Brevet FR2664195A1 — publié le 19920110

PROCEDE DE DEPLACEMENT D'UN BRAS DE ROBOT COMPRENANT DEUX TRONCONS ARTICULES ENTRE EUX DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de dépla- cement d'un bras de robot comprenant deux tronçons articulés entre eux, o l'un des tronçons est en outre articulé à un support et l'autre tronçon est terminé par une extrémité libre pouvant porter en pratique un organe terminal tel qu'un poignet par une autre articulation. Les articulations sont munies de codeurs de position qui permettent, par une conversion de coordonnées, de calculer la position de l'extrémité libre en coordonnées cartésiennes dans un repère fixe. Quand un déplacement du bras est décidé, la position que l'extrémité libre doit atteindre est introduite par l'utilisateur et l'ordinateur de commande déduit quelle position le bras doit prendre Les deux articu- lations sont mises alors simultanément en mouvement pour converger vers l'état souhaité On ignore la trajectoire suivie par l'extrémité libre, ce qui peut présenter des dangers si l'utilisateur est à proximité ou s'il existe d'autres obstacles, en particulier si le bras doit passer par un état d'extension ou de "reconfiguration" o ses deux tronçons sont mis en prolongement, ou par des positions analogues. Une "reconfiguration" est nécessaire dans un certain nombre de cas En effet, si tout point situé à portée du bras semble pouvoir être atteint selon deux positions des tronçons, qui sont symétriques par rapport à une ligne passant par ce point et par l'articulation au support, une de ces positions peut être interdite dans certains cas car le bras entrerait en collision avec des obstacles voisins Dans une telle situation o aucun choix n'existe, le déplacement du bras est précédé par une étape o on détermine si une reconfiguration sera nécessaire, alors que pour les autres points on choisit de converger vers l'état du bras qui n'implique pas de reconfiguration, c'est-à-dire dont la convexité que forment les deux tronçons est orientée du même côté qu'à l'état initial du bras. On a recherché en concevant l'invention à éliminer complètement le risque de collision avec des obstacles que les reconfigurations du bras font naître On divise pour cela l'espace dans lequel l'ex- trémité libre se déplace par une frontière On déter- mine si l'extrémité libre atteint la frontière On règle alors les mouvements des articulations de manière que l'extrémité libre ne franchisse pas la frontière mais la longe ou reste en deçà d'elle. Un cas courant est celui d'un bras o les tronçons se déplacent pratiquement dans un plan La frontière peut alors être une ligne droite appartenant à ce plan. Suivant un mode de réalisation avantageux, on peut déterminer au préalable si le déplacement du bras nécessite une mise en prolongement des tronçons Dans l'affirmative, on déplace alors le bras vers une position prédéterminée dans laquelle les tronçons sont mis en prolongement, puis on déplace le bras de cette position prédéterminée à la position d'arrivée. Le procédé peut inclure des mouvements d'en- semble du bras perpendiculairement au plan de déplace- ment normal, afin d'éviter les environnements trop encombrés Par ailleurs, l'invention peut être appli- quée à des situations o le bras peut rencontrer des obstacles de position inconnue qui constituent alors la frontière Ces obstacles sont alors repérés par des capteurs de proximité ou de contact disposés sur le bras Le réglage mutuel des mouvements des deux articulations a alors pour but de contourner les obstacles. Si par contre la frontière a une position connue, la détermination de son franchissement peut être obtenue en suivant constamment les mouvements des articulations et en calculant la position de l'ex- trémité libre. On va maintenant passer au commentaire des figures annexées à titre illustratif et non limitatif qui décrivent une réalisation préférée de l'invention: la figure 1 représente un bras de robot typique; la figure 2 illustre le déroulement du procédé; et la figure 3 représente une variante du procédé. Le bras de robot de la figure 1 comprend tout d'abord un bâti fixe 1 muni d'une glissière