WO2011042151A1 - Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot - Google Patents

Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot Download PDF

Info

Publication number
WO2011042151A1
WO2011042151A1 PCT/EP2010/006061 EP2010006061W WO2011042151A1 WO 2011042151 A1 WO2011042151 A1 WO 2011042151A1 EP 2010006061 W EP2010006061 W EP 2010006061W WO 2011042151 A1 WO2011042151 A1 WO 2011042151A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
segment
wheel
articulation according
support
articulation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/006061
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Riwan
Jonathan Van Rhijn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to EP10765385.9A priority Critical patent/EP2485876B1/fr
Priority to JP2012532482A priority patent/JP2013506571A/ja
Priority to US13/500,259 priority patent/US20120192671A1/en
Publication of WO2011042151A1 publication Critical patent/WO2011042151A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • B25J13/025—Hand grip control means comprising haptic means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20317—Robotic arm including electric motor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20329—Joint between elements

Definitions

  • the present invention relates to a hinge for a robot arm intended more particularly for haptic and / or cobotic applications.
  • Haptics is a field of robotics in which robots are used as a feedback interface to simulate interactions with virtual physical environments.
  • Cobotics is a field of robotics in which robots assist the user, by sharing with him the same tool or the same task, to guide the user, to compensate the weight of the tool, to increase the force, to suppress the movements parasites or unwanted user.
  • Such a robot arm articulation generally comprises a first segment and a second segment which are articulated to each other by a connection to a degree of freedom and which are connected by an actuator arranged to move the second segment relative to the first segment.
  • An area of the second segment is manipulated directly by the user (haptic). or is provided with an element such as a user-manipulated tool (cobotic).
  • a robot arm generally has several joints of this type, the number of which depends on the number of parts of the arm movable relative to each other necessary to achieve all the desired movements.
  • the invention relates more particularly to applications in which it is not sought to increase the strength of the user but simply to guide his movements or counter if they became undesirable, to improve the safety of the gesture.
  • the actuation In addition to its natural ability to move the downstream segment or to exert an active force on it, the actuation must have two opposite characteristics. seized.
  • Normally 1 'arm actuation must be transparent to the user, that is to say that the user must not feel resistance or parasitic movements to the movement he wants to achieve, but must allow if necessary the development of significant efforts to oppose the movement of the arm and thus prevent the user from making a displacement that would be unwanted.
  • This ability to develop significant reaction forces is for example used to simulate shock or contact with a virtual surface (when the arm is used as an interface with a virtual reality software) or to define boundaries of a work area in which must be maintained a tool attached to the end of the arm.
  • the actuator must therefore be both fast and powerful. In haptics and cobotics, these two behaviors can be described using two variables characterizing the performance of an actuator:
  • the range in front of to be as big as possible the extent of the mechanical impedance range that the actuator can provide (the mechanical impedance being the resistance that the actuator opposes to the displacement of the arm moved under the effect of an external force), the range in front of to be as big as possible,
  • actuators including pneumatic cylinders, hydraulic cylinders or electric motors, however none of them fully satisfies the above conditions.
  • electric motors the most powerful ones are also those with the greatest inertia and the most friction thus leading to prohibitive transition times for the intended application. This observation can be extrapolated to other types of actuators.
  • An object of the invention is to provide a motorized articulation arm robot for improving the safety of haptics or cobotic applications without sacrificing ergonomics and performance.
  • a motorized articulation of a robot arm comprising a first segment, a second segment mounted to move on the first segment, and a motorization device mounted between the segments and connected to a control unit.
  • the actuator comprising an actuator arranged to reversibly transmit motion to the second segment with respect to the first segment and locking means which are interposed between the first segment and the second segment and which are controllable to render temporarily irreversible the movement transmission.
  • the motorization device comprises an actuating element mechanically connected to a part of the locking means and mounted on one of the segments to be movable, under the effect of a motor force greater than a predetermined threshold, to actuate the blocking means.
  • the invention thus relies on the addition of unidirectional locking means of the rotation of the second segment which act in parallel with the actuator to create a reaction force opposing the movement that is to be avoided.
  • the actuator is used to move the second segment relative to the first segment or to impose limits on its movement.
  • locking means are added to the actuator to provide the missing resisting force.
  • These blocking means directly transmit external forces to the structure of the segment on which the locking means are mounted.
  • the activation of the locking means is particularly simple and depends directly on the motor force.
  • motor force is meant a force exerted by the actuator on the actuating element, the purpose of this effort being to generate a reaction force. This allows the actuating element to cause the addition of the locking means to the actuator when the force developed by the actuator reaches the predetermined threshold.
  • the actuator comprises a motor having an output shaft connected to a first wheel engaged with a drive element of the second segment, the actuating element being a support on which is mounted the engine.
  • the second segment is mounted on the first segment to pivot about an axis perpendicular to the first segment and is secured to a second wheel coaxial with the pivot axis so that the second wheel forms the driving element of the first segment. second segment.
  • the support is mounted on the first segment to slide along an arcuate trajectory about the axis of rotation of the second segment between at least one activation position and a inactivation position of a rotational locking device of the first wheel, and, preferably, the locking device comprises a liner mounted fixed relative to the first segment and a cylindrical liner mounted fixed on the first wheel in such a way that the packings are in contact with each other in the activation position and are detached from one another in the inactivated position.
  • the second segment When the actuator is locked and a movement is printed in the second segment, the second segment exerts a torque on the second wheel which slides the first wheel, about the axis of articulation, from the inactivation position to the activation position of the locking device. This results in a blockage of the first wheel.
  • the support is mounted to pivot on the first segment between at least one activation position and an inactivation position of a locking device of the second segment.
  • the second segment turns freely.
  • this tan- gential force is greater than the threshold, the motor support is rotated until the support actuates the locking device. Blocking is thus achieved by exerting a force directly on the second segment.
