Brevet FR2959689A1 — publié le 20111111

La présente invention concerne une articulation flexible pour un ensemble cinématique articulé ou robotisé. Cet ensemble cinématique robotisé est par exemple un doigt d'une main robotisée. L'invention concerne égale- ment l'ensemble cinématique robotisé et plus généralement un ensemble cinématique articulé. Un ensemble cinématique robotisé comprend deux segments, les phalanges dans le cas d'un doigt, reliés l'un à l'autre par une articulation autorisant un débat- tement angulaire des segments l'un par rapport à l'autre. Il existe deux types d'articulation ou pivot couramment utilisée dans le domaine de la robotisation : les articulations par contact et les articulations flexibles. Les articulations par contact comprennent au moins deux pièces qui sont reliés chacune à un des segments et qui coopèrent l'une avec l'autre de telle manière que l'une pivote par rapport à l'autre. Pour que les pièces soient ainsi mobiles, elles sont assemblées avec des jeux et sont soumises à des frottements qui ten- dent à accroître lesdits jeux qui deviennent préjudiciables à la précision du mouvement autorisé par l'articulation. Il est prévu des paliers et autres roulements à billes pour limiter les frottements, mais ceux-ci augmentent l'encombrement, le poids et la complexité de l'articulation. Ces articulations nécessitent également de prévoir une lubrification pour diminuer les frottements et limiter les risques de grippage. Les articulations flexibles comprennent générale-ment deux platines qui sont fixées chacune à un des seg- ments de l'ensemble cinématique et qui sont reliées l'une à l'autre par une structure flexible autorisant par dé-formation élastique un débattement angulaire des platines l'une par rapport à l'autre. Il existe de nombreux types d'articulations flexibles et notamment celle divulguée dans le document US-A-4261211, dénommée « CARTWHEEL », monolithique et possédant une structure flexible comportant des lamelles qui s'étendent en croix depuis un noyau central pour relier les platines. Cette articulation est particulière- ment simple mais présente deux inconvénients. En premier lieu, cette articulation n'autorise qu'un débattement angulaire limité. En second lieu, cette articulation défi-nit un centre de rotation qui est situé au niveau du noyau central pour les plus faibles débattements et tend à se déplacer pour les débattements les plus importants, ce qui nuit à la précision du mouvement autorisé par l'articulation. Il est connu du document US-A-5265853 une articulation multiple formée de l'assemblage d'articulations élémentaires formées de pivots à lames séparées et croisées. Le débattement angulaire total autorisé par cette articulation multiple est relativement important car égal à la somme des débattements angulaires autorisés par chacune des articulations élémentaires. Cette articulation est cependant encombrante. L'accumulation d'articulations élémentaires entraîne une faible précision du mouvement et complique les opérations de fabrication de l'articulation. Un but de l'invention est de fournir une articu- lation remédiant à tout ou partie des inconvénients des articulations connues. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une articulation comportant deux structures flexibles qui sont reliées l'une à l'autre par une embase rigide et qui possèdent chacune un noyau central à partir duquel s'étendent en croix deux lames adjacentes de liaison à l'embase et deux lames adjacentes de liaison à une platine de fixation à un segment de l'ensemble cinématique, les structures flexibles étant positionnées de telle ma- nière que les noyaux centraux s'étendent sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre. Ainsi, chaque structure flexible autorise un dé-placement de la platine qu'elle porte par rapport à l'embase de sorte que le débattement des platines l'une par rapport à l'autre est égale à la somme des débattements des structures flexibles. Les structures flexibles sont géométriquement parallèles et fonctionnellement en série. L'association en série des deux structures flexibles de cette articulation autorise un mouvement de rota- tion limitant les défauts de déviation du centre de rotation. Cette limitation des défauts de déviation du centre de rotation rend possible une modélisation de la cinéma-tique de l'ensemble cinématique par des modèles mathématiques simples, assurant ainsi de meilleures précision, sensibilité, et