verti- cale 2 sur laquelle un support 3 se déplace au moyen d'un mécanisme à poulie et courroie globalement réfé- rencé par 4 Le support 3 porte un premier tronçon par l'intermédiaire d'une première articulation 6 d'axe vertical, et l'extrémité du premier tronçon opposée au support 3 est reliée à un second tronçon 7 au moyen d'une seconde articulation 8 L'extrémité libre 9 du second tronçon 7, opposée à la seconde articulation 8, porte au moyen d'une troisième articu- lation d'axe vertical un poignet 10 terminé par une pince 11 Les mouvements des articulations sont régis par des systèmes à poulie, courroie et moteur d'entrai- nement et comprennent également des codeurs permettant de repérer leurs positions angulaires, comme on l'a représenté Ces systèmes sont toutefois déjà connus et ne seront pas décrits davantage. L'emplacement d'un obstacle a également été représenté Il peut concrètement s'agir, parmi de nombreuses autres possibilités qui dépendent de l'utilisation du robot, d'un siège 13 de handicapé. Le robot est alors piloté par l'occupant du siège 13 pour l'assister dans des tâches de manipulation, lui apporter des objets en particulier. Considérons (figure 2) un plan horizontal, correspondant pratiquement à l'espace o se meuvent les tronçons 5 et 7 L'extrémité libre 9 peut se mou- voir à l'intérieur d'un demi-cercle 12 centré sur la première articulation 6 et dont le rayon est égal à la somme des longueurs des deux tronçons 5 et 7. Le siège 13 est partiellement situé à l'intérieur de ce demi-cercle. Afin d'éviter que l'extrémité libre 9 ne rencontre le siège 13 ou son occupant, on définit une frontière 14 dont le franchissement est interdit à l'extrémité libre 9 et qui passe à une distance suffisante du siège 13. Si maintenant on se préoccupe de faire passer l'extrémité libre 9 d'un point de départ 15 à un point de destination 16, les tronçons 5 et 7 occupant les positions de départ 5 a et 7 a, il serait théoriquement, dans la configuration représentée, plus simple d'effec- tuer des mouvements des articulations 6 et 8 de manière à arriver aux positions de destination 5 b et 7 b o l'angle défini par les tronçons 5 et 7 a une convexité dans le même sens qu'à la position de départ Cette position peut toutefois être exclue car alors le pre- mier tronçon 5 serait trop près de la glissière verti- cale 2, et c'est pourquoi on peut être obligé de choisir p Lutôt La position définie par Les positions de destination 5 c et 7 c, symétrique par rapport à La précédente IL est a Lors nécessaire de passer par une position o Les tronçons 5 et 7 sont en pro Longe- ment, ce qui est déterminé par Le système de commande du robot avant de commencer Les mouvements des articu- Lations 6 et 8 L'extrémité Libre 9 est alors dirigée vers un des deux points 17 ou 18 appartenant à La fois à La frontière 14 et au demi-cercle 12 Le point choisi, ici 17, peut être Le p Lus proche du point de destination 16, mais on aurait pu choisir également Le point Le p Lus proche du point de départ 15. Le mouvement de convergence de L'extrémité Libre 9 vers ce point d'extension 17 s'effectuerait suivant une courbe 19 si Les rotations autour des deux articulations 6 et 8 étaient menées à des vitesses uniformes, comme on procède usuellement La courbe 19 franchirait toutefois souvent, comme ici, la fron- tière 14 C'est pourquoi avant de lancer Le mouvement on vérifie L'existence des points 20 et 22, et dans Le cas o ils existent, Les tronçons 15-20, 20-17, 17-22 et 22-16 sont calcu Lés à L'avance Dès que Le point de franchissement 20 de La frontière 14 est atteint, Le système de commande du robot règle mutuel- lement les mouvements des articulations 6 et 8 de sorte que L'extrémité libre 9 parcoure Le segment de La frontière 14 entre Le point de franchissement et le point d'extension 17 La convergence sans précaution de l'extrémité libre 9 du point d'extension 17 vers Le point de destination 16 pourrait de même impliquer Le parcours d'une courbe 21 partiellement hors de la frontière 14 On fait donc parcourir dans Les mêmes conditions de commande un segment compris entre le point d'extension 17 et Le point de franchis- sement 