  • the locking device comprises a lining eccentrically fixed on the support to extend facing a lining integral with the second segment so that the lining is in contact with one another in the position of activation and are detached from one another in the inactivation position.
  • the motor support When the tangential force is greater than the threshold, the motor support is rotated until the pads contact and blocks the second segment. Blocking is achieved by exerting a force directly on the second segment.
  • the residual movement of the segment between its position at the moment of release and its position where the blockage is effective can be adjusted by adjusting the space between the liners when the carrier is in the inactivation position. The smaller the space, the higher the accuracy.
  • the liners comprise male and female parts of complementary shapes.
  • the support and the motor are substantially coaxial.
  • the balancing of the support and motor assembly is relatively simple because of the coaxiality.
  • the force exerted by the engine on the support is also independently the orientation of the arm relative to the gravitational field, especially when the axis of rotation of the support is not parallel to gravity.
  • the second segment is mounted to pivot relative to the first segment and the motorization device comprises a wheel and worm link to transform a rotation of an output shaft of the actuator.
  • a device for locking the rotation of the worm being fixed on the first segment and the worm being movable in translation relative to the first segment between an activation position and a position of inactivation of the blocking device.
  • the predetermined threshold is defined by a calibration of at least one spring mounted to exert on the actuating element a force opposing a movement thereof to actuate the actuators. locking means.
  • the threshold can be simply adjusted by adjusting the spring preload.
  • FIG. 1 is a schematic view of an arm according to the second embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of zone II of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the position of the articulation (in abscissa) and the torque exerted on it (in ordinate) during the simulation of a contact,
  • FIG. 4 is a schematic view of the kinematic chain of the irreversible connection of an arm according to the second embodiment of the invention, in the absence of force exerted on the abutment,
  • FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 in the presence of a force exerted on the stop
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a motorized articulation according to the first embodiment of the invention, in the absence of force exerted on the second segment,
  • FIG. 7 is a view similar to the preceding one, in the presence of a force exerted on the second segment,
  • FIG. 8 is a view from below of the motorized articulation according to the first embodiment
  • FIGS. 9 and 10 are views similar to the preceding one of a variant of the first embodiment, respectively in the absence and in the presence of a force exerted on the second segment,
  • FIG. 11 is a schematic view of the kinematic chain of another variant of the first embodiment of the articulation, in the absence of force exerted on the second segment,
  • FIG. 15 is a partial perspective view of a hinge according to still another preferred embodiment of the first embodiment, in the absence of force exerted on the second segment,
  • FIG. 16 is a view from above of the hinge according to the variant of FIG. 15, in the presence of a force exerted on the second segment;
  • FIG. 17 is an enlarged view of zone XVII of FIG. 15,
  • FIG. 18 is a partial perspective view of a hinge according to a last variant of the first embodiment, in the absence of force exerted on the second segment.
  • the motorized joint according to the invention is here described in a surgical application.
  • the free end of the arm is equipped with a bur that a surgeon manipulates to remove diseased parts of a patient's body without touching the healthy parts.
  • the arm articulation according to the second embodiment of the invention comprises a first segment 1 and a second segment 2 which extend on either side of the arm articulation to form parts of the arm.
  • the segments can thus be in one piece with the arm parts, or else be fixed permanently or removable thereon.
  • the first segment 1 has a first end 1.1 connected to a base 11 and a second end 1.2 which is secured to a shaft 3 on which is pivotally mounted a first end 2.1 of the second segment 2 which has on the opposite a second end 2.2 provided a tool not shown.
  • the first end 2.1 here has a U-shape having branches 4a, 4b whose free end is fixed to pivot on the shaft 3.
  • the first end can of course have another shape and for example a simpler shape with a only branch.
  • On the shaft 3 and between the branches 4.a, 4.b is mounted to pivot a toothed wheel 6 integral with the end 2.1 of the second segment 2.
  • the toothed wheel 6 meshes with a worm 8 fixed on the first segment 1 to pivot about an axis parallel to the longitudinal direction of the first segment 1 and perpendicular to the shaft 3.
  • the worm 8 has a connected end in rotation to an output shaft of a motor 5 secured to the first segment 1.
  • the motor 5 constitutes the actuator of the motorized articulation connecting the first segment and the second segment and is sized to move the gear 6 and worm gear 8, and thus to move the second segment 2 relative to the first segment. 1 or to oppose a part of the efforts tending to move the second segment 2 relative to the first segment 1.
  • the arm further comprises a device 20 for locking the rotation of the worm 8.
  • the device 20 is fixed on the first segment 1 and the worm 8 is movable in translation relative to the first segment 1 between a position of activation and an inactivation position of the locking device 20.
  • the locking device 20 comprises a garni ⁇ ture 21 fixedly mounted relative to the first segment 1 and a lining 22 fixedly mounted on the worm 8 so that the linings 21, 22 are in contact with each other in the activation position and are detached from one another in the inactivation position.
  • the worm 8 is connected to the output shaft of the motor 5 to be linked in rotation but free in translation relative to said output shaft.
  • the motor 5 is connected to a control unit 10.
  • the control unit 10 is a computer arranged to execute a control program of said motor. In the intended surgical application, the control program delimits a work area delimited by a boundary envelope defined from medical imaging.
  • the control unit 10 controls the motor 5 so that the arm follows the movements of the cutter manipulated by the surgeon within the limit of the boundary envelope and blocks the motor 5 to oppose the movement of the cutter out of the limits of the boundary envelope.
  • the second segment 2 is mounted on the first segment 1 to pivot about an axis perpendicular to the first segment 2 and is integral with a first wheel 36 coaxial with the axis. pivoting.
  • the actuator comprises an electric motor 5 having an output shaft connected to a second wheel 38.
  • the wheels 36 and 38 here are toothed wheels meshing with each other.
  • the output shaft of the motor 5 is here pivotally mounted on an arcuate slide 35 which forms a support for the motor 5 and which is received in an arcuate groove 30 formed in the first segment 1 (the end 1.2 is here shaped in platinum).
  • the slider 35 can slide along this groove so that the wheel 38 has an angular displacement around the axis of rotation of the second segment 2 between at least one inactivation position of a device 31 rotational locking of the wheel 38 and two activation positions of said device, the activation position being located on either side of the inactivation position.
  • the locking device 31 comprises two packings 32, fixedly mounted with respect to the first segment each at one end of the groove 30, and a packing 33 fixedly mounted on the wheel 38.
  • the wheel 38 is actually staggered, a part is toothed to cooperate with the toothed wheel 36 and the other part has a periphery provided with the packing 33 of cylindrical shape.
