Brevet FR2904943A1 — publié le 20080222

La présente invention concerne un dispositif robotique pour imiter le comportement gestuel humain dans la mesure où des logiciels lui soient fournis pour en assurer le contrôle Ce comportement gestuel humain est traditionnellement effectué soit par des humains, soit par d'autres systèmes robotiques qui peuvent manquer de souplesse d'action et ou d'utilisation. Certain de ces systèmes robotiques sont déjà très performants mais manquent pour la plupart encore de souplesse et de rayon d'action. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet 15 inconvénient. Il comporte en effet selon une première caractéristique un bâti en forme de squelette humain creux en matière plastique obtenu par sculpture ou moulage. Un tuyau en plastique un peu 20 comme un tuyau d'arrosage de l'épaisseur de la cavité vertébrale tiens les vertèbres en place et des disques de caoutchouc sont placés entre les vertèbres pour la souplesse. Un cadre de saisie d'information de position (selon un deuxième brevet déposé en même temps.) est fixé sur le 25 squelette. Sur chacun des os, des points d'attaches sont pratiqués aux endroits où les tendons humains sont normalement accolés aux os. Sur ces points d'attaches sont fixés des câbles auxquels sont raccordés des "muscles mécaniques électriques" (selon un premier brevet déposé en 30 même temps). Des attaches cavalières sont placées pour retenir, au besoin, près de l'os les câbles faisant office de tendons. La place des tendons ainsi que leurs points d'attaches est très importantes pour la précision des gestes, 2904943 -2- c'est la raison pour laquelle on doit se référer à des planches anatomiques très précises pour les déterminer. Les muscles mécaniques étant de tailles aussi variées que nécessaires, ils peuvent être combinés à volonté et être 5 apposés sur l'ensemble du squelette selon la musculature humaine, parfois avec une légère simplification. On doit pour ce faire s'inspirer de modèles de l'anatomie humaine. Si des muscles se rattachent à la peau de couverture il est possible de le faire. 10 Les articulations, jointes dans une gaine de caoutchouc, retenue de chaque cotés de l'articulation par des bagues de serrage, peuvent être assouplies en déposant entre les os une sorte de gelée lubrifiante. Une première peau de latex pour maintenir l'ensemble puis une deuxième peau munis de palpeurs sensitifs (de type dynamomètre) reliés informatiquement à l'unité centrale, et une troisième de couverture recouvrent les muscles. Les pieds et les mains sont munis de capitons en gomme dont la base est directement reliée aux os artificiels par un capteur dynamométrique relié à l'unité centrale qui va renseigner le dispositif sur ses transferts de charges. Le même système est apposé sur les os du bassin et sur la cage thoracique de chaque coté du dispositif, sur les cuisses, les épaules (voir fig.2). A l'intérieur de la cage thoracique sont logés une batterie ainsi que le bloc de variateurs de puissance (voir brevet : "muscle mécanique électrique souple".), un bloc de transformateurs et une partie de l'unité informatique, l'autre partie par exemple le calculateur dans le crâne. On peut ajouter des caméras numériques dans les orbites, un radar à l'avant, des radars (ou sonars) dans les pieds rendraient le système autonome si on lui fournit les programmes informatiques nécessaire à la collecte et au 2904943 -3 traitement des données recueillies depuis les éléments précités. Cependant, les dispositifs de radars nécessitent d'être miniaturisés Une troisième peau recouvre de latex l'ensemble du 5 dispositif. Une réplique du cadre de saisie d'information de position plus fine et sans la sphère de gravité doit être incorporé dans la peau du visage pour renseigner l'unité centrale sur les expressions du visage du robot. 10 Selon des modes particuliers de réalisation : - Les matériaux utilisés peuvent variés pour les meilleures performances - Les articulations peuvent être fabriquées à l'aide des nouvelles technologies - Le visage peut représenté celui d'un être humain. - On peut ajouter des phanères artificiels ou même une langue en latex qui peut être actionnée par des muscles mécanique etc... 25 Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe le principe de base du dispositif en ce qui concerne la mécanique. 30 La figure 2 représente le système en coupe avec ses différents équipements. 15 20 2904943 4- La figure 3 représente l'exemple du pied en coupe et vu de l'arrière. 5 La figure 4 représente des exemples ce montages des muscles mécaniques. La figure 5 représente les positionnements des muscles selon des planches anatomiques. 10 En référence à ces dessins, selon la figure 1 qui expose le principe de fonctionnement applicable à l'ensemble du squelette artificiel, le dispositif comporte une reproduction d'un os humain moulé en plastique rigide creux (1) comportant 15 un point d'attache (2) sur lequel est fixé un câble (3) relié au muscle mécanique (4) dont le câble de sortie (3) passe par une attache cavalière (5) (lorsque __1 y a lieu pour des tendons long), et est fixé à une deuxième reproduction de l'os (1), normalement situé à la suite du premier selon le 20 schéma du squelette humain, à l'aide de un ou même plusieurs points d'attaches (6,7,8). Pour assurer une bonne tenue du squelette, les os artificiels sont joints à l'aide d'une gaine en caoutchouc (9) retenue de chaque coté par des bagues de serrage (10) et les articulations sont assouplies de gelée 25 (12) ce qui leur permet de coulisser sur elles-mêmes. Une première peau de latex (13) puis une seconde (14) équipée de palpeurs sensitifs (15,16,17) et de leurs liaisons (18,19,20) au terminal de collecte des données informatiques (21) .Une troisième peau de latex (22) recouvre l'ensemble. 