Brevet FR2583936A1 — publié le 19861226

Détecteurs tactile utilisant des ondes acoustiques de surface, en particulier pour robot L'invention concerne un détecteur tactile particulièrement bien adapté à un robot. Les solutions actuellement connues pour réaliser des détecteurs ana- logues destinés à des robots utilisent, soit un procédé de contactinterrupteur nécessitant beaucoup de place, soit des éléments de détection de pression d'une seule pièce, comme décrit, par exemple, dans la spécification de brevet DBR 2 556 780, soit des dispositifs de détec- tion basés sur un procédé de conversion de la pression en un signal de capacité ou d'induction électrique comme décrit, par exemple, dans les spécifications de brevets USA 769 331 et 901 821, soit encore un procédé utilisant une résistance ou une charge comme indiqué, par exemple, dans la spécification de brevet USA 4 481 815, ou un procédé photoélectrique comme décrit, par exemple, dans la spécification de brevet DBR 2 438 221. Tous ces procédés pésentent divers inconvé- nients. Dans le cas, par exemple, de l'application d'éléments de détection de pression d'une seule pièce, une propreté parfaite des objets saisis doit être garantie pour éviter toute obstruction des passages de l'élément de détection d'une seule pièce. Dans le cas des détecteurs à résistance inductive et à contact, une certaine force doit être produite pour déplacer un noyau, pour courber ou étirer un mesureur de tension et 2583936. pour assurer le contact fiable d'un détecteur de contact. Dans le cas des détecteurs capacitifs, le blindage des electrodes est nécessaire dans le cas d'un montage à canaux multiples. Dans le cas du procédé photoélectrique, il faut s'assurer des caractéristiques de réflexion de la lumière. Enfin, dans le cas des matériaux élastomères, il faut utiliser un amplificateur spécial. L'invention a pour but de pallier les inconvé- nients ci-dessus en créant un détecteur tactile parti- culièrement bien adapté à un robot, qui-soit de conception simple et permette d'obtenir une indication du contact du détecteur avec une certaine partie d'un objet, tout en déterminant simultanément, en variante, la force de serrage, les moyens de détection de contact et/ou de force se présentant sous la forme d'une plaque isolante. A cet effet, l'invention concerne un détecteur tactile particulièrement bien adapté à un robot, détec- teur caractérisé en ce qu'il comprend une plaque isolante, des détecteurs numériques d'ondes acoustiques de surface appliqués d'un côté de la plaque isolante, au moins un oscillateur appliqué de l'autre côté de cette plaque isolante,-de manière à ce que l'un au moins des détec- teurs et l'oscillateur forment ensemble un circuit réso- nant et un diaphragme placé d'un côté de la plaque isolante et munie d'une projection tournée vers cette plaque isolante, avec un certain intervalle formé entre cette projection et la surface de la plaque isolante. Le diaphragme est ainsi placé au-dessus des détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface. Une caractéristique importante de l'invention est également que les détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface peuvent être placés, dans le cas d'un détecteur de force, du côté opposé à celui sur lequel se trouvent les détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface prévus sur la plaque isolante pour détecter un contact ou encore que les détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface du détecteur de force peuvent être placés du même c8té de la plaque isolante que les détecteurs numériques des ondes acous- tiques de surface destinés à l'indication du contact, de sorte que les projections du diaphragme présentent une largeur plus petite que la largeur des détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface. Les parties d'entrée des détecteurs numériques des ondes acoustiques de surface peuvent être branchées en série ou indépendamment et un signal alternatif est reçu à la sortie de ces transducteurs. Des couples de détecteurs numériques-des ondes acoustiques de surface, placés en opposition, forment un résonateur faisant partie de l'oscillateur. L'information concernant le contact est obtenue par coupure de l'onde acoustique de surface se propageant le long de la surface de la plaque isolante, et se présente sous la forme d'un signal de sortie nul. Dans le cas dans lequel il est utilisé un détecteur de force supplémentaire, l'infor- mation concernant la force produite par la partie du robot munie du détecteur tactile selon l'invention, est fournie en plus de l'information relative au contact. Dans le cas d'un détecteur de force basé sur la courbure d'une plaque isolante munie de détecteurs numériques de l'onde acoustique de surface, cette force est propor- tionnelle à la variation de fréquence du signal de sortie. L'oscillateur nécessaire, muni de circuits de compensa- tion, est branché à la plaque isolante, ce qui permet de réduire le nombre de conducteurs nécessaires. Le détecteur de force