  • the seal 33 is returned to the inactivation position by return springs 34 (visible in FIG. 8 on which the motor 5 is not shown) which are tangent to the groove 30 and interposed between the end 1.2 and each side of the slider 35.
  • the wheel 38 In the inactivation position, the wheel 38 extends substantially in the middle of the groove 30 and the lining 33 is peeled off the linings 32 (FIG. 6).
  • the motors 5 and 9 When the motors 5 and 9 are blocked and a rotational force is applied to the second segment 2, the second segment 2 will rotate the wheel 36 which will move the wheel 38 in one of the activation positions of such that the packing 33 and corresponding packing 32 (depending on the direction of the torque exerted on the wheel 36) are in contact with each other (FIG. 7).
  • fittings 32 have an arcuate shape radius equal to the radius of the gasket 33 to increase the contact area of the two liners.
  • the springs 34 be sized so that the liner 33 comes into contact with one of the linings 32 before the engine has produced its maximum effort.
  • any force exerted by the actuator on the second segment creates an effort to reaction transmitted to the support which tends to slide towards one or the other of the linings 32.
  • the resisting force provided by the spring 34 opposing the sliding of the slider 35 constitutes a first threshold force to overcome to move the slider 35 and thus the segment 2 and that the friction of the liners 32 and 33 will define a second threshold of effort to overcome to move the second segment 2. It is possible to control the motor 5 to move the wheel 38 so as to bring the lining 33 more quickly against the lining 32 by driving the wheel 38 in the direction in which said wheel 38 is already driven by the wheel 36. It then cancels the damping effect provided by the springs 34.
  • the position of the motor 5 and therefore of the wheel 38 can be determined, for example, as a function of the detection of the crossing of one or more force thresholds, from a force model supplied by the engine or by means of 'a dedicated sensor.
  • the seal 33 secured to the wheel 38 is returned to the inactivation position by a return spring 37 extending radially with respect to the wheel 36, having an end bearing against the 1.2 end and one end acting on a roller 39 received in a V-notch 40 formed in the slider 35.
  • the angle of the V is used to adjust the law of force produced by the spring 37 when it opposes the displacement
  • the lining 33 comes into contact with one of the lining 32 before the engine has produced its maximum effort.
  • the locking device 31 may be arranged so that the lining 33 is movable in rectilinear translation.
  • the gar- Niture 33 is made in the form of a disc which is received between the linings 32 and which is integral with an intermediate shaft 40 coaxial with the output shaft of the engine 5.
  • the intermediate shaft 40 is connected by a link its slide 41 to the output shaft of the engine 5 and a helical link 42 to a final shaft 43 integral with the wheel 38.
  • a spring 44 maintains the intermediate shaft in a central position in which the gasket 33 is detached from the linings 32.
  • the helical link is arranged so that in the absence of resisting force greater than a predetermined threshold the rotation of the intermediate shaft causes the final shaft to rotate.
  • the motor 5 is blocked, the rotation of the segment 2 and therefore of the final shaft will cause, due to the helical connection, a sliding of the intermediate shaft bringing the liner 33 into contact with one of the fittings 32.
  • the motor 5 is mounted on the end 1.2 via a sliding connection 41 and the output shaft of the motor 5 directly supports the lining 33 and is connected to the final shaft 43 by the link its helical 42.
  • the articulation comprises a support 55 mounted on the first segment 1 for pivoting about an axis 70 parallel to the axis of articulation of the second segment 2 on the first segment 1.
  • the motor 5 is mounted on the support 55 so that its output shaft extends parallel to the axis 70.
  • the output shaft of the motor 5 is engaged via a cable with a wheel 66 (only part of which is visible in the figures) secured to the end 2.1 of the second segment 2.
  • the output shaft may also carry a toothed wheel meshing with a set toothing on the wheel 66.
  • the support 55 comprises, on the motor side 5, an end provided with a lining 53 extending tangentially facing a lining 52 in an arc integral with the wheel 66 and coaxial thereto.
  • the liner 53 extends on either side of a median plane of the support 55 containing the axis 70.
  • the support 55 is in the inactivation position when the support 55 extends radially with respect to In this position, there is a gap between the liners 52 and 53.
  • the holder 55 is in the activation position when the liner 52 and the liner 53 are in contact with each other.
  • the support 55 (more precisely the axis extending between the axis 70 and the point of contact of the linings 52, 53) then forms an angle with the radius of the lining 52 passing through the point of contact of the lining 53 with the packing 52 (see Figure 16).
  • the blocking condition is written tan (9) ⁇ where ⁇ is the angle between the support 55 and the radius in question and ⁇ is the coefficient of friction of the pair of materials of the linings.
  • the contact surfaces of the linings 52, 53 comprise pref ⁇ No. of male and female parts having complementary shapes.
  • the liners 52, 53 here have contact surfaces defining a V in cross-section. Taking a half-angle at the top of the V, it is necessary to have tan ( ⁇ ) sin ( ⁇ ) ⁇ as blocking condition and tan ( ⁇ )> ⁇ to avoid a jam at the level of the V which is opposing the release of the wheel 66.
  • the liners 52, 53 may have contact surfaces defining a superposition of V in cross section (as in a grooved pulley).
  • the support 55 is returned to the inactivation position by a return spring 37 extending radially with respect to the wheel 36 having one end bearing against the end 1.2 and one end acting on a roller 39 received in a V-notch 40 formed in the support 55.
  • the angle of the V makes it possible to adjust the law of force produced by the spring 37 when it opposes the displacement of the lining 53. It is necessary that the lining 53 arrives in contact against the seal 52 before the engine has produced its maximum effort.
  • the first segment may be formed by a section of the arm, a trunk or a robot base.
  • the second segment may for example be mobile in translation relative to the first segment.
  • the actuator may be a jack driving a rack which meshes with a toothed wheel or a motor driving a wheel rolling on a rectilinear track or not.
  • a kinematic inversion is also envisaged corn.
  • the arm may include an actuator for each of the joints or for one or more of them (trunk, shoulder, elbow, wrist %) only.
  • the segments may have different shapes from those shown.
  • the end 2.1 of the second segment may comprise only one arm and the support axis of the wheels 6 may extend laterally from the end 1.2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Articulation motorisée de bras de robot comportant un premier segment (1), un deuxième segment (2) monté mobile sur le premier segment, et un dispositif de motorisation monté entre les segments et relié à une unité de commande, le dispositif de motorisation comprenant un actionneur (5) agencé pour transmettre de manière réversible un mouvement au deuxième segment par rapport au premier segment et des moyens de blocage (6, 7, 8, 9; 31) qui sont intercalés entre le premier segment et le deuxième segment et qui sont commandables pour rendre temporairement irréversible la transmission de mouvement, caractérisée en ce que le dispositif de motorisation comprend un élément d' actionnement relié mécaniquement à une partie des moyens de blocage et monté sur l'un des segments pour être mobile, sous l'effet d'un effort moteur supérieur à un seuil prédéterminé, pour actionner les moyens de blocage.

