Brevet FR2676384A1 — publié le 19921120

PROCEDE D'INITIALISATION DE LA POSITION D'UN BRAS DE ROBOT AU DEBUT D'UN CYCLE DE FONCTIONNEMENT DESCRIPTION L'invention se rapporte à un procédé d'initialisation de la position d'un bras de robot au début d'un cycle de fonctionnement. Quand un bras de robot est mis en marche et que ses éléments moteurs et ses capteurs reçoivent de l'électricité, il convient de l'amener à une position déterminée d'initialisation pour lui permettre d'accomplir tous les mouvements ultérieurs qui lui seront commandés à partir de cette position qui est un état de référence Le problème consiste en ce que les codeurs situés aux articulations reliant les tronçons enchaînés du bras sont des codeurs de position relative qui ne permettent qu'une mesure des mouvements aux articulations sans pouvoir donner la position proprement dite des tronçons, c'est-à-dire en général les angles que font les tronçons consécutifs La position d'initialisation est généralement fournie par des capteurs supplémentaires tels que des capteurs "tout ou rien" composés d'un interrupteur situé sur un des tronçons aboutissant à chaque articulation et d'une came située sur l'autre tronçon: le changement d'état de l'interrupteur quand il touche la came fournit une position de référence de l'articulation Ce moyen présente toutefois l'inconvénient de nécessiter un capteur supplémentaire à chaque articulation et de ne pas indiquer l'ampleur des mouvements à accomplir pour arriver à la position d'initialisation à partir de l'état de mise en marche, qui sont alors effectués simultanément ou successivement à l'aveuglette sans que le trajet du bras soit optimisé Des déplacements de grande ampleur qui peuvent conduire à des collisions du bras avec des obstacles environnants risquent d'être produits. L'objet de l'invention consiste à optimiser le procédé d'initialisation des bras de robot en fournissant la position de ce dernier au début du cycle de fonctionnement avant l'initialisation IL est possible alors de choisir de faire passer le bras de robot par des points de passage sélectionnés en fonction de l'état de référence et de la position du bras à la mise en marche Cependant, on verra que le procédé d'initialisation automatique peut éventuellement être interrompu si la situation l'exige il comporte alors des passages o l'initialisation répond à une action directe de l'utilisateur manuelle ou vocale. Le procédé se caractérise sous la forme la plus générale en ce qu'il consiste à relever la position du bras à la fin du cycle de fonctionnement précédent et à enregistrer cette position dans une mémoire permanente sous forme de coordonnées, à lire ces coordonnées au début du cycle de fonctionnement suivant, à calculer des différences entre les coordonnées lues et des coordonnées exprimant la position d'initialisation, et à déplacer le bras jusqu'à la position d'initialisation en lui faisant parcourir des déplacements correspondant aux différences calculées. On va maintenant passer aux commentaires des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif: la figure 1 est une vue d'ensemble d'un bras de robot et des moyens connexes, la figure 1 A est une vue de détail d'une articulation d'un bras de robot, les figures 2 et 3 représentent deux états initiaux d'un bras de robot, et les figures 4 et 5 représentent deux organigrammes de fonctionnement. Le bras 1 de robot de la figure 1 comprend un socle 2 immobile auquel il est assujetti à une extrémité, un poignet 3 à son extrémité libre, et une série de tronçons enchaînés 4 reliant le socle 2 au poignet 3 Ils sont articulés entre eux par des articulations 5 dont l'une est représentée un peu plus en détail sur la figure 1 A: elle comporte un codeur 6 relatif de position qui est constitué d'un disque gradué 7 concentrique à l'axe de l'articulation 5 et fixé à un des tronçons 4, et d'un lecteur 8 dirigé vers les graduations et situé sur l'autre tronçon 4 qui aboutit à l'articulation 5 Toutes les articulations 5 sont construites d'après le même modèle Des fils électriques relient les lecteurs optiques 8 et des moteurs 9, non représentés en détail et qui permettent de mouvoir les articulations 5, à un ordinateur de commande 10 qui comporte en particulier un calculateur de coordonnées 11, un convertisseur 12 et une mémoire permanente 13 Les mouvements du bras 1 sont commandés par un levier 14 qui impose des mouvements du poignet 3 