 3a-3c
  • the detection data set can be obtained by subtracting said set calibration of said measurement set.
  • a corrected detection value is obtained for each measurement electrode.
  • the correction consists in the elimination of the specific capacitance C P of each measurement electrode from the measurement carried out.
  • the detection data set can be obtained by subtracting said set calibration of the measurement set.
  • a corrected detection value is obtained for each measurement electrode.
  • the correction consists in the elimination of the environmental capacitance C EN seen by each measurement electrode of the measurement carried out.
  • the second calibration phase must have been carried out in the same environment as the measurement.
  • the third calibration phase makes it possible to obtain a distance measurement of an object assumed to be similar or comparable to the standard object used, by experimentally measuring the relationship between the coupling capacitance C ET ( D), between an electrode measurement 102 and the standard object 502 positioned at position D relative to this electrode. For this, one can deduce from the total capacitance C TOT measured during the third calibration phase the specific capacitance of the electrode C P obtained during a first calibration phase, or the environmental capacitance C EN obtained during a second calibration phase.
  • the relationship between the coupling capacitance C ET and the distance from the object D can be determined in a first environment, called calibration, in which a first or a second calibration phase is carried out, then a third phase of calibration. Then the robot can be positioned in a measurement environment with objects static, and a second calibration phase can be performed in this environment, so as to determine a measurement environment capacity C EN, M .
  • the measured coupling capacitance C ET, M can be deduced from the total capacitance measured in this environment C TOT, M by subtracting the measurement environment capacitance C EN, M for the articular state concerned. Then or can determine the position P of the object relative to each electrode by exploiting the relationship between the coupling capacitance C ET, M and the position D determined during the third calibration phase.
  • FIGURE 7 is a schematic representation of a non-limiting example embodiment of a capacitance detection device according to the invention.
  • Device 700 of FIGURE 7 includes all of the elements of device 100 of FIGURE 7.
  • the device 700 further comprises a database 702 for storing sets of calibrations, each associated with an articular state and possibly with a position of a standard object.
  • the device 700 further comprises a processing unit 704 for reading from the database 702 a calibration set and correcting a measurement set, as described above with reference to the method 600 of FIGURE 6.
  • Processing unit 704 can be any processor or computer chip, or a computer program.
  • the processing unit 704 can be an individual component or program. Alternatively, the processing unit 704 can be integrated into another component, respectively into another computer program.
  • the invention also relates to a robot, such as for example the robot 200, equipped with a device according to the invention, such as for example the device 700 of FIGURE 7.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation; ledit dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure;ledit procédé comprenant au moins une phase de calibration comprenant : - mesure de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires (EA1) dudit robot articulé (200) :  chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure, et  chaque état articulaire (EA1,EA2) étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire; et - mémorisation, pour chaque état articulaire (EA1), du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire (EA1).Elle concerne également un dispositif de détection capacitive calibré par un tel procédé et un robot équipé d'un tel dispositif de détection.

Description

DESCRIPTION
Titre : Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé
[0001] La présente invention concerne un procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot. Elle concerne également un dispositif de détection capacitive calibré par un tel procédé et un robot équipé d'un tel dispositif de détection.
[0002] Le domaine de l'invention est le domaine des dispositifs de détection capacitive et en particulier de la calibration de tels dispositifs.
État de la technique
[0003] Un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé comprend des électrodes, dites de mesure, utilisées pour mesurer un signal relatif à la capacité vue par lesdites électrodes, cette capacité étant représentative de la présence ou non d'un objet en regard desdites électrodes, et de la distance entre ledit objet et lesdites électrodes.
[0004] Un tel dispositif de détection capacitive doit être calibré pour prendre en compte la capacité propre, également appelé la capacité à l'infini, de chaque électrode de mesure.
[0005] Par ailleurs, pour éviter une auto-détection des parties du robot par les électrodes de mesure qui l'équipent, ledit robot peut être électriquement gardé, partiellement ou totalement, à un potentiel de garde identique au potentiel électrique des électrodes de mesures, à une fréquence de travail. Ainsi, les parties du robot polarisées au potentiel de garde ne sont pas vues par les électrodes de mesure, à ladite fréquence de travail.
[0006] Or, les inventeurs ont remarqué que le fait de polariser, partiellement ou totalement, le robot au potentiel de garde peut changer la capacité propre des électrodes de mesure, et perturbe la calibration du dispositif de détection équipant ledit robot. Les inventeurs ont aussi remarqué que cette perturbation dépend de la configuration du robot, et peut être plus ou moins importante dans certaines configurations. Les techniques de calibration actuellement connues, en plus de ne pas être conscientes de ces perturbations, ne permettent pas de prendre en compte ces perturbations.
[0007] Lorsqu'un robot est mis en œuvre dans un environnement réel tel qu'une ligne de production, le dispositif de détection capacitive est également sensible à la présence des objets statiques, dans l'environnement du robot, tels que par exemple un mur, une table, une ligne de production, ou tout objet de surface suffisamment grande et suffisamment conducteur ou couplé capacitivement à la masse ou de permittivité diélectrique suffisamment élevée. Cela peut générer des fausses détections et dégrader la détection d'objets recherchés autres que ces objets statiques.
[0008] Un but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients précités.
[0009] Un autre but de l'invention est de proposer une solution de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé plus performante.
[0010] Un autre but de l'invention est de proposer une solution de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé prenant en compte les perturbations dues aux parties électriquement gardées dudit robot.
[0011] Un autre but de l'invention est de proposer une solution de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé prenant en compte des éléments statiques présents dans l'environnement dudit robot, afin de pouvoir détecter de manière sûre des objets autres que ces éléments statiques.
Exposé de l'invention
[0012] L'invention propose d'atteindre au moins l'un des buts précités par un procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation ; ledit dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure ; ledit procédé comprenant au moins une phase de calibration comprenant : - mesure de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires dudit robot articulé :
■ chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure, et
■ chaque état articulaire étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire ; et
- mémorisation, pour chaque état articulaire, du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire.
[0013] Ainsi, le procédé selon l'invention permet de déterminer des données de calibration du dispositif de détection, individuellement pour différents états articulaires du robot. Autrement dit, contrairement aux dispositifs de l'état de la technique, le dispositif selon l'invention n'utilise pas des données de calibration identiques pour tous les états articulaires, mais au contraire, utilise des données articulaires qui sont spécifiques pour tel ou tel état articulaire. Cela est obtenu grâce au procédé selon l'invention qui mesure et mémorise au moins un jeu de données de calibration pour tel ou tel état articulaire.
[0014] Ainsi, le procédé selon l'invention permet de prendre en compte, lors de la calibration du dispositif de détection capacitive, les différences qui peuvent exister en termes de capacité propre ou de capacité de fuite pour telle ou telle électrode, dans tel ou tel état articulaire. Ces différences peuvent être dues/provoquées par :
- des parties électriquement gardées du robot ou de son environnement, ou
- des objets statiques se trouvant dans l'environnement du robot ; et dont les effets sur les électrodes de mesure sont variables en fonction de l'état articulaire du robot et/ou des positions des électrodes de mesure lorsque le dispositif de détection capacitive comprend plusieurs électrodes de mesure. [0015] Par conséquent, l'invention permet de réaliser une calibration plus précise, plus sure et plus performante d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé. La calibration obtenue avec l'invention est plus proche de la réalité car elle tient compte de toutes les variations qui peuvent exister en fonction de l'état du robot, dans son environnement. [0016] Au moins un jeu articulaire associé à un état articulaire peut comprendre une seule variable articulaire ou plusieurs variables articulaires. La, ou une, variable articulaire peut être par exemple un angle de rotation autour d'un axe de rotation d'une articulation du robot, une distance de déploiement le long d'une direction d'un segment du robot, etc. dans un référentiel attaché au robot, ou dans un référentiel attaché à un segment du robot, ou encore dans un référentiel externe au robot.
[0017] Au moins un jeu de calibration peut comprendre une seule donnée de calibration pour une électrode de mesure, en particulier mais sans être limitatif, lorsque le dispositif de détection capacitive ne comprend qu'une seule électrode de mesure. Lorsque le dispositif de détection capacitive comprend plusieurs électrodes de mesure, le jeu de calibration peut comprendre une ou plusieurs données de calibration, chacune associée à une électrode de mesure.
[0018] Une donnée de calibration associée à une électrode de mesure dans un état articulaire peut être, ou comprendre :
- une valeur de capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire,
- une valeur d'un signal électrique, telle qu'une tension, un courant ou encore une quantité de charge, relative à ladite capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire, ou
- une valeur de distance correspondant à ladite capacité vue par ladite électrode mesure dans ledit état articulaire.