Description

Articulation motorisée autoblocante pour bras de robot
La présente invention concerne une articulation pour un bras de robot destiné plus particulièrement à des applications haptiques et/ou cobotiques. L'haptique est un domaine de la robotique dans lequel les robots sont utilisés comme interface de retour d' effort pour permettre de simuler des interactions avec des milieux physiques virtuels. La cobotique est un domaine de la robotique dans lequel les robots assistent l'utilisateur, en partageant avec lui le même outil ou la même tâche, pour guider l'utilisateur, compenser le poids de l'outil, démultiplier la force, supprimer les mouvements parasites ou indésirables de l'utilisateur.
Une telle articulation de bras de robot comprend généralement un premier segment et un deuxième segment qui sont articulés l'un à l'autre par une liaison à un degré de liberté et qui sont reliés par un actionneur agencé pour déplacer le deuxième segment par rapport au premier segment. Une zone du deuxième segment est manipulée directement par l'utilisateur (haptique). ou est pourvue d'un élément tel qu'un outil manipulé par l'utilisateur (cobotique) . Un bras de robot comporte généralement plusieurs articulations de ce type, dont le nombre dépend du nombre de parties du bras mobiles les unes par rapport aux autres nécessaires pour réaliser l'ensemble des mouvements désirés.
L' invention concerne plus particulièrement les applications dans lesquelles on ne cherche pas à augmenter la force de l'utilisateur mais simplement à guider ses mouvements ou les contrer s'ils devenaient indésirables, pour améliorer la sécurité du geste.
En plus de sa capacité naturelle à déplacer le segment aval ou à exercer un effort actif sur celui-ci 1' actionnement devra posséder deux caractéristiques oppo- sées .
En temps normal 1 ' actionnement du bras doit être transparent pour l'utilisateur, c'est-à-dire que l'utilisateur ne doit pas sentir de résistances ou de mouvements parasites au déplacement qu' il souhaite réaliser, mais doit permettre si nécessaire le développement d'efforts importants pour s'opposer au mouvement du bras et ainsi empêcher l'utilisateur de réaliser un déplacement qui serait non désiré. Cette capacité à développer des efforts de réaction importants est par exemple utilisée pour simuler un choc ou un contact avec une surface virtuelle (lorsque le bras est utilisé comme interface avec un logiciel de réalité virtuelle) ou pour définir des frontières d'une zone de travail dans laquelle doit être maintenu un outil fixé à l'extrémité du bras. L'actionneur doit donc à la fois être rapide et puissant. En haptique et en cobotique, ces deux comportements peuvent être décrits à l'aide de deux grandeurs caractérisant les performances d'un actionneur :
- l'étendue de la plage d'impédance mécanique que peut fournir l'actionneur (l'impédance mécanique étant la résistance que l'actionneur oppose au déplacement du bras mû sous l'effet d'une force extérieure), l'étendue devant être la plus grande possible,
- le temps de transition entre l'impédance mécanique minimale (le robot offre le minimum de résistance au déplacement effectué par l'utilisateur, idéalement l'impédance minimale est nulle) et l'impédance mécanique maximale (le robot s'oppose au déplacement effectué par l'utilisateur, idéalement l'impédance maximale est infinie), ce temps de transition devant être minimal.
Il est connu d'utiliser comme actionneurs notamment des vérins pneumatiques, des vérins hydrauliques ou des moteurs électriques toutefois aucun de ceux-ci ne satisfait pleinement aux conditions ci-dessus. En particu- lier, dans le cas des moteurs électriques, les plus puissants sont aussi ceux présentant la plus grande inertie et le plus de frottements entraînant ainsi des temps de transition prohibitifs pour l'application envisagée. Ce constat est extrapolable aux autres types d' actionneurs .
Pour obvier à cet inconvénient, il est connu d'associer à l'actionneur un accouplement élastique, un accouplement magnétique, un coupleur à fluide magnéto- rhéologique, un variateur mécanique... pour augmenter la plage d'impédance mécanique que peut fournir l'actionneur et diminuer les temps de transition entre la plus faible impédance mécanique et la plus forte. Les performances de ces solutions se sont révélées moyennement satisfaisantes et sont obtenues parfois au prix d'une relativement grande et coûteuse complexité.
Un but de l'invention est de fournir une articulation motorisée de bras de robot permettant d' améliorer la sécurité des applications haptiques ou cobotiques sans sacrifier l'ergonomie et les performances.
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une articulation motorisée de bras de robot comportant un premier segment, un deuxième segment monté mobile sur le premier segment, et un dispositif de motorisation monté entre les segments et relié à une unité de commande, le dispositif de motorisation comprenant un actionneur agencé pour transmettre de manière réversible un mouvement au deuxième segment par rapport au premier segment et des moyens de blocage qui sont intercalés entre le premier segment et le deuxième segment et qui sont com- mandables pour rendre temporairement irréversible la transmission de mouvement. Le dispositif de motorisation comprend un élément d' actionnement relié mécaniquement à une partie des moyens de blocage et monté sur l'un des segments pour être mobile, sous l'effet d'un effort moteur supérieur à un seuil prédéterminé, pour actionner les moyens de blocage.
L'invention repose ainsi sur l'ajout de moyens de blocage unidirectionnel de la rotation du deuxième segment qui agissent en parallèle de l'actionneur pour créer un effort de réaction s' opposant au mouvement que l'on veut éviter. L'actionneur est donc utilisé pour déplacer le deuxième segment par rapport au premier segment ou pour imposer des limites à son déplacement. Dans ce deuxième cas, si les efforts extérieurs exercés sur le deuxième segment sont supérieurs à un effort prédéterminé, alors des moyens de blocage s'ajoutent à l'actionneur pour fournir l'effort résistant manquant. Ces moyens de blocage transmettent directement les efforts extérieurs à la structure du segment sur lequel les moyens de blocage sont montés. La mise en action des moyens de blocage est particulièrement simple et dépend directement de l'effort moteur. Par effort moteur, on entend un effort exercé par l'actionneur sur l'élément d' actionnement , cet effort ayant pour but de générer un effort de réaction. Ceci permet à l'élément d' actionnement de provoquer l'ajout des moyens de blocage à l'actionneur lorsque l'effort développé par l'actionneur atteint le seuil prédéterminé.
Selon un premier mode de réalisation du dispositif de motorisation, l'actionneur comprend un moteur ayant un arbre de sortie relié à une première roue en prise avec un élément d'entraînement du deuxième segment, l'élément d' actionnement étant un support sur lequel est monté le moteur.
Tout effort exercé par l'actionneur le deuxième segment crée un effort de réaction transmis au support. Si l'effort ainsi exercé par l'actionneur sur le support est supérieur au seuil prédéterminé, il provoque le déplacement du support qui va actionner les moyens de blocage. L'articulation présente dans ce mode de réalisation une structure particulièrement simple et compacte. Avantageusement, le deuxième segment est monté sur le premier segment pour pivoter autour d'un axe perpendiculaire au premier segment et est solidaire d'une deuxième roue coaxiale à l'axe de pivotement pour que la deuxième roue forme l'élément d'entraînement du deuxième segment .
Alors, selon un premier mode de réalisation des moyens de blocage, le support est monté sur le premier segment pour coulisser selon une trajectoire en arc de cercle autour de l'axe de rotation du deuxième segment entre au moins une position d' activation et une position d' inactivation d'un dispositif de blocage en rotation de la première roue, et, de préférence, le dispositif de blocage comprend une garniture montée fixe par rapport au premier segment et une garniture cylindrique montée fixe sur la première roue de telle manière que les garnitures soient en contact l'une avec l'autre en position d' activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation ..
Lorsque l'actionneur est bloqué et qu'un mouvement est imprimé au deuxième segment, le deuxième segment exerce un couple sur la deuxième roue qui fait coulisser la première roue, autour de l'axe d'articulation, de la position d' inactivation à la position d' activation du dispositif de blocage. On obtient ainsi un blocage de la première roue.
