Brevet FR2904942A1 — publié le 20080222

La présente invention concerne un dispositif pour recueillir des données de position de segments par rapport à la direction de la force de gravité pour les transmettre a une unité informatique capable, grâce des programmes adaptés de traiter les données de façon à contrôler le positionnement d'un robot à forme humaine selon un premier brevet déposé en même temps, et d'utiliser ces données pour générer des algorithmes qui mettront en mouvement le robot. La plupart des systèmes existants ne conviennent pas à cette destination. Le dispositif selon l'invention se propose de résoudre le problème de la mise en mouvement ainsi que l'apprentissage des gestes du robot. Il comporte en effet selon une première caractéristique une structure tubulaire en acier. Les tubes qui sont assez fins s'attachent de chaque coté de chaque os principal à l'aide de vis par exemple, ils sont munis à l'une des extrémités d'une sphère découpée en secteurs sur toute sa surface et sur chacun de ces secteurs une micro puce optique ou magnétique ou un contact électrique est apposé. A l'autre extrémité de chaque segment est située une demi sphère creuse dans laquelle est enchâssée la sphère munis de puces du segment suivant. La sphère peut se déplace:2 par frottement dans la demi sphère servant de chas. Toute la structure est composée de cette façon. A l'intérieur du tube du coté de la demi sphère est logé un lecteur optique ou magnétique ou le contact électrique monté sur roulement à billes (figure 5) miniaturisés. Les couples sphère demi sphère constituent les articulations de la structure qui est agencée selon un schéma précis avec notamment deux ou trois petites articulations au niveau des articulations du squelette dont l'angle excède 70 car l'angle de déplacement est limité par le chas et là où an coude ou un genou ne nécessite qu'une seule articulation le dispositif en prend deux ou trois. Le lecteur lit la puce puis des fils font remonter l'information à l'unité centrale en passant par une interface. En haut du cou du 2904942 -2-dispositif et à la base du crâne du robot est positionnée une sphère enrobée d'un confinement anti-magnétisme un peu plus grosse car elle contient un dispositif " a plomb" qui permet à l'unité centrale de connaître la direction de la force gravitationnel de 5 la terre. Munis de la position des segments les uns par rapport aux autres et de la direction de la force de gravité l'ordinateur peut placer ces données dans une représentation en 3d et cela lui permet de calculer son point de gravité et d'ordonner aux muscles mécaniques du robot de subtils changements de mouvements, aidé de 10 ses capteurs de masse sous les pieds, qui vont modifier le positionnement en 3d et d'utiliser le cycle de l'information pour agir soit en aveugle soit avec un radar qui lui fournirait une représentation 3d de son environnement dans laquelle il peut insérer son avatar de segments positionnés les uns par rapport aux 15 autres et de sa ligne de direction gravitationnelle. Connaissant son poids, il peut calculer son centre de gravité et essayer d'y "asseoir son assiette avec peu de succès au début mais les robots apprennent vite. Ce système permet aussi d'être adapté à un corps humain qui le porterait en externe de façon à enregistrer des 20 séquences gestuelles d'apprentissage pour le robot. L'unité central ayant a traduire les informations dans ses propres dimensions puis, soit les exécuter fidèlement, soit proposer des modifications sur certaines phases de la gestuelle à accomplir, en fonction de divers paramètres tel que l'environnement etc., ce qui 25 permet au robot d'apprendre aussi par lui-même dans la mesure ou des logiciels adaptés lui sont fournis. Selon des modes particuliers de réalisation: 30 - Les puces et les lecteurs peuvent être de technologies variées. - Les matières peuvent être différentes. - Une structure plus fine assemblée suivant les principes de base 35 exposés mais saris la sphère de gravité peut être appliquée au visage du robot pour en maîtriser les expressions. 2904942 3 Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le système de chas d'assemblage du cadre 5 et le système de lecture par puce et le circuit de l'information jusqu'à la mise en action d'un muscle mécanique. La figure 2 représente le système de fonctionnement de la sphère indiquant la direction de la force de gravité terrestre. La figure 3 ;représente le système de contact électrique par aimantation. La figure 4 représente le système de lecture optique La figure 5 représente le système de contacts électriques pour les sphères têtes de segments. La figure 6 représente le cadre selon un squelette humain. 20 En référence à ces dessins, selon la figure 1, le cadre de saisie d'informations de position est composé d'une sphère (1) divisée en secteurs (3,4,5) comportant chacun soit une puce (5,6,7) soit un simple point de contact métallique (figure 5 (31,32,33)). La 25 sphère ainsi constituée est soudée à un tuyau métallique (11). La sphère et le tuyau constituent un segment pour l'unité centrale. La sphère est enchâssée dans une demi sphère (12) qui en fait, mesure un peu plus qu'une demi sphère pour que la sphère (1) ne puisse pas s'échapper. Un second tuyau est fixé sur la demi 30 sphère (12) et une seconde sphère (cf. figure 5) est fixée à l'autre extrémité. Cette seconde sphère est elle-même enchâssée dans une demi sphère et ainsi de suite de façon à constituer un cadre qui est ajusté au squelette du robot mais on place deux ou trois articulations, c'est à dire des sphères (1) enchâssées dans 35 une demi sphère (12), au cadre (38) lorsque le pli de l'articulation du squelette du robot (cf.figure5) excède un angle 10 15 2904942 4 de 70 . Pour une saisie plus précise des données, le cadre est doublé c'est à dire que les tiges qui représentent les segments longent le squelette de chaque coté de chaque os principal. Au fond de chaque demi sphère, un jour est pratiqué (13) et dans 5 le tuyau