[0019] Dans certains modes de réalisation, pour au moins un état articulaire au moins une donnée de calibration mémorisée pour une électrode de mesure peut être utilisée pour corriger la donnée de détection mesurée, par cette électrode de mesure, lors d'une détection d'objet. Une telle correction peut consister à retrancher la donnée de calibration de la donnée de détection mesurée.
[0020] Dans d'autres modes de réalisation, pour au moins un état articulaire, au moins une donnée de calibration mémorisée pour une électrode de mesure peut être utilisée comme donnée étalon, pour cette électrode de mesure, lors de la détection d'objet.
[0021] Suivant des modes de réalisation particulièrement avantageux, le procédé selon l'invention peut comprendre, pour au moins une phase de calibration, pour au moins un état articulaire dudit robot, une étape de détermination d'un jeu de calibration, par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurées pour différents états articulaires lors de ladite phase de calibration.
[0022] Ainsi, lors de ladite phase de calibration, un jeu de calibration n'est pas mesuré pour tous les états articulaires. Au moins un jeu de calibration, appelé jeu de calibration estimé, est calculé par interpolation d'au moins un jeu de calibration, et préférentiellement de plusieurs jeux de calibration, mesurés. Dans la suite :
- un état articulaire pour lequel un jeu de calibration est mesuré peut être appelé état articulaire mesuré,
- un état articulaire pour lequel un jeu de calibration est calculé par interpolation peut être appelé état articulaire estimé ou interpolé.
[0023] L'interpolation peut être réalisés selon toute technique d'interpolation, telle que par exemple une interpolation linéaire, une interpolation polynomiale, etc.
[0024] Chacune des premières, deuxièmes et troisièmes phases de calibration qui vont être décrite dans le suite peut optionnellement comprendre au moins une telle étape d'interpolation.
[0025] Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une première phase de calibration dudit dispositif de détection, réalisée en l'absence de tout objet dans l'environnement dudit robot de sorte à déterminer, dans au moins un, en particulier chaque, état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité propre de ladite électrode de mesure, également notée CP dans la suite.
[0026] La donnée de calibration relative à la capacité propre de l'électrode de mesure peut être ladite capacité propre ou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité propre tel qu'une tension ou un courant électrique par exemple. Cette capacité propre CP correspond à la capacité résiduelle due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et son environnement, ou des objets qui se trouveraient à l'infini par rapport à la portée des électrodes. Cette capacité propre sera toujours présente lors de la détection d'objet.
[0027] La première phase de calibration peut être réalisée en s'assurant qu'il n'existe aucun objet statique, tel qu'un mur ou un plafond ou encore des meubles tels que des tables, ou encore un tapis roulant, ou encore un îlot de palettisation ou de production, dans l'environnement du robot, ou au moins dans l'environnement à portée des capteurs. De plus, le robot peut être éloigné du sol le plus possible, par exemple sur un support.
[0028] Généralement, une telle capacité propre CP, associée à une électrode de mesure dans un état articulaire, est utilisée pour corriger la valeur de la capacité, ou la distance, mesurée lors de la détection par cette électrode de mesure dans cet état articulaire. Généralement, la capacité propre CP est retranchée de la capacité mesurée. Ainsi, dans un état articulaire, la capacité, notée CO, due à un objet à détecter et vue par une électrode de mesure dans cet état articulaire, peut alors être calculée comme :
CO=CM-CP avec CM la capacité mesurée par l'électrode de mesure dans cet état articulaire et CP la capacité propre de cette électrode de mesure déterminée lors de la phase de détection pour cet état articulaire.
[0029] Avantageusement, la première phase de calibration peut être réalisée pour plusieurs états articulaires, dits états articulaires critiques, préalablement définis.
[0030] De tels états articulaires critiques peuvent être définis par un opérateur.
[0031] De tels états articulaires critiques peuvent correspondre à des états articulaires dans lesquels les capacités propres attendues pour les électrodes de mesure sont les plus importantes, ou atteignent les valeurs extrêmes, minimales ou maximales, de leur gamme de variation.. [0032] Par exemples, les états articulaires critiques peuvent être comprendre un état articulaire dans lequel le robot est entièrement déployé, un état articulaire dans lequel le robot est entièrement replié, un état articulaire intermédiaire, etc.
[0033] Selon des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une deuxième phase de calibration, réalisée en présence d'au moins un objet statique dans l'environnement dudit robot de sorte à mesurer, dans au moins un, en particulier, chaque état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité d'environnement et notée CEN dans la suite, correspondant à une somme :
- d'une capacité propre, notée CP, de ladite électrode de mesure, et - d'une capacité, dite de fuite et notée CF, due à l'au moins un objet statique.
[0034] Cette deuxième phase de calibration peut combinée ou non à la première phase de calibration.
[0035] La donnée de calibration relative à la capacité d'environnement de l'électrode de mesure peut être ladite capacité d'environnement CEN ou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité d'environnement tel qu'une tension ou un courant électrique par exemple.
[0036] La deuxième phase de calibration peut être réalisée en s'assurant qu'il n'existe que des objets statiques dans l'environnement du robot, tel qu'un mur ou un plafond ou encore des meubles tels que des tables, dans l'environnement du robot. Par objet statique, en entend les objets faisant partie de l'environnement et qui ne sont pas destinés à bouger lors de l'opération du robot. Il est en outre attendu que ces objets statiques ne fasse pas l'objet d'une détection lors de la phase de détection.
[0037] Ainsi qu'indiqué ci-dessus, pour chaque électrode de mesure, la capacité d'environnement CEN correspond à la somme des capacités suivantes :
- la capacité, noté CF, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et l'au moins un objet statique se trouvant dans l'enivrement du robot, et - la capacité propre CP de ladite électrode de mesure.
[0038] Généralement, une telle capacité d'environnement CEN, associée à une électrode de mesure dans un état articulaire, est utilisée pour corriger la valeur de la capacité, ou la distance, mesurée lors de la détection d'un objet par cette électrode de mesure dans cet état articulaire. Généralement, la capacité d'environnement CEN est retranchée de la capacité mesurée. Ainsi, dans un état articulaire, la capacité, notée CO, due à un objet à détecter et vue par une électrode de mesure peut alors être calculée comme :
CO=CM-CEN avec CM la capacité mesurée par l'électrode de mesure dans cet état articulaire et CEN la capacité d'environnent de cette électrode de mesure déterminée lors de la phase de détection pour cet état articulaire.
[0039] Avantageusement, la deuxième phase de calibration peut être réalisée pour plusieurs états articulaires, dits états articulaires applicatifs, correspondants à des états articulaires pris par le robot articulé lors de son utilisation.
[0040] Ainsi, il n'est pas nécessaire de réalisation une calibration pour des états articulaires que le robot ne prendra jamais, ce qui permet de diminuer la durée de la deuxième phase de calibration.
[0041] De tels états articulaires applicatifs peuvent être définis par un opérateur, ou par une mission fournie au robot.
[0042] Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les états articulaires applicatifs du robot peuvent correspondre à des états articulaires dudit robot pour déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie. La trajectoire peut être alors définie comme une succession d'états articulaires.
[0043] Suivant d'autres exemples, le robot articulé peut comprendre une tête fonctionnelle, et les états articulaires applicatifs du robot peuvent correspondre à des états articulaires dudit robot pour déplacer ladite tête fonctionnelle sur une trajectoire prédéfinie.
[0044] Suivant des modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une troisième phase de calibration dudit dispositif de détection, réalisée en présence uniquement d'un objet étalon, de sorte à mesurer, dans au moins un, en particulier chaque, état articulaire, pour au moins une électrode de mesure, une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité totale et notée CT, correspondant à une somme :
- d'une capacité propre, notée CP, de ladite électrode de mesure,
- d'une capacité, dite capacité étalon et notée CET, due à l'objet étalon, et
- éventuellement d'une capacité de fuite, notée CF, due à au moins un objet statique dans l'environnement du robot.
[0045] Cette troisième phase de calibration peut être combinée ou non à la première phase de calibration. Alternativement ou en plus, cette troisième phase de calibration peut être combinée ou non à la deuxième phase de calibration.
[0046] La donnée de calibration relative à la capacité totale CT vue par une électrode de mesure peut être ladite capacité totale CT ou une grandeur électrique dépendant de ladite capacité totale tel qu'une tension ou un courant électrique par exemple et qui peut être sous la forme de signal analogique ou numérique. Suivant encore une autre alternative, la donnée de calibration relative à la capacité totale CT vue par une électrode de mesure peut être la distance entre le robot et l'objet étalon au niveau de ladite électrode de mesure.
[0047] Ainsi qu'indiqué ci-dessus, la capacité totale CT correspond à la somme des capacités suivantes :
- la capacité CET due au couplage entre l'électrode de mesure et l'objet étalon.
- la capacité propre CP de ladite électrode de mesure, et
- éventuellement la capacité, notée CF, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure et au moins un objet statique se trouvant dans l'environnement du robot, le cas échéant.