supplémentaire peut être de conception différente. Dans une première configuration la plaque isolante du détecteur de force muni de détec- teurs numériques de l'onde acoustique de surface est tournée de 1800 contre le milieu, c'est-à-dire que le contact ne se fait pas par le côté des détecteurs. Dans une seconde configuration, la plaque isolante du détec- teur de force muni de ces détecteurs numériques de l'onde acoustique de surface, est tournée de façon que le contact se fasse par le côté des transducteurs auquel cas la projection du diaphragme présente une largeur plus petite que celle des détecteurs de sorte qu'une partie seulement de l'onde acoustique de surface est coupée. Le principale avantage de cete disposition du détecteur tactile selon l'invention est d'obtenir une information precise concernant le contact avec l'objet correspondant, par coupure du signal de sortie et que dans le cas d'une indication simultanée de la force, d'obtenir également une information précise concernant la force que le robot produit par sa partie munie du détecteur tactile. Le détecteur est de forme simple ce qui permet une miniaturisation et de former des groupes, des bandes ou des matrices d'éléments de détection permettant de réaliser un effet tactile ana- logue à celui d'une main humaine par exemple. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe du détec- teur tactile selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus de la plaque isolante du détecteur tactile sur laquelle sont appliqués un certain nombre de détecteurs numériques d'ondes actoustiques de surface, - la figure 3 est une vue en coupe d'un détec- teur tactile muni d'un élément de détection de force monté entre un certain nombre d'éléments disposés comme indiqué aux figures 1 ou 4, et - la figure 4 est une vue en coupe d'un détec- teur tactile destiné à la fois à indiquer un contact et la force appliquée. En se référant à la figure 1, le détecteur tactile comprend un bloc de détection muni d'une plaque isolante 1 portant d'un c8té les détecteurs munériques 6 d'ondes acoustiques de surface, et de l'autre côté, un oscillateur 7. Un diaphragme 2 muni de projections 3 est placé au-dessus de la plaque isolante 1 munie des détecteurs rumériques 6 d'ondes acoustiques de surface et se trouve fixé en place par des crampons 5. Un inter- alle est ménagé entre la projection 3 du diaphragme 2 et la surface de la plaque isolante 1. Dans une forme possible de réalisation pratique de l'invention, il est utilisé une plaque isolante de quartz 1 d'un côté de laquelle est appliqué un oscilla- teur 7 fonctionnant dans la gamme des dizaines de méga- hertz et de l'autre côté de laquelle est appliqué un couple de détecteurs numériques 6 d'ondes acoustiques de surface. L'oscillateur 7 et l'un au moins des détec- teurs 6 forment un circuit résonant propageant les ondes acoustiques de surface le long de la surface de la plaque isolante 1. La figure 2 représente une sue de dessus d'une plaque isolante 1 munie d'un certain nombre de couples de détecteurs numériques 6 d'ondes acoustiques de surface, de façon qu'un oscillateur 7 puisse être placé audessous de chaque couple de détecteurs 6 ou qu'un oscillateur 7 puisse être commun à un certain nombre de couples de détecteurs 6 ou encore qu'un diaphragme unique 2 puisse être utilisé pour un certain nombre de couple de détec- teurs 6 Ou enfin que chaque couple puisse être muni de son propre diaphragme. En variante, certains couples de détecteurs numériques d'ondes acoustiques de surface peuvent répondre à des fréquences différentes. Lorsqu'une certaine pression agit en un certain point du diaphragme 2 dont la projectino 3 est placée entre un couple de détecteurs 6 et présente au moins la mime largeur que ce couple de détecteurs numériques 6 d'ondes acoustiques de surface, la projection 3 vient toucher la surface de la plaque isolante 1 en coupant ainsi le passage des ondes acoustiques de surface pro- duites par le circuit résonant formé par l'oscillateur 7 et le couple de détecteurs 6, ce qui se traduit à la sortie de l'oscillateur 7, par un signal nul indiquant l'établissement d'un contact du détecteur avec l'objet. Dans le cas dans lequel ce détecteur tactile doit indiquer également la pression agissant sur le diaphragme 2 après que sa projection 3 ait touché la surface de la plaque isolante 1, il est utilisé une projection 3 plus étroite que la largeur des détecteurs numériques 6 d'ondes acoustiques de surface, cette projection ne coupant que partiellement le passage des ondes acoustiques le long de la surface de la plaque, isolante 1, et une certaine courbure de la plaque iso- lante 1 se produisant lorsqu'on augmente la pression, en prolongeant ainsi le chemin des ondes acoustiques de surface pour conduire à une variation de la fréquence de sortie de l'oscillateur 7. Un détecteur analogue est représenté en figure 4. La plaque isolante 1 doit évi- demment être convenablement montée pour pouvoir être courbée. Il existe cependant une autre