orientés dans la direction dans laquelle il est basculé et un clavier 15 de commande qui peut servir en particulier à commander des mouvements spéciaux ou des déplacements du poignet 3 par des instructions numériques. Le bras 1 peut être destiné à la préhension d'objets de la vie courante et aider ainsi à l'autonomie de personnes infirmes qui peuvent cependant manier le levier 14 ou le clavier 15, ou éventuellement des systèmes à commande vocale Le bras 1 est donc destiné à évoluer dans un environnement qui peut comprendre un certain nombre d'obstacles On peut, à titre d'exemple, être amené à introduire le poignet dans Les rayons d'un meuble à étagères 16 et l'en ressortir. On se reporte maintenant à la figure 4 Au cours d'une étape 29 de fonctionnement du robot, on enregistre périodiquement les coordonnées que font les tronçons 4 aux articulations 5 grâce aux évolutions des indications des codeurs 6 Ces coordonnées sont en fait les mesures des angles aux articulations 5 L'étape d'enregistrement périodique 31 revient à une inscription des coordonnées d'articulation dans la mémoire permanente 13, et l'inscription précédente est effacée Quand le cycle de fonctionnement est interrompu pour arrêter le robot à l'étape 30, le bras 1 reste au repos mais les coordonnées d'articulation demeurent dans la mémoire permanente sans subir d'altération, et dès que l'opérateur rétablit le fonctionnement (à l'étape 32), l'ordinateur 10 demande une initialisation de la position du bras 1 (à l'étape 33). La position d'initialisation peut être concrètement une position d'extension maximale du bras 1 Elle est exprimée par des coordonnées inscrites dans l'ordinateur de commande 10 Le procédé consiste alors (étape 34) à évaluer la position d'origine o le bras 1 se trouve actuellement par une lecture des coordonnées de la mémoire permanente 13, après quoi on sélectionne des points de passage à l'étape 35 et on effectue un trajet vers la position d'initialisation à l'étape 36 de manière à passer par les points de passage Quand les coordonnées d'articulation du bras 1 coïncident avec les coordonnées de la position d'initialisation (étape 37), l'initialisation est terminée et le fonctionnement normal du robot peut reprendre: on revient à l'étape 29. Les points de passage peuvent être définis comme des états fixes du bras 1 définis par des listes de coordonnées Ils dépendent de l'état du bras 1 à la mise en marche et peuvent être choisis de sorte que la position du bras 1 converge vers l'état de référence par un mouvement sensiblement régulier et sans à-coup qui fait passer le bras 1 à l'écart d'obstacles fixes dont la position est connue Un autre principe peut toutefois être adopté, comme on le voit sur les figures 2 et 3, o on considère un bras 1 ' composé de deux tronçons seulement: un tronçon proximal 4 p et un tronçon distal 4 d, ces deux tronçons étant reliés par une articulation distale 5 d et le tronçon proximal 4 p étant également relié au socle 2 par une articulation proximale Sp Le raisonnement qui va être exposé est mené sur ce bras 1 ' simplifié par un souci d'illustration mais les principes sur lesquels il repose peuvent être appliqués à des bras de forme plus complexe. Dans la configuration de la figure 2, si 17 désigne l'état de référence, qui est confondu avec la ligne de déploiement maximal du bras 1 ', il faut imprimer aux deux tronçons 4 p et 4 d des rotations de même sens pour parvenir à cet état On préfère alors imprimer les rotations successivement et commencer à mouvoir le tronçon proximal 4 p autour de l'articulation proximale 5 p afin d'éloigner généralement plus vite le poignet 3 du socle 2 Quand le tronçon proximal 4 p est colinéaire à la ligne 17, la rotation sur l'articulation distale 5 d est commandée pour amener aussi le tronçon distal 4 d vers la ligne 17, et dans le prolongement du tronçon proximal 4 p. Dans la configuration de la figure 3, les rotations de sens opposés doivent être appliquées aux deux tronçons 4 p et 4 d pour parvenir au déploiement On effectue alors le mouvement de rotaticn autour de l'articulation distale 5 d pour amener les deux tronçons 4 p et 4 d en prolongement, ce qui éloigne ici plus rapidement le poignet 3 du socle 2 On effectue ensuite le mouvement de rotation autour de l'articulation proximale 5 p pour amener les deux tronçons 4 p et 4 d simultanément dans la ligne 17. Un perfectionnement du procédé est représenté