Brevet FR3069664A1 — publié le 20190201

L' inventiuii concerne un procédé d'ae3istance d'; moIns un mouvw.ent d'un utilisateu . L' IrivsriHon concerne menu. un ii p e:tif correspondant. ARRiH.H LLAN TECHNOLOGIQUE DE L'IN o Les dispositifs robotiques peuve:- permettre auje-urd'hui d'assister le Toilvement d'un utilisateur dans de To.abJetx domaines comme médioal, la sécu.:: flat' le . On c.:r.rait ainsi des eKesquelettes portée par l'utilisateur ee 5 te _pant Tcevements pdur lui faciliter la réalisation de tâches comme le port d'un objet, la poussée ou le tirage d'un objet ... Un exoeuelette rme.: de décupler artiliciellement les forces de l'u- ,S2 eur et ainsi de limiter sa fatigue. qu'un exosquelet se puisse aider eff cement un utiliseezeur, il est cependant nécessaire de cuuiLre les efforts extérieurs appliqués comme la mas-:e des objets transporLés. Il convient en effet de poevoir c.ommander IL' exoiu:r pour qu'il puisse asmor.i.sti nper ses ces efforts le plus précisément: et 7ap-derr Usuellement, on estime les effo-ts e ers via des e..éments indicatcirs supplémentaires agence, dans l'environnement ou sur l'exosquelette (caméra, eecheilogie de radio- JerUilication plus connue sous l'acronyme eelais RFID, qes de cen raintes ...) mais eejal- :nt_ à 25 l'utilisateur (teu.anologie myo-éascnue, interface utilie- L:eur-environnement ...). Ceci oblge donc à ce que l'utilisateur porte directement des capteurs et/ou inten sse ur e ia rendant 7 -i:S ergonom_qi le pc_ l'e-eee te. Pas ailleurs, l'utili' on de l'ey, est c=:neonn e à des applie 'ons peu complexés cenne par exemle une açplioaticn eeaeique en usine permettant une pose plus ée de ma7ueurs, iquement pou': 7é--.igner 35 de façon duatique lE. masse et les prop nues 2 d'un objet à porter. OBJET DE AVNUION Un but de l'invention est_ ce ur ser un procédé d'assistance d'au moins un mo_..vement de l'utilisateur qui 5 soit plus ergonomique pour l'utilisateur. Un but de l'invent: est éga_ement de proposer un posiLif correspondant. hREVE DESCRIPTION DE ' En vue de la réalisation de ce but, on propose un 10 procédé d'assistance d'au moins un mouvement d'un utilis,7teur par l'intermédiaire d'un dispositif rob --jque, le procédé perme_ uaiiL Je d re foncti ner le dispositif robdtilL_ au moins deux modes ode par défaut : asservis effort du 15 dispositif rcbo,Lique via un calcunteur du dispositif robotique, - Mode de mesure : asse JLssement en tr: cire du discal oH f robotique, via le cal iulatu dans le calcuL eur d'eu mons dispositif robuloue pa. - un onvli dispositif robo:i,gue, le procédé étant défini pour, - o reconnaissance per le calculateur mouvemen ; par le dis robotique, bascul mode par dtftct au mode de mesure ïjour enregistrer au un effort exercé sur le dispositif robotique pc. envircr.neTe7t extérieur au dispositif robotique, puis ir au mode par défaut en 'dant dudit eff:rt trà pour mettre en oeuvre l'asserwi 12.