possibilité d'indication de la force agissant sur le diaphragme 2 représenté dans la partie centrale de la figure 3. Les parties gauche et droite de cette forme de réalisation représentent les éléments de détection disposes suivant la figure 1 ou la figure 4, après avoir été simplement tournés de 180 de façon que la pression agisse par le dessous. Un détecteur de force 4 est placé au centre de façon que le détecteur numérique 6 d'ondes acoustiques de surface soit situé du coté de la plaque isolante 1 opposé à celui du diaphragme 2. La pression agissant sur le diaphragme 2 produit une courbure de la plaque isolante 1 et une variation de la fréquence de sortie. Aucun oscillateur 7 n'est représenté à l'endroit de ce détecteur de force 4 qui peut recevoir les oscillations d'oscillateurs ad- jacents. Certaines parties du détecteur de la figure 4 sont représentées séparément. Ces parties peuvent évi- demment être placées au voisinage immédiat les unes des autres, et peuvent éventuellement comporter une plaque isolante 1 commune ainsi qu'un diaphragme 2 commun. Certains éléments des détecteurs tactiles selon l'invention peuvent être disposés suivant les impératifs correspondant à différentes formations, ce qui permet d'obtenir ce qu'on appelle une "vue tactile". Le détecteur tactile selon l'invention peut, en outre, faire l'objet d'une très grande miniaturisa- tion. Les détecteurs numériques 6 d'ondes acoustiques de surface sont de même conception que les éléments de filtre connus utilisés dans la technologie des communi- cations, en particulier pour les récepteurs de télévision. Ces transducteurs sont appliqués sous la forme de couches minces sur la plaque isolante 1, de la même manière que l'oscillateur 7, avec les circuits de compensation nécessaires. Les branchements des différents éléments peuvent être sensiblement différents et sont réalisés suivant les besoins. Cela ne doit pas présenter de dif- ficultés pour les spécialistes de la question. RE V E N D I C A T I ON S 1 ) Détecteur tactile particulièrement bien adapté à un robot, détecteur caractérisé en ce qu'il comprend une plaque isolante (1), des détecteurs numé- riques d'ondes acoustiques (6) de surface appliqués d'un côté de la plaque isolante (1), au moins un oscil- lateur (7) appliqué de l'autre c6té de cette plaque isolante (1), de manière à ce que l'un au moins des détecteurs (6) et l'oscillateur forment ensemble un circuit résonant, et un diaphragme.(2) placé d'un côté de la plaque isolante et muni d'une projection (3) tour- née vers cette plaque isolante (1), avec un certain intervalle formé entre cette projection (3) et la sur- face de la plaque isolante (1). 2 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, fonctionnant en détecteur de contact, caractérisé en ce que le diaphragme (2) est muni d'une projection (3) placée du même côté de la plaque isolante (1) que les détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface, cette projection (3) du diaphragme (2) étant située entre un couple de détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface et présentant une largeur au moins égale à celle des détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface. 3 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, fonctionnant à la fois en détecteur de contact et en détecteur de force, caractérisé en ce que le diaphragme (2) est muni d'une projection (3) placé du même côté de la plaque isolante (1) que les détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface, cette projection (3) du diaphrame (2) étant située entre un couple de détec- teurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface, et présentant une largeur inférieure à celle des détecteurs (6). 4 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un certain nombre de couples de détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface sont disposés sur une plaque isolante (1). ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un oscillateur (7) est associé à chaque couple de détecteurs numériques (6) d'ondes acous- tiques de surface. 6 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un oscillateur (7) est associé à un certain nombre de couples de détecteurs numeriques (6) d'ondes acoustiques de surface. ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couple de détecteurs numé- riques (6) d'ondes acoustiques de surface est muni de son propre diaphragme (1). 8 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diaphragme commun est utilisé pour un certain nombre de détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface. 9 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, fonctionnant en détecteur de force, caractérise en ce que les détecteurs numériques (6) d'ondes acoustiques de surface sont placés du coté de la plaque isolante (1) opposé à celui du diaphragme (2). 100 ) Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérise ern ce que des couples de détecteurs numeri- ques (6) d'ondes acoustiques de surface répondent à des fréquences differentes.