Selon un deuxième mode de réalisation des moyens de blocage, le support est monté pour pivoter sur le premier segment entre au moins une position d' activation et une position d' inactivation d'un dispositif de blocage du deuxième segment.
Tant que la force tangentielle engendrée par le couple de l'articulation (résultant du couple moteur et du couple résistant au déplacement du second segment) est inférieur au seuil prédéterminé, le deuxième segment tourne librement. En revanche, lorsque cette force tan- gentielle est supérieure au seuil, le support du moteur est entraîné en rotation jusqu'à ce que le support actionne le dispositif de blocage. Le blocage est de la sorte réalisé en exerçant un effort directement sur le deuxième segment.
Avantageusement, le dispositif de blocage comprend une garniture fixée de façon excentrée sur le support pour s'étendre en regard d'une garniture solidaire du deuxième segment de telle manière que les garnitures soient en contact l'une avec l'autre en position d'activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation .
Lorsque la force tangentielle est supérieure au seuil, le support du moteur est entraîné en rotation jus- qu' à ce que les garnitures entrent en contact et bloque le deuxième segment. Le blocage est donc réalisé en exerçant un effort directement sur le deuxième segment. Le mouvement résiduel du segment entre sa position au moment du déclenchement et sa position où le blocage est effectif peut être ajusté en réglant l'espace entre les garnitures lorsque le support est en position d' inactivation . Plus cet espace est faible et plus la précision est élevée .
De préférence alors, les garnitures comportent des parties mâle et femelle de formes complémentaires.
Ceci permet d' augmenter les surfaces en contact des garnitures de friction et par là même d'accroître l'efficacité du blocage en limitant les efforts auxquels les axes sont soumis.
De préférence encore, le support et le moteur sont sensiblement coaxiaux.
L'équilibrage de l'ensemble support et moteur est relativement simple du fait de la coaxialité. L'effort exercé par le moteur sur le support est en outre indépen- dant de l'orientation du bras par rapport au champ gravitationnel, en particulier lorsque l'axe de rotation du support n'est pas parallèle à la gravité.
Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif de motorisation, le deuxième segment est monté pour pivoter par rapport au premier segment et le dispositif de motorisation comprend une liaison roue et vis sans fin pour transformer une rotation d'un arbre de sortie de l'actionneur en une rotation du deuxième segment par rapport au premier segment, un dispositif de blocage de la rotation de la vis sans fin étant fixé sur le premier segment et la vis sans fin étant mobile en translation par rapport au premier segment entre une position d'activation et une position d' inactivation du dispositif de blocage.
Ceci permet de renforcer l'irréversibilité de la transmission de mouvement qu'offre la liaison roue et vis sans fin et autorise d'avoir un angle d'hélice plus important pour augmenter la réactivité de la liaison.
De préférence, quels que soient les modes de réalisation, le seuil prédéterminé est défini par un tarage d'au moins un ressort monté pour exercer sur l'élément d' actionnement un effort s' opposant à un déplacement de celui-ci pour actionner les moyens de blocage.
Ce mode de définition du seuil est extrêmement simple. En outre, le seuil peut être simplement réglé en ajustant la précontrainte du ressort.
D' autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un bras conforme au deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie et en perspective de la zone II de la figure 1,
- la figure 3 est un diagramme illustrant la relation entre la position de l'articulation (en abscisse) et le couple exercé sur celle-ci (en ordonnée) lors de la simulation d'un contact,
- la figure 4 est une vue schématique de la chaîne cinématique de la liaison irréversible d'un bras conforme au deuxième mode de réalisation de l'invention, en l'absence d'effort exercé sur la butée,
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 en présence d'un effort exercé sur la butée
- la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une articulation motorisée conforme au premier mode de réalisation de l'invention, en l'absence d'effort exercé sur le deuxième segment,
- la figure 7 est une vue analogue à la précédente, en présence d'un effort exercé sur le deuxième segment,
la figure 8 est une vue de dessous de l'articulation motorisée conforme au premier mode de réalisation,
- les figures 9 et 10 sont des vues analogues à la précédente d'une variante du premier mode de réalisation, respectivement en l'absence et en présence d'un effort exercé sur le deuxième segment,
la figure 11 est une vue schématique de la chaîne cinématique d'une autre variante du premier mode de réalisation de l'articulation, en l'absence d'effort exercé sur le deuxième segment,
- les figures 12 à 14 sont des vues analogues à la précédente d' autres variantes de réalisation du premier mode de réalisation de l'articulation,
- la figure 15 est une vue partielle en perspective d'une articulation conforme à encore une autre va- riante du premier mode de réalisation, en l'absence d'effort exercé sur le deuxième segment,
la figure 16 est une vue de dessus de l'articulation conforme à la variante de la figure 15, en présence d'un effort exercé sur le deuxième segment,
- la figure 17 est une vue agrandie de la zone XVII de la figure 15,
- la figure 18 est une vue partielle en perspective d'une articulation conforme à une dernière variante du premier mode de réalisation, en l'absence d'effort exercé sur le deuxième segment.
L'articulation motorisée conforme à l'invention est ici décrite dans une application chirurgicale. L'extrémité libre du bras est équipée d'une fraise que manipule un chirurgien pour ôter des parties malades du corps d'un patient sans toucher aux parties saines.
En référence aux figures 1 à 5, l'articulation de bras conforme au deuxième mode de réalisation de 1' invention comprend un premier segment 1 et un deuxième segment 2 qui se prolongent de part et d' autre de l'articulation de bras pour former des parties du bras. Les segments peuvent ainsi être d'une seule pièce avec les parties de bras, ou bien encore être fixés de manière définitive ou amovible sur celles-ci.
Le premier segment 1 a une première extrémité 1.1 reliée à une embase 11 et une deuxième extrémité 1.2 dont est solidaire un arbre 3 sur lequel est montée à pivotement une première extrémité 2.1 du deuxième segment 2 qui possède à l'opposé une deuxième extrémité 2.2 pourvue d'un outil non représenté. La première extrémité 2.1 a ici une forme en U ayant des branches 4a, 4b dont l'extrémité libre est fixée pour pivoter sur l'arbre 3. La première extrémité peut bien entendu avoir une autre forme et par exemple une forme plus simple avec une seule branche . Sur l'arbre 3 et entre les branches 4. a, 4.b est montée pour pivoter une roue dentée 6 solidaire de l'extrémité 2.1 du deuxième segment 2.
La roue dentée 6 engrène avec une vis sans fin 8 fixée sur le premier segment 1 pour pivoter autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale du premier segment 1 et perpendiculaire à l'arbre 3. La vis sans fin 8 a une extrémité liée en rotation à un arbre de sortie d'un moteur 5 solidaire du premier segment 1.
Le moteur 5 constitue l'actionneur de l'articulation motorisée reliant le premier segment et le deuxième segment et est dimensionné pour déplacer l'ensemble roue dentée 6 et vis sans fin 8, et donc pour déplacer le deuxième segment 2 par rapport au premier segment 1 ou pour s'opposer à une partie des efforts tendant à déplacer le deuxième segment 2 par rapport au premier segment 1.
Le bras comprend en outre un dispositif 20 de blocage de la rotation de la vis sans fin 8. Le dispositif 20 est fixé sur le premier segment 1 et la vis sans fin 8 est mobile en translation par rapport au premier segment 1 entre une position d' activation et une position d' inactivation du dispositif de blocage 20.
Le dispositif de blocage 20 comprend une garni¬ ture 21 montée fixe par rapport au premier segment 1 et une garniture 22 montée fixe sur la vis sans fin 8 de telle manière que les garnitures 21, 22 soient en contact l'une avec l'autre en position d' activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation .
La vis sans fin 8 est reliée à l'arbre de sortie du moteur 5 pour être liée en rotation mais libre en translation par rapport audit arbre de sortie.