stabilité de la commande de l'actionneur utilisé pour motoriser l'ensemble cinématique. L'articulation présente enfin un encombrement réduit per-mettant d'implanter de telles articulations dans des dis-positifs de relativement petites tailles, comme par exem- ple une main robotisée à une échelle proche de celle de la main humaine. De plus, l'articulation de l'invention est utilisable par sa précision, son amplitude et sa compacité dans de nombreux domaine de la robotique, comme la robotique de haute précision mise en oeuvre en optique et en mécanique aérospatiale, mais également la robotique humanoïde comme indiqué précédemment, la robotique de service ou la robotique industrielle. Avantageusement, les platines, les structures flexibles et l'embase sont d'une seule pièce. L'articulation est ainsi monolithique ce qui per- met d'en simplifier la réalisation. Selon une variante de réalisation, l'articulation comporte trois structures flexibles à savoir une structure centrale et deux structures latérales, les structu- res latérales ayant des platines pourvues de moyens de leur fixation au même segment de l'ensemble cinématique, et, de préférence, les structures latérales ont une largeur sensiblement égale à la moitié d'une largeur de la structure centrale. Cette variante permet une reprise particulière-ment bien équilibrée des efforts auxquels l'ensemble ci-nématique est destiné à être soumis. L'invention a également pour objet un ensemble cinématique comportant un premier segment et un deuxième segment reliés par une articulation comportant au moins deux structures flexibles qui s'étendent côte à côte et parallèlement l'une à l'autre et qui sont reliées l'une à l'autre par une embase rigide, chaque structure ayant un noyau central à partir duquel s'étendent en croix deux lames adjacentes de liaison à l'embase et deux lames adjacentes de liaison à une platine de fixation à un segment de l'ensemble cinématique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une articulation conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un ensemble cinématique équipé de cette articulation, - la figure 3 est une vue en perspective d'une articulation conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un ensemble cinématique équipé de cette articulation. En référence aux figures, la présente invention est ici décrite en application à un ensemble cinématique robotisé constitué par un doigt, généralement désigné en 100, d'une main robotisée humanoïde. Ce doigt 100 corn- porte une première phalange 101 et une deuxième phalange 102 (les phalanges sont des segments de l'ensemble cinématique) qui sont reliées l'une à l'autre par une articulation généralement désignée en 1. Il est également prévu un actionneur, non représenté, relié de façon connue en soi pour faire pivoter la deuxième phalange 102 par rapport à la première phalange 101. En référence aux figures 1 et 2 et conformément au premier mode de réalisation, l'articulation 1 comprend deux structures flexibles, généralement désignées en 2.I et 2.II, qui s'étendent côte à côte et parallèlement l'une à l'autre et qui sont reliées l'une à l'autre par une embase rigide 3. Par parallèlement, on entend ici de façon géométriquement parallèle. Chaque structure 2 possède un noyau central 4 à partir duquel s'étendent en croix deux lames 7 adjacentes de liaison à l'embase 3 et deux lames 5 adjacentes de liaison à une platine 6.I, 6.II de fixation à la phalange 101, 102 correspondante. Chaque lame 7 s'étend dans le prolongement d'une des lames 5 et le noyau central 4 n'a d'autre fonction que de constituer la zone de jonction des lames entre elles. L'axe de rotation s'étend le long du noyau central 4. Les structures 2 sont de mêmes lar- geurs. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les platines 6.I, 6.II, les structures flexibles 2.I, 2.II et l'embase 3 sont d'une seule pièce. Préférentiellement, l'articulation est réalisée sous la forme d'une articulation de type « CARTWHEEL » comprenant une structure flexible unique et une platine unique qui sont découpées pour former et individualiser les structu- res flexibles 2.I et 2.II ainsi que les platines 6.I, 6.II. La découpe est réalisée selon un plan perpendiculaire à l'embase 3 et aux noyaux centraux 4. Les structures flexibles sont positionnées de telle manière que les noyaux centraux s'étendent dans le prolongement l'un de l'autre. Au repos, l'embase 3 est parallèle aux