=7. en dudt. onde par défaut. De la serce, l'in _n-lion permet de basculer régulièrement entre un asservissement en trunetoire et un asservissement en effort, 'asservi o:u:cL en trajectcire eTettant ainsi temporairemen.: r le culateur sur le ou les --forts le dispositif robotique et l'asservssenent e: eort permettant d'assister l'utilisateur dans ,Eon m=enen.:. Ceci permet donc de participer au bon fonctionneTet du dispositif robotique. ntion permet de limiter le nombre - lnc cteurs p r cterie7:t par l'utilisatour OU TIV'e lesquels il doit intersgir. Lus inventeurs ont ainsi pu 7 tte osttif robotique fonctionnant sans, 10 diretement par l'utilisateur, en particulier sans bicTetrique, et également sans 'r.FF utilisater/environnomnL à travers ut- identifi _t traditinnf:illement le d'assistance q le dispositif robd_ ::evaît lui 15 L'invention rend l'assistance au mouvement plus ergonomique pour l'utiln :eur. En outre, l'invel-j_on peut être pour compleze. ainsi être envisg_ utiliser dFns: environnement 20 inco,-7- Selon un mode de réalisation particulier, le caloulateur. effectue un apprentissage auLoemati7ute d'au moins un mouvement réalisé par le dispositif rob Selon un modo de réalisation , 25 l'apprentissage automatique est effectué loso du modo 1_,ar défaut. Ainsi, le basculement entre les deux modes d'asservissement devient ainsi de plus plus fréq mesure que le calculateur apprene les rrcrivementc pss'_bles C eu disposnif robotique rendant Te dispositif roc)tiquo de lus en pTus performant avec le temps. Selon un mode de réalisation particulier, l'appren1-4 A automatique est effectué 1ers d'une phase prélir-'aiJTe dédiée. 35 Selon un mo c. e de r. lisation particulier, 4 l'asservisFeTent en trajectoire est Lilà-.: suite d'asseriseTe--s en position. Selon 'un mode de réasation cuo.. i::ijijer, l'asservissement en trajectoire est un asservissement en vitesse. un mcde de rée.lisan' particulier, le dispositif robotique est un e.te. '-nvention concerne éralemert un disp sitif robotiTJ.. cdTpr un calculateur conliguré pour ass r ir en effort 10 le dissitif robotique, le calculateur étann 5ge nour, lors d' disposr e reconnaissance d' un. 1,-ouvement efta roboticf. asser-v1, -r t.raectoix 1._ tout en enregisLra au à nt Cr exer environnement externe sur le d_ 15 afin, lors d'un retour à l'asservisse_ rtrf botique, en effort, de s'aider de cet enregistrement pour assurer l'E,.sservissement en eut r: reiTiroT 20 et avartcros lectu...:-T de Ja alisati,on particulier sui L atif BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera nicux domo ne à la1,:.re de la descrienlun qui suit en reférence cnn lige nexées ci- 71 .::éLrrri lesquelles : la figure 1 051 une vue schenLILique d'un dispositif robotique selon 'n mode de réalisation particulier de l'invention, gTre 2 illustre schématiqu2ment le pa,saqe entre 30 les nodes de fonctjonn=ent di.. d pcsitf illustré la ficpre - la figure 3a illustre schématiquement le dispositif illustré à la. figure 1 lorsqu'il fonctionne en ieece par t 5 figure 3b illustre schématiuuement le positif illust ' à la figure 1 lorsqu'il ionctionne en mode de mesure. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, 1e oroceM selon un mode de réalisation _irticulier est ici rri ri oeuvre dans un exosqu-, , 1. pplicatic:o n'est bien entendu pas limit 've et on ,ourra mettre en u2uvre le procédé dans tout type de 10 disrsitif robotique, comme par exemple un robot ipulation, un système de guidag aérdr tout moyen de transpul.L... Le dispositif pour-a rent un système de viséc avec suivi d'une cibli. En complément ou en re=iaceTe d'un suivi par traitement 15 d'images, ledit'.2yteme pou ainsi s'aider des efforts appliqués par l'utilisateur sur un organe de (comme un m.