Le moteur 5 est relié à une unité de commande 10. L'unité de commande 10 est un ordinateur agencé pour exécuter un programme de commande dudit moteur. Dans l'application chirurgicale envisagée, le programme de commande délimite une zone de travail délimitée par une enveloppe frontière définie à partir d'imagerie médicale. L'unité de commande 10 commande le moteur 5 pour que le bras suive les mouvements de la fraise manipulée par le chirurgien dans les limite de l'enveloppe frontière et bloque le moteur 5 pour s'opposer au déplacement de la fraise hors de limites de l'enveloppe frontière.
On voit sur la figure 3, que lors de la simulation d'un contact (point C) , le moteur 5 va être commandé pour résister (augmentation du couple I) avant que le dispositif de blocage 20 ne soit actionné (augmentation du couple II) . Le suivi de l'enveloppe est possible dans la partie I de la courbe.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront la même référence numérique sur les figures 6 à 18 relatives au premier mode de réalisation et à ses variantes.
Dans le premier mode de réalisation représenté aux figures 6 à 8, le deuxième segment 2 est monté sur le premier segment 1 pour pivoter autour d'un axe perpendiculaire au premier segment 2 et est solidaire d'une première roue 36 coaxiale à l'axe de pivotement. L'actionneur comprend un moteur électrique 5 ayant un arbre de sortie relié à une deuxième roue 38. Les roues 36 et 38 sont ici des roues dentées engrenant l'une avec l'autre. L'arbre de sortie du moteur 5 est ici monté à pivotement sur un coulisseau 35 en arc de cercle qui forme un support du moteur 5 et qui est reçu dans une rainure en arc de cercle 30 ménagée dans le premier segment 1 (l'extrémité 1.2 est ici conformée en platine) . Le coulisseau 35 peut coulisser le long de cette rainure de sorte que la roue 38 présente un débattement angulaire autour de l'axe de rotation du deuxième segment 2 entre au moins une position d' inactivation d'un dispositif 31 de blocage en rotation de la roue 38 et deux positions d' activation dudit dispositif, les position d' activation étant situées de part et d'autre de la position d' inactivation .
Le dispositif de blocage 31 comprend deux garnitures 32, montées fixes par rapport au premier segment chacune à une extrémité de la rainure 30, et une garniture 33 montée fixe sur la roue 38. La roue 38 est en fait étagée, une partie est dentée pour coopérer avec la roue dentée 36 et l'autre partie a une périphérie pourvue de la garniture 33 de forme cylindrique.
La garniture 33 est rappelée en position d' inactivation par des ressorts de rappel 34 (visibles sur la figure 8 sur laquelle le moteur 5 n'est pas repré- senté) qui sont tangents à la rainure 30 et intercalés entre l'extrémité 1.2 et chaque côté du coulisseau 35.
En position d' inactivation, la roue 38 s'étend sensiblement au milieu de la rainure 30 et la garniture 33 est décollée des garnitures 32 (figure 6) . Lorsque les moteurs 5 et 9 sont bloqués et qu'un effort de rotation est appliqué sur le deuxième segment 2, le deuxième segment 2 va entraîner en rotation la roue 36 qui va déplacer la roue 38 dans l'une des positions d' activation de telle manière que la garniture 33 et la garniture 32 cor- respondante (selon le sens du couple s' exerçant sur la roue 36) soient en contact l'une avec l'autre (figure 7) .
On notera que les garnitures 32 ont une forme en arc de cercle de rayon égal au rayon de la garniture 33 pour augmenter la surface de contact des deux garnitures.
II est nécessaire que les ressorts 34 soient di- mensionnés pour que la garniture 33 arrive en contact contre l'une des garnitures 32 avant que le moteur n'ait produit son effort maximal.
On comprend que tout effort exercé par l'actionneur sur le deuxième segment crée un effort de réaction transmis au support qui tend à coulisser vers l'une ou l'autre des garnitures 32.
L'effort résistant fourni par le ressort 34 s' opposant au coulissement du coulisseau 35 constitue un premier seuil d'effort à surmonter pour déplacer le coulisseau 35 et donc le segment 2 et que le frottement des garnitures 32 et 33 définira un deuxième seuil d'effort à vaincre pour déplacer le deuxième segment 2. Il est possible de piloter le moteur 5 pour déplacer la roue 38 de manière à amener plus rapidement la garniture 33 contre la garniture 32 en entraînant la roue 38 dans le sens dans lequel ladite roue 38 est déjà entraînée par la roue 36. On annule alors l'effet d'amortissement procuré par les ressorts 34.
La position du moteur 5 et donc de la roue 38 peut être déterminée par exemple en fonction de la détection du franchissement d'un ou plusieurs seuils d'efforts, à partir d'un modèle d'effort fourni par le moteur ou au moyen d'un capteur dédié.
Dans la variante des figures 9 et 10, la garniture 33 solidaire de la roue 38 est rappelée en position d' inactivation par un ressort de rappel 37 s' étendant ra- dialement par rapport à la roue 36 en ayant une extrémité en appui contre l'extrémité 1.2 et une extrémité agissant sur un galet 39 reçu dans une encoche en V 40 ménagée dans le coulisseau 35. L'angle du V permet de régler la loi d'effort produite par le ressort 37 lorsqu'il s'oppose au déplacement de la garniture 33. Il est nécessaire que la garniture 33 arrive en contact contre l'une des garnitures 32 avant que le moteur n' ait produit son effort maximal.
Le dispositif de blocage 31 peut être agencé pour que la garniture 33 soit mobile en translation rectili- gne .
Ainsi, dans la variante de la figure 11, la gar- niture 33 est réalisée sous la forme d'un disque qui est reçu entre les garnitures 32 et qui est solidaire d'un arbre intermédiaire 40 coaxial à l'arbre de sortie du moteur 5. L'arbre intermédiaire 40 est relié par une liai- son glissière 41 à l'arbre de sortie du moteur 5 et par une liaison hélicoïdale 42 à un arbre final 43 solidaire de la roue 38. Un ressort 44 maintient l'arbre intermédiaire dans une position médiane dans laquelle la garniture 33 est décollée des garnitures 32. La liaison héli- coïdale est agencée pour qu'en l'absence d'effort résistant supérieur à un seuil prédéterminé la rotation de l'arbre intermédiaire entraine en rotation l'arbre final. En revanche, si le moteur 5 est bloqué, la rotation du segment 2 et donc de l'arbre final va entraîner, du fait de la liaison hélicoïdale, un coulissement de l'arbre intermédiaire amenant la garniture 33 en contact avec l'une des garnitures 32.
Dans la variante de la figure 12, les positions de la liaison glissière 41, de la liaison hélicoïdale 42 et du ressort 44 sont inversées.
Dans la variante de la figure 13, le moteur 5 est monté sur l'extrémité 1.2 via une liaison glissière 41 et l'arbre de sortie du moteur 5 supporte directement la garniture 33 et est relié à l'arbre final 43 par la liai- son hélicoïdale 42.
Dans la variante de la figure 14, les positions de la liaison glissière 41, de la liaison hélicoïdale 42 et du ressort 44 sont inversées.
En référence aux figures 15 à 17, et dans une au- tre variante, l'articulation comprend un support 55 monté sur le premier segment 1 pour pivoter autour d'un axe 70 parallèle à l'axe d'articulation du deuxième segment 2 sur le premier segment 1. Le moteur 5 est monté sur le support 55 de telle manière que son arbre de sortie s'étende parallèlement à l'axe 70. L'arbre de sortie du moteur 5 est en prise via un câble avec une roue 66 (dont seule une partie est visible sur les figures) solidaire de l'extrémité 2.1 du deuxième segment 2. L'arbre de sortie peut également porter une roue dentée engrenant avec une denture ménagée sur la roue 66.
Le support 55 comporte, du côté du moteur 5, une extrémité pourvue d'une garniture 53 s' étendant tangen- tiellement en regard d'une garniture 52 en arc de cercle solidaire de la roue 66 et coaxiale à celle-ci. La garni- ture 53 s'étend de part et d'autre d'un plan médian du support 55 contenant l'axe 70. Le support 55 est en position d' inactivation lorsque le support 55 s'étend radia- lement par rapport à la garniture 52. Dans cette position, il existe un espace entre les garnitures 52 et 53. Le support 55 est en position d' activation lorsque la garniture 52 et la garniture 53 sont en contact l'une avec l'autre. Le support 55 (plus précisément l'axe s' étendant entre l'axe 70 et le point de contact des garnitures 52, 53) forme alors un angle avec le rayon de la garniture 52 passant par le point de contact de la garniture 53 avec la garniture 52 (voir la figure 16) .
