Brevet FR3079270A1 — publié le 20190927

Ensemble de liaisons mécaniques pour hanche de robot ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un ensemble de liaisons mécaniques et un robot comprenant un tel ensemble. Arrière-plan technologique On connait des robots humanoïdes ou semi-humanoïdes. Par « humanoïde ou semi-humanoïde », on comprend des robots qui ont une apparence générale rappelant celle d'un corps humain. Généralement, les robots humanoïdes ou semi-humanoïdes ont un buste avec une tête, deux bras ainsi qu'une partie inférieure reliée au buste permettant au robot de se déplacer. Toutefois, ces robots peuvent comprendre d'autres composants supplémentaires, tels que des jambes, des mains ou un visage avec des yeux et une bouche. Ces robots sont particulièrement utiles en milieu médicalisé, familial ou professionnel. A titre d'exemple, en milieu médicalisé, ils peuvent permettre d'apporter une assistance aux personnes âgées et/ou en situation de handicap, ainsi qu'à leurs aidants. Cela peut se traduire par la réalisation d'actions spécifiques telles que le fait de raccompagner une personne à sa chambre, porter un plateau repas, alerter la personne sur un danger comme une fuite de gaz ou encore une intrusion si la personne est hors de son domicile. Pour fonctionner, un robot doit pouvoir effectuer une grande variété de mouvements. Les composants formant le robot sont ainsi articulés les uns aux autres pour pouvoir être déplacés relativement entre eux selon un grand nombre de degrés de libertés. Cela permet au robot d'avoir des mouvements se rapprochant le plus possible des mouvements humains, par exemple en déplaçant la tête, en bougeant les bras ou en penchant le buste. Afin de réaliser ces mouvements, il est donc nécessaire de prévoir des ensembles de liaisons mécaniques fiables et robustes au niveau de chaque articulation du robot. Un ensemble de liaisons mécaniques positionné au niveau de la hanche du robot, c'est-à-dire entre le buste et la partie inférieure du robot, peut permettre un mouvement selon au moins deux degrés de liberté. Cela permet au robot : - de pouvoir pencher le buste afin de déplacer son centre de gravité. Il peut ainsi gravir des pentes inclinées tout en conservant son équilibre, et - d'augmenter, grâce au mouvement du buste, les zones accessibles par les bras du robot, par exemple pour manipuler des objets tombés au sol. Afin de réaliser un ensemble de liaisons mécaniques permettant deux degrés de libertés, il est connu d'utiliser deux actionneurs rotatifs, chaque actionneur 5 rotatif réalisant un degré de liberté de l'ensemble de liaisons mécaniques. Chaque actionneur est par exemple asservi électriquement autour d'une position afin de maintenir en continu dans le temps le mouvement souhaité du robot. Les actionneurs peuvent par exemple comprendre un système d'engrenages commandés par un moteur électrique. 10 Toutefois, un ensemble comprenant de tels actionneurs rotatifs asservis comporte plusieurs inconvénients. Les actionneurs doivent fonctionner en continu pour maintenir une position déterminée. Les actionneurs ont donc tendance à chauffer lors d'une utilisation prolongée, limitant alors la durée pendant laquelle le robot peut être utilisé. 15 En outre, les actionneurs étant sollicités de façon continue, il en découle une consommation d'énergie électrique importante, réduisant encore la durée pendant laquelle le robot peut être utilisé, notamment sur batterie. De plus, la sollicitation continue des actionneurs entraine une usure prématurée des engrenages des actionneurs, réduisant leurs durées de vie et 20 augmentant la fréquence des interventions de maintenance nécessaires pour faire fonctionner le robot. Enfin, l'usure prématurée des engrenages conduit à l'apparition d'un jeu de battement mécanique entrainant à son tour une imprécision des mouvements du robot. Cette imprécision est particulièrement gênante car elle est susceptible de 25 rendre inexploitable les mesures des capteurs de distances ou de position, éventuellement intégrés au robot. Il existe donc un besoin pour un ensemble de liaisons mécaniques, notamment de hanche de robot, permettant au moins deux degrés de libertés, fiable et robuste, et évitant au moins partiellement les inconvénients indiqués ci-dessus. 