-chc, un joystidk _) pour assurer le su e la cible Fr exemple, dès qu'une tracotoire de l'organe de go peut être recdnnue par le calculateur, ledit _a eur passe en mode de calcul pour déterminer les efforts execrés sur l'organe de guidaqe Le dispositif -:_que (ou robot) pourra ainsi être conformé pour fo.ir un effort add onnel à l'utilis.teurj clin de co7pe les efforts recuis pour interagi, -)jets 25 et./-:u realiser des efforts m,csculaires s et/ou pén L' squelette 1 comporte ici de manière cen ue en soi : une r. =Lire Trécanique 2 à un ou plus degrés de liberté -4.i. ero oc,rtée par l'utilisateur, - un ou des actionnurs 3 associés à la structure mLcanique 2 pour permettre le déplacement de la structure mécanique 2 selon le ou les degrés de liberté de la structure mécanique 2, et 35 - un caiL lateur 4 assurant la cumm.in 1 s actionneurs 6 Les actionneurs 3 sont car exemr:;e des moteurs. Selon un mode cc réalisation particulier, l'exosquelette 1 comporLe an outre au moins un c.tr de trajectoire 5 (pour estimer la position et/ou la vitesse de 5 dm-!-7.ement de la structure mécanique 2). Le c r de re 5 est par exemple un capteur d ocaition . Le capteur de trajectoire 5 est ici au niveau de la liaison pivot entre deux éléments articulés de la structure mécanique 2 afin oe mesurer la position 10 angulaire relative de l'un des éléments par rannort à De pr'-férenc l'excsquelet mporte également au moins un captsn d'effort 6 (pour est::.mer un ou cas efforts (couple et/ou force) appliquls à la structura nique 2). 15 Ledit capteur 6 est par exemple un capteur dacouple. Il est ici situé entre l'act pnnéLr 3 permettant le pivotcmcIC'. entre les doux éléments articulés de la ai.ructure méc: 2 et la :.:ure mécanique elle-même. En référence aux fi - 3a et 3b, :..squelette 1 20 est configur._ pour pouvo_r fonctionner salon de-J7 mcdcs différar:ts, un mode par défaut et un mode de mesure. Dans le mode par défaut, le calculateur 4 assure un as s °ment en effort de 1'e>7osT létLe 1. Par erte que l'i:,sserviemr b-)ut aussi amant en 25 tian cci a33erv en fa référence, dans ce mode par défaut, le calculateur 4 réal imaltane:i nt un apprentissage auton:at loua du ou des réalisés par l'exos-_,ac12'_te 1, eus sont donc liés -]V dr2 ilisateur. en rappelle que l'apprenti-3 e au:.omatique (pour m ahine learning » en ai ais) eut une mé:hode permettant d'évoluer par un processus systématique, en p'- de l'utilisation d'alu.cri lues classiques trop limités saur remplir la t.:: e d'a age est rien 7 'je l'homme du métier et ne sera donc pas cl.i-aelle iquement, le calcu enr sere dans une base de dcrees des modèles de mouv=en realisés pal'e7 scuel_ _ e 1 oendart 1'asservisse7;ent en erfort (per exen::e lcrsque ,uple appliqué sur l'utilisateur par l'exosquelette 1 est égal à zéro). in ce qui concerne le mocL cemesure, le _culateur 4 a'ese l'exosquelette 1 en traje re. Par 10 « tee je"tnire » on entend que l'asservissement est tout aussi en une suite d'assermunts en position r-Igularo ou non) qu'un asservissement en vitesse (par exe'ele en suivant une courbe de vitesse). On ici aeeervir en une suite d'a e.vissements en 15 l' a:quelette 1. Il convient do noter que l'on parle ici ' suite d'asservissements en position du fait que l'on rehe à luire reproduire en mouvement à l'exosquelette 1, meuvement donc défini une successic.n de poee- 20 q_mulesrement, -ie::s le mode de mesure, le calculateur 4 enregistre e ou lus efforts exercés sur l'exosquelette 1 pa l'environnement extérieur à l'exosoe'ette 1 pour nie ster ultérieurement cette donnée dans aF. ssement en efter. lors du bascu_ement ode par 25 J,. On note que dans ce mode de mesure, le calculateur 4 preyelt le mouvement de l'utilisateur et asservit en ussLLlcn de manière cor=3oondante l'esquelette 1. Ceci et de rdeire au mayimum 1 '1-me - direct de 30 l'utilisateur sur la mesure des efforts exercés sur l'exosquelette 1 par extérieur l'exosquelette 1. De préférence, dans ce mode de mesure, on enregistre le calculateur. 