à la figure 5 On retrouve les étapes 29 à 37 dans le même ordre, mais le déroulement tel qu'il a été prévu par l'ordinateur de commande 10 n'est pas toujours possible à cause des obstacles: si le déplacement du bras 1 commence alors que le poignet est enfoncé dans un des rayons du meuble 16, il est probable que le poignet 3 heurtera les étagères, ce qui interrompra immédiatement le processus d'initialisation Le bras 1 est en effet muni de capteurs de proximité sur la surface des tronçons 4 et du poignet 3, qui commandent l'arrêt dès qu'un obstacle est trop proche. L'utilisateur peut aussi interrompre de lui-même le processus. Le recours à des déplacements commandés pour extraire le poignet 3 du meuble 16, le clavier 15, est impossible dans une telle situation car il est nécessaire d'avoir effectué l'initialisation pour pouvoir utiliser ces déplacements C'est pourquoi, dès qu'un arrêt est commandé, à une étape 38 intermédiaire entre les étapes 36 et 37, l'opérateur saisit le levier 14 pour commander les mouvements de dégagement du poignet 3 à l'étape 39 On passe alors non seulement d'une commande automatique à une commande manuelle, mais d'une commande de mouvements absolus (situés dans l'espace par leurs coordonnées) à une commande de mouvements relatifs car le levier 14 suscite des mouvements dont la vitesse est commandée par son bascu Lement, c'est-à-dire des mouvements relatifs Les mouvements sont appelés relatifs car on connait le déplacement par rapport à leur position précédente qui n'est pas forcément connue en absolu On travaille en écarts de position Ces mouvements sont enregistrés au cours de l'étape 39, après quoi on peut revenir à l'étape 36 pour reprendre le mouvement d'initialisation automatique, puisque les codeurs 6 ont enregistré les mouvements commandés par le levier 14 et permis de calculer la position actuelle du bras 1 On peut aussi, selon une autre réalisation plus soignée, passer à une étape 40 d'évaluation de la position du bras 1 puis a une étape de définition des points de passage à l'étape 35 D'autres points de passage sont sélectionnés si le mouvement commandé manuellement a été suffisamment important pour changer complètement le trajet le plus court menant à l'état de référence Cependant, si le mouvement a été de faible ampleur, aucune modification des points de passage n'est décidée et le trajet initialement programmé est parcouru sans changement dès que le point de passage suivant est rallié. L'invention peut être appliquée à des bras de forme et de complexité quelconques et qui peuvent en particulier comporter des articulations de genres différents tels que des liaisons coulissantes entre tronçons 4 successifs. REVENDICATIONS 1 Procédé d'initialisation, au début d'un cycle de fonctionnement, de la position d'un bras ( 1) de robot composé de parties ( 4) mutuellement mobiles reliées par des articulations ( 5) munies de codeurs ( 6) de position relative, caractérisé en ce qu'il consiste à relever la position du bras ( 1) à la fin du cycle de fonctionnement précédent et à enregistrer cette position dans une mémoire permanente ( 13) sous forme de coordonnées, à lire ces coordonnées au début du cycle de fonctionnement suivant, à calculer des différences entre les coordonnées lues et des coordonnées exprimant la position d'initialisation, et à déplacer le bras jusqu'à la position d'initialisation en lui faisant parcourir des déplacements correspondant aux différences calculées. 2 Procédé d'initialisation de la position d'un bras de robot suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une sélection de points de passage en fonction des coordonnées lues, les déplacements parcourus par le bras passant par les points de passage sélectionnés. 3 Procédé d'initialisation de la position d'un bras de robot suivant la revendicaticn 2, caractérisé en ce que les points de passage sont définis par des coordonnées enregistrées dans un moyen de commande ( 10) du bras ( 1). 4 Procédé d'initialisation de la position d'un bras de robot suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les points de passage sont atteints par des mouvements successifs aux articulations ( 5). Procédé d'initialisation de la position d'un bras suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des instants o Les déplacements correspondant aux différences calculées sont interrompus et remplacés par des déplacements à vitesse commandée manuellement.