Avec un contact surfacique plan, la condition de blocage s'écrit tan(9) < μ où Θ est l'angle entre le support 55 et le rayon en question et μ est le coefficient de friction du couple de matériaux des garnitures. Pour réduire les efforts axiaux sur l'articulation, les surfaces de contact des garnitures 52, 53 comportent de préfé¬ rence des parties mâle et femelle de formes complémentaires. Les garnitures 52, 53 ont ici des surfaces de contact définissant un V en section transversale. En prenant a comme demi-angle au sommet du V, il est nécessaire d'avoir tan (Θ) sin (α) < μ comme condition de blocage et tan (α) > μ pour éviter un coincement au niveau du V qui s'opposerait au déblocage de la roue 66. En variante, les garnitures 52, 53 peuvent avoir des surfaces de contact définissant une superposition de V en section transversale (comme dans une poulie à gorges) .
Le support 55 est rappelé en position d' inactivation par un ressort de rappel 37 s' étendant ra- dialement par rapport a la roue 36 en ayant une extrémité en appui contre l'extrémité 1.2 et une extrémité agissant sur un galet 39 reçu dans une encoche en V 40 ménagée dans le support 55. L'angle du V permet de régler la loi d'effort produite par le ressort 37 lorsqu'il s'oppose au déplacement de la garniture 53. Il est nécessaire que la garniture 53 arrive en contact contre la garniture 52 avant que le moteur n'ait produit son effort maximal.
On notera qu' il est aisé de précontraindre le ressort 37 pour régler le seuil de déclenchement du dispositif de blocage. On peut par exemple prévoir un écrou monté coaxialement au doigt portant le galet 39 pour raccourcir la longueur du ressort 37.
Dans la dernière variante de la figure 18, la seule différence par rapport à la variante des figures 15 à 17 est que le moteur 5 est sensiblement coaxial avec l'axe 70.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le premier segment peut être formé par un tronçon du bras, un tronc ou une embase de robot.
La structure du bras peut être différente de celle décrite : le deuxième segment peut par exemple être mobile en translation par rapport au premier segment.. A l'inverse, l'actionneur peut être un vérin entraînant une crémaillère qui engrène avec une roue dentée ou un moteur entraînant une roue roulant sur une piste rectiligne ou non. Une inversion cinématique est également envisagea- ble.
Le bras peut comprendre un actionneur pour chacune des articulations ou pour l'une ou plusieurs d'entre elles (tronc, épaule, coude, poignet...) seulement.
Les segments peuvent avoir des formes différentes de celles représentées. Dans le premier mode de réalisation l'extrémité 2.1 du deuxième segment peut ne comprendre qu'un bras et l'axe de support des roues 6 peut s'étendre en saillie latérale de l'extrémité 1.2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Articulation motorisée de bras de robot comportant un premier segment (1), un deuxième segment (2) monté mobile sur le premier segment, et un dispositif de motorisation monté entre les segments et relié à une unité de commande, le dispositif de motorisation comprenant un actionneur (5) agencé pour transmettre de manière réversible un mouvement au deuxième segment par rapport au premier segment et des moyens de blocage (6, 7, 8, 9 ; 31) qui sont intercalés entre le premier segment et le deuxième segment et qui sont commandables pour rendre temporairement irréversible la transmission de mouvement, caractérisée en ce que le dispositif de motorisation comprend un élément d' actionnement relié mécaniquement à une partie des moyens de blocage et monté sur l'un des segments pour être mobile, sous l'effet d'un effort moteur supérieur à un seuil prédéterminé, pour actionner les moyens de blocage .
2. Articulation selon la revendication 1, dans laquelle l' actionneur comprend un moteur (5) ayant un arbre de sortie relié à une première roue (38) en prise avec un élément d'entraînement du deuxième segment, l'élément d' actionnement étant un support sur lequel est monté le moteur.
3. Articulation selon la revendication 2, dans laquelle le deuxième segment (2) est monté sur le premier segment (1) pour pivoter autour d'un axe (32) perpendicu¬ laire au premier segment et est solidaire d'une deuxième roue (36) coaxiale à l'axe de pivotement pour que la deuxième roue forme l'élément d'entraînement du deuxième segment .
4. Articulation selon la revendication 3, dans laquelle le support est monté sur le premier segment pour coulisser selon une trajectoire en arc de cercle autour de l'axe de rotation du deuxième segment entre au moins une position d' activation et une position d' inactivation d'un dispositif de blocage (31) en rotation de la première roue.
5. Articulation selon la revendication 4, dans laquelle le dispositif de blocage comprend une garniture (32) montée fixe par rapport au premier segment et une garniture cylindrique (33) montée fixe sur la première roue de telle manière que les garnitures soient en contact l'une avec l'autre en position d' activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation.
6. Articulation selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans laquelle le support est monté pour pivoter sur le premier segment entre au moins une position d' activation et une position d' inactivation d' un dispositif de blocage (31) du deuxième segment.
7. Articulation selon la revendication 6, dans laquelle le dispositif de blocage comprend une garniture fixée de façon excentrée sur le support pour s'étendre en regard d'une garniture solidaire du deuxième segment de telle manière que les garnitures soient en contact l'une avec l'autre en position d' activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation .
8. Articulation selon la revendication 7, dans laquelle les garnitures comportent des parties mâle et femelle de formes complémentaires.
9. Articulation selon la revendication 6, dans laquelle le support et le moteur sont sensiblement coaxiaux .
10. Articulation selon la revendication 6, dans laquelle l'élément d'entraînement est une roue centrée sur un axe de rotation du deuxième segment par rapport au premier segment.
11. Articulation selon la revendication 6, dans laquelle l'élément d'entraînement est une crémaillère et la garniture solidaire du support a une forme sensiblement en arc de cercle centrée sur l'axe de pivotement du support .
12. Articulation selon la revendication 1, dans laquelle le deuxième segment est monté pour pivoter par rapport au premier segment et le dispositif de motorisation comprend une liaison roue et vis sans fin pour transformer une rotation d'un arbre de sortie de l'actionneur en une rotation du deuxième segment par rapport au premier segment, un dispositif de blocage (20) de la rotation de la vis sans fin (8) étant fixé sur le premier segment (1) et la vis sans fin étant mobile en translation par rapport au premier segment entre une position d' activation et une position d' inactivation du dispositif de blocage.
13. Articulation selon la revendication 12, dans laquelle le dispositif de blocage (20) comprend une garniture (21) montée fixe par rapport au premier segment (1) et une garniture (22) montée fixe sur la vis sans fin (8) de telle manière que les garnitures soient en contact l'une avec l'autre en position d' activation et soient décollées l'une de l'autre en position d' inactivation .
14. Articulation selon la revendication 1, dans laquelle le seuil prédéterminé est défini par un tarage d'au moins un ressort monté pour exercer sur l'élément d' actionnement un effort s' opposant à un déplacement de celui-ci pour actionner les moyens de blocage.
15. Articulation selon la revendication 14, dans laquelle l'élément d' actionnement présente un logement ayant un fond sensiblement en V pour recevoir un doigt monté sur le segment pour coulisser selon une direction sensiblement normale à une trajectoire de l'élément d' actionnement , le ressort s' étendant entre le segment et le pion pour forcer ce dernier en appui contre le fond du logement .
16. Articulation selon la revendication 14, dans laquelle le ressort s'étend tangentiellement à une trajectoire de l'élément d' actionnement pour s'opposer à un déplacement de l'élément d' actionnement pour actionner les moyens de blocage.
PCT/EP2010/006061 2009-10-05 2010-10-05 Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot Ceased WO2011042151A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10765385.9A EP2485876B1 (fr) 2009-10-05 2010-10-05 Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot
JP2012532482A JP2013506571A (ja) 2009-10-05 2010-10-05 ロボットアーム用のモーター駆動自動ロック関節
US13/500,259 US20120192671A1 (en) 2009-10-05 2010-10-05 Motor-driven self-locking articulation for a robot arm