4 au meLls un -t exercé sur 35 l'exosquelette 1 par un environne:nent externe audit ele-7.7e 1 si l'c connait la (irection dudit effrt et au moins deux effc- L2our déterTiner cette direction si l'on ne la connait poo. En réalite, lesdits au mo..rH deux efforts résultent de l'action d'un même objet sur 5 l'cmoscTuelette 1 mais mesurée à des instants différents : l'exos. e - ayant bougé entre ces deux inarl entretemps . la notion de « CàEfl] effo.r:s ». En comparant les mesures d'effort efLectuées doux instants dârenoa,le calculateur 4 10 estimer la résultante c la direction de l'action exerc,.5. par l'objet sur 1' exosquelette 1. Le fonctionnement de l'oxcsqu être à présent A l' etsr initial, l'ex.DFguelette 1 est en dans son 15 mode par défaut. L'exoscuelette 1 assist:, ainsi_ l'utilisateur dans l'exécution de ses tâches de par son as--- isse=t en effort. Simultanéunr le calou1i aor::rend ft_omatiquement le- =uverr. -és par lette 1 et les e11::ac.Ji StreET ne E s base 20 ..71e: le calculateur 4 détermine qu'o. Trsalvelent effectue par l'exosquelette 1 correspond à un mollvement que le calculateur 4 a déjà appris et enrenietré, le :::alculateur 4 provoqu..D le baso l]er.t1s en modo de mesure. Tiquement les signaux fco: par le de le mouvement qu'est censé partir de ce mouvement présuru calculLeur 35 l'eos 1. ement ei ojinu la 30 suite du signal _:ecu, qolse à un ou des modèles de mouvements contenus riu,ris sa base de L es, ose t:mor mer ette 1. A jecteire 5 sont traités par le calculateur 1 Icossi:' Un ux correspond à un gnal connu du calculateur , ,lculateur 4 bascule l'exosquelette 1 en mode de mesure. Le calculateur 4 extraoole assure un asservi-somcnt en trajectoire de 'cote 1, le 9 Lors du basculement dans le mode de c'est donc ]atte 1 oLL provcid- le IdOUVETf no- s l' u' teur. tiue lors l'xoscuuLette I seul le ou s effe.s applidu, sur l'exosquelette 1 par 5 l' Jvironnement etecieu. Comme indi ci-dessus, consilere que effee directeT exercés l'utilisaLeur sur 1 dans mode de mesure sont Hliqeables , enLautomatique l'asservissement en t Lurtcire CCMpC effet l'effort 10 musculaire de eur). Les données alor', fournies par le cteur d' sonL ainsi siordèleatives du ou l'exo.sw -lette doli appliquer seul sur T'environnement pour pouvoir st la tra cote_i inceste par le 15 calculateur 4. A purtir des donnes eJeuriCo par le capteur d'effort 6, le calculateur 4 déduit ainsi le ou le? efforts exercés par l'environnement extérieur sur l'exosquelette 1 et que l'exosquelette 1 doitrrr...enser. Par exemple, si l'ut teur porte un lourd 20 d'e r_ musc.aire, son bras tend à se dép _' mais en réalité l'exosquelette 1 va retenir son bras dans le mode de mesure arce à l'action des acticeue..:rs 3. Par un e'-Re' de « micro-tors ou » au niveau du 6, mci3ure nsi le couple indu' oar l'objet 25 porte. Une fois cette détermination effectuée, le calculateur 4 provoque le basculement dans le mode par défaut. L'effort de 'utilisateur vient de nouveau s'additionner à celui de l'exosquelette 1. Le calculateur 4 s' aide ri via la 30 .:Tination du ou des efforts eYerc, --- sur :'eueee.