Brevet FR2791593A1 — publié le 20001006

La présente invention concerne un détecteur tactile qui détecte des caractéristiques tridimensionnelles d'un objet touché. Les détecteurs tactiles conventionnels comprennent des détecteurs utilisant des microcommutateurs pour détecter simplement si un objet est touché ou non, des détecteurs comprenant des feuilles en caoutchouc conducteur ou présentant une encre conductrice sensibles à une pression qui sont disposées entre des électrodes en forme de peigne utilisant des variations de valeurs de résistance pour détecter une répartition de pression, et des détecteurs comprenant un caoutchouc silicone appliqué sur un substrat formant guide d'onde optique, qui détecte une répartition de contact à pression en fonction d'un schéma de diffusion de lumière résultant du contact entre le guide d'onde et le caoutchouc silicone, créé au cours d'un contact avec un objet. Lorsqu'une main de robot est commandée pour saisir un objet, l'algorithme utilisé varie en fonction des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet dans la zone de contact entre les doigts du robot et l'objet. Précisément, lors de l'utilisation d'un algorithme pour évaluer la position d'un objet saisi, l'algorithme utilisé lorsque les doigts touchent une surface plane de l'objet, l'algorithme utilisé lorsque les doigts touchent une partie formant sommet, et l'algorithme utilisé lorsque les doigts touchent une arête sont tous différents. Ceci a créé la nécessité de développer un détecteur tactile pour robot qui soit capable de détecter des caractéristiques tridimensionnelles d'un objet touché. Les détecteurs tactiles de répartition de pression du type à feuilles en caoutchouc conducteur ou à feuilles comportant une encre conductrice sensibles à une pression et les détecteurs tactiles du type à guide d'onde optique décrits ci-dessus de l'art antérieur présentent tous des surfaces dures et détectent des caractéristiques unidimensionnelles ou bidimensionnelles d'un objet touché, ce qui ne permet pas de les utiliser pour obtenir des informations en ce qui concerne la direction dans laquelle une pression est appliquée. Un problème se pose donc lorsque l'objet saisi présente des surfaces courbes tridimensionnelles ou lorsque le détecteur est disposé sur un support présentant une forme courbe comme, par exemple, les bouts des doigts d'une main à plusieurs doigts, la surface de contact entre le détecteur et l'objet étant faible en raison de ces surfaces dures, ce qui ne permet pas de détecter les caractéristiques de l'objet. La présente invention a été développée pour résoudre les problèmes cidessus et a pour but de proposer un détecteur tactile capable de détecter rapidement et avec précision des caractéristiques tridimensionnelles d'un objet, telles que des sommets et des arêtes de celui-ci. Pour atteindre ce but, la présente invention propose un détecteur tactile destiné à détecter des caractéristiques tridimensionnelles d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend une peau en caoutchouc; de multiples picots disposés sur une surface intérieure de la peau en caoutchouc, la peau en caoutchouc et les picots étant constitués de matières de couleurs différentes entre elles pour faciliter un traitement d'images; et un dispositif d'imagerie placé en face de la surface intérieure sur laquelle sont disposés les multiples picots, et en ce qu' une déformation de la peau en caoutchouc sous l'effet d'une pression de contact contre une surface extérieure de la peau, correspondant à une forme de l'objet, change une orientation des multiples picots de la surface intérieure pour former un schéma de luminances différentes détecté par le dispositif d'imagerie, pour ainsi détecter des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet. De préférence, la peau en caoutchouc est disposée au niveau d'une fenêtre d'un espace formé dans une partie de bout de doigt d'une main de robot, tandis qu' un endoscope comportant une fibre de transmission d'images reliée optiquement au dispositif d'imagerie et une fibre destinée à fournir un éclairage est disposé dans l'espace formé dans la partie de bout de doigt, une pointe de l'endoscope étant tournée vers la surface intérieure de la peau en caoutchouc. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un diagramme destiné à expliquer la configuration de base d'un détecteur tactile selon la présente invention; la figure 2 est un diagramme destiné à expliquer la détection de la forme d'un objet à l'aide du détecteur tactile de la figure 1; la figure 3 est un diagramme représentant un mode de réalisation du détecteur tactile de l'invention appliqué au bout d'un doigt d'une main de robot; et la figure 4 est un diagramme destiné à expliquer la détection de la forme d'un objet à l'aide du détecteur tactile de la figure 3. En référence à la figure 1, un détecteur tactile selon la présente invention comprend une peau en caoutchouc 1 et une petite caméra 2 servant de dispositif d'acquisition d'images. La surface intérieure la de la peau en caoutchouc 10, tournée vers la caméra 2, comporte un réseau dense de multiples petits picots 4 qui s'étendent à partir d'elle. La peau en caoutchouc 1 est formée d'un caoutchouc souple d'une couleur qui réfléchit facilement la lumière, telle que le blanc, par exemple, tandis que les picots 4 sont formés d'un caoutchouc dur d'une couleur qui ne réfléchit pas facilement la lumière, telle que le noir, par exemple. La peau en caoutchouc 1 et les picots 4 peuvent être formés de manière solidaire, ou bien ils peuvent être formés séparément, puis assemblés par adhérence. Le fonctionnement du détecteur tactile va maintenant être expliqué en référence à la figure 2. Un contact d'un objet cible 5 avec la surface extérieure lb de la peau en caoutchouc 1 du détecteur tactile exerce sur la peau en caoutchouc 1 une pression vers l'intérieur en direction de la caméra 2, en créant une déformation qui correspond à la forme de l'objet 5. Lorsque l'objet 5 comporte un aspect tridimensionnel, tel qu'un sommet 6 formé par la réunion de trois plans de l'objet 5, ou une arête 7 formée par deux plans, la peau en caoutchouc 1 présente une courbure plus importante correspondante. Etant donné que les picots 4 sont orientés perpendiculairement à la peau en caoutchouc 1, la création d'une zone à forte courbure 8 dans la peau en caoutchouc 1 par le contact ci-dessus avec l'objet 5, oblige les picots 4 adjacents les uns aux autres le long de la zone de forte courbure 8 à s'écarter vers l'extérieur le long de cette dernière, pour ainsi exposer la surface intérieure la de la peau en caoutchouc 1. Le schéma de luminance de la peau en caoutchouc 1 subit donc un changement le long de la zone à forte courbure 8. En utilisant la caméra 2 pour acquérir des images de ces changements du schéma de luminance, il est possible de détecter des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet 5, telles que le sommet 6 et l'arête 7. En outre, la déviation des picots 4 vers l'extérieur, le long de la zone à forte courbure 8, signifie que le schéma d'orientation des picots 4 varie lui aussi. Par conséquent, les caractéristiques de l'objet 5 peuvent également être détectées à partir des images de la configuration des picots acquises à l'aide de la caméra 2. Plus les picots 4 sont petits et plus leur densité par unité de surface est importante, plus la précision de l'image de la forme de l'objet qui est obtenue est grande. Si la caméra 2 n'a pas assez de lumière pour obtenir des images, une lampe 3 peut être utilisée pour fournir un éclairage. En outre, lorsque l'objet 5 est entré en contact avec la surface extérieure lb de la peau en caoutchouc 1, une zone de la peau en caoutchouc 1, qui, vue de la caméra 2, présente entièrement la même inclinaison (comme, par exemple, le côté droit de la peau en caoutchouc 1 sur la figure 2) a le même schéma de luminance et le même schéma d'orientation des picots. Ceci permet de distinguer une zone appartenant à une partie de l'objet d'une zone appartenant à une autre partie de celui-ci. La figure 3 représente un mode de réalisation du détecteur tactile de l'invention appliqué au bout d'un doigt d'une main de robot à plusieurs doigts. L'extrémité d'un bout de doigt 10 comporte une partie de base de doigt 12 définissant un espace 11. Un endoscope 13 est disposé de façon que sa pointe fasse saillie dans l'espace 11. L'endoscope 13 est d'un type classique comportant une connexion électrique avec un appareil d'imagerie, tel qu'une camera ou un dispositif similaire, situé du côté de la base de la main du robot, et comporte des fibres destinées à fournir un éclairage et à transmettre des images. Une fenêtre 14 est formée dans la partie de base 12 du doigt. La peau en caoutchouc 1 est disposée sur la fenêtre 4, sa surface intérieure la munie des picots 4 étant tournée vers l'espace 11, pour faire face à la pointe de l'endoscope 13. L'espace 11 ainsi formé par la partie de base 12 du doigt et la peau en caoutchouc 1 est rempli d'un liquide