[0048] Suivant une caractéristique avantageuse, la troisième phase de calibration peut comprendre, pour au moins un état articulaire dudit robot, une mesure, pour au moins une électrode de mesure, de plusieurs jeux de calibration, chacun pour une distance différente de l'objet étalon par rapport à ladite électrode de mesure.
[0049] En particulier, chaque jeu de calibration mesuré pour une électrode de mesure peut être mesuré pour une distance qui varie dans une direction de préférence perpendiculaire à ladite électrode de mesure. En particulier, dans un état articulaire donné, l'objet peut être positionné en regard et à différentes distances de ladite électrode de mesure et un jeu de calibration peut être mesuré pour chaque position de l'objet étalon. Par ailleurs, des jeux de calibration distincts peuvent être acquis pour chaque électrode, respectivement, en positionnant un objet de référence en regard et à différentes distances de ladite électrode.
[0050] Suivant une caractéristique avantageuse, la troisième phase de calibration peut être réalisée pour un seul état articulaire, dit état articulaire de référence.
[0051] Avantageusement, la troisième phase de calibration peut comprendre, pour au moins une position de l'objet étalon dans au moins un état articulaire dudit robot, une étape de détermination d'un jeu de calibration par interpolation de plusieurs jeux de capacité mesurées pour différentes positions de l'objet étalon dans ledit état articulaire.
[0052] Ainsi, pour certaines positions de l'objet étalon, il est possible de déduire le jeu de calibration sans avoir à faire des mesures pour ces positions. Chaque position de l'objet étalon pour laquelle le jeu de calibration est mesuré peut être désignée « position mesurée », et chaque position de l'objet étalon pour laquelle le jeu de calibration est calculée par interpolation peut être désignée « position estimée ».
[0053] Pour une position estimée de l'objet étalon, le jeu de calibration pour une électrode de mesure peut être estimée à partir de jeux de calibrations mesurés pour la même électrode de mesure, chacun pour une position mesurée différente de l'objet étalon. Dans ce cas, la position estimée et les positions mesurées peuvent se trouver à des distances différentes sur une direction perpendiculaire à ladite électrode de mesure. [0054] Suivant une caractéristique avantageuse, le procédé selon l'invention peut comprendre une définition d'au moins une valeur, dite de sécurité, correspondant à une distance de sécurité minimale à ne pas dépasser entre l'objet étalon et le robot.
[0055] Cette valeur de sécurité peut être une valeur de distance, une valeur de capacité totale CT, OU une valeur d'une grandeur électrique telle qu'une tension maximale ou un courant maximal mesuré, qui peut être sous la forme d'un signal analogique ou numérique. Cette valeur seuil peut être définie par mesure, par exemple en positionnant l'objet étalon à ladite distance minimale relativement à une électrode de mesure. Dans ce cas, le jeu de calibration mesuré pour un état articulaire et pour chaque position étalon, correspond à la valeur de sécurité, en particulier en ce qui concerne l'électrode de mesure concernée.
[0056] Ainsi, il est possible définir une distance minimale de sécurité permettant de détecter un objet avant que celui-ci entre en contact du robot, ou vice versa, avec une marge de sécurité définie. Cela permet de contrôler le robot pour le mettre en arrêt d'urgence ou alors pour réaliser un évitement en modifiant sa trajectoire.
[0057] Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de détection capacitive d'au moins un objet par un dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure, équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de calibration dudit dispositif par le procédé selon l'invention ; et
- au moins une itération d'une étape de détection capacitive par ledit dispositif de détection capacitive.
[0058] L'étape de calibration du dispositif détection de capacitive peut comprendre une combinaison quelconque d'une ou plusieurs des phases de calibration décrites plus haut. [0059] L'étape de calibration permet ainsi d'obtenir des données de calibration qui sont utilisées lors de la détection d'objet. En particulier, lors d'une étape de détection, les opérations suivantes sont réalisées :
- tout d'abord l'état articulaire actuel du robot est déterminé,
- puis le jeu de calibration correspondant à l'état articulaire est chargé,
- ensuite une mesure capacitive est alors réalisée, cette mesure fournit un jeu de mesure comprenant une valeur mesurée par chaque électrode de mesure, et
- la détection capacitive est déduite à partir du jeu de mesure et du jeu de calibration.
Par exemple, pour chaque électrode de mesure, la valeur de calibration obtenue lors de la première et/ou de la deuxième phase de calibration est retranchée de la valeur mesurée. Cela permet de corriger la mesure des capacités parasites telle que la capacité propre CP (première calibration), des capacités d'environnement CEN (deuxième calibration). La valeur ainsi obtenue correspond à la capacité d'un objet à détecter, le cas échéant.
Suivant d'autres exemples de réalisation, pour chaque électrode de mesure, la valeur de calibration CET (troisième calibration) est utilisée, pour obtenir une valeur représentative de la distance entre cette électrode et un objet à détecter, le cas échéant.
[0060] L'étape de détection capacitive peut être réalisée sur demande, ou réalisée à une fréquence donnée, telle que par exemple tous les 0,01 secondes.
[0061] Préférentiellement, dans la présente invention, la détection capacitive peut être une détection capacitive en self capacitance ou en mutual capacitance.
[0062] Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de détection capacitive comprenant au moins une électrode, dite de mesure, et équipant un robot articulé comprenant au moins une articulation, calibré par le procédé selon l'invention. [0063] Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitive peut comprendre :
- au moins une électrode de mesure, en particulier plusieurs électrodes de mesure, distribuées sur le robot ;
- au moins une électronique de mesure, reliée à chaque électrode de mesure, et prévue pour :
■ polariser chaque électrode de mesure à un potentiel, dit de travail, différent d'un potentiel de masse à une fréquence, dite de travail ; et
■ mesurer un signal électrique fourni par chaque électrode de mesure, à ladite fréquence de travail, et représentatif d'une capacité vue par ladite électrode de mesure.
Une telle architecture du dispositif de détection est bien connue de l'homme du métier et ne sera pas détaillée plus ici par soucis de concision.
[0064] Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un robot articulé comprenant un dispositif de détection capacitive selon l'invention.
[0065] Le robot peut être un bras robotisé articulé, un C-arm, un robot gynoïde ou humanoïde, un robot industriel de type scara, etc.
[0066] Au moins une électrode de mesure peut être disposée sur/dans/sous un élément d'habillage externe du robot. Au moins une électrode de mesure peut être formée par une partie du robot, telle que par exemple une tête du robot.
Description des figures et modes de réalisation
[0067] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une technique de détection capacitive pouvant être mise en œuvre dans la présente invention ; - la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention ; et
- les FIGURES 3a-3c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une première phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention ;
- les FIGURES 4a-4c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une deuxième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention;
- les FIGURES 5a-5c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une troisième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention ;
- la FIGURE 6 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un procédé de détection de capacitive selon l'invention ; et
- la FIGURE 7 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif de détection de capacitive selon l'invention.
[0068] Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
[0069] En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. [0070] Sur les figures et dans la suite de la description, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
[0071] La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une technique de détection pouvant être mise en œuvre dans la présente invention.
[0072] Le dispositif 100, représenté sur la FIGURE 1, comprend une multitude d'électrodes 1021-102n, dites électrodes de mesure, prévues pour détecter un objet 104, qui peut être par exemple un doigt ou une main d'un opérateur. Les électrodes de mesure 1021-102n peuvent être également désignées par la référence 102, ou la référence 102i, dans la suite.
[0073] Le dispositif 100 peut préférentiellement comprendre une ou plusieurs électrodes 106, dite de garde, optionnelles, pour garder électriquement les électrodes de mesure 102.
[0074] Le dispositif 100 comprend aussi une électronique de détection 108 pour d'une part polariser les électrodes de mesure 102 et de garde 106 à un même potentiel alternatif, dit potentiel de travail, différent d'un potentiel de masse à une fréquence, dite fréquence de travail, et d'autre part mesurer un signal relatif à la capacité vue par au moins une, et en particulier chaque, électrode de mesure 102.
[0075] L'électronique de détection 108 peut être réalisée avec des composants analogiques ou des composants numériques, ou une combinaison de composants analogique et de composants numériques.
[0076] Le dispositif de détection capacitive 100 peut être relié à un oscillateur 109 délivrant le potentiel de travail, notée Vg, et référencé à un potentiel de masse M.
[0077] Le potentiel, ou la tension, Vg est utilisée comme potentiel de garde pour polariser une ou des électrodes de garde 106 par l'intermédiaire d'une ligne ou plusieurs lignes, et comme potentiel d'excitation ou de détection pour polariser des électrodes de mesure 102. Elle comprend donc au moins une composante spectrale à la fréquence de travail utilisée par l'électronique de détection 108. [0078] L'électronique de détection 108 comprend un amplificateur de courant, ou de charge, 110 représenté par un amplificateur opérationnel (AO) 112 et une capacité de contre-réaction 114 rebouclant la sortie de l'AO 112 à l'entrée inverseuse « - » de l'AO 112. De plus, dans l'exemple représenté, l'entrée non-inverseuse « + » de l'AO 112 reçoit la tension Vg et l'entrée inverseuse « - » de l'AO 112 est prévue pour être reliée à chaque électrode de mesure 102i par l'intermédiaire d'un moyen de scrutation 116, qui peut être par exemple un switch, de sorte à interroger individuellement à tour de rôle les électrodes de mesure 102, individuellement ou par groupe.
