Brevet FR3093021A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Robot terrestre à haute mobilité & à haute performance, grâce à ses bras actifs à compliance contrôlée [0001] Glossaire relatif au texte de la présente invention, sauf mention contraire: Tout élément mentionné au singulier peut s'entendre au pluriel, et réciproquement. Bras désigne un organe ayant au moins une articulation, autorisant au moins un degré de liberté relativement à l'autre organe avec lequel il est lié par l'articulation. L'articulation peut être située par exemple à une extrémité du bras, et relier le bras à un autre organe, ou bien se située sur le bras et séparer le bras en deux sous membres (qui deviennent eux aussi des bras). Par ailleurs, il peut se trouver sur un robot une succession de moteurs accouplés directement entre eux, ayant chacun un degré de liberté en rotation ou en translation, il en résulte que l'articulation a apparemment plusieurs degrés de liberté. Par soucis d'analyse et d'exactitude nous décomposerons l'articulation par moteur. En effet un moteur est souvent fixé par une extrémité, par exemple radialement par sa structure, et autorise à sa sortie un degré de rotation ou translation : chaque moteur peut être, dans un montage en série, considéré comme un bras articulé. « Bras » désigne donc un organe dénommé usuellement par : jambe, bras, béquille, patte, membre articulé (poly-articulé), ou organe articulé (poly-articulé), ou moteur ... Les organes désignés usuellement par : abdomen, torse, tronc, corps sont assimilables en termes de cinématique à un bras, avec cette nuance, qu'en général, ces organes sont structurels, porteurs. ils contiennent des équipements non cinématiques, mais nécessaires au fonctionnement du robot : les circuits électroniques, batterie, capteurs, radio... Le mot compliance est fréquemment utilisé en robotique, il est synonyme de souplesse. Le mot guidage est employé pour désigner une fonction dc guidage mécanique, qui est réalisée par un ou plusieurs guides. Les mots guide et guidage sont interchangeables dans le texte. Robot désigne un robot mobile terrestre, selon la définition suivante : par robot mobile terrestre, l'invention entend un véhicule terrestre partiellement autonome ou télé-opérés, destiné à se déplacer et éventuellement transporter une charge utile, par exemple une caméra pour visionner une scène située à distance, et/ou destiné à manipuler un objet, par exemple le bras peut être doté 2 d'un outil pour effectuer une action mécanique, ou bien le bras peut être doté d'une main pour attraper un carton et le ranger. De part la présence de bras le robot décrit peut être considéré comme anthropomorphe. Domaine de l'invention [0002] L'invention se situe dans le domaine de la robotique, et plus précisément dans le domaine des robots mobiles terrestres, partiellement autonomes et/ou télé-opérés, destinés à se déplacer et/ou à transporter une charge. Contexte [0003] L'invention se concentrent sur les défis mécaniques que soulève le besoin de mobilité en milieu non-structuré (agriculture, bois, mine ) et en milieu urbain (extérieur, intérieur, post-séisme...). La mobilité d'un robot terrestre est réalisée par des dispositifs mécaniques dédiés, principalement: chenille, jambes / patte / bras, ou roues. L'expérience des dispositifs existants est la suivante : Les robots à chenilles (incluant les flippers) sont limités dans le franchissement d'obstacles élevés (>0.4m en général) ou verticaux (murets, barrière) sauf si leur masse est de plusieurs centaines de kg. Les robots qui se déplacent sur 2 jambes (rarement une) sont communément appelé « humanoïdes ». Les robots humanoïdes sont capables de passer des obstacles verticaux, en sautant par exemple, ou de monter de fortes pentes... Ils seraient également capables de se déplacer sur des sols meubles (sables, boues, neige), mais la gestion de l'équilibre d'un humanoïde est délicate, car elle exige d'une part une précision élevée des données issues des capteurs, et d'autre part un arbitrage correct par le circuit de traitement électronique des données, qui sont contradictoires entre les différents capteurs. Aujourd'hui ces deux exigences ne sont pas toujours satisfaites, notamment pour les sols meubles. C'est pourquoi les humanoïdes ne peuvent pas encore valoriser l'avantage de mobilité intrinsèque dont ils disposent. Les robots à plus de 2 roues ont une assiette sensiblement parallèle au sol. Ils souffrent donc de manière importante du glissement sur sol meuble. Et les pentes élevées (>400) peuvent entrainer le retournement du robot. Et enfin, ils ne passent pas d'obstacle vertical de hauteur supérieure au rayon de la roue. Les robots mus par roues (ou chenilles) situées au bout d'un bras, présentent une mobilité avantageuse, et sont prometteurs. Néanmoins, ils présentent aussi une complexité de conception, qui les cantonne pour l'instant au domaine de la recherche, voire au domaine spatial (cf. rover martien). La situation des robots, à 1 ou 2 roues est différentes : la stabilité et la mobilité du robot est réalisable sur tous les terrains (dur, bouc, neige), quelle 