30 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un ensemble de liaisons mécaniques configuré pour permettre un mouvement selon au moins deux degrés de liberté entre une première pièce et une seconde pièce d'un robot, l'ensemble de liaisons 35 mécaniques comprenant un premier sous-ensemble de liaisons mécaniques et second ensemble de liaisons mécaniques, les premier et second sous-ensembles de liaisons mécaniques étant configurés pour permettre respectivement un premier mouvement de rotation selon une première direction et un second mouvement de rotation selon une seconde direction, le second sous-ensemble de liaisons mécaniques comprenant un actionneur comprenant une tige, l'actionneur étant 5 configuré pour déplacer la tige en translation, de sorte que le déplacement en translation de la tige entraine le second mouvement de rotation. Ainsi, l'actionneur permet un déplacement en translation, ce qui commande de façon fiable et robuste le second mouvement de rotation, en particulier sans fournir un effort mécanique continu dans le temps. Un angle de rotation autour de la 10 seconde direction peut ainsi être maintenu avec une consommation d'énergie limitée, pendant une durée longue et sans entrainer une usure prématurée de l'actionneur. Il n'est ainsi pas nécessaire d'utiliser un actionneur rotatif pour réaliser le second mouvement de rotation. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce procédé, chacun ayant 15 ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - le premier mouvement de rotation est réalisé par un actionneur rotatif, en particulier asservi en position de façon continue dans le temps ; - la première direction et la seconde direction sont perpendiculaires l'une de 20 l'autre ; - le second sous-ensemble de liaisons mécaniques permet une rotation d'un angle au moins égal à 115 degrés autour de la seconde direction ; - les premier et second sous-ensembles de liaisons mécaniques sont disposés en série l'un avec l'autre ; 25 - l'actionneur comprend une première extrémité et une seconde extrémité, la tige comprenant la première extrémité, la distance entre les première et seconde extrémités variant lors du déplacement en translation de la tige ; - chacune des première et seconde extrémités sont respectivement montées mobiles en rotation autour d'un premier axe de liaison et d'un second axe 30 de liaison, les premier et second axes de liaison s'étendant selon la seconde direction ; et - l'actionneur est configuré pour maintenir la tige immobile en translation en l'absence d'un effort mécanique. L'invention concerne également un robot comprenant un ensemble de liaisons 35 mécaniques selon l'invention. Selon une réalisation, la première pièce est reliée à une partie inférieure du robot et la seconde pièce est reliée à une partie intermédiaire, en particulier un buste, du robot. 5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un robot, notamment semi-humanoïde, 10 selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un schéma cinématique d'un ensemble de liaisons mécaniques selon un mode de réalisation de l'invention ; et - les figures 3A et 3B sont des vues en perspective de l'ensemble de liaisons mécaniques de la figure 2. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Robot La figure 1 représente un robot 1 selon un mode de réalisation particulier de la présente invention. 20 Par « robot » on comprend un appareil mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) conçu pour accomplir des tâches prédéterminées souhaitées par un utilisateur. Selon cette réalisation, le robot 1 est avantageusement humanoïde ou semihumanoïde (ces termes devant être compris comme précédemment). Le robot 1 a 25 par exemple une hauteur de l'ordre de 140 centimètres et un poids de l'ordre de 35 kilogrammes. Comme illustré plus particulièrement sur cette figure 1, le robot 1 comprend plusieurs composants tels qu'une partie supérieure 2 comme une tête, une partie intermédiaire 3 comme un buste, et une partie inférieure 4. Le robot 1 comprend 30 également des éléments de préhension 5 comme deux bras reliés à sa partie intermédiaire 3. Toutefois, ce mode de réalisation n'est pas limitatif et le robot 1 peut comprendre d'autres composants lui permettant d'avoir une apparence différente ainsi que d'autres fonctionnalités. 35 Le robot 1 est également avantageusement mobile et autonome. Par « mobile », on comprend que le robot 1 peut se déplacer, notamment sur une surface plane ou encore sur une surface inclinée. A cet effet, la partie inférieure 4 du robot peut comprendre une plateforme roulante ou tout autre moyen permettant au robot 1 de se déplacer. 