[0079] L'utilisation du moyen de scrutation 116 est, bien entendu, optionnelle.
[0080] Dans ces conditions, l'amplificateur de charge 110, et en particulier l'AO 112, fournit en sortie une tension Vs à la fréquence de travail et d'amplitude proportionnelle à la capacité vue par l'électrode de mesure 102 reliée à son entrée « - ».
[0081] L'électronique de détection 108 peut en outre comprendre un conditionneur 118 permettant d'obtenir un signal représentatif de la capacité vue par l'électrode de mesure. Ce conditionneur 118 peut comprendre, par exemple, un démodulateur synchrone pour démoduler le signal par rapport à une porteuse, à la fréquence de travail. Le conditionneur 118 peut également comprendre un démodulateur asynchrone ou un détecteur d'amplitude. Ce conditionneur 118 peut, bien entendu, être réalisé sous une forme analogique et/ou numérique (microprocesseur) et comprendre tous moyens nécessaires de filtrage, de conversion, de traitement, etc. Le conditionneur 118 mesure et fournit la valeur de la tension Vs.
[0082] L'électronique de détection 108 peut en outre comprendre un module de calcul 120 agencé pour déterminer une valeur de distance ou une valeur de capacité en fonction de la donnée issue du conditionneur 118, et en particulier en fonction de la valeur de la tension Vs fournie par le conditionneur. Ce module de calcul 120 peut par exemple comprendre ou être réalisé sous la forme d'un microcontrôleur, ou d'un FPGA.
[0083] Bien entendu, l'électronique de détection 108 peut comprendre d'autres composants que ceux décrits. L'électronique de détection 108, ou au moins sa partie sensible avec l'amplificateur de charge 110 peut être référencée (ou alimentée par des alimentations électriques référencées) au potentiel de garde Vg, pour minimiser les capacités parasites. L'électronique de détection 108 peut également être référencée, de manière plus classique, au potentiel de masse M.
[0084] Comme il sera détaillé plus bas, la capacité vue par chaque électrode de mesure peut être :
- une capacité propre, notée CP, de l'électrode de mesure, lorsqu'aucun objet mobile ou statique ne se trouve dans l'environnement des électrodes de mesure, ou du moins à portée de détection de ces électrodes ; ou
- une capacité, dite d'environnement et notée CEN, due à l'environnement du robot et comprenant :
■ la capacité propre CP de l'électrode de mesure, et
■ au moins une capacité de fuite, notée CF, due à la présence d'au moins un objet statique dans l'environnement du robot ; ou
- une capacité, dite totale et notée CT, comprenant
■ la capacité propre CP de l'électrode de mesure,
■ une capacité objet CO due à la présence d'un objet dans l'environnement du robot, également appelée capacité étalon et notée CET lorsqu'elle est due à la présence d'un objet étalon dans l'environnement du robot lors des phases de calibration, et
■ éventuellement au moins une capacité de fuite, notée CF, due à la présence d'au moins un objet statique dans l'environnement du robot.
Par conséquent, en fonction de la configuration du robot et de son environnement, la donnée fournie par le dispositif de détection capacitive est relative soit à la capacité propre CP, soit à la capacité environnement CEN, soit à la capacité totale CT. Ces capacités sont « vues » en parallèle par les électrodes de mesure, et donc leurs valeurs s'additionnent : CEN = CP + CF ; CT = Cp + CET + CF ou CT = Cp + CO + CF.
[0085] Le dispositif de détection capacitive décrite en référence à la FIGURE 1 peut être utilisé, dans cette configuration, à la fois pour la mesure de jeux de calibration lors d'au moins une phase de calibration et des jeux de mesure lors d'une ou plusieurs étapes de détection.
[0086] La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un robot selon l'invention.
[0087] Le robot 200 représenté sur la FIGURE 2 est un bras articulé comprenant trois segments à savoir un segment de base 2021, un segment central 2022 et un segment distal 2023, reliés entre eux par des articulations. Dans l'exemple représenté, les segments 2021 et 2022 sont reliés entre eux par une articulation 2041, et les segments 2022 et 2023 sont reliés entre eux par une articulation 2042. Dans l'exemple de réalisation non limitatif, les articulations 2041 et 2042 sont des articulations rotatives. Bien entendu, dans sa définition générale, le robot selon l'invention peut comprendre tout type d'articulation, telle qu'une articulation rotative, une articulation translative, une articulation télescopique, etc.
[0088] Dans l'exemple représenté sur la FIGURE 2, chaque état articulaire du robot, noté EA dans la suite, est donné par un vecteur, ou un jeu, de deux variables articulaires, tel que EA=(VA1,VA2), avec :
- VA1 la variable articulaire donnant l'état de l'articulation 204,1 et
- VA2 la variable articulaire donnant l'état de l'articulation 2042.
Dans l'exemple donné, chaque variable articulaire VA1 et VA2 est une valeur d'angle donnant l'angle de rotation de chaque articulation 2041 et 2042.
[0089] Suivant une définition générale, lorsque le robot comporte M articulations 2021-202m, alors chaque état articulaire est donné par un vecteur de M variables articulaires correspondant chacune à une articulation, telle que :
EA=(VA1,...,VAm, ..., VAM) avec VAm la variable articulaire donnant l'état de l'articulation 204m, avec 1≤m≤M
[0090] De plus, le robot 200 est équipé d'un dispositif de détection capacitive, tel que par exemple le dispositif de détection capacitive de la FIGURE 1. [0091] Dans l'exemple décrit, le dispositif de détection capacitive équipant le robot 200 comprend quatre électrodes de mesure 1021-1024. Bien entendu, cet exemple est non limitatif. Le robot peut comporter un nombre d'électrode supérieur ou égale à 1.
[0092] Au moins une électrode de mesure 102 peut être disposée sur/dans/sous un élément d'habillage externe du robot. Au moins une électrode de mesure 102 peut être formée par une partie du robot, telle que par exemple une tête du robot.
[0093] Dans l'exemple représenté, dans chaque état articulaire du robot, le jeu de calibration, respectivement le jeu de mesure, comprend une valeur mesurée pour chaque électrode de mesure 1021-1024. Ainsi, chaque jeu de calibration, noté JC dans la suite, est un vecteur de quatre données de calibration VC tel que, JC=(VC1,VC2,VC3,VC4), avec VC1 la valeur de calibration correspondant à l'électrode de mesure 2021, VC2 la valeur de calibration correspondant à l'électrode de mesure 2022, ainsi de suite.
[0094] Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, alors le jeu de calibration comprend N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, telle que :
JC=(VC1,..., VCn, ...,VCN) avec VCn la valeur de calibration correspondant à l'électrode de mesure 202n, et l<n<N.
[0095] Chaque valeur de calibration associée à une électrode de mesure peut être tout type de valeur. En particulier, chaque valeur de calibration peut être :
- une valeur d'un signal électrique, telle que la tension Vs, fournie par le conditionneur 118 pour ladite électrode de mesure ;
- une valeur de capacité, vue par ladite électrode mesure, fournie par le module de calcul 120 ; ou encore
- une valeur représentative d'une distance, fournie par le module de calcul 120, et correspondant à la capacité vue par ladite électrode mesure. [0096] La présente invention propose de mesurer ou de déterminer les données de calibration de chaque électrode de mesure pour différents états articulaires, de sorte à prendre en compte de manière plus précise l'état interne (articulaire) et l'environnement du robot et leur influence sur les mesures. Nous allons maintenant décrire des exemples de réalisation non limitatifs de phases de calibration pouvant être utilisées, seule ou en combinaison, pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention.
[0097] Les FIGURES 3a-3c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une première phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention.
[0098] La FIGURE 3a représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA1 et la FIGURE 3b représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA2, différent du premier état articulaire EA1.
[0099] La FIGURE 3c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une première phase de calibration 310. La première phase de calibration 310 de la FIGURE 3c peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la FIGURE 1, équipant un robot, tel que le robot 200 de la FIGURE 2.
[0100] La première phase de calibration 310 est réalisée sans aucun objet dans l'environnement du robot 100. Autrement dit l'environnement du robot 200 est épuré entièrement pour n'y laisser aucun objet mobile ou statique, tels que des tables, des meubles, etc, au moins à portée de détection des capteurs. De plus, le robot 100 est éloigné le plus possible des murs, du sol et du plafond, par exemple en utilisant des supports ou des cales électriquement isolants. Ainsi, les capacités de fuites dues à des objets statiques sont minimisées le plus possible, voire annulées.