30 Le muscle mécanique (4) est alimenté en énergie électrique avec une batterie par l'intermédiaire d'un variateur de puissance (23) commandé par une unité informatique (21) et d'une interface de commande (fig.2(41)). L'unité centrale 2904943 5 (21) travaille à l'aide des données obtenue à partir des capteurs informatifs. L'unité de contrôle (21) doit commander une puissance variée pour chacun des muscles de façon à ce qu'ils puissent fonctionner indépendamment les uns des 5 autres, c'est a raison pour laquelle on doit disposer d'un variateur de puissance (23) pour un muscle mécanique (4), c'est à dire un "groupe de muscles mécanique représentant un muscle biologique en cas d'assemblage de muscles mécaniques (4) et aussi de quelques transformateurs (24) au nombre le 10 plus limité possible selon la classification de voltage des groupes de groupes de muscles mécanique (4) qui doit être aussi la plus limité, c'est à dire environ cinq transformateurs (24) correspondants aux muscles très gros , gros , moyen petits et très petits. Donc, les variateurs de 15 puissance (23) doivent être le plus petits possible pour pouvoir être logés à l'intérieur du corps du dispositif qui doit aussi contenir les batteries (25) (cf.fig2) et l'unité centrale informatique (21) bien que des options soit possible pour ces deux derniers éléments pour les placer à l'extérieur 20 du corps:le terminal en wifi et un branchement sur le secteur par exemple bien que cela nuise à l'autonomie dans les déplacements. Selon la figure 2 le système est équipé d'un cadre de saisie d'informations de position (26) qui renseigne l'unité 25 centrale (21) sur la position du corps sous forme de segments par rapports à un axe indiquant la direction de la force de gravité, ce qui permet au dispositif de déterminer après calcul les forces mécaniques à mettre en oeuvre pour la stabilité et le mouvement. Aider en cela par les mesures de 30 masse opérées au niveau des pieds et autres par les dynamomètres (27,28,29) qui y sont installés. Le dessin présente aussi le bloc des variateurs de puissance {23) la 2904943 6 batterie (25) l'emplacement approximatif des radars (30,31,32). Selon la figure 3 le dessin du pied du dispositif illustre 5 l'installation des appareils de mesure de poids (27,28,29). Selon la figure 4 des exemples de montages des muscles mécaniques (4) (cf. le premier brevet déposé en même temps) sont présentés.. Les dimensions de tous les éléments sont à 10 déterminer en fonction des dimensions du squelette de base qui doit être reproduit par sculpture ou par moulage selon le vrai squelette humain mesurant par exemple 1 mètre ,70 cm. Les puissances des moteurs doivent être déterminées lors de la réalisation en fonction du travail qu'ils seront appelés à 15 fournir et de leurs tailles. Selon la figure 5 séparée en deux secteurs A et B délimitant les muscles profonds A et les muscles superficiels B, les différents assemblages (1,2,3) de muscles selon des 20 planches anatomiques sont représentés ainsi que les tendons (4,5,6) de façon à constituer l'ensemble du dispositif mécanique. Les muscles étant représentés à plat sur cette figure, cette figure ne peut constituer un modèle mais indique simplement la méthode à laquelle on doit se référer 25 lors de la réalisation du dispositif. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à des applications de robotique à forme humanoïde ou animaloïde. 30 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour constituer un robot à forme humanoïde caractérisé en ce qu'il comporte an bâti en forme de squelette humain (1) constitué d'os artificiels en plastique (1) creux réalisés selon les formes et les dimensions exactes d'os du corps humain, un tuyau en plastique équipé de disques intervertébraux est placé dans la colonne vertébrale, les os artificiels (1) sont joints entre eux par une gaine de caoutchouc (9) retenue de chaque coté de l'articulation par des bagues de serrage (10), les muscles artificiels (4) ayant les formes et les dimensions de vrais muscles biologiques sont ajusté sur le bâti (1) à l'aide de tendons artificiels (3) qui sont des câbles (3) qui doivent être placés aux même places que le sont les tendons humains, un cadre de saisie d'information de position par rapport à la force de gravité terrestre (26) est ajusté et fixé sur les os artificiels (1),les capteurs de masse de type dynamomètre (27,28,29) sont fixés sur les os des pieds, des mains, du bassin, du thorax, des épaules, des cuisses, des genoux, des coudes et du dos, l'ensemble des os artificiels (1), des muscles mécaniques (4), du cadre de saisie d'information de position (26), et des capteurs de masse (27,28,29) est enveloppé d'une première peau de latex (13), puis d'une seconde (14) sur laquelle sont apposés des palpeurs sensitifs de type dynamomètre (15,16,17) sur toute la surface de la peau et thermométrique (36,37) principalement au niveau des mains et des pieds, puis une troisième peau externe de latex est apposée, une batterie accu (25) est placée dans le corps du dispositif qui alimente, par l'intermédiaire de quatre ou 2904943 8 cinq transformateurs d'intensité adéquate, une unité centrale informatique (21), les muscles mécaniques (4) par l'intermédiaire d'un bloc de variateurs de puissance (23) qui sont commandés par l'unité centrale (21), grâce à une 5 interface de commande adéquate (41) qui ne fait pas partie du brevet, chaque muscle (4) étant relié à un variateur de puissance (23) en particulier, la batterie alimente aussi le cadre de saisie d'information de position (26), les différent capteurs (27,28,29,15,16,17,36,37) les caméras numériques 10 (38,39), les radars (30,31,32) et les interfaces de commande (40,41). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que 15 des éléments de ressemblance avec un être humain sont ajoutés au dispositif. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce 20 qu'une structure similaire au cadre de saisie d'informations de position (26) mais plus fine et sans la sphère de gravité soit incorporée dans la peau du visage pour renseigner l'unité centrale (21) de la position des principaux traits du visage. 25 3035