transparent, tel que de l'huile de silicone, pour maintenir la peau en caoutchouc 1 tendue vers l'extérieur. Lorsque le bout de doigt muni d'un détecteur tactile selon ce mode de réalisation exerce une pression contre l'objet 5 dans le cadre d'une opération visant à saisir l'objet 5, comme illustré sur la figure 4, la partie (arête ou sommet) de l'objet 5 pressée contre la peau en caoutchouc 1 provoque un enfoncement de celle-ci dans l'espace 11. Sous l'effet de cette pression, les picots 4 sont écartés les uns des autres pour exposer la surface intérieure la, ce qui modifie le schéma de luminance le long de la partie de contact avec l'objet 5. Cette modification est détectée par l'endoscope 13, pour ainsi permettre une détection des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet 5. La peau en caoutchouc 1 et les picots 4 peuvent être formés par superposition de deux feuilles de caoutchouc dont l'une constitue une couche intérieure et l'autre une couche extérieure, seule la surface intérieure de la feuille intérieure étant d'une couleur qui ne réfléchit pas facilement la lumière, telle que le noir, par exemple, tandis que la feuille extérieure et la partie interne de la feuille intérieure sont d'une couleur qui réfléchit facilement la lumière, telle que le blanc, par exemple, la feuille intérieure comportant des découpes formant un réseau. Bien que la structure de base du détecteur tactile de la présente invention ait été décrite précédemment en relation avec une peau en caoutchouc 1 constituée d'un caoutchouc souple et ayant une couleur qui réfléchit facilement la lumière, telle que le blanc, par exemple, tandis que les picots 4 sont constitués d'un caoutchouc dur ayant une couleur qui ne réfléchit pas facilement la lumière, telle que le noir, par exemple, la peau en caoutchouc 1 peut, à la place, être d'une couleur ne réfléchissant pas facilement la lumière, et les picots 4 d'une couleur réfléchissant facilement la lumière. Conformément à l'invention décrite ci-dessus, lorsqu'un objet à détecter est pressé en contact avec la peau en caoutchouc, la pression du contact déforme cette dernière. Là o la pression engendrant une déformation crée des zones de forte courbure, la surface intérieure de la peau en caoutchouc est exposée entre des rangées de picots, pour modifier le schéma de luminance. La détection de ces modifications du schéma de luminance à l'aide d'une caméra permet de détecter des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet, telles que des sommets et des arêtes de celui-ci. De plus, étant donné que les picots sont écartés de chaque côté le long d'une zone fortement courbée, le schéma d'orientation des picots, acquis par la caméra, peut être utilisé pour détecter des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet, telles que des sommets et des arêtes de celui-ci. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation particulier de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple spécifique décrit et illustré ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur tactile pour détecter des caractéristiques tridimensionnelles d'un objet (5), caractérisé en ce qu'il comprend: une peau en caoutchouc (1), de multiples picots (4) disposés sur une surface intérieure (la) de la peau en caoutchouc, la peau en caoutchouc et les picots étant constitués de matières de couleurs différentes entre elles pour faciliter un traitement d'images, et un dispositif d'imagerie (2) placé en face de la surface intérieure sur laquelle sont disposés les multiples picots, et en ce qu'une déformation de la peau en caoutchouc sous l'effet d'une pression de contact contre une surface extérieure (lb) de la peau (1), correspondant à une forme de l'objet, change une orientation des multiples picots de la surface intérieure pour former un schéma de luminances différentes qui est détecté par le dispositif d'imagerie, pour ainsi détecter des caractéristiques tridimensionnelles de l'objet. 2. Détecteur tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la peau en caoutchouc (1) est disposée au niveau d'une fenêtre (14) d'un espace (11) formé dans une partie de bout de doigt (10) d'une main de robot, et en ce qu'un endoscope (13) comportant une fibre de transmission d'images reliée optiquement au dispositif d'imagerie (2) et une fibre destinée à fournir un éclairage, est disposé dans l'espace formé dans la partie de bout de doigt, une pointe de l'endoscope étant tournée vers la surface intérieure (lb) de la peau en caoutchouc.