Brevet FR3039449A1 — publié le 20170203

Robot collaboratif sur chariot autoguidé assurant un soutien de l'opérateur 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la robotique, et en particulier de la robotique collaborative. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil. 2. Etat de la technique Dans un atelier industriel, il est connu de mettre à disposition d'un opérateur affecté à des travaux pénibles et/ou répétitifs un robot collaboratif, communément appelé «cobot», pour l'assister dans l'exécution de ces travaux. Un robot collaboratif permet par exemple de soulager l'utilisateur du poids d'un outil, de démultiplier un effort exercé par l'opérateur, ou de manipuler des charges lourdes et/ou brulantes, ou des objets trop fins pour pouvoir être saisis sans difficulté par l'opérateur. On connait des robots collaboratifs installés sur un poste fixe. Un robot collaboratif sur poste fixe ne permet pas cependant de travailler sur des pièces de taille importante. Par ailleurs, il faut prévoir des moyens de manutention pour transporter les pièces sur lequel l'opérateur doit intervenir, jusqu'au poste fixe. Afin de remédier à ces inconvénients, on a proposé de monter un cobot sur un support équipé de roues, ou de le suspendre à un pont roulant, pour pouvoir le déplacer entre différentes zones de travail. Un inconvénient de ces techniques connues est que l'opérateur doit interrompre sa tâche lorsqu'il a besoin de déplacer le cobot. Cette contrainte s'avère particulièrement pénalisante pour un soudeur, qui ne peut donc pas réaliser un cordon de soudure de grande longueur sans effectuer de reprise. D'autre part, l'utilisation d'un pont roulant impose de disposer d'un atelier avec une hauteur sous plafond suffisante. En outre, un pont roulant est onéreux et nécessite de réaliser des travaux importants pour modifier le parcours du cobot. 3039449 2 Par ailleurs, on constate que sur la plupart des postes équipés d'un robot collaboratif connu, un opérateur fatigue en restant debout à côté du robot collaboratif et peut développer une lombalgie. 3. Objectifs de l'invention 5 L'invention a donc notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'état de la technique cités ci-dessus. Plus précisément l'invention a pour objectif de fournir une technique d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil qui permette de limiter la fatigue de l'opérateur. 10 Un objectif de l'invention est également de fournir une technique d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil qui permette d'intervenir sur différentes parties d'une pièce ou d'une structure éloignées de plusieurs mètres. Un autre objectif de l'invention est de proposer une technique 15 d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil qui permette à l'opérateur de travailler en continu. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique d'assistance qui soit peu encombrante. Encore un objectif de l'invention est de fournir une technique 20 d'assistance qui soit simple à mettre en oeuvre. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un dispositif d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil, comprenant un bras de manipulation robotisé dudit 25 outil. Dans le cadre de l'invention, l'outil monté sur le bras de manipulation robotisé peut être, par exemple, un outil dédié de soudure, de perçage, de ponçage, de bouchardage ou de fraisage. Il peut également s'agir d'une pince, d'un doigt ou d'un crochet, permettant de déplacer une charge lourde et/ou 30 encombrante, ou de réaliser un assemblage. 3039449 3 Selon l'invention, ce dispositif comprend un chariot motorisé à guidage automatique, sur lequel est monté ledit bras de manipulation robotisé, présentant des moyens de soutien dudit opérateur. Ainsi, de façon inédite, l'invention propose de placer un bras de 5 manipulation robotisé sur un chariot motorisé à guidage automatique, aussi désigné sous l'acronyme agv, pour « automated guided vehicle » en anglais, pour permettre au bras robotisé de suivre automatiquement l'opérateur dans ses déplacements. Il convient de noter que la mise en oeuvre d'un chariot motorisé à 10 guidage automatique permet avantageusement de transporter le bras de manipulation robotisé sur un sol en pente et/ou accidenté et d'intervenir en extérieur. Le chariot motorisé peut également permettre de déplacer le bras de manipulation sur un parcours prédéfini selon une vitesse de progression préétablie. 