Brevet FR2822404A1 — publié le 20020927

DESCRIPTION L'invention concerne un préhenseur anthropomorphe de conception simple, à serrage automatique, apte à saisir rapidement des objets de formes diverses qu'ils soient lourds, légers ou fragiles. Les préhenseurs connus des types mains artificielles peuvent être classés en deux grandes catégories : 1) ceux à fermeture active : - soit constitués d'un pouce et de doigts rigides à une seule articulation agissant comme une pince à deux mors, motorisée ou actionnée par câble ; - soit constitués d'un pouce ou de doigts indépendants comprenant plusieurs phalanges articulées nécessitant une micro-motorisation par phalange pour reproduire les mouvements des doigts de la main de l'homme et des câbles résistants et élastiques remplaçant les tendons ; dans ces deux cas, le serrage d'un objet est une opération délicate qui nécessite des capteurs tactiles pilotés par une électronique ; dans le deuxième cas, la conception de la prothèse est très complexe ; 2) ceux à ouverture active : ils sont constitués d'un pouce et de plusieurs doigts articulés ou chaque phalange est entraînée, en vue du serrage, par un ressort ; un câble permet de relier toutes les phalanges et le serrage d'un objet est directement lié à l'action des ressorts qui sont choisis pour une application donnée autrement dit en fonction de la fragilité ou du poids de l'objet à saisir. Le préhenseur anthropomorphe, selon l'invention, a été conçu pour remédier à ces divers inconvénients. Il est du type à ouverture active, à câble de commande unique pour l'ensemble des phalanges et à ressorts uniques quelle que soit l'application (objets lourds, légers ou fragiles) puisque ces derniers ne servent qu'à ramener les doigts contre les objets à saisir (effort de compression faible). On peut ainsi saisir un objet très rapidement"à la volée". Le serrage des objets s'effectue automatiquement car c'est le poids de l'objet qui définit le serrage : plus l'objet est lourd et plus le serrage est important et ce sans aucune action mécanique motorisée. Il peut comporter un pouce et un seul doigt à une seule phalange pour des applications simples. Il peut comporter un pouce et trois doigts à trois phalanges chacun pour des applications plus sophistiquées et quasi-universelles. Le préhenseur anthropomorphe, selon l'invention, comprend essentiellement au moins un pouce et au moins un doigt articulé pourvu d'au moins une phalange, à ouverture à commande unique par câble et à fermeture par un moyen actionnant individuellement chaque phalange. Il se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison : a) associé à chaque moyen d'actionnement des phalanges, un dispositif adapté pour verrouiller la phalange concernée, lorsqu'elle est soumise à l'action orthogonale de l'objet saisi, dans la position d'appui sur ledit objet ; b) associée au pouce, une pièce, comportant une surface tactile adhérente en regard des surfaces tactiles adhérentes des phalanges de chaque doigt, adaptée pour s'écarter dudit pouce lorsqu'une action tangentielle, telle que le poids de l'objet saisi, s'exerce sur celle-ci ; et en ce que lesdites actions orthogonales et tangentielles, proportionnelles au poids de l'objet saisi, demeurent actives tant que le câble n'est pas actionné. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non-limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du préhenseur selon l'invention faisant apparaître un pouce, un doigt et l'ensemble des pièces et moyens le concernant ; - la figure 2 est une vue de détail du moyen de blocage des phalanges ; - la figure 3 est une vue de détail du moyen d'écartement de la partie mobile tactile du pouce ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques du préhenseur à un pouce et trois doigts en action sur deux objets de formes différentes. Le préhenseur anthropomorphe (figure 1) comprend essentiellement au moins un pouce (1) et au moins un doigt articulé (2) pourvu d'au moins une phalange (3,4, 5), à ouverture à commande unique par câble (6,7) et à fermeture par un moyen (8) actionnant individuellement chaque phalange. Il comporte en combinaison : a) associé à chaque moyen (8), un dispositif (9,10, 12) adapté pour verrouiller la phalange concernée, lorsqu'elle est soumise à l'action orthogonale (F1) de l'objet saisi (11), dans la position d'appui sur ledit objet ; b) associée au pouce (1), une pièce (13), comportant une surface tactile adhérente (14) en regard des surfaces tactiles adhérentes (15) des phalanges (3,4, 5) de chaque doigt (2), adaptée pour s'écarter dudit pouce lorsqu'une action tangentielle (F2), telle que le poids de l'objet saisi (11), s'exerce sur celle-ci ; les actions (F1) et (F2), proportionnelles au poids de l'objet saisi, demeurant actives tant que le câble (6,7) n'est pas actionné. Le dispositif de verrouillage des phalanges (3,4, 5) dans la position d'appui sur l'objet saisi (11), est réalisé au moyen d'un ressort (8), d'une pièce (9), coulissant sur un axe (10) sous l'action dudit ressort et adaptée pour s'arc-bouter sur ledit axe dès que la phalange concernée est soumise à l'action orthogonale (F1) de l'objet saisi (11), et d'une biellette de liaison articulée (12). Il comporte également : - un câble unique (7) apte à commander l'ouverture de chaque phalange (3,4, 5) d'un même doigt (2), ledit câble étant pourvu de butées (16) en prise directe avec les pièces (9) commandant l'ouverture des phalanges concernées ; - au niveau de l'axe (10), associée à la première phalange (3), une butée articulée (17), actionnée par un câble (18), apte à déplacer ledit axe (10), autour d'une articulation (19), de manière à débloquer la pièce (9) qui lui est associée et également les pièces (9) associées aux autres phalanges et à permettre ainsi la libération de l'objet saisi (11) ; - des poulies (20) sur lesquelles s'enroulent les différents câbles (7) et un réa (21) actionnant les poulies (20), au moyen d'un câble (22), et le câble (18), le tout étant actionné au moyen d'un câble (6) de commande unique générale. Afin d'éviter l'usure du dispositif d'arc-boutement (figure 2) de la pièce (9) sur l'axe (10), celui-ci est réalisé au moyen d'un ensemble comprenant un trou oblong (23) et deux cylindres (24), libres en rotation et pourvus de méplats, placés dans ledit trou orthogonalement à l'axe (10) qui coulisse entre lesdits deux cylindres en appui sur lesdits méplats. L'écartement (F3) (figure 3) des pièces (13) de leur support (1), sous l'action (F2) de l'objet saisi (11), est réalisé au moyen de billes (25) logées dans des cavités coniques (26,27), en opposition, appartenant respectivement aux pièces (13) et (1). Les pièces (13) et leur surface tactile adhérente (14) sont reliés au support (1) au moyen d'un axe (28) associé à un ressort de rappel (29). Les supports tactiles (14,15) peuvent être des pièces rapportées. Les phalanges comportent des articulations (30). Selon la réalisation préférée de l'invention le préhenseur comporte un pouce (1) et trois doigts (2,31, 32) comportant chacun trois phalanges (3,4, 5). Ledit préhenseur peut saisir des objets de formes diverses (figures 4 et 5). La butée articulée (17) comporte un ressort de rappel (33). Le préhenseur selon l'invention pourra être utilisé dans l'industrie comme moyen de préhension d'objets divers en remplacement des pinces à mors parallèles actuellement utilisées. Le préhenseur, selon l'invention, fonctionne de la manière suivante : a) ouverture des phalanges au moyen du câble unique de commande ; b) mise en contact du pouce avec l'objet à saisir ; c) relâchement du câble pour permettre aux doigts d'envelopper ledit objet sous l'action des ressorts : les articulations des phalanges s'auto-verrouillent (blocage de leur ouverture). Le poids de l'objet saisi a tendance à déplacer les pièces mobiles du pouce qui s'écartent et compriment ledit objet proportionnellement à son poids. Plus l'objet est lourd et plus le serrage est important. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes, en particulier dans : - le nombre, la nature et la conception du pouce et des doigts ; - les types de moyens d'auto-verrouillage des phalanges et de déplacement des pièces mobiles rattachées au pouce ; sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1-Préhenseur anthropomorphe, comprenant essentiellement au moins un pouce (1) et au moins un doigt articulé (2) pourvu d'au moins une phalange (3,4, 5), à ouverture à commande unique par câble (6,7) et à fermeture par un moyen (8) actionnant individuellement chaque phalange ; caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : a) associé à chaque moyen (8), un dispositif (9,10, 12) adapté pour verrouiller la phalange concernée, lorsqu'elle est soumise à l'action orthogonale (F1) de l'objet saisi (11), dans la position d'appui sur ledit objet ; b) associée au pouce (1), une pièce (13), comportant une surface tactile adhérente (14) en regard des surfaces tactiles adhérentes (15) des phalanges (3,4, 5) de chaque doigt (2), adaptée pour s'écarter dudit pouce lorsqu'une action tangentielle (F2), telle que le poids de l'objet saisi (11), s'exerce sur celle-ci ; et en ce que les actions (F1) et (F2), proportionnelles au poids de l'objet saisi, demeurent actives tant que le câble (6,7) n'est pas actionné. 2-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de verrouillage des phalanges (3,4, 5) dans la position d'appui sur l'objet saisi (11), est réalisé au moyen d'un ressort (8), d'une pièce (9), coulissant sur un axe (10) sous l'action dudit ressort et adaptée pour s'arc-bouter sur ledit axe dès que la phalange concernée est soumise à l'action orthogonale (F1) de l'objet saisi (11), et d'une biellette de liaison articulée (12). 3-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un câble unique (7) apte à commander l'ouverture de chaque phalange (3,4, 5) d'un même doigt (2) et en ce que ledit câble est pourvu de butées (16) en prise directe avec les pièces (9) commandant l'ouverture des phalanges concernées. 4-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, au niveau de l'axe (10), associée à la première phalange (3), une butée articulée (17), actionnée par un câble (18), apte à déplacer ledit axe (10), autour d'une articulation (19), de manière à débloquer la pièce (9) qui lui est associée et également les pièces (9) associées aux autres phalanges et à permettre ainsi la libération de l'objet saisi (11). 5-Préhenseur, selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte des poulies (20) sur lesquelles s'enroulent les différents câbles (7) et un réa (21) actionnant les poulies (20), au moyen d'un câble (22), et le câble (18), le tout étant actionné au moyen d'un câble (6) de commande unique générale. 6-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arc-boutement de la pièce (9) sur l'axe (10) est réalisé au moyen d'un ensemble comprenant un trou oblong (23) et deux cylindres (24), libres en rotation et pourvus de méplats, placés dans ledit trou orthogonalement à l'axe (10) qui coulisse entre lesdits deux cylindres en appui sur lesdits méplats. 7-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écartement (F3) des pièces (13) de leur support (1), sous l'action (F2) de l'objet saisi (11), est réalisé au moyen de billes (25) logées dans des cavités coniques (26,27), en opposition, appartenant respectivement aux pièces (13) et (1). 8-Préhenseur, selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pièces (13) et leur surface tactile adhérente (14) sont reliés au support (1) au moyen d'un axe (28) associé à un ressort de rappel (29). 9-Préhenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports tactiles (14,15) sont des pièces rapportées. 10-Préhenseur, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un pouce (1) et trois doigts (2,31, 32) comportant chacun trois phalanges (3,4, 5).