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR09/04754 2009-10-05
FR0904754A FR2950831B1 (fr) 2009-10-05 2009-10-05 Articulation motorisee pour bras de robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011042151A1 true WO2011042151A1 (fr) 2011-04-14

Family

ID=41818413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/006061 Ceased WO2011042151A1 (fr) 2009-10-05 2010-10-05 Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120192671A1 (fr)
EP (1) EP2485876B1 (fr)
JP (1) JP2013506571A (fr)
FR (1) FR2950831B1 (fr)
WO (1) WO2011042151A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015124711A1 (fr) * 2014-02-21 2015-08-27 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Articulation pour un bras de robot destine plus particulierement a des applications haptiques et/ou cobotiques

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10372115B2 (en) * 2012-10-26 2019-08-06 Board Of Regents, The University Of Texas System Modular and reconfigurable manufacturing systems
US9044865B2 (en) * 2013-03-07 2015-06-02 Engineering Services Inc. Two joint module
JP2016107382A (ja) * 2014-12-09 2016-06-20 株式会社安川電機 ロボット
FR3037840B1 (fr) 2015-06-26 2017-08-18 Haption Bras articule motorise a cabestan a cable comprenant un frein.
US10022861B1 (en) 2017-04-27 2018-07-17 Engineering Services Inc. Two joint module and arm using same
CN107379005A (zh) * 2017-08-31 2017-11-24 国机智能技术研究院有限公司 一种阻尼关节及具有位置保持功能的阻尼主手
KR102188407B1 (ko) * 2019-01-31 2020-12-08 한국과학기술원 회전 고정 장치 및 이를 포함하는 2 자유도 회전 암
CN115666435B (zh) 2020-03-26 2026-01-09 直观外科手术操作公司 弯曲万向节连杆几何构型
USD1104267S1 (en) 2021-03-24 2025-12-02 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgeon control apparatus
CN113770996B (zh) * 2021-09-16 2023-04-11 中国核电工程有限公司 小型关节主从机械手
GB2611360B (en) * 2021-10-04 2024-02-28 Prec Robotics Limited A joint locking mechanism
CN117901078B (zh) * 2024-03-01 2024-09-10 上海韦地科技集团有限公司 一种核工业用具有智能定位校准功能的全自动机械臂

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507191A2 (fr) * 2003-07-08 2005-02-16 Alps Electric Co., Ltd. Dispositif d'entrée à retour de force
US20090228145A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Perception Raisonnement Action En Medecine Dynamic physical constraint for hard surface emulation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01234184A (ja) * 1988-03-16 1989-09-19 Toshiba Corp 遠隔操作ロボットの教示装置
JP3217892B2 (ja) * 1993-03-11 2001-10-15 株式会社日立製作所 ブレーキ装置及びマニピュレータ装置
JP3409090B2 (ja) * 1993-09-30 2003-05-19 豊田工機株式会社 ロボットの起動停止装置
JP3003768B2 (ja) * 1994-10-31 2000-01-31 株式会社安川電機 多関節形ロボットの関節の拘束を解除する方法と装置
JP2007100747A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Pubot Giken:Kk 回転ブレーキ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507191A2 (fr) * 2003-07-08 2005-02-16 Alps Electric Co., Ltd. Dispositif d'entrée à retour de force
US20090228145A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Perception Raisonnement Action En Medecine Dynamic physical constraint for hard surface emulation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015124711A1 (fr) * 2014-02-21 2015-08-27 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Articulation pour un bras de robot destine plus particulierement a des applications haptiques et/ou cobotiques
FR3017816A1 (fr) * 2014-02-21 2015-08-28 Commissariat Energie Atomique Articulation pour un bras de robot destine plus particulierement a des applications haptiques et/ou cobotiques

Also Published As

Publication number Publication date
EP2485876A1 (fr) 2012-08-15
EP2485876B1 (fr) 2014-05-14
JP2013506571A (ja) 2013-02-28
FR2950831B1 (fr) 2012-08-10
FR2950831A1 (fr) 2011-04-08
US20120192671A1 (en) 2012-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2485876B1 (fr) Articulation motorisee autoblocante pour bras de robot
EP3109014B1 (fr) Bras articulé motorisé à cabestan à câble comprenant un frein
EP2890333B1 (fr) Prothèse de main
FR3053007B1 (fr) Transmission, notamment pour engin roulant, et engin roulant equipe d&#39;une telle transmission
EP3109011B1 (fr) Bras articulé motorisé à cabestan à câble sécurisé
WO2011039341A1 (fr) Structure de robot ou d&#39;interface haptique a bras en parallele
EP0143673A1 (fr) Préhenseur à patins de contact multiples
EP2707248B1 (fr) Articulation motorisee pour siege de vehicule
WO2013182452A1 (fr) Bras d&#39;exosquelette a un actionneur
EP1597017A1 (fr) Dispositif de deplacement et d orientation d un objet d ans l espace et utilisation en usinage rapide
EP4076864A1 (fr) Main robotique sensible en efforts en milieu aquatique
FR2856019A1 (fr) Garniture d&#39;articulation pour un dispositif de reglage d&#39;un siege de vehicule automobile
WO2018065734A1 (fr) Poignet robotique parallele a quatre degres de liberte
EP3117124A2 (fr) Verin a cable equipe d&#39;un dispositif d&#39;anti-rotation a element longiligne flexible mais rigide en torsion
FR3017816A1 (fr) Articulation pour un bras de robot destine plus particulierement a des applications haptiques et/ou cobotiques
FR2519385A1 (fr) Ensemble a dispositifs de commande d&#39;un moteur et de reaction
WO2013087790A1 (fr) Ensemble mecanique articule et main mecanique comportant un tel ensemble
EP4608611A1 (fr) Articulation à trois degrés de liberté avec renvoi d&#39;efforts
EP0300881B1 (fr) Dispositif de transmission de mouvement à deux niveaux de vitesse et de maintien d&#39;un effort déterminé après l&#39;arrêt du mouvement
WO2003081752A1 (fr) Dispositif de frein a disques et de transmission de couple
FR2950830A1 (fr) Structure de robot ou d&#39;interface haptique a bras en paralleles
WO2017207917A1 (fr) Actionneur pour un embrayage, notamment de vehicule automobile
WO2025153415A1 (fr) Préhenseur robotique destiné à coopérer avec un dispositif de moyen de préhension prédéfini
FR2830304A1 (fr) Dispositif de commande d&#39;embrayage a butee de commande

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: 10765385

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010765385

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13500259

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012532482

Country of ref document: JP