15 Par ailleurs, grâce au soutien assuré par le dispositif d'assistance, on limite la fatigue de l'opérateur et on peut prévenir une chute de l'opérateur, s'il glisse sur le sol ou trébuche sur un obstacle. Ce soutien peut par exemple être un soutien du tronc de l'opérateur, pour soulager au moins partiellement les jambes de l'opérateur du poids du 20 corps. De façon avantageuse, un tel dispositif d'assistance comprend des moyens de détection d'un mouvement d'au moins un pied dudit opérateur aptes à commander la rotation d'au moins une roue motrice dudit chariot motorisé à guidage automatique, de façon à ce que ledit chariot se déplace au 25 sol en suivant le déplacement dudit opérateur. Ainsi, le dispositif d'assistance peut suivre l'opérateur au moindre déplacement de ce dernier. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, un dispositif d'assistance tel que décrit ci-dessus comprend des moyens de surveillance de 30 la posture dudit opérateur aptes à détecter lorsque ladite posture dudit opérateur s'écarte d'une posture de référence prédéfinie. 3039449 4 Ces moyens de surveillance permettent ainsi de détecter par exemple si la posture de l'opérateur s'écarte d'une posture confortable de référence dans laquelle le buste de l'opérateur est droit. Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de 5 surveillance comprennent un dispositif de mesure appartenant au groupe comprenant : - gyroscope à trois degrés de liberté de rotation ; - capteur de force ; - dispositif de mesure optique. 10 Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, lesdits moyens de soutien comprennent un harnais apte à enserrer au moins une portion du tronc dudit opérateur, de préférence une portion du bassin dudit opérateur, et des moyens de solidarisation dudit harnais au bâti dudit chariot motorisé à guidage automatique. 15 Il peut par exemple être prévu que le harnais de soutien enserre le bassin et/ou la ceinture pelvienne de l'opérateur. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens de solidarisation comprennent un premier câble solidarisé à une première portion dudit harnais et un deuxième câble solidarisé à une deuxième portion 20 dudit harnais, distincte de ladite première portion. La mise en oeuvre de deux câbles pour suspendre le harnais s'avère une solution particulièrement simple et peu onéreuse. Elle permet par ailleurs de garantir une stabilité convenable de l'opérateur. Selon un aspect particulier de l'invention, un tel dispositif d'assistance 25 comprend des moyens d'actionnement de chacun desdits câbles de manière indépendante. Il est ainsi possible d'effectuer un réglage précis de la hauteur et de l'inclinaison du harnais. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un dispositif 30 d'assistance tel que décrit ci-dessus comprend des moyens de commande 3039449 5 desdits moyens d'actionnement desdits câbles en fonction de l'écart de ladite posture détectée par rapport à ladite posture de référence prédéfini. On peut ainsi corriger la posture de l'opérateur. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens 5 de solidarisation du harnais au bâti du chariot comprennent un support déformable monté mobile par rapport au bâti dudit chariot motorisé, comprenant au moins un bras omnidirectionnel. On peut ainsi adapter le niveau de soutien de l'opérateur en faisant varier la position verticale du support déformable mobile et redresser 10 l'opérateur lorsqu'il penche sur un côté, vers l'avant ou vers l'arrière, en agissant sur le ou les bras omnidirectionnels. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdits moyens de soutien de l'opérateur comprennent un dispositif de soutien d'un bras dudit opérateur. 15 Notamment, dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, ce dispositif de soutien du bras de l'opérateur peut être une écharpe ou un accoudoir, permettant de soulager le bras de l'opérateur. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 20 clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un exemple de mode de réalisation d'un dispositif d'assistance d'un opérateur dans la 25 manipulation d'un outil selon l'invention ; la figure 2 est une vue de détail de la partie supérieure du bâti du dispositif d'assistance présenté en référence à la figure 1 ; la figure 3 est une vue d'ensemble d'un autre exemple de mode de réalisation d'un dispositif d'assistance selon l'invention ; 30 la figure 4 est une vue de détail de la partie supérieure du bâti du dispositif d'assistance présenté en référence à la figure 3. 