--7.7.e 1 dé- fe.,ctonnement danL, le mode de mesre _ l'asservissement en effort et compenser si besoin le ou tes forts exercés par l'environnement exLerieur 35 xosquelet o 1. Plus préc_Len , si l'-lort nneme ecrs assur. 10 pendant le modo de mesure est différent de celui estimé dans i f:Lre par défaut, on augaierie les par le eu le?, actionneurs 3 (en c.istant pour se rapprocher de l'effOErt mesuré Jans lé mode de 5 mesere. Lors de la mise en ma7-one de l'exasqu lette 1, on cons cière pour le rode par cLLrurt qu'auoun eaa n'est axer( oar 1"environnement exter.eur sur l'exo lette 1. exosueiette 1 _oncr_'onne alors dans son Tode aur défau_ u'à détecton d'un mouvemenL uonnu par le 10 calculateur 4. Cc exemple de fonctionnément est le porte.:: d'un objet. Lcc de la reconnaissance par le ulateu 4 du mc de l'utilisateur signifiant qu -'apprête à 15 saisif ur cojet ou qu'il saisit un objet, 1 calculateur 4 bascule en mode de mesure. Le calculateur 4 alors ffort que doit l' exosquelette 1 l'objet (puisque rc, 1'asservissc:: en 20 ire .7cTpense fort muscu_a:re de l'utilisateur) eu on déduit la masse de l'objet. On rebascule alors en mode par défaut et le calculateur 4 s'aide de la masse mesurée de l'objet pour assurer un asservissement en effort adécrnat. Bien entendu il d'un e particulie- fonctionnement. De mariléic plus générale, le calculateur 4 peut provoquer le basculement dans le modo_ de mesure pour d'autrs mouvements comme par exemple le tact de 'oousser ou de ra alors à car un objet. Le calculateur 30 mesurer la forer. et la direction de ecLc icrec exercée par l'objet sur l'exoscue ette 1. Le calculateu:- 4 provoque ainsi de manière régulière le passage d'un mode de fonctionnement à un autre assu-ant une assistance aux mo-Ivements c.e 1' utilise 35 r.r.leise, dynamique et adapté da:is le temps. [ no g2,Aco 11 du réalisation particulier, le calculateur 4 est configure pour basculer en mode de mesure à chaque reconnaissance nar le celcelateur 4 d'un mouvement appris par T.edit calculateur 4. De façon avantageuse, le fonctionnement dans le modc: de mesure ne dure qu'un court instant, ' quemen: entre 0.3 3.5 secondes, c, préference e ,.5 et 3 secondes, juste le Lunnsdc déte-wie les efforts :_érieuls exercés. Ceci prerwe... dc rendre le fonctionnement 10 eï mode de mesure peu, voere pas, perceptible pour l'uateur. On rend ainsi l'exsquel tte 1 plus eniiique peur l'utillscLecr. En outre, ,leret de ne prédire lc mouvement de l'u durant une phase rup importarete. 15 On note que l'exosuelette 1 ainsi décrit ne comporte que deux capteurs, l'un pour le mouvement et f'auLre pe les efforts. En outre, -csque ,t.te 1 ainsi , eonne sans interfsce utilis,-ieuriervironnemen laquel ir idOErLI le le TYveau d'ass ean que doit Td. apn 'exosquelette 1. De plus, l'ex:Q.5;74e .tte 1 air décrit fonctionne sans capteur portt, jirectenc par l'utilisateur, en particulier sans capteur biométre 'exosquelette 1 ainsi décrit s'avère d 25 ièrement ergonomique. Par ailleurs, l'exosquele'l.te 1 peut fonctionner même si l'utilisateur progresse dans un envi ,-,.-Jmf.?nt inconnu. Par exemple 7a masse des objets à porter pas d'être :r ici .:.ermnée pour que l'exosque 1 30 fonctio eer. Bie entendu l'inventic- _mitée au mc,c2 de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes sans sortir du cadre de l'invention Lei que défini par les revendications. 