5 Par « autonome », on comprend que le robot 1 ne nécessite pas d'être commandé, au moins de façon permanente, par un utilisateur pour pouvoir fonctionner. Le robot 1 peut également comprendre un ou plusieurs capteurs (non illustrés) pour obtenir un ou plusieurs mesures sur son environnement extérieur. Un capteur 10 peut être choisi, de façon non limitative, parmi un capteur d'une mesure de localisation, par exemple de géolocalisation, un capteur d'accélération, un gyromètre, un magnétomètre, un détecteur de gaz et/ou de fumée, un capteur de température, un capteur d'humidité, un capteur de pression atmosphérique, un microphone, un capteur de pression tactile, une caméra, ou un capteur de télédétection par laser (ou 15 « Light Detection And Ranging » en anglais). Le robot 1 peut également comprendre un ou plusieurs modules (non illustrés) pour permettre une interaction avec un utilisateur. Le module peut être choisi, de façon non limitative, parmi un haut-parleur, un élément vibratoire ou un élément de projection de couleurs ou d'images. 20 Le robot 1 peut également comprendre une interface de communication (non illustrée) pour transmettre/recevoir des données. L'interface de communication peut être sans fil, de type Bluetooth (marque déposée), wifi, Ethernet ou réseau de téléphonie mobile. Ces modes de réalisation sont illustratifs et le robot 1 peut évidemment 25 comprendre d'autres types de capteurs, modules et/ou interfaces de communication. Le robot 1 est configuré pour effectuer une pluralité de mouvements. A cet effet, les composants du robot 1 sont articulés entre eux par des ensembles de liaisons mécaniques. Ces ensembles de liaisons mécaniques (appelé « ensembles » par la suite) permettent un déplacement des composants du robot relativement les 30 uns aux autres selon un ou plusieurs degrés de libertés. Ensemble de liaisons mécaniques On décrit ci-après un ensemble 6 destiné à être disposé plus particulièrement entre la partie intermédiaire 3, notamment le buste, et la partie inférieure 4 du robot 1. Selon une approche humanoïde ou semi-humanoïde, cet ensemble 6 constitue 35 ainsi une liaison mécanique de type « hanche ». La figure 2 représente un schéma cinématique d'un tel ensemble 6 selon un mode de réalisation particulier de la présente invention. L'ensemble 6 comprend un premier sous-ensemble de liaisons mécaniques 7 et un second sous-ensemble de liaisons mécaniques 8 (appelés respectivement 5 « premier sous-ensemble 7 » et « second sous-ensemble 8 » par la suite). Chaque sous-ensemble 7, 8 est configuré pour permettre un mouvement de rotation entre la partie intermédiaire 3 et la partie inférieure 4 du robot 1. Le premier sous-ensemble 7 permet un premier mouvement de rotation selon une première direction Z tandis que le second sous-ensemble 8 permet un second 10 mouvement de rotation selon une seconde direction X. Les première et seconde directions Z, X sont avantageusement perpendiculaires l'une de l'autre. Ainsi, l'ensemble 6 comprenant les deux sous-ensembles 7, 8 permet deux mouvements de rotation, avantageusement perpendiculaires l'un par rapport à l'autre, de sorte que le robot 1 peut effectuer un mouvement selon au moins deux 15 degrés de libertés entre la partie intermédiaire 3 et la partie inférieure 4. Comme illustrés schématiquement sur la figure 2, le premier sous-ensemble 7 et le second sous-ensemble 8 sont disposés en série l'un avec l'autre. Par « en série », on comprend plus précisément que le premier sous-ensemble 7 et le second sous-ensemble 8 sont disposés l'un à la suite de l'autre. 20 Le premier sous-ensemble 7 comprend un actionneur rotatif 9 afin de réaliser une liaison pivot. L'actionneur rotatif 9, également appelé servomoteur, est asservi en position afin de maintenir en continu un angle de rotation déterminé autour de la première direction Z. L'actionneur rotatif 9 peut ainsi comprendre un moteur électrique afin de 25 fournir un effort mécanique, notamment continu dans le temps, pour maintenir l'angle de rotation autour de la première direction Z. L'effort mécanique commande un système d'engrenage réversible pour assurer le premier mouvement de rotation. Par « réversible », on comprend qu'en l'absence d'un effort mécanique, l'actionneur rotatif 9 permet un déplacement libre 30 autour de la première direction Z. Le second sous-ensemble 8 comprend une association d'une première partie de liaisons mécaniques 10 et d'une seconde partie de liaisons mécaniques 11 (appelés respectivement « première partie 10 » et « seconde partie 11 » par la suite). Comme illustrées schématiquement sur la figure 2, la première partie 10 et la 35 seconde partie 11 sont disposées en parallèle l'une avec l'autre. Par « en parallèle », on comprend plus précisément que la première partie 10 et la seconde partie 11 permettent simultanément le second mouvement du second sous-ensemble 8. Selon le mode de réalisation illustré, la première partie 10 comprend une liaison pivot 12. 