[0101] Dans ce cas, dans chaque état articulaire du robot, chaque électrode de mesure voit une capacité de couplage qui correspond à sa capacité propre. Ainsi, dans chaque état articulaire, la donnée de calibration mesurée pour chaque électrode de mesure sera représentative de ladite capacité propre. [0102] Par exemple dans le premier état articulaire EA1, représenté sur la FIGURE 3a, l'électrode de mesure 1023 mesure une donnée de calibration
Figure imgf000023_0005
représentative de sa capacité propre CP3 1, telle que :
Figure imgf000023_0001
De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA2, représenté sur la FIGURE 3b, l'électrode de mesure 1023 mesure une donnée de calibration
Figure imgf000023_0006
représentative de sa capacité propre CP3 2, telle que :
Figure imgf000023_0002
Ainsi, dans chaque état articulaire EA1 et EA2, un jeu de calibration est mesuré, respectivement JPC1 et J PC2 :
Figure imgf000023_0003
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de sa capacité propre.
[0103] Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la première phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la phase de calibration comprend la mesure de K jeux de calibration, chacun comprenant N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, et représentative de la capacité propre de ladite électrode de mesure, tel que :
Figure imgf000023_0004
avec 1≤n≤N et 1≤k≤K.
Chaque jeu de calibration JPCk est associé à un jeu de variables articulaires décrivant l'état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
EAk=(VA1 k,..., VAm k, ..., VAM k) avec 1≤m≤M.
Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1≤k≤K, la première phase de calibration mesure et mémorise : - le jeu de variable articulaire EAk=(VA1 k,..., VAj k,..., VAm k) décrivant ledit état articulaire EAk, et
- le jeu de calibration JPCk=(VPC1 k, ... VPC1 k, ... ,VPCn k) pour ledit état articulaire.
[0104] La FIGURE 3c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une première phase de calibration 310.
[0105] La première phase de calibration 310 comprend une étape 312 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l'état articulaire EA1 représenté sur la FIGURE 3a.
[0106] Puis, lors d'une étape 314, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant chaque électrode de mesure 1021- 102N, tel que décrit en référence à la FIGURE 1 par exemple. Ainsi, pour l'état articulaire EA1, on obtient un jeu de calibration JPC1 comprenant N valeurs de calibration, chacune représentative de la capacité propre de l'une des N électrodes de mesure 1021- 102N :
JPC1(VPC1 1, ... VPCn 1, ... VPCN 1)
[0107] Lors d'une étape 316, le jeu de calibration JC1 mesuré est mémorisé avec un jeu de variables articulaires EA1=(VA1 1,..., VAm 1,..., VAM 1) représentant l'état articulaire EA1.
[0108] Les étapes 312-316 sont réitérées K fois pour mesurer et mémoriser un jeu de calibration pour K états articulaires au total, avec K≥2.
[0109] La phase de calibration 310 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d'une étape 318 de calcul d'un jeu de calibration pour au moins un état articulaire non mesuré, dit état articulaire estimé. Dans ce cas, le jeu de calibration pour ledit état articulaire estimé peut être calculé par interpolation d'au moins un jeu de calibration mesuré pour au moins un état articulaire mesuré lors des étapes 312-316.
[0110] L'interpolation peut être de tout type. Par exemple, l'interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l'état articulaire estimé. [0111] L'étape 318 peut être réitérée autant de fois que souhaité pour calculer des jeux de calibration estimés pour autant d'états articulaires estimés.
[0112] Ainsi, la première phase de calibration 310 fournit au moins K jeux de calibrations JPC1-JPCK associé chacun à un état articulaire, respectivement EA1-EAK. Chaque jeu de calibration comprend une donnée de calibration représentative de la capacité propre de chaque électrode de mesure.
[0113] Les états articulaires mesurées lors de la première phase de calibration peuvent être des états articulaires critiques, préalablement définis, et pour lesquels les capacités propres des électrodes de mesure peuvent prendre des valeurs extrêmes, ou varier le plus. Par exemples, les états articulaires critiques peuvent correspondre à des configurations extrêmes du robot, tel qu'un état articulaire dans lequel le robot est entièrement déployé, un état articulaire dans lequel le robot est entièrement replié, un état articulaire intermédiaire, etc.
[0114] Les FIGURES 4a-4c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une deuxième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention.
[0115] La FIGURE 4a représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA1 et la FIGURE 4b représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA2, différent du premier état articulaire EA1.
[0116] La FIGURE 4c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une deuxième phase de calibration 410. La deuxième phase de calibration 410 de la FIGURE 4c peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la FIGURE 1, équipant un robot, tel que le robot 200 de la FIGURE 2.
[0117] La deuxième phase de calibration 410 est réalisée avec tous les objets statiques se trouvant dans l'environnement d'utilisation du robot 100. Autrement dit, la deuxième phase de calibration 410 est réalisée en présence :
- de tous les objets statiques pouvant se trouver autour et à proximité du robot, dans sa configuration d'utilisation, telle que des tables, des machines, etc. et
- des parois du lieu dans lequel le robot est utilisé, tels que des murs, un plafond, le sol, etc.
Dans l'exemple de FIGURES 4a et 4b, pour ne pas alourdir l'exemple, un seul objet statique est représenté. L'objet statique représenté sur les FIGURES 4a et 4b, est par exemple un mur 402.
[0118] Dans ce cas, dans chaque état articulaire du robot, chaque électrode de mesure 102 voit une capacité de couplage, appelé capacité environnement et notée CEN, qui correspond à la somme des capacités suivants :
- sa capacité propre CP, et
- à une capacité de fuite, notée CF, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102 et le(s) objet(s) statique(s) 402.
Ainsi, dans chaque état articulaire, la donnée de calibration mesurée pour chaque électrode de mesure sera représentative de ladite capacité d'environnement CEN.
[0119] Par exemple, dans le premier état articulaire EA1, représenté sur la FIGURE 4a, l'électrode de mesure 1023 voit une capacité environnement CEN3 1, telle que
Figure imgf000026_0001
avec :
- CP3 1 la capacité propre de l'électrode de mesure 1023 dans l'état articulaire EA1, et
- CF3 1 une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'au moins un objet statique 402, dans l'état articulaire EA1.
Ainsi, dans ce premier état articulaire EA1, l'électrode de mesure 1023 mesure une donnée de calibration VDC3 1 représentative de la capacité d'environnement CEN3 1, telle que :
Figure imgf000026_0002
[0120] De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA2, représenté sur la FIGURE 4b, l'électrode de mesure 1023 mesure une donnée de calibration VDC3 2 représentative de la capacité d'environnement CEN3 2, telle que :
Figure imgf000027_0001
avec
- CP3 2 la capacité propre de l'électrode de mesure 1023 dans le deuxième état articulaire EA2, et
- CF3 2 une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'au moins un objet statique 402, dans le deuxième articulaire EA2.
[0121] Ainsi, dans chaque état articulaire EA1 et EA2, un jeu de calibration est mesuré, respectivement JDC1 et JDC2 :
Figure imgf000027_0002
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de la capacité environnement vue par ladite électrode de mesure.
[0122] Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la deuxième phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la deuxième phase de calibration comprend la mesure de K jeux de calibration, chacun comprenant N valeurs de calibration correspondant chacune à une électrode de mesure, et représentative de la capacité d'environnement vue par ladite électrode de mesure, telles que :
Figure imgf000027_0003
avec k=1-N et k=1-K. Chaque jeu de calibration JDCk est associé à un jeu de variables articulaires décrivant l'état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
Figure imgf000028_0001
avec j = 1, M.
Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1 la deuxième phase de calibration mesure et mémorise :
- le jeu de variable articulaire EAk=(VA1 k,..., VAm k,..., VAM k) décrivant ledit état articulaire EAk, et
- le jeu de calibration JDCk=(VDC1 k, ... VDCn k, ... ,VDCN k) pour ledit état articulaire k.
[0123] La FIGURE 4c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une deuxième phase de calibration 410.
[0124] La deuxième phase de calibration 410 comprend une étape 412 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l'état articulaire EA1 représenté sur la FIGURE 4a.
[0125] Puis, lors d'une étape 414, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant chaque électrode de mesure 1021- 102N, tel que décrit en référence à la FIGURE 1 par exemple. Ainsi, pour le premier état articulaire EA1, on obtient un jeu de calibration JDC1 comprenant N valeurs de calibration, chacune représentative de la capacité environnement vue par l'une des N électrodes de mesure 1021- 102N :
Figure imgf000028_0002
[0126] Lors d'une étape 416, le jeu de calibration JDC1 mesuré est mémorisé avec un jeu de variables articulaires
Figure imgf000028_0003
représentant l'état articulaire EA1.
[0127] Les étapes 412-416 sont réitérées K fois pour mesurer et mémoriser un jeu de calibration pour K états articulaires au total, avec K≥2.