3039449 6 6. Description détaillée de l'invention 6.1. Exemple d'un mode de réalisation de l'invention On a illustré sur la figure 1 un exemple de mode de réalisation d'un dispositif 10 selon l'invention assistant un soudeur 150 à réaliser un cordon de 5 soudure TIG (acronyme de "Tungsten Inert Gas" en anglais) continu entre deux pièces métalliques de grande taille. Ce dispositif d'assistance 10 comprend un bras de manipulation robotisé 17 connu en soi présentant à son extrémité un porte-outil sur lequel est montée une torche TIG automatique 19 reliée à un poste à souder 190. 10 Le soudeur 150 actionne ce bras 17 à l'aide d'une poignée ergonomique fixée à la base du bras 17, équipée de capteurs de force multiaxes mesurant la direction et de l'intensité des efforts exercés sur la poignée par la main droite 152 du soudeur 150, de façon à commander le bras 17. Un accoudoir (non représenté sur la figure 1) est par ailleurs formé sur le côté 15 interne du bras de manipulation robotisé 17 pour soutenir l'avant-bras droit du soudeur 150 lorsqu'il manipule le bras robotisé 17. Le bras robotisé 17 est monté sur un chariot motorisé à guidage automatique 12 équipé de trois roues motrices 11, placé derrière le soudeur 150. Ce chariot 12 permet au bras robotisé 17 de suivre automatiquement le 20 soudeur 150 dans ces déplacements vers l'avant, vers l'arrière ou sur un côté, grâce à une caméra qui détecte les mouvements des pieds de l'opérateur et permet de mesure leur amplitude. Ainsi, lorsque le soudeur 150 fait un pas dans une direction pour poursuivre son cordon de soudure, le chariot transporte consécutivement le bras robotisé 17 dans cette même direction sur 25 une distance égale à celle du pas réalisé par le soudeur 150. Le bâti 13 du chariot autoguidé 12 est surmonté par un portique 14 auquel est suspendu un harnais-culotte 15, enserrant le bassin du soudeur 150, qui permet de partiellement soulager les jambes du soudeur du poids de son corps. 3039449 7 De chaque côté du harnais, deux bretelles 16 sont accrochées à un balancier 161 suspendue à un filin 162, qui permet d'écarter ces bretelles, afin de ne pas contraindre les mouvements du torse du soudeur 150. Comme on peut le voir plus en détails dans une vue en perspective de 5 la partie supérieure du chariot 12 illustrée en figure 2, des anneaux 21 sont prévus aux extrémités des balanciers 161 pour passer l'extrémité des bretelles 16. Chaque balancier 161 présente par ailleurs un anneau central 22, accroché à un des filins 162 par l'intermédiaire d'un mousqueton 221. 10 Les filins 162 sont enroulés chacun sur un treuil 24 fixé au portique 14, permettant de contrôler la longueur déroulée des filins 162. Il est ainsi possible de régler précisément la hauteur et l'inclinaison latérale du harnais 15. Dans une autre variante de ce mode de réalisation particulier de 15 l'invention, il peut être envisagé de suspendre les bretelles 16 du harnais 15 à deux anneaux. Dans une autre variante de ce mode de réalisation particulier de l'invention, il peut être prévu de suspendre le harnais à deux filins déroulés chacun à partir de treuils indépendants, de façon à régler l'inclinaison du 20 harnais 15 latéralement et longitudinalement. Un capteur optique tridimensionnel 25, monté au centre du portique 14, et un inclinomètre 26 destiné à mesurer l'inclinaison du sol, permettent de surveiller la posture du soudeur 150 par rapport à une posture de référence dans laquelle le buste de l'opérateur est vertical. 25 Lorsqu'un écart de posture, corrigé de l'inclinaison du sol, est détecté sur les images du capteur 25 par un microcontrôleur assurant le traitement de ces images, celui-ci transmet des instructions de commande aux actionneurs des treuils 24 et, le cas échéant, aux actionneurs de roue du chariot 12 pour déplacer légèrement le chariot 12 et repositionner le soudeur 150 dans la 30 posture de référence. 3039449 8 Dans une variante de ce mode de réalisation particulier de l'invention, il peut être prévu de surveiller la posture du soudeur 150 via des capteurs de force montés sur les bretelles 16 du harnais 15, ou via un gyroscope à trois degrés de liberté de rotation monté sur le harnais 15. 5 Des batteries Li-ion 120 à haut rendement alimentent le chariot motorisé 12 et le bras robotisé 17 en électricité. Un connecteur 121 monté sur le côté du chariot 12 permet de recharger les batteries 120. Par ailleurs, afin d'empêcher le chariot 12 de basculer sous l'effet du poids du bras robotisé 17 et du poste à souder 190, un contrepoids 122 est 10 prévu sous les batteries 120, dans la partie basse du chariot 12. 