12 En particulier, bien ou' ci dans li :r:[:: par a»..:t le calculatewr nfiectuu 1 -7:rentis ..17.cmat d'au =ins ' noui.=eni_ rea.l_F_ p.a..: le d'sitif -:::bcLique en cour.= de fonctionnement du dispositif robotique, en variante ou en complérrert, le calculateur nouroc:.-,. ctLnL un entissage automatique d'au moins un iouvemen-I. le dispositif robotique lors d'une ".diée d sage (le dispositifrc;horicrne :17.art alors uni _:emcn-,L utilisé pour l'apprentissage du calculateur et 10 non po assister un utilisateur dans ses taches) . En variait ou en complément, le calculateur oourra enent une base do données int ant ure liste ;-,-,,.=rne de mo de mouvemi réé:- sés pur le ,...- b:tiqnu eu asservissement en iort. 15 En u:r.,., le dispositif pourra compccer ou être associé à un plus grand nombre de capteurs d'effort et ou de trajectoires que ce qui a été indi -.=:n. chera toutefois à lini .r le nombre d'iéTentc,. Leu pour dos duc!sLions de coût, de faisabi7 d' .:.r.)=E-: de 20 main Lulue _ on qu'ici tout soit embarqué par le dispositif robuLique, une partie des éléments (co:cro une erenolu une alimentation énergétique du dispositil pour être dé- is'oos REVENDICATIONS1. Proude d'assistance d'au moins un mouvement 'un utilisateur pas l'intermédiaire d'un dispositif robe, -L (1), le i'Yedé pérTettant de faire foncti0n)er le disposiL botique au moins dans les deux 'odes suivanL Mode par défar asservissement en effort du dtsooHtif robotique via un calculateur (4) du dispositif roho Mle de mesure : asservissemenL trajectoire du dispositif J-7obcti:41e, via le calcelr .ir, et eTregistrement dans, Je c.Fge,J,lir d'au moins Hy effort sssr5 le su sensitif relque par un environnement ne audit itif robotique, éta:1 défini pour, -s reconnaissance par le ca d'un ire sernanu effectué par le disp -iLif robot sculer du rd±- défaut s mode de m:succ pour enregistrer au moins un effort exe sur le -positif robotique par un au dispositif robc,__Lo' 17.0,1is - défaut en s'aldant dudit eftrt ehregis en oeuvre l'asservissement en effort dudi: mode 2. Procédé selon la revendication. 1, dans lequel le calculateur (4) effectue un apprentissage automatique moins un mouvement réalisé par le cY .iti- -robotique. 3. Procédé salon la rev cat_ dans lequel 1 _pprenssage auLerAL:ique est effec lors du mode par. de,1 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel l'apprentissa , automatique est effectué lors d'une. phase préliminaire liée. environnement extérieur au mode p pour nettre par défaut. 14 5. Procédé selon l'une des revendications p _cédentes, dons legiJel l'J._,uservissement en trajectoile _une uuccession d'assoi usements en pcs 6. Procédé selon l'or: e des revend ons 1 à 4, 5 dans leqean l'asservissement en trajectoire est un as: rvisz_ . en vitesse. 7. océdé selon l'une des revendications édentes,dans lequel le dispositif robotique est un excscue- 10 8. Dispositif robotique (1) comprenant un cal 1,77_teur (4) configure pour F,.sse-,-77- en effort la diFpcsitif rcboLique, e calculetnn::r il agenoé pcio , lo-rs:'i'2connais:7an.:7e d'un moovemenT effec robutique, asservir en tT.:ai,:toire le 15 rc:bI:Lnouc. tout en enregistrant au moil effo par un environnement externe sur le sitif robo, que, afin, lors d'un retour à l'asservisse. e efft, de der de cet enregistrement pour ass -e- l'asscrviFe=t en effort. 20 I ci