[0128] La deuxième phase de calibration 410 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d'une étape 418 de calcul d'un jeu de calibration pour au moins un état articulaire non mesuré, dit état articulaire estimé. Dans ce cas, pour ledit état articulaire estimé, le jeu de calibration peut être calculé par interpolation d'au moins un jeu de calibration mesuré pour au moins un état articulaire mesuré lors des étapes 412-416.
[0129] L'interpolation peut être de tout type. Par exemple, l'interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l'état articulaire estimé.
[0130] L'étape 418 peut être réitérée autant de fois que souhaité pour calculer des jeux de calibration pour autant d'états articulaires estimés.
[0131] Ainsi, la deuxième phase de calibration 410 fournit au moins K jeu de calibrations JDC1-JDCK, associé chacun à un état articulaire, respectivement EA1-EAK. Chaque jeu de calibration comprend une donnée de calibration représentative de la capacité environnement vue par chaque électrode de mesure.
[0132] Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les états articulaires mesurées lors de la deuxième phase de calibration peuvent être des états articulaires applicatifs du robot permettant de déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie correspondant à l'application considérée. La trajectoire peut être alors définie comme une succession d'états articulaires. Suivant d'autres exemples, le robot articulé peut comprendre une tête fonctionnelle, et les états articulaires mesurées lors de la deuxième phase de calibration peuvent être des états articulaires applicatifs du robot correspondant à des états articulaires dudit robot pour déplacer ladite tête fonctionnelle sur une trajectoire prédéfinie.
[0133] Les FIGURES 5a-5c sont des représentations schématiques d'un exemple de réalisation non limitatif d'une troisième phase de calibration pouvant être mise en œuvre pour calibrer un dispositif de détection capacitive équipant un robot selon l'invention.
[0134] La FIGURE 5a représente le robot dans un premier état articulaire, noté EA1 et la FIGURE 5b représente le robot dans un deuxième état articulaire, noté EA2, différent du premier état articulaire EA1. [0135] La FIGURE 5c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une troisième phase de calibration 510. La troisième phase de calibration 510 de la FIGURE 5c peut être utilisée pour calibrer le dispositif de détection capacitive, par exemple le dispositif 100 de la FIGURE 1, équipant un robot, tel que le robot 200 de la FIGURE 2.
La troisième phase de calibration 510 permet de déterminer expérimentalement, pour les différentes électrodes de mesure, une relation entre une position d'un objet de référence relativement à l'électrode de mesure, et la mesure produite par cette électrode. En effet, le couplage capacitif entre une électrode de mesure et un objet dépend de la distance, mais aussi d'autres paramètres tels que la géométrie et les positions relatives de l'électrode et de l'objet. La relation entre la capacité mesurée et la distance peut être déterminée de manière théorique, par exemple avec la loi du condensateur plan. Toutefois, pour plus de précision il est préférable de la déterminer expérimentalement par calibration avec un objet de référence. Une façon de réaliser cette calibration est de positionner un objet de référence à une ou plusieurs positions, par exemple le long d'une normale à la surface de l'électrode de mesure, à des distances connues de cette électrode, et de mesurer le couplage capacitif correspondant. Cette opération doit être réalisée pour toutes les électrodes de mesure individuellement afin de calibrer chaque électrode.
Cette troisième phase de calibration 510 peut être réalisée en l'absence d'objets statiques. Elle peut également être réalisées avec des objets statiques présents dans l'environnement du robot 100. C'est ce dernier cas qui est illustré dans l'exemple des FIGURES 5a et 5b. Pour ne pas alourdir l'exemple, un seul objet statique 402 est représenté. L'objet statique représenté sur les FIGURES 5a et 5b, est par exemple un mur 402.
[0136] La troisième phase de calibration est donc réalisée en positionnant un objet de référence, ou objet étalon, 502 en regard d'au moins une électrode à calibrer à au moins une position D connue relativement à cette électrode. Cette position D peut être définie par exemple comme étant le long d'une normale à la surface de l'électrode, à une distance connue de l'électrode. [0137] Dans ces conditions, pour chaque état articulaire du robot et pour chaque position de l'objet étalon en regard d'une électrode de mesure 102, cette électrode de mesure voit une capacité totale, notée CTOT, qui correspond à la somme des capacités suivants :
- la capacité propre CP de l'électrode de mesure, et
- la capacité de fuite, notée CF, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 102 et l'objet statique 410, le cas échéant, et
- la capacité de couplage, notée CET(D), entre l'électrode de mesure 102 et l'objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode.
Ainsi, dans chaque état articulaire et pour chaque position de l'objet étalon en regard de chaque électrode de mesure, la donnée de calibration mesurée pour l'électrode de mesure considérée sera représentative de ladite capacité totale CTOT. Par ailleurs, dans ce mode de calibration, seule la mesure de l'électrode en regard de laquelle l'objet est positionné est prise en compte. Ainsi, on note Dn une position d'un objet étalon en regard d'une électrode de mesure n.
[0138] Par exemple, dans le premier état articulaire EA1, représenté sur la FIGURE 5a, l'électrode de mesure 1023 avec l'objet étalon 502 à la position D3 relativement à cette électrode voit une capacité totale CTOT3 1, telle que
Figure imgf000031_0002
avec :
- CP3 1 la capacité propre de l'électrode de mesure 1023 dans l'état articulaire EA1,
- CF3 1 une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'objet statique 402, dans l'état articulaire EA1,
- CET3 1 (D3) la capacité de couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'objet étalon 502 à la position D3 relativement à l'électrode de mesure 1023, dans l'état articulaire EA1.
Ainsi, dans ce premier état articulaire EA1, l'électrode de mesure 1023 fournit une donnée de calibration VTC3 1 représentative de la capacité totale CTOT3 1, telle que :
Figure imgf000031_0001
[0139] De manière similaire, dans le deuxième état articulaire EA2, représenté sur la FIGURE 4b, l'électrode de mesure 1023 mesure une donnée de calibration VTC3 2 représentative de la capacité totale CTOT3 2, telle que : avec
Figure imgf000032_0002
- CP3 2 la capacité propre de l'électrode de mesure 1023 dans le deuxième état articulaire EA2, et
- CF3 2 une capacité de fuite, due au couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'au moins un objet statique 402, dans le deuxième articulaire EA2, et
- CET3 2(D3) la capacité de couplage capacitif entre ladite électrode de mesure 1023 et l'objet étalon 502 à la position D3 relativement à l'électrode, dans l'état articulaire EA2
[0140] Pour au moins un état articulaire, l'objet étalon 502 peut être positionné en différentes positions en regard de chaque électrode de mesure, et un jeu de calibration peut être mesuré pour chaque position de l'objet étalon en regard de chaque électrode dans ledit état articulaire. En supposant que l'objet étalon 502 est positionné en P positions Dn p différentes en regard de chaque électrode n pour un état articulaire k, alors la troisième phase de calibration fournit P jeux de calibration pour chaque électrode. Le nombre de positions P peut être identique ou différent pour chaque état articulaire et chaque électrode. Pour des raisons de concision, on le suppose identique dans la suite. On obtient ainsi pour chaque électrode n dans l'état articulaire k, P données de calibration {VTCn k,1... VTCn k'p} = {VTCn k'p} ; p=1...P, représentatives respectivement d'une capacité totale CTOT « vue » par une électrode de mesure.
[0141] Ainsi, dans chaque état articulaire EA1 et EA2 et pour chaque position Dn p de l'objet étalon relativement à chaque électrode n, un jeu de calibration est mesuré, respectivement JTC1 et JTC2 :
Figure imgf000032_0001
Chaque valeur de calibration mesurée par chaque électrode de mesure est représentative de la capacité totale vue par ladite électrode de mesure avec l'objet étalon 502 en regard de ladite électrode.
[0142] Suivant une définition générale, lorsque le dispositif de détection équipant le robot comporte N électrodes de mesure, et que la troisième phase de calibration est réalisée pour K états articulaires, avec K≥2, alors la troisième phase de calibration 510 comprend, pour chaque état articulaire, la mesure d'au moins un jeu de calibration tel que :
Figure imgf000033_0001
avec n = 1, ..., N ; p= 1,...,P et k = 1, ...,K.
Chaque jeu de calibration JTCk est associé à un jeu de variables articulaires décrivant l'état articulaire k. Lorsque le robot comprend M articulations, chaque état articulaire k est donné par
Figure imgf000033_0002
avec m = 1, ..., M.
[0143] Ainsi, pour chaque état articulaire k, 1≤k≤K, la troisième phase de calibration mémorise ensemble :
- le jeu de variable articulaire décrivant
Figure imgf000033_0004
ledit état articulaire EAk, et
- le jeu de calibration
Figure imgf000033_0003
pour chaque position Dn p de l'objet étalon 502 en regard de chaque électrode n, dans ledit état articulaire k, avec p= 1, ..., P et k= 1, ..., K ; et
- les positions Dn p de l'objet étalon 502.
