Brevet FR2638598A1 — publié le 19900511

La présente invention concerne un appareilla- ge robotisé qui est agencé de telle sorte que, sous l'action de signaux électroniques émis et reçus par des capteurs incorporés - générateur de signaux, caméra de télévision, dispositif de mesure de distance à ultrasons, antenne parabolique-radar -, qui sont traités par un ordinateur central, il puisse modifier sa position, sous l'action du mouvement c'un bras le supportant, et puisse en outre, par le mouvement de ses doigts de prise sous l'action de mo- teurs électriques, hydrauliques ou pneumatiques incorpo- rés (en vue d'une rotation vers la droite et vers la gauche), saisir des objets, les maintenir, les cueillir par rotation autour d'un axe horizontal ou vertical, les déplacer et les relâcher. L'appareillage robotisé peut avantageusement être utilisé pour cueillir des objets difficiles à atteindre - placés en hauteur ou en profondeur - par exemple des fruits situés sur des arbres - pommes, poires, citrons, etc.. Le fonctionnement de l'appareillage conforme à l'invention est en rela- tion avec sa machine de base pourvue d'un mécanisme d'entraînement et dont la fonction consiste dans l'ali- mentation en énergie et la mise à disposition de l'or- dinateur. Les dispositifs connus n'utilisent pas les propriétés les plus modernes de l'électronique pour résoudre les problèmes de commande. Ainsi la commande électronique du dispositif de prise faisant l'objet du brevet hongrois représentant le niveau le plus mo- derne et correspondant au document hongrois 2251/1165/82, au brevet DD230744 et au brevet FR 8305324 ne résout pas le problème, c'est-à-dire que la fermeture et l'ou- verture des doigts de la tête de prise ne sont pas pro- duites par la perception de l'objet par la tête mais par leur commande manuelle. Pour cette raison, l'actionnement du dispositif de prise faisant l'objet du brevet précité est difficile, la perception des objets-cibles n'est pas réalisée, son approche est lente et non sûre et la capacité de telles machines n'est pas satisfaisante. Dans la littérature spécialisée, on ne peut trouver aucun appareillage de prise d'objets ou de fruits de ce genre, dans lequel un dispositif émetteur- récepteur, fonctionnant sur le principe d'une caméra électronique de télévision, d'un système opticue de mesure de distance par ultrasons et du radar, ou bien un système d'interprétation de l'ordinateur central soient agencés de telle sorte qu'ils puissent se déplacer en même temps que la tête de prise et qu'ils constituent simultanément les moyens essentiels de régulation du travail à effectuer. L'appareillage représentant l'art antérieur le plus moderne, conformément au brevet hongrois déposé sous le numéro 2251/2832/80, utilise évidemment un or- dinateur central, des caméras, des dispositifs de mesure et d'analyse des distances par ultrasons, un analyseur de formes, mais ces éléments sont cependant placés sur l'infrastructure de l'appareillage et non sur la tète de prise, qui se déplace dans l'air et qui recherche l'objet - le fruit. Un autre inconvénient des appareillages connus consiste en ce que ceux-ci, en dehors de la saisie du fruit, ou d'un autre objet - par exemple une ampoule - ne sont pas, ou pratiquement pas, capables de tourner plusieurs fois autour de l'axe horizontal de leur bras. L'appareillage de prise conforme à l'inven- tion - qui constitue à proprement parler une partie d'un robot - est basé sur la connaissance que la perception rapide et précise de l'objet-cible peut être effectuée d'une manière moderne par un dispositif reproduisant l'oeil humain, de façon à pouvoir se rapprocher de l'objet -cible sur la base de cette perception et d'une mesure, c'est-à-dire que les doigts de l'appareillage peuvent se rapprocher plus rapide- ment ou plus lentement en fonction de la distance d'éloignement par rapport à l'objet sans venir buter contre cet objet -cible, et peuvent tourner dans une direction horizontale pour saisir celui-ci d'une manière analogue à la main humaine. Dans un appareillage satisfaisant à ces conditions, il faut, pour obtenir un fonctionnement commun, qu'une camera de télévision, qui perçoit le volume dans ses couleurs naturelles et qui diffé- rencie les couleurs l'une de l'autre, effectue en outre la mesure des coordonnées ponctuelles, analyse leur forme et la compare avec un étalon, et en outre il faut qu'un appareil - avantageusement un objectifpolarolde émettant et recevant des ultrasons, mesure la distance d'éloignement, en percevant en permanence l'éloignement de l'objet-cible, et règle en correspondance la vi- tesse de rapprochement de la tête de prise, et il faut enfin que l'antenne, le capteur d'émission et de ré- ception des rayons d'un appareil-radar simple, contrô- lent la perception