3 que soit la pente, sauf en cas de glissement important (sable, boue et pente...). L'équilibre d'un robot à (1 ou ) 2 roues est régi par l'équation du pendule-inversé, qui requiert une bonne connaissance des masses et moments d'inertie du robot, mais n'exige pas un niveau de précision supérieur à ce qui accessible avec des capteurs usuels du marché. [0004] Aujourd'hui, les robots commercialisés, présentant la meilleure mobilité, dans la catégorie légers ( REVENDICATIONS1. Le dispositif concerne les véhicules terrestres partiellement autonomes et / ou télé-opérés, dit robots mobiles terrestres, constitués d'au moins un organe référent lié à au moins un organe mobile. L'organe référent, dit porteur, étant un abdomen (2), un moteur, ou un bras (3) articulé. L'organe mobile, dit terminal, étant un abdomen (2), un bras (3) articulé, un moteur, un membre rigide, une main (30), une roue ou une chenille. L'organe mobile étant lié à l'organe référent par une articulation (4) autorisant un degré de liberté, actionnée par un moteur (5), et l'un des deux organes : référent ou mobile, étant doté des trois composants suivants : une goupille (60) qui se déplace sous l'effet d'un moteur dédié (61), et qui est guidée par un guidage (62), et l'autre organe étant doté d'un réceptacle (70) dont la forme est adaptée à celle de la goupille (60). Dans un premier mode : la goupille (60) est rétractée, et le jeu entre la goupille (60) et le réceptacle (70) permet un mouvement de l'articulation (4) libre et contrôlé par le moteur (5). Dans un second mode : la goupille (60), est entrée en contact avec le réceptacle (70) : l'articulation (4) est bloquée, et l'intégralité de l'effort, appliqué selon le degré de liberté de l'articulation (4), est transmis mécaniquement entre l'organe référent et l'organe mobile, par la chaine cinématique du dispositif de blocage, (composée de la goupille (60), le guidage (62), le moteur (61) et le réceptacle (70)) sans sollicitation mécanique du moteur (5). 2. Dispositif selon la revendication précédente, où le réceptacle (70) est doté de plusieurs positions d'accueil de la goupille (60) offrant plusieurs possibilités de blocage de l'articulation (4). 3. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, ayant un mode de réalisation préférentiel, où, si le degré de liberté de l'articulation à bloquer est en rotation, alors la goupille (60) se déplace linéairement sur une ligne parallèle à l'axe de rotation de l'articulation. 4. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, ayant un mode de réalisation préférentiel, où, si le degré de liberté de l'articulation à bloquer est en translation, alors la goupille (60) se déplace linéairement sur un plan normal à cette direction de translation de l'articulation. 5. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, où au moins deux mains (30) sont dotées de forme et contre-fonne permettant 13 de les lier entre elles solidement, de sorte qu'elles soient solidaires mécaniquement, chaque main ainsi liée transmettant la totalité de l'effort, dû à l'action de manipulation ou de motricité du robot, à l'organe référent auquel elle est liée, et ne transmettant au moteur (5) de l'articulation (4) de main qu'une contrainte résiduelle ou nulle, selon son degré de liberté. 6. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, ayant un mode de réalisation préférentiel, où le bras (3) a une longueur supérieure à la distance entre l'axe du moteur d'épaule interne (200) et le sol. 7. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, ayant un mode de réalisation préférentiel, où un abdomen (2) muni de bras (3) est associé par une articulation (4), dite de hanche (22) contrôlée par un moteur (220), à un second abdomen (2) muni préférentiellement d'un système de motricité direct (23), constitué d'au moins une roue ou chenille, motorisée. L'articulation (22) pouvant intégrer ou non le dispositif de blocage décrit dans la [Revendication 1]. 8. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, où seulement une partie des articulations du robot comporte le dispositif de blocage décrit dans la [Revendication 1]. 9. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, où d'une part l'articulation (4) autorise plusieurs degrés de liberté, et où, d'autre part, dans le second mode : l'articulation (4) est bloquée par le dispositif selon un unique de ses degrés de liberté, et l'effort mécanique n'est supporté intégralement par la chaine cinématique du dispositif de blocage, que selon ce même degré de liberté bloqué. 10. Dispositif selon au moins une des revendications précédentes, où un circuit électronique embarqué sur le robot, muni de logiciel, reçoit des informations par des capteurs sur son état propre et son environnement, a la connaissance de l'action à effectuer, et coordonne les différents moteurs et dispositifs de blocage, afin que le robot adopte grâce au dispositif de blocage, une géométrie spécifique préalablement à l'action prévue et/ou à certaines étapes de l'exécution de cette action, dans l'objectif d'augmenter la motricité du robot et / ou sa capacité à manipuler une charge.