[0144] La FIGURE 5c représente, sous la forme d'un diagramme, les différentes étapes d'une troisième phase de calibration 510.
[0145] La troisième phase de calibration 510 comprend une étape 512 consistant à déplacer le robot dans un état articulaire, tel que par exemple l'état articulaire EA1 représenté sur la FIGURE 5a.
[0146] Puis, une étape 514 déplace l'objet étalon 502 dans une première position D1 1 en regard d'une électrode de mesure, par exemple 1021.
[0147] Puis, lors d'une étape 516, un jeu de calibration est mesuré en interrogeant l'électrode de mesure 1021, tel que décrit en référence à la FIGURE 1 par exemple. Ainsi, pour le premier état articulaire EA1, et pour la première position de l'objet étalon 502 en regard de l'électrode de mesure 1021 on obtient une donnée de calibration VTC1 1'1 constitutive d'un jeu de calibration JTC1.
[0148] Lors d'une étape 518, la donnée de calibration VTC1 1'1 constitutive du jeu de calibration JTC1 est mémorisé avec un jeu de variables articulaires EA1=(VA1 1,..., VAj 1,..., VAm 1) représentant l'état articulaire EA1 et une donnée de position de l'objet étalon.
[0149] Sans modifier l'état articulaire du robot, la position de l'objet étalon 502 peut être modifiée en une nouvelle position Dn p en regard d'une électrode de mesure 102n. Cette nouvelle position peut constituer en une nouvelle distance en regard d'une même électrode de mesure que précédemment, ou d'une position en regard d'une autre électrode de mesure. Les étapes 514- 518 peuvent ainsi être réitérées pour mesurer une nouvelle donnée de calibration VTCn k'p. On constitue ainsi de manière itérative un jeu de calibration JTCk, et ce pour les différentes positions Dn p de l'objet étalon en regard des électrodes n, dans cet état articulaire
Figure imgf000034_0001
Figure imgf000034_0002
[0150] Ensuite, les étapes 512-518 peuvent être réitérées pour un ou plusieurs nouveaux état(s) articulaire(s) du robot et un ou plusieurs jeux de calibration peuvent être mesurées, chacun pour au moins une position de l'objet étalon relativement à au moins une électrode, dans cet ou ces états articulaires. Il est à noter que la troisième phase de calibration peut aussi n'être réalisée que pour un seul état articulaire. Cela est possible lorsque la capacité de couplage CET(D) entre une électrode de mesure 102 et un objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode dépend essentiellement de cette position D mais peu de l'état articulaire, ce qui est souvent le cas. Bien entendu, l'état articulaire influe par contre sur la capacité propre de l'électrode CP et sur la capacité de fuite due à l'environnement statique, le cas échéant.
[0151] La troisième phase de calibration 510 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d'une étape 520 de calcul d'un jeu de calibration pour au moins une position, dite non mesurée, dans un état articulaire en fonction des jeux de calibration mesurées pour d'autres positions dans ledit état articulaire.
[0152] L'interpolation peut être de tout type. Par exemple, l'interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux positions les plus proches de l'état articulaire estimé.
[0153] La troisième phase de calibration 510 peut en outre comprendre, de manière optionnelle, au moins une itération d'une étape 522 de calcul d'un jeu de calibration pour au moins un état articulaire, dit état articulaire estimée, en fonction des jeux de calibration mesurés pour d'autres états articulaires, préférentiellement pour une même position de l'objet étalon relativement à une électrode.
[0154] L'interpolation peut être de tout type. Par exemple, l'interpolation peut être une interpolation linéaire des jeux de calibration mesurés pour les deux états articulaires les plus proches de l'état articulaire estimé, pour la position donnée de l'objet étalon.
[0155] Suivant des exemples de réalisation non limitatif, les positions de l'objet étalon mesuré pour au moins un état articulaire peuvent correspondre à des distances minimales de sécurité, entre le robot et un objet, déclenchant une alerte ou un arrêt d'urgence dudit robot.
[0156] Bien entendu, chacune des phases de calibration décrites plus haut peut être combinée à au moins une autre desdites phases de calibration.
[0157] La FIGURE 6 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un procédé de détection de capacitive selon l'invention.
[0158] Le procédé 600 de la FIGURE 6 comprend une étape 602 de mesure capacitive par chaque électrode de mesure dans un état articulaire. Les valeurs ainsi mesurées forment un jeu de mesure. [0159] Lors d'une étape 604, le jeu de calibration mémorisé pour cet état articulaire et chargé, par exemple depuis une base de données.
[0160] Lors d'une étape 606, une donnée de détection pour chaque électrode de mesure est calculée en fonction du jeu de mesure et du jeu de calibration. [0161] Lorsque le jeu de calibration est un jeu de calibration mesuré lors d'une première phase de calibration telle que la première phase de calibration 310 des FIGURES 3a-3c, alors le jeu de données de détection peut être obtenu en retranchant ledit jeu de calibration dudit jeu de mesure. Ainsi, une valeur de détection corrigée est obtenue pour chaque électrode de mesure. La correction consiste en l'élimination de la capacité propre CP de chaque électrode de mesure de la mesure réalisée.
[0162] Lorsque le jeu de calibration est un jeu de calibration mesuré lors d'une deuxième phase de calibration telle que la deuxième phase de calibration 410 des FIGURES 4a-4c, alors le jeu de données de détection peut être obtenu en retranchant ledit jeu de calibration du jeu de mesure. Ainsi, une valeur de détection corrigée est obtenue pour chaque électrode de mesure. La correction consiste en l'élimination de la capacité d'environnement CEN vue par chaque électrode de mesure de la mesure réalisée. Bien entendu, la deuxième phase de calibration doit avoir été réalisée dans le même environnement que la mesure.
[0163] La troisième phase de calibration permet d'obtenir une mesure en distance d'un objet supposé similaire ou comparable à l'objet étalon utilisé, en mesurant expérimentale la relation entre la capacité de couplage CET( D), entre une électrode de mesure 102 et l'objet étalon 502 positionné à la position D relativement à cette électrode. Pour cela, ou peut déduire de la capacité totale CTOT mesurée lors de la troisième phase de calibration la capacité propre de l'électrode CP obtenue lors d'une première phase de calibration, ou la capacité d'environnement CEN obtenue lors d'une deuxième phase de calibration.
[0164] Il est à noter que la relation entre la capacité de couplage CET et la distance de l'objet D peut être déterminée dans un premier environnement, dit de calibration, dans lequel sont effectuées une première ou une deuxième phase de calibration, puis une troisième phase de calibration. Puis le robot peut être positionné dans un environnement de mesure avec des objets statiques, et une deuxième phase de calibration peut être exécutée dans cet environnement, de sorte à déterminer une capacité d'environnement de mesure CEN, M . Ainsi, on peut déduire la capacité de couplage mesurée CET, M de la capacité totale mesurée dans cet environnement CTOT, M en retranchant la capacité d'environnement de mesure CEN, M pour l'état articulaire concerné. Puis ou peut déterminer la position P de l'objet par rapport à chaque électrode en exploitant la relation entre la capacité de couplage CET, M et la position D déterminée lors de la troisième phase de calibration.
[0165] La FIGURE 7 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif de détection de capacitive selon l'invention.
[0166] Le dispositif 700 de la FIGURE 7 comprend tous les éléments du dispositif 100 de la FIGURE 7.
[0167] Le dispositif 700 comprend en outre une base de données 702 pour mémoriser des jeux de calibrations, chacun associé à un état articulaire et éventuellement à une position d'un objet étalon.
[0168] Le dispositif 700 comprend en outre une unité de traitement 704 pour lire depuis la base de données 702 un jeu de calibration et corriger un jeu de mesure, tel que décrit plus haut en référence au procédé 600 de la FIGURE 6. [0169] L'unité de traitement 704 peut être tout processeur ou toute puce informatique, ou un programme d'ordinateur.
[0170] L'unité de traitement 704 peut être un composant, ou un programme, individuel. Alternativement, l'unité de traitement 704 peut être intégré dans un autre composant, respectivement dans un autre programme d'ordinateur.
[0171] L'i nvention porte également sur un robot, tel que par exemple le robot 200, équipé d'un dispositif selon l'invention, tel que par exemple le dispositif 700 de la FIGURE 7.