et la génération des signaux par l'appareillage précité et produisent un arrêt en cas d'erreur. Les activités de ces trois appareils électro- niques ne doivent pas se perturber mutuellement, leur protection contre des chocs doit être assurée à l'aide de capteurs incorporés ou bien de réseaux incorporés de leurs conducteurs. En outre, les conducteurs et interrupteurs des appareils et des capteurs, qui sont reliés à une source de courant et à des éléments d'actionnement, ainsi que les éléments d'actionnement proprement dits, c'est-à-dire le moteur de fourniture d'énergie, la transmission et les doigts de prise, doivent être agencés de façon appropriée. Enfin l'appa- reillage doit être conçu de telle sorte qu'il soit capable de tourner autour d'un axe central horizontal de manière à effectuer une rotation après la saisie de l'objet. Si les conditions définies ci-dessus sont satisfaites, les objectifs définis dans le préambule peuvent être atteints. L'invention propose pour celà un appareillage de prise du type tête de robot, pour percevoir, appro- cher, saisir, déplacer et relâcher des objets notamment des fruits, comme des pommes, des poires, des citrons, des oranges, qui est fixé sur un bras de levage 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique 3, une transmission 5 actionnée par l'arbre d'entral- nement 4 du moteur, quatre arbres à vis sans fin 10 entraînés en rotation au moyen d'un mécanisme à engre- nages droits 9 entraîné par une couronne dentée, la couronne dentée 8 étant refroidie par un ventilateur 7 relié à l'arbre de sortie 6 de la transmission 5, et en outre une broche de levage 12 déplacée alternativement et entraînée en rotation vers la gauche et vers la droite par une roue tangente 11, ainsi que quatre ou plus de quatre doigts de prise 13 qui sont ouverts et fermés par les composants précités, en ce qu'il est prévu sur la partie frontale 14 de l'appareillage de prise une caméra de télévision en couleur 15 pourvue de fil- tres de couleurs, un dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 ou tout autre dispositif de mesure de distance approprié, en outre une antenne parabolique, plate ou anguleuse 17 fonctionnant çur le principe du radar, et sur les composants 15, 16, 17 un capteur de signalisation de choc ou un réseau 18 tous les compo- sants électroniques et électriques étant pourvus d'un conducteur d'alimentation 20, d'un conducteur- émetteur 21, d'un conducteur-récepteur 22, qui sont reliés à un ordinateur central de commande-mesure 32 et à un centre-radar 33, en outre en ce que, par la manoeuvre des doigts de prise 13, sous l'action d'un électro-aimant 24/2, disposé dans le bottier de transmission 23, placé dans un circuit fermé, commandé par le relais de temporisation 26 et comprenant un interrupteur 24/1, la partie la plus proche du doigt de prise 13 glisse vers l'avant, à partir d'un plan prédéterminé et sous l'action de l'ouverture d'une broche de fermeture 25, suffisamment loin pour que la partie avant effectue, pendant le temps défini par le relais de temporisation 26 ou l'ordinateur 32 au moins deux fois une rotation de 360 , de telle sorte qu'elle fasse tourner autour de sa tige l'objet, comme un fruit tel qu'une pompe, un citron, une orange, entouré et saisi par les doigts de prise, et ensuite, après terminaison de la rotation, elle revienne sous l'action d'un ressort 34 dans sa position initiale, pour pouvoir recommencer son opération, le bras porteur 27 de l'appareillage de prise se déplaçant sous l'action du bras d'actionnement 28 et poursuivant son travail. L'appareillage de prise selon l'invention est de plus caractérisé de préférence en ce que, après la fermeture des doigts de prise 13, la partie frontale tourne en avant du plan prédéterminé notamment de telle sorte que les doigts de prise 13 soient en mesure, après la saisie du fruit, de court-circuiter l'électro- aimant 38, 39 par l'interrupteur 24/1 ou bien d'actionner le ressort disposé d'une manière appropriée afin d'écar- terter des disques (E et L) l'un de l'autre, de sorte qu'un mandrin 40 prévu à l'extrémité de l'axe 6 pénètre dans une rainure du couvercle de palier 41, toute la partie frontale étant tournée plusieurs fois en avant du plan prédéterminé et ainsi le fruit est séparé de sa tige - auquel cas les composants 15, 16, 17 restent dans une position de repos -, ensuite après terminaison du nombre de rotations intervenant dans le programme de l'ordina- teur 32, le ressort 40 rapproche à nouveau les disques (E et L) l'un de l'autre, les mandrins magnétiques de centrage 35 tirent en synchronisme les parois en forme de disque l'une vers l'autre et engagent quatre goupilles dans des douilles correspondantes, de sorte que le cycle opératoire peut être répété. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que, parmi les composants 15, 16, 17, seulement la caméra 15 et le dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 sont montés et sont reliés à l'unité centrale. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que, parmi les composants 15, 16, 17, seule l'antenne-radar 17 est montée et est reliée à l'unité centrale. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que l'entraIne- ment intérieur est assuré par un moteur hydraulique. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que l'entrai- nement intérieur est assuré par un moteur pneumatique. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que l'ordina- teur central 32 analysant les signaux est pourvu de programmes de fonctionnement, reliés à la caméra 15, au dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 et à l'antenne 17, en vue d'une analyse de formes, d'un calcul de positions angulaires, d'une détermination de coordonnées, d'une analyse d'images, d'une conversion numérique d'images. De préférence l'appareillage de prise selon l'invention est caractérisé de plus en ce que la trans- mission de mouvement à partir de la couronne dentée 8 est assurée par des pignons coniques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudina- le de la partie, dirigée vers l'avant, de l'appareillage conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la partie arrière de l'appareillage conforme à l'in- vention, - la figure 3 est une vue de face de l'appareil- lage conforme à l'invention, - la figure 4 est une coupe du moteur élec- trique faite selon B-B, - la figure 5 est une vue en élévation laté- rale d'une autre forme de réalisation de l'appareillage selon l'invention. Une forme de réalisation possible, représentée à titre d'exemple comme on le voit sur les figures 1, 2, 3 et 4, correspond à un appareillage de prise pourvu de quatre doigts de prise et qui est fixé sur un bras 1 au moyen du pivot 2 de maintien de la tête de prise. Le carter contenant le moteur électrique 3 est réuni sous forme d'un ensemble unitaire avec son arbre d'entraînement 4, avec le pignon 5 relié à celui-ci ainsi qu'avec le bottier contenant la transmission en- traînant le pignon 5. Sur les parois du bottier de transmission 23 sont fixés l'arbre d'entraînement 4 et l'arbre de sortie 6 sur lequel se déplace, libre de rotation, toute la partie frontale de la structure tournante, lors du mouvement de la broche de fermeture sous l'action de l'électro-aimant 24. La structure fonctionne dans la condition de fermeture de la broche de fermeture 25. Le fonctionnement de la caméra de télé- vision en couleur, du dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 et de l'antenne-radar 17 est analysé dans l'ordinateur, qui est installé dans la machine d'entraînement décrite dans le brevet hongrois n 2251/2832/80. La camera de télévision 15, le dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 et l'antenne -radar 17 coopèrent entre eux sous l'action des signaux produits pendant l'analyse. Pendant le fonctionnement de la caméra de télévision 15, les objets à cueillir, par exemple les fruits, apparaissent avec une couleur prédéterminée dans le volume situé devant le dispositif de prise. Le lieu - les coordonnées - de l'objet-cible est enregis- tré, sur la base du réseau de couleurs produit par le filtre de couleur variable en correspondance aux couleurs de l'objet-cible, en relation avec le programme corres- pondant dans l'ordinateur 32, c'est-à-dire dans sa mé- moire. Dans la position de départ, le dispositif de mesure à ultrasons 16 est situé, dans le plan défini par le bras 1 de la tête de prise, en un point du volume oh se trouve l'objet-cible. La cible correspondant au programme est constituée par l'objet défini par des coordonnées déterminées correspondant à son plan, c'est-à-dire que l'objet correspond à un point déterminé dans la mémoire de l'ordinateur 32. Le mouvement néces- saire est déterminé par la différence entre les coordon- nées du centre géométrique de l'objet-cible et du dispositif de prise, ces deux valeurs étant connues dans l'ordinateur 32. Pendant que les bras d'actionnement 1 et 28 déplacent la tête de prise vers l'avant lors de la réception du signal produit par l'ordinateur 32, le dispositif de mesure de distance à ultrasons 16 mesure l'espacement entre le point-cible fourni par l'ordinateur 32 et le point central des doigts du dispositif de prise et, quand la tête de prise parvient à une distance de rapprochement prédéterminée, son mouvement par les bras d'actionnement 1 et 28 est ralenti, les quatre doigts de prise entourent l'objet-cible et - également sous l'action du signal fourni par le dispositif de me- sure de distance à ultrasons 16 -, quand l'objet-cible se trouve à une distance de rapprochement prédéterminée, le