5 Selon ce mode de réalisation illustré, la seconde partie 11 comprend deux liaisons pivot 13, 14 ainsi qu'une liaison glissière 15 en série les uns avec les autres (ce terme devant être compris comme précédemment). La liaison glissière 15 est plus particulièrement disposée entre les deux liaisons pivot 13, 14. Les figures 3A et 3B représentent un ensemble 6 correspondant au schéma 10 cinématique de la figure 2. Comme illustré sur les figures 3A et 3B, l'ensemble 6 comprend une première pièce 16 reliée de façon fixe à la partie inférieure 4 du robot 1. L'ensemble 6 comprend également une seconde pièce 17 reliée de façon fixe à la partie intermédiaire 3, en particulier au buste, du robot 1. 15 Le premier sous-ensemble 7 permet le premier mouvement de rotation selon la première direction Z entre la première pièce 16 et une pièce intermédiaire 18. Le premier sous-ensemble 7 permet avantageusement une rotation d'un angle au moins égal à 360 degrés autour de la première direction Z. Comme illustrée sur les figures 3A et 3B, la pièce intermédiaire 18 peut 20 comprendre plusieurs éléments 18a, 18b, reliés avantageusement entre eux de façon fixe, par exemple par vis, colle, soudage ou autre. En variante, la pièce intermédiaire 18 peut être réalisée d'un seul tenant. Le second sous-ensemble 8 permet le second mouvement de rotation selon la seconde direction X entre la pièce intermédiaires 18 et la seconde pièce 17. Le 25 second sous-ensemble 8 permet avantageusement une rotation d'un angle a au moins égal à 115 degrés autour de la seconde direction X. Comme illustrées sur les figures 3A et 3B, la pièce intermédiaire 18 et la seconde pièce 17 sont montées libres en rotation l'une par rapport à l'autre autour d'un premier axe de liaison X1. Le premier axe de liaison X1 s'étend selon la 30 seconde direction X. La rotation de la pièce intermédiaire 18 par rapport à la seconde pièce 17, correspondent à la liaison pivot 12 de la première partie 10 illustrée sur le schéma cinématique de la figure 2. En outre, la pièce intermédiaire 18 et la seconde pièce 17 sont reliées entre 35 elles par l'intermédiaire d'un deuxième axe de liaison X2, d'un actionneur 20 et d'un troisième axe de liaison X3. Les deuxième et troisième axes de liaison X2, X3 s'étendent également selon la seconde direction X. Selon le mode de réalisation des figures 3A et 3B, les deuxième et troisième axes de liaison X2, X3 comprennent respectivement un premier cylindre 19 et un 5 second cylindre 21. L'actionneur 20, notamment linéaire, comprend une première extrémité 20a et une seconde extrémité 20b. Les première et seconde extrémités 20a, 20b sont montées libres en rotation par rapport respectivement aux deuxième et troisième axes de liaison X2, X3. A cet effet, chacune des première et seconde extrémités 20a, 10 20b de l'actionneur 20 peuvent comprendre une ouverture traversante, les premier et second cylindres 19, 21 passant à travers respectivement les ouvertures traversantes des première et seconde extrémités 20a, 20b. La rotation de l'actionneur 20, et notamment des première et seconde extrémités 20a, 20b autour des deuxième et troisième axes de liaison X2, X3, 15 correspondent aux liaisons pivot 13, 14 de la seconde partie 11 illustrées sur le schéma cinématique de la figure 2. L'actionneur 20 comprend en outre une tige 22, avantageusement rectiligne. La tige 21 comprend la première extrémité 20a de l'actionneur 20. L'actionneur 20 est configuré pour faire varier la longueur de la tige 22. La longueur de la tige 22 peut 20 avantageusement varier de 50 millimètres, 100 millimètres, 200 millimètres, voire 300 millimètres. Sur la figure 3A, la tige 22 a en particulier une longueur 11. A titre d'exemple, l'actionneur 20 est de type « DLA Series » de la marque Transmotec. Le déplacement en translation de la tige 22, et notamment la translation de la 25 première extrémité 20a, correspond à la liaison glissière 15 de la seconde partie 11 illustrée sur le schéma cinématique de la figure 2. La translation de la tige 22 entraine le second mouvement de rotation du second ensemble 8. Plus particulièrement, lorsque la longueur de la tige 22 varie, la distance entre la première extrémité 20a et la seconde extrémité 20b varie. La 30 première extrémité 20a et la seconde extrémité 20b pivotent alors par rapport aux deuxième et troisième axes de liaison X2, X3. Ainsi, la pièce intermédiaire 18 et la seconde pièce 17 pivotent l'une par rapport à l'autre autour du premier axe de liaison X1. De cette façon, le second sous-ensemble 8 permet le second mouvement de rotation selon la seconde direction X. 35 La figure 3B représente un ensemble 6 dans lequel la seconde pièce 17 a été pivotée par rapport à la première pièce 16 et à la pièce intermédiaire 18 d'un angle a autour de la seconde direction X, la tige 22 ayant alors une longueur 12 supérieure à la longueur 11 illustrée sur la figure 3A. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses 5 modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association. Avantages 10 Comme indiqué ci-dessus, l'actionneur 20 permet d'assurer le second mouvement de rotation autour de la seconde direction X. A la différence d'un actionneur rotatif tel que celui décrit pour le premier sous-ensemble 7, un actionneur 20 réalisant une liaison glissière peut permettre un déplacement en translation irréversible. Par « irréversible », on comprend, en 15 particulier à l'opposé d'un déplacement réversible, que même en l'absence d'un effort mécanique, l'actionneur 20 maintient une longueur de la tige 22 constante. Il permet donc de maintenir un angle de rotation déterminé selon le second mouvement de rotation, même en l'absence d'un effort mécanique continu dans le temps. Il n'est donc plus nécessaire d'assurer un asservissement en continu du 20 second mouvement. Outre le fait de pouvoir résoudre au moins certains des inconvénients mentionnés précédemment, cela permet également d'assurer une rotation même en présence de charges importantes (par exemple de l'ordre REVENDICATIONS1. Ensemble de liaisons mécaniques (6) configuré pour permettre un mouvement selon au moins deux degrés de liberté entre une première pièce (16) et une seconde pièce (17) d'un robot (1), l'ensemble de liaisons mécaniques (6) comprenant un premier sous-ensemble de liaisons mécaniques (7) et second ensemble de liaisons mécaniques (8), les premier et second sous-ensembles de liaisons mécaniques (7, 8) étant configurés pour permettre respectivement un premier mouvement de rotation selon une première direction (Z) et un second mouvement de rotation selon une seconde direction (X), caractérisé en ce que le second sous-ensemble de liaisons mécaniques (8) comprend un actionneur (20) comprenant une tige (22), l'actionneur (20) étant configuré pour déplacer la tige en translation (22), de sorte que le déplacement en translation de la tige (22) entraine le second mouvement de rotation. 2. Ensemble (6) selon la revendication 1, dans lequel le premier mouvement de rotation est réalisé par un actionneur rotatif (9), en particulier asservi en position de façon continue dans le temps. 3. Ensemble (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première direction (Z) et la seconde direction (X) sont perpendiculaires l'une de l'autre. 4. Ensemble (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 dans lequel le second sous-ensemble de liaisons mécaniques (8) permet une rotation d'un angle (a) au moins égal à 115 degrés autour de la seconde direction (X). 5. Ensemble (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 dans lequel les premier et second sous-ensembles de liaisons mécaniques (7, 8) sont disposés en série l'un avec l'autre. 6. Ensemble (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'actionneur (20) comprend une première extrémité (20a) et une seconde 35 extrémité (20b), la tige (22) comprenant la première extrémité (20a), la distance entre 11 les première et seconde extrémités (20a, 20b) variant lors du déplacement en translation de la tige (22). 7. Ensemble (6) selon la revendication 6, dans lequel chacune des première 5 et seconde extrémités (20a, 20b) sont respectivement montées mobiles en rotation autour d'un premier axe de liaison (19) et d'un second axe de liaison (21), les premier et second axes de liaison (19, 21) s'étendant selon la seconde direction (X). 8. Ensemble (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 dans lequel l'actionneur (20) est configuré pour maintenir la tige immobile en translation en l'absence d'un effort mécanique. 9. Robot (1) comprenant un ensemble de liaisons mécaniques (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Robot (1) selon la revendication 9, dans lequel la première pièce (16) est reliée à une partie inférieure (4) du robot (1) et la seconde pièce (17) est reliée à une partie intermédiaire (3), en particulier un buste, du robot (1). 15 20