22 de La frontière 14 par la courbe 21 Le reste de La courbe 21 est suivi sans précaution par L'extrémité Libre 9. Plusieurs aménagements peuvent être apportés au procédé Tout d'abord, Les mouvements horizontaux de L'extrémité Libre 9 peuvent être précédés par un mouvement de dégagement vertica L de L'ensemble du bras vers Le haut, grâce au mécanisme 4, afin de faire évoluer Le poignet 10 dans un environnement moins encombré. La frontière peut par ailleurs avoir une forme différente comme Le représente La figure 3: on définit en fait un volume de sécurité 26 cy Lin- drique, et La frontière est alors un arc de cercle 23. Enfin, La frontière peut être indéfinie et matérialisée par des obstacles de position inconnue. On munit alors le bras de robot de capteurs permettant de reconnaître ces obstacles: il peut s'agir de cap- teurs de proximité ou de contact sur Les tronçons ou d'un revêtement capacitif sur Le poignet 10 ou La pince 11 qui est sensib Le à toute proximité d'un obstac Le Sur la figure 3, on a représenté une paire de jauges de contrainte 24 sur deux faces opposées du second tronçon 7, et 25 désigne Le revêtement capa- citif Les jauges de contrainte 24 sont sensibles aux efforts produits sur Le second tronçon 7 quand un obstacle est atteint. Dans ce cas comme dans le cas d'une frontière de position connue, Les mouvements des deux articula- tions 6 et 8 sont réglés de sorte que L'extrémité Libre 9 contourne les obstacles avant de reprendre son mouvement normal Aucun ca Lcul n'est entrepris puisque La position et le volume des obstacles sont inconnus, mais on se contente de procéder empirique- ment Par exemple, on peut poursuivre Le mouvement primitif de la première articulation 6 tout en effec- tuant un mouvement de dégagement en sens inverse pour la seconde articulation 8 Dans une autre réalisation, cette fonction de contournement n'est mise en oeuvre que si les obstacles se trouvent à l'intérieur d'un volume de sécurité défini par une frontière que l'extrémité libre 9 peut alors franchir Les obstacles à l'extérieur de ce volume de sécurité n'empêchent alors pas le mouvement du bras, ce qui lui permet si nécessaire de se frayer un chemin parmi eux. REVENDICATIONS 1 Procédé de déplacement d'un bras de robot comprenant un premier tronçon ( 5) articulé à un support ( 2) et un second tronçon ( 7) à extrémité libre ( 9), les deux tronçons étant articulés entre eux entre Le support et l'extrémité libre, par des mouvements simultanés des deux articulations, caractérisé en ce qu'il consiste à diviser l'espace de déplacement de l'extrémité libre par une frontière ( 14), à détermi- ner si l'extrémité libre atteint la frontière, et à régler alors les mouvements des articulations de manière que l'extrémité libre ne franchisse pas la frontière. 2 Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage des mouvements des articulations s'effectue de manière que l'extrémité libre longe la frontière. 3 Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la frontière ( 14) est une ligne droite appartenant à un plan o se déplacent les tron- çons ( 5, 7). 4 Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des mouvements d'ensemble du bras perpendicu- lairement au plan o se déplacent les tronçons. Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer si le déplacement du bras nécessite une mise en prolongement des tronçons et, dans l'affirmative, à déplacer le bras vers une position prédéterminée o les tronçons sont mis en prolongement avant de déplacer le bras de la position prédéterminée à une position de destina- tion. 6 Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le franchissement de la frontière est déterminé en suivant les mouvements des articula- tions ( 6, 8) et en calculant la position de l'extrémité libre ( 9) du bras. 7 Procédé de déplacement d'un bras de robot suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à régler les mouve- ments des articulations de manière que l'extrémité libre contourne des obstacles de position inconnue, que la frontière délimite, quand les obstacles sont repérés par des capteurs de proximité ou de contact ( 24, 25) disposés sur le bras.