moteur électrique 3 est enclenché sous l'action du signal de commande fourni par l'ordinateur 32 et il ferme les doigts de prise 13. Lors de cette ferme- ture, l'électro-aimant 24/2 est actionné par l'inter- rupteur 24/1 et ainsi la broche de fermeture 25 est ouverte. Maintenant le ressort 34 libère la partie frontale gui glisse vers l'avant sur l'arbre 6. Du fait que, lors de la fermeture des doigts de prise 13, l'entraînement à vis sans fin 11 est parvenu dans une position de point mort haut, l'arbre 4 est tourné, sous l'action du signal de commande fourni par l'ordinateur 32 au moteur électrique 3, en relation avec une instruction fournie par le relais de tempori- sation 26 de sorte que cet arbre 4 fait tourner toute la partie avant de la structure de prise, qui a été libérée par suite de l'ouverture de la broche 25, et de cette manière le fruit saisi par les doigts de prise, par exemple une pomme, est séparé de sa tige. En correspondance au programme de l'ordina- teur et sous l'action du relais de temporisation, le bras 1 se déplace en arrière et dépose le fruit saisi par la structure de prise, par exemple une pomme, dans le cageot disposé sur la machine de base, l'opération s'effectuant notamment de telle sorte que l'ordinateur 32 fournisse au moteur électrique 3 un ordre d'enclen- chement dans le sens de rotation inverse, que les doigts de prise 13 libèrent ensuite le fruit (pomme, citron, orange, poire) et ouvrent ainsi l'interrupteur 24/1, l'électro-aimant ferme la broche 25, qui fixe la partie avant de la structure de prise, afin qu'une nouvelle opération de travail de l'avant puisse recommencer. La cueillette est enregistrée par l'ordinateur 32 au moyen d'un effacement de l'emplacement de mémoire correspondant. Dans l'ordinateur 32 est mémorisé un pro- gramme particulier pour la réception des signaux et l'activité de régulation de l'émetteur-récepteur - centre radar 33 - de l'antenne parabolique fonction- nant sur le principe de radar, la fonction de l'antenne étant identique à la description donnée pour le dispo- sitif 15 et également la description donnée dans le brevet hongrois n 2251/2832/80. Du fait qu'il peut se produire pendant la marche de la machine de base une secousse faisant en sorte que le dispositif de prise perde l'objet-cible - c'est- à-dire qu'il se produit un écart angulaire -, il est nécessaire que l'appareillage soit capable de corriger un tel défaut. Cette correction est réalisée par la caméra de télévision 15 au moyen d'un filtre de couleur, de telle sorte que l'image de l'objet-cible apparaisse en un endroit fixe à proximité du centre de la caméra et que, lorsqu'elle s'éloigne de ce point, l'ordinateur produise un ordre d'exécution de la correction. Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée sur la figure 5. Dans cette forme de réalisation, la partie faisant tourner le fruit autour de sa tige n'est pas constituée par les compo- sants se trouvant en avant du plan A-A mais en avant du plan D-D. Dans ce cas, les éléments électroniques , 16 et 17 prévus dans la partie frontale sont plus éloignés de l'arbre central afin que la transmission 10, 11, qui actionne l'arbre en spirale entraînant la tête de prise, puisse tourner dans un cercle à côté des éléments électroniques précité. Cette forme de réalisation se différencie de la forme de réalisation représentée sur les figures 1, 2 et 3 par le fait que la rotation est effectuée seulement par les doigts de prise en commun avec la vis sans fin d'entraînement et que les autres parties de la structure de prise sont relativement immobiles. La rotation est effectuée de telle sorte que les doigts de prise 13 après qu'ils ont saisi le fruit- écartent l'une de l'autre les parois E et L sous l'action de l'électro-aimant 38, 39 excité par l'interrupteur 24/1 ou bien sous l'action d'un ressort disposé de façon appropriée et que le mandrin prévu à l'extrémité de l'arbre 6 pénètre dans la rainure du couvercle de palier 41, à la suite de quoi toute la partie frontale tourne plusieurs fois et sé- pare le fruit de sa tige. Après terminaison de la rotation programmée, le ressort 40 rapproche les parois E et L l'une de l'autre et les aimants de centrage produisent - pendant la synchronisation des deux parois l'engagement de la goupille 36 dans la douille 37; ensuite le cycle opératoire peut être répété. REVENDICATIONS 1 - Appareillage de prise du type tête de robot, pour percevoir, approcher, saisir, déplacer et relâcher des objets, notamment des fruits, comme des pommes, des poires, des citrons, des oranaes, qui est fixé sur un bras de levage (1), caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique (3), une transmission (5) actionnée par l'arbre d'entraînement (4) du moteur, quatre arbres à vis sans fin (10) entratnés en