6.2. Autre exemple de mode de réalisation de l'invention On a représenté sur la figure 3 une vue en perspective d'un autre exemple de dispositif d'assistance 30 selon l'invention, destiné à assister un opérateur 350 à déplacer une charge lourde. 15 Ce dispositif d'assistance 30 est constitué d'un chariot motorisé à guidage automatique 31 sur lequel est monté un bras de manipulation robotisé 32, présentant à son extrémité un porte-outil 33 maintenant un crochet de manutention 34. Dans ce mode de réalisation particulier de l'invention, les deux 20 bretelles 39 du harnais 36 enserrant le bassin de l'opérateur 350 sont accrochées sur une potence déformable 37 suspendu à un filin 38. Comme on peut le voir de manière plus détaillée sur la figure 4, la potence déformable 37 est formée d'une plateforme 42 portant deux bras télescopiques indépendants ominidirectionnels 43 et de préférence à 25 déplacement holonomique, actionnés chacun par un moteur distinct 44. Chacune des bretelles 39 est fixée à un des bras 43. Ainsi en actionnant un des deux moteurs 44, il est possible de régler l'inclinaison latérale et/ou la hauteur du harnais 36 et d'agir sur la posture de l'opérateur. 6.3. Autres caractéristiques optionnelles et avantages de l'invention 30 Dans une variante des modes de réalisation de l'invention détaillés ci- dessus, il peut être envisagé que le dispositif d'assistance comprenne une 3039449 9 orthèse configurée pour s'adapter au bras de l'opérateur, équipée de capteurs de force. Cette orthèse permet de commander le mouvement du bras robotisé, qui va reproduire les mouvements du bras de l'opérateur détectés à l'aide de l'orthèse, en démultipliant les efforts réalisés. L'opérateur peut ainsi 5 actionner le bras robotisé avec facilité lorsqu'il se trouve dans une position inconfortable. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance d'un opérateur dans la manipulation d'un outil, comprenant un bras de manipulation robotisé dudit outil, caractérisé en ce qu'il comprend un chariot motorisé à guidage automatique sur lequel est monté ledit bras de manipulation robotisé, présentant des moyens de soutien dudit opérateur. 2. Dispositif d'assistance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'un mouvement d'au moins un pied dudit opérateur aptes à commander la rotation d'au moins une roue motrice dudit chariot motorisé à guidage automatique, de façon à ce que ledit chariot se déplace au sol en suivant le déplacement dudit opérateur. 3. Dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de surveillance de la posture dudit opérateur aptes à détecter lorsque ladite posture dudit opérateur s'écarte d'une posture de référence prédéfinie. 4. Dispositif d'assistance selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de surveillance comprennent un dispositif de mesure appartenant au groupe comprenant : - gyroscope à trois degrés de liberté de rotation ; - capteur de force ; - dispositif de mesure optique. 5. Dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de soutien comprennent un harnais apte à enserrer au moins une portion du tronc dudit opérateur, de préférence une portion du bassin dudit opérateur, et des moyens de solidarisation dudit harnais au bâti dudit chariot motorisé à guidage automatique. 6. Dispositif d'assistance selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de solidarisation comprennent un premier câble solidarisé à une première portion dudit harnais et un deuxième câble solidarisé à une deuxième portion dudit harnais, distincte de ladite première portion. 3039449 11 7. Dispositif d'assistance selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'actionnement de chacun desdits câbles de manière indépendante. 8. Dispositif d'assistance selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il 5 comprend des moyens de surveillance de la posture dudit opérateur aptes à détecter lorsque ladite posture dudit opérateur s'écarte d'une posture de référence prédéfinie et des moyens de commande desdits moyens d'actionnement desdits câbles en fonction de l'écart de ladite posture détectée par rapport à ladite posture de référence prédéfini. 10 9. Dispositif d'assistance selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de solidarisation comprennent un support déformable monté mobile par rapport au bâti dudit chariot motorisé, comprenant au moins un bras omnidirectionnel. 10. Dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 15 caractérisé en ce que lesdits moyens de soutien comprennent un dispositif de soutien d'un bras dudit opérateur. 20