ainsi ouvert est placé soit un lecteur de puce (cf. figure 4 (14)) soit le dispositif de contact électrique à roulement à billes (cf.figure6 (15)). L'information indiquant sur quel secteur se trouve telle sphère est lue par le dispositif et est acheminée vers l'unité centrale qui pourra ainsi "mettre à 10 jour" l'avatar modélisé mathématiquement en 3d du cadre matériel. Figure 2 En haut du cadre et à la base du crâne du squelette une sphère un peu plus grande est fixée (16). Elle est destinée à renseigner le calculateur sur la direction de la force de gravité 15 grâce à une aiguille (17) fixée à l'intérieur de la sphère qui tourne autour de deux axes {18,19) perpendiculaires qui lui permettent de pouvoir tourner dans n'importe quelle direction. Une tête magnétique (24) est fixée à une extrémité et un poids (20) est fixé sur l'autre extrémité qui doit permettre à l'aiguille 20 d'être attirée selon la force de gravité. Toute la surface intérieur de la sphère est tapissée de points d'appel magnétiques (21, 22,23) en acier comportant chacun un dispositif de contact par aimantation 25 Figure 3. Lorsque la tête magnétique (24) passe sous un point d'appel magnétique (26) la force magnétique attire une fine lamelle de métal conducteur (25) qui touche alors le point de contact (B26) raccordé à la batterie (27). L'impulsion électrique est adressée par circuit imprimé (28) à une carte (29) qui 30 comporte un point de contact d'arrivée (30) dont le départ est un des points de contact électriques associés à l'un des points d'appel magnétiques (21,22,23). La carte (29) est lue et utilisée par un dispositif d'interface informatique adéquat qui ne fait pas partie du brevet. 35 2904942 5- Figure 4. On peut réaliser une installation avec un lecteur optique (14). Figure 5. Pour réduire les coûts de réalisation des têtes de 5 segments et les difficultés technologiques liées à l'implantation de puces électroniques sur les sphères, on peut les remplacer par des points de contact électriques (31,32,33) qui sont contactés par le dispositif du point de contact à roulement à billes (34) monté sur ressort (35) logé à l'intérieur du second tuyau (36). 10 Les points de ccntacts sont reliés par fil et par circuit imprimé à une carte (37) qui peut être lue par un dispositif informatique matériel et logiciel adéquat qui ne fait pas partie du brevet. La figure 6 présente une vue du cadre assemblé (38). 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour saisir des informations de position de segments les uns par rapport aux autres mais aussi par rapport à la direction de la force de gravité terrestre dans des applications de robotique caractérisé en ce qu'il comporte une structure tubulaire en acier divisé en segments (11)(1) et dont les segments sont joints et articulés à leurs extrémités par un dispositif de sphères réalisées dans une matière appropriée au cas technique choisi (1) enchâssées dans des demi sphères (12) qui sont en fait un peu plus grandes que des demi sphères pour que la sphère (1) puisse se mouvoir par frottement à l'intérieur de la demi sphère (12) mais tout en restant bien enchâssée sans pouvoir s'échapper, on soude une sphère (1) à une extrémité de chaque tube (11) et une demi sphère (12) à l'autre extrémité sauf en fin de cadre, chaque sphère, qui constitue le début d'un segment, est divisée sur toute sa surface en secteurs (3,4,5) qui sont délimités un peu comme sur un globe terrestre, plus les secteurs (3,4,5) seront petits plus la mesure sera précise, un système de reconnaissance de secteurs par puce électronique (5,6,7) ou par simple contact électrique (figure5(31,32,33)) apposé sur chacun des secteurs (3,4,5) est réalisé dont le lecteur (14) ou le contacteur (34) est logé dans le tube (11) juste au dessus de la demi sphère (12) qui comporte à cet effet un jour (13) à cet endroit, on compose un cadre {38) avec ces tubes (11) comportant une sphère (1) fixée à l'une des extrémités et une demi sphère {12) à l'autre extrémité en les enchâssant les uns aux autres de façon à ce que le cadre (38) soit ajusté aux dimensions du squelette du robot auquel il est destiné, les sphères (1) enchâssées dans les demi sphères (12) constituant les articulations du cadre, elles doivent être placées aux endroits du squelette qui comportent des articulations mais comme l'angle du chas est limité à 70 environ on doit placer deux ou trois articulations là où le squelette n'en comporte qu'une lorsque sont angle dépasse 70 , pour accroître la précision des 2904942 -7 données de position recueillis le cadre (38) est doublé et est ajusté de chaque coté de chaque os principal, lorsque le cadre est constitué on appose à son sommet c'est à dire à la base du crâne du squelette, une sphère un peu plus grande (16) enrobée d'un 5 confinement anti-magnétisme qui contient un dispositif "à plomb" caractérisé en ce qu'il comporte une aiguille (17) comportant un poids (20) à l'une extrémité et une tête magnétique (24), monté sur un axe à roulement à bille {18) qui lui est perpendiculaire lui-même monté sur un autre axe à roulement à bille (19) qui lui 10 est perpendiculaire aussi de façon à ce que l'aiguille puisse se déplacer dans n'importe quelle direction, la sphère (16) est tapissée sur toute sa surface intérieur de points d'appel magnétiques en acier (21,22,23) qui produisent un contact électrique avec une fine lamelle métallique (25), placée juste 15 derrière chaque points d'appel magnétiques (21,22,23), qui est attiré par la tête magnétique (24) lorsque qu'elle passe en dessous, ce contact électrique est adressé à une carte {29) pour être utilisé en tant qu'information, le dispositif est alimenté en électricité par fil ou par circuit imprimé. 20 2) Dispositif selon une partie de la revendication 1 caractérisé en ce qu'une structure similaire mais plus fine et sans la sphère de gravité soit assemblée en vue de s'incorporer au visage d'un robot à forme humanoïde assisté par ordinateur pour en maîtriser 25 les expressions. 30 35