[0172] Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive (100) équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation ; ledit dispositif de détection capacitive (100) comprenant au moins une électrode (1021- 102N), dite de mesure ; ledit procédé (600) comprenant au moins une phase de calibration (310;410;510) comprenant :
- mesure (314;414;516) de plusieurs jeux de calibration pour plusieurs état articulaires (EA1,EA2) dudit robot articulé (200) :
■ chaque jeu de calibration comprenant au moins une donnée de calibration relative à une capacité vue par au moins une électrode de mesure (1021- 102N), et
■ chaque état articulaire (EA1,EA2) étant défini par un jeu articulaire comprenant au moins une variable articulaire ; et
- mémorisation (316;416;518), pour chaque état articulaire (EA1,EA2), du jeu de calibration mesuré avec le jeu articulaire définissant ledit état articulaire (EA1,EA2).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend, pour au moins une phase de calibration (310;410;510), pour au moins un état articulaire (EA1,EA2) dudit robot (200), une étape (318;418;522) de détermination d'un jeu de calibration, par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurées pour différents états articulaires lors de ladite phase de calibration (310;410;510).
3. Procédé de calibration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une première phase de calibration (310) dudit dispositif de détection (100), réalisée en l'absence de tout objet dans l'environnement dudit robot (200) de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA1,EA2), pour au moins une électrode de mesure (1021- 102N), une donnée de calibration relative à une capacité propre de ladite électrode de mesure (1021- 102N) .
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première phase de calibration (310) est réalisée pour plusieurs états articulaires (EA1,EA2), dits critiques, préalablement définis.
5. Procédé de calibration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième phase de calibration (410), réalisée en présence d'au moins un objet statique (402) dans l'environnement dudit robot (200) de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA1,EA2), pour au moins une électrode de mesure (1021- 102N), une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité d'environnement, correspondant à une somme :
- d'une capacité propre de ladite électrode de mesure (1021- 102N), et - d'une capacité, dite de fuite, due à l'au moins un objet statique (1021- 102N) .
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième phase de calibration (410) est réalisée pour plusieurs états articulaires (EA1,EA2), dits applicatifs, correspondants à des états articulaires pris par le robot articulé (200) lors de son utilisation.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, le robot articulé (200) comprend une tête fonctionnelle, et en ce que les états articulaires applicatifs du robot (200) correspondent à des états articulaires (EA1,EA2) dudit robot pour déplacer le robot sur une trajectoire prédéfinie, et/ou pour déplacer une tête fonctionnelle équipant ledit robot sur une trajectoire prédéfinie.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, une troisième phase de calibration (510) dudit dispositif de détection (100), réalisée en présence uniquement d'un objet étalon (502), de sorte à mesurer, dans au moins un état articulaire (EA1,EA2), pour au moins une électrode de mesure (1021- 102N), une donnée de calibration relative à une capacité, dite capacité totale, correspondant à une somme : - d'une capacité propre de ladite électrode de mesure (1021- 102N),
- d'une capacité, dite capacité étalon, due à l'objet étalon (502), et
- éventuellement d'une capacité, dite de fuite, due à au moins un objet statique (402) dans l'environnement du robot (200).
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième phase de calibration (510) comprend, pour au moins un état articulaire dudit robot une mesure, pour au moins une électrode de mesure (1021- 102N), de plusieurs jeux de calibration, chacun pour une distance différente de l'objet étalon (502) par rapport à ladite électrode de mesure (1021- 102N) .
10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième phase de calibration (510) comprend, pour au moins une position de l'objet étalon (502) dans au moins un état articulaire (EA1,EA2) dudit robot (200), une étape (520) de détermination d'un jeu de calibration par interpolation de plusieurs jeux de calibration mesurés pour différentes positions de l'objet (502) étalon dans ledit état articulaire (EA1,EA2).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend une définition d'au moins une valeur, dite de sécurité, correspondant à une distance de sécurité minimale à ne pas dépasser entre l'objet étalon (502) et le robot (200).
12. Procédé (600) de détection capacitive d'au moins un objet (104) par un dispositif de détection capacitive (100) comprenant au moins une électrode (1021- 102N), dite de mesure, équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation, ledit procédé (600) comprenant les étapes suivantes :
- une étape de calibration (310 ;410 ;510) dudit dispositif (100) par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ; et
- au moins une itération d'une étape (602) de détection capacitive par ledit dispositif de détection capacitive (100) .
13. Dispositif (700) de détection capacitive, comprenant au moins une électrode (1021- 102N), dite de mesure, et équipant un robot articulé (200) comprenant au moins une articulation, calibré par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
14. Robot articulé (200) comprenant un dispositif de détection capacitive (700) selon la revendication précédente.
15. Robot (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un bras robotisé articulé ou d'un C-arm.
PCT/EP2022/085745 2021-12-24 2022-12-14 Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé WO2023117603A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2114484 2021-12-24
FR2114484A FR3131239B1 (fr) 2021-12-24 2021-12-24 Procédé de calibration d’un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023117603A1 true WO2023117603A1 (fr) 2023-06-29

Family

ID=82020206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/085745 WO2023117603A1 (fr) 2021-12-24 2022-12-14 Procédé de calibration d'un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3131239B1 (fr)
WO (1) WO2023117603A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020188379A1 (en) * 2001-06-07 2002-12-12 Mcgee H. Dean Robot calibration system and method of determining a position of a robot relative to an electrically-charged calibration object
WO2020049230A1 (fr) * 2018-09-07 2020-03-12 Fogale Nanotech Procédé et dispositif de contrôle d'un robot, et robot muni d'un tel dispositif
US10697839B2 (en) * 2016-12-16 2020-06-30 Fogale Nanotech Device and method for detecting the approach and/or contact and pressure of an object in relation to a detection surface

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020188379A1 (en) * 2001-06-07 2002-12-12 Mcgee H. Dean Robot calibration system and method of determining a position of a robot relative to an electrically-charged calibration object
US10697839B2 (en) * 2016-12-16 2020-06-30 Fogale Nanotech Device and method for detecting the approach and/or contact and pressure of an object in relation to a detection surface
WO2020049230A1 (fr) * 2018-09-07 2020-03-12 Fogale Nanotech Procédé et dispositif de contrôle d'un robot, et robot muni d'un tel dispositif

Also Published As

Publication number Publication date
FR3131239A1 (fr) 2023-06-30
FR3131239B1 (fr) 2024-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108474643B (zh) 用于一个或多个波长扫描激光器的设备和方法及其信号检测
EP3132273B1 (fr) Procede d&#39;estimation de l&#39;etat de sante d&#39;une batterie
EP1831652B1 (fr) Capteur capacitif de niveau d&#39;un liquide et methode d&#39;estimation du niveau
US20070258094A1 (en) Methods, systems and computer program products for optical coherence tomography (OCT) using automatic dispersion compensation
Zabit et al. Design and analysis of an embedded accelerometer coupled self-mixing laser displacement sensor
WO2016062946A1 (fr) Procédé et dispositif de surveillance d&#39;une roue aubagée de moteur d&#39;aéronef par mesure de position d&#39;équilibre
FR2594231A1 (fr) Procede de mesure d&#39;impedances en particulier de capacites faibles
EP2618164B1 (fr) Procédé de mesure d&#39;un paramètre physique et circuit électronique d&#39;interface d&#39;un capteur capacitif pour sa mise en oeuvre
WO2023117603A1 (fr) Procédé de calibration d&#39;un dispositif de détection capacitive équipant un robot articulé
FR3006793A1 (fr) Dispositif, capteur et procede de detection de la presence d&#39;un utilisateur pour l&#39;ouverture d&#39;un acces a un vehicule automobile
EP3695235A1 (fr) Dispositif de mesure d&#39;impédance
CA2451961A1 (fr) Systeme de mesure capacitif
FR2969279A1 (fr) Capteur comprenant un detecteur piezoelectrique a compensation de defauts de masse
WO2022248207A1 (fr) Capteur de proximite capacitif
FR3036480A1 (fr) Capteur de proximite capacitif pour vehicule automobile
US20030142317A1 (en) Interferometry method based on changing frequency
EP3823798B1 (fr) Appareil muni d&#39;une detection capacitive et de ligne(s) electrique(s)
WO2019145626A1 (fr) Procédé et dispositif de détection de présence à multiples zones de détection pour véhicule automobile
WO2023152139A1 (fr) Roue équipée d&#39;un capteur capacitif de déflexion radiale, véhicule équipé d&#39;une telle roue, et procédé de mesure capacitive d&#39;une charge d&#39;une roue et d&#39;un véhicule
EP0924525B1 (fr) Procédure de caractérisation d&#39;un convertisseur en tension connecté à un montage capacitif
WO2021104712A1 (fr) Capteur anti-bruit pour vehicule automobile
FR3046249A1 (fr) Procede d&#39;evaluation de l&#39;etat de charge d&#39;une batterie
WO2015011098A1 (fr) Procede et dispositif de mesure du module d&#39;une impedance electrique
CH691990A5 (fr) Procédure de caractérisation d&#39;un convertisseur en tension ou en courant connecté à un montage capacitif
FR3005166A1 (fr) Procede et dispositif de determination d&#39;une energie electrique consommee par une installation electrique.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22834650

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022834650

Country of ref document: EP

Effective date: 20240724