platines 6.I, 6.II Les platines 6.I, 6.II sont fixées à la première phalange 101 et à la deuxième phalange 102 par tout moyen et par exemple par collage, boulonnage ou autre. Les moyens de fixation des platines 6.I, 6.II sont donc par exemple des surfaces agencées pour permettre leur collage aux phalanges ou des portions percées pour coopérer avec une vis ou un boulon. Ainsi, chaque structure flexible 2.I, 2.II autorise un déplacement de la platine 6.I, 6.II qu'elle porte par rapport à l'embase de sorte que le débattement des platines 6.I, 6.II, et donc des phalanges 101, 102, l'une par rapport à l'autre est égale à la somme des débatte- ments des structures flexibles 2.I, 2.II. Cette articulation autorise en outre un mouvement de rotation avec une déviation limitée du centre de rotation, résultant de l'association des déplacements des centres de rotation des deux structures flexibles 2.I et 2.II composant l'articulation. En référence aux figures 3 et 4 et conformément au deuxième mode de réalisation, l'articulation comporte trois structures flexibles 2.I, 2.II à savoir une structure flexible centrale 2.II et deux structures flexibles latérales 2.I s'étendant de part et d'autre de la structure flexible centrale 2.II. Les structures flexibles latérales 2.I ont chacune une platine 6.I pourvue de moyens de sa fixation à la phalange 101 tandis que la structure flexible centrale 2.II porte une platine 6.II pourvue des moyens de sa fixation à la phalange 102. En variante, les structures flexibles latérales 2.I peuvent être reliées à une même platine. Les structures flexibles latérales 2.I ont une largeur sensiblement égale à la moitié d'une largeur de la structure flexible centrale 2.II. Préférentiellement, l'articulation est réalisée sous la forme d'une articulation de type « CARTWHEEL » comprenant une structure flexible unique et une platine unique qui sont découpées pour former et individualiser les structures flexibles 2.I et 2.II ainsi que les plati- nes 6.I, 6.II. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. L'embase rigide peut avoir une forme en Z plus ou moins ouverte à partir de laquelle les structures flexibles s'étendent de manière que les platines soient orientées dans des directions opposées. REVENDICATIONS1. Articulation flexible d'ensemble cinématique robotisé, comportant au moins deux structures flexibles (2.I, 2.II) qui sont reliées l'une à l'autre par une embase rigide (3) et qui possèdent chacune un noyau central (4) à partir duquel s'étendent en croix deux lames (7) adjacentes de liaison à l'embase et deux lames (5) adjacentes de liaison à une platine de fixation à un segment de l'ensemble cinématique, les structures flexibles étant positionnées de telle manière que les noyaux centraux s'étendent sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre. 2. Articulation selon la revendication 1, dans laquelle les platines (6.I, 6.II), les structures flexibles (2.I, 2.II) et l'embase (3) sont d'une seule pièce. 3. Articulation selon la revendication 1, comportant trois structures flexibles à savoir une structure centrale (2.II) et deux structures latérales (2.I), les structures latérales ayant des platines (6.I) pourvues de moyens de leur fixation au même segment de l'ensemble ci-nématique. 4. Articulation selon la revendication 3, dans laquelle les structures latérales (2.I) ont une largeur sensiblement égale à la moitié d'une largeur de la structure centrale (2.II) . 5. Ensemble cinématique motorisé comprenant un premier segment (101) et un deuxième segment (102) reliés par une articulation (1) comportant au moins deux struc- tures flexibles (2.I, 2.II) qui s'étendent côte à côte et parallèlement l'une à l'autre et qui sont reliées l'une à l'autre par une embase rigide (3), chaque structure ayant un noyau central (4) à partir duquel s'étendent en croix deux lames (7) adjacentes de liaison à l'embase et deux lames (5) adjacentes de liaison à une platine de fixationà un segment de l'ensemble cinématique. 6. Ensemble cinématique selon la revendication 5, dans lequel l'articulation (1) comporte trois structures flexibles à savoir une structure centrale (2.II) reliée au premier segment (102) et deux structures latérales (2.I) reliées toutes deux au deuxième segment (101). 7. Ensemble cinématique selon la revendication 6, dans lequel les structures latérales (2.I) ont une largeur sensiblement égale à la moitié d'une largeur de la structure centrale (2.II) .