rotation au moyen d'un mécanisme à engrenages droits (9) entraîné par une couronne dentée, la couronne dentée (8) étant refroidie par un ventilateur (7) relié à l'arbre de sortie (6) de la transmission (5), et en outre une broche de levage (12) déplacée alternativement et entraînée en rotation vers la gauche et vers la droite par une roue tangente (11), ainsi que quatre ou plus de quatre doigts de prise (13) qui sont ouverts et fermés par les composants précités, en ce qu'il est prévu sur la partie frontale (14) de l'appareillage de prise une caméra de télévision en couleur (15) pourvue de filtres de couleurs, un dispositif de mesure de distance à ultrasons (16) ou tout autre dispositif de mesure de distance approprié, en outre une antenne parabolique, plate ou anguleuse (17) fonctionnant sur le principe du radar, et sur les composants (15, 16, 17) un capteur de signalisation de choc ou un réseau (18), tous les composants électroniques et électriques étant pourvus d'un conducteur d'alimentation (20), d'un conducteur-émetteur (21), d'un conducteur-récepteur (22), qui sont reliés à un ordinateur central de commande-mesure (32) et à un centre-radar (33), en ou- tre en ce que, par la manoeuvre des doigts de prise (13), sous l'action d'un électro-aimant-(24/2), disposé dans le bottier de transmission (23) placé dans un cir- cuit fermé, commandé par le relais de temporisation (26) et comprenant un interrupteur (24/1) la partie la plus proche du doigt de prise (13) glisse vers l'avant, à partir d'un plan prédéterminé et sous l'action de l'ou- verture d'une broche de fermeture (25), suffisamment loin pour que la partie avant effectue, pendant le temps défini par le relais de temporisation (26) ou l'ordina- teur (32) au moins deux fois une rotation de 360 , de telle sorte qu'elle fasse tourner autour de sa tige l'objet, comme un fruit tel qu'une pomme, un citron, une orange, entouré et saisi par les doigts de prise, et ensuite, après terminaison de la rotation, elle revienne sous l'action d'un ressort (34) dans sa posi- tion initiale pour pouvoir recommencer son opération, le bras porteur (27) de l'appareillage de prise se dé- plaçant sous l'action du bras d'actionnement (28) et pour- suivant son travail. 2 - Appareillage de prise selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, après la fermeture des doigts de prise (13) , la partie frontale tourne en avant du plan prédéterminé, notamment de telle sorte que les doigts de prise (13) soient en mesure, après la saisie du fruit, de court-circuiter l'électro-aimant (38, 39) par l'interrupteur (24/1) ou bien d'actionner le ressort disposé d'une manière appropriée afin d'écar- ter des disques (E et L) l'un de l'autre, de sorte qu'un mandrin (40) prévu à l'extrémité de l'axe (6) pénètre dans une rainure du couvercle de palier (41), toute la partie frontale étant tournée plusieurs fois en avant du plan prédé.terminé et ainsi le fruit est séparé de sa tige auquel cas les composants (15, 16, 17) restent dans une position de repos -, ensuite après terminaison du nombre de rotations intervenant dans le programme de l'ordinateur (32), le ressort (40) rapproche à nouveau les disques (E et L) l'un de l'autre, les mandrins magnétiques de centrage (35) tirent en synchronisme les parois en forme de disque l'une vers l'autre et engagent quatre goupilles dans des douilles correspondantes, de sorte que le cycle opératoire peut être répété. 3 - Appareillage de prise selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, parmi les composants (15, 16, 17), seulement la caméra (15) et le dispositif de mesure de distance à ultrasons (16) sont montés et sont reliés à l'unité centrale. 4 - Appareillage de prise selon une des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que, parmi les composants (15, 16, 17), seule l'antenne-radar (17) est montée et est reliée à l'unité centrale. - Appareillage de prise selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'entrai- nement intérieur est assuré par un moteur hydraulique. 6 - Appareillage de prise selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'en- traInement intérieur est assuré par un moteur pneuma- tique. 7 - Appareillage de prise selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ordi- nateur central (32) analysant les signaux est pourvu de programmes de fonctionnement, reliés à la caméra (15), au dispositif de mesure de distance à ultrasons (16) et à l'antenne (17), en vue d'une analyse de formes, d'un calcul de positions angulaires, d'une détermination de coordonnées, d'une analyse d'images, d'une conversion numérique d'images. 8 - Appareillage de prise selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la transmission de mouvement à partir de la couronne dentée (8) est assurée par des pignons coniques.