Brevet FR3112981A1 — publié le 20220204

Un robot configurable (RC) comprend des sous-robots (SR1-SR2) déformables et comprenant chacun : - des coupleurs (C1, C2) se couplant temporairement à un autre coupleur (C2, C1) d’un autre sous-robot (SR2, SR1) en cas d’activation, - des actionneurs (A1, A2) liés à au moins deux coupleurs (C1, C2) et à extension variable pour faire varier les positions spatiales de ces derniers, et - une partie centrale (PC) comportant un calculateur (CA) contrôlant les extensions successives des actionneurs (A1, A2) et les activations/désactivations successives des coupleurs (C1, C2) de façon synchronisée avec le calculateur (CA) de l’autre sous-robot (SR2, SR1) afin de permettre un déplacement relatif du sous-robot (SR1, SR2) par rapport à cet autre sous-robot (SR2, SR1) entre des positions initiale et finale, et une batterie (B) alimentant en énergie électrique le calculateur (CA), les coupleurs (C1, C2) et les actionneurs (A1, A2). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 ROBOT CONFIGURABLE PAR DÉFORMATION DE SOUS-ROBOTS AUTONOMES ET SYNCHRONISÉS Domaine technique de l’invention L’invention concerne les robots configurables qui comprennent au moins deux sous-robots. Etat de la technique Dans certains domaines techniques on utilise des robots pour assembler des pièces devant faire partie de systèmes, comme par exemple des véhicules, éventuellement de type automobile. Certains de ces robots comprennent plusieurs (au moins deux) sous-robots qui coopèrent ensemble pour participer à l’assemblage précité. C’est notamment le cas de celui qui est décrit dans le document brevet CN-A 107283427. Cependant, dans ce type de robot les sous-robots sont solidarisés fixement sur une embase et donc ne peuvent pas se déplacer l’un par rapport à l’autre, ce qui empêche une auto-configuration. Les robots permettant de construire de la matière programmable (« programmable matter ») sont des éléments constitutifs (ou modules) d’un ensemble. L’ensemble des sous-robots d’un robot forme un objet qui a une nouvelle propriété par rapport aux modules, à savoir l’auto-reconfiguration. Par définition, l’auto-reconfiguration est la capacité de changer la forme globale d’un objet constitué de sous-robots en les déplaçant les uns par rapport aux autres. Une première application de ce type de robot est « l’argile numérique ». En considérant une fonctionnalité de communication entre sous-robots et entre un sous-robot et une machine extérieure, on peut réaliser une application consistant à réaliser une argile numérique capable de communiquer sa forme à un système extérieur de type CAO (conception assistée par ordinateur). Dans un premier temps, les sous-robots sont capables de s’organiser en une forme transmise à l’un d’entre eux par la machine extérieure. Puis, ils sont réorganisés manuellement avant de transmettre leur nouvelle configuration à la machine extérieure. Actuellement, seule la matière programmable a la capacité de modifier au moins l’une de ses propriétés physiques (généralement sa forme) pour permettre la création de différentes configurations, de façon programmable en interne ou en externe. C’est tout particulièrement le cas des robots dits MSR (« Modular Self-reconfigurable Robot » - robot auto-reconfigurable modulaire). Ces robots peuvent en effet être évolutifs et/ou autonomes et/ou interactifs lorsqu’ils embarquent leur propre calculateur. Il existe actuellement quatre types de robots MSR : ceux dits en réseau du fait que leurs sous-robots sont placés sur des nœuds de mailles d’un réseau, ceux dits en chaîne du fait que leurs sous-robots sont placés les uns derrière les autres, ceux dits hybrides (mélange entre ceux en réseau et ceux en chaîne), et ceux dits mobiles du fait que tous leurs sous-robots peuvent se déplacer de façon autonome. Ces sous-robots s’organisent dans une grille régulière dont la forme dépend de leurs formes respectives (le déplacement d’un robot ayant pour but de le faire progresser d’une cellule de la grille vers une cellule voisine). L’inconvénient principal des robots MSR réside dans le fait qu’ils utilisent des mécanismes complexes pour attacher leurs sous-robots les uns aux autres afin de pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres, et que ces mécanismes complexes sont difficilement miniaturisables et nécessitent beaucoup d’énergie pour fonctionner. En outre, bon nombre de ces robots MSR consomment de façon permanente de l’énergie électrique pour se maintenir dans une configuration donnée et dans une position donnée, ce qui nuit à leur autonomie. De plus, les déplacements par rotation, par glissement, ou encore par saut, des sous-robots les uns par rapport aux autres offrent des solutions peu robustes, car les risques de détachements, d’échec de rattachement en fin de mouvement, voire de chute d’un module pendant une phase transitoire de déplacement, sont très élevés. En d’autres termes, il n’existe pas aujourd’hui de robots MSR dans lesquels les sous-robots (ou modules) sont capables de se lier et de se déplacer les uns par rapport aux autres avec un même système d’actionneurs. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation. Présentation de l’invention Elle propose notamment à cet effet un robot configurable comprenant au moins deux sous-robots déformables et comprenant chacun : - des coupleurs se couplant temporairement à un autre coupleur d’un autre sous-robot en cas d’activation, - des actionneurs liés à au moins deux des coupleurs et à extension variable afin de faire varier des positions spatiales de ces derniers, et - une partie centrale comportant un calculateur contrôlant les extensions successives des actionneurs et les activations/désactivations successives des coupleurs de façon synchronisée avec le calculateur de l’autre sous-robot afin de permettre un déplacement relatif de son sous-robot par rapport à cet autre sous-robot entre des positions initiale et finale, et une batterie alimentant en énergie électrique le calculateur, les coupleurs et les actionneurs. On dispose ainsi d’un robot configurable entièrement autonome et auto-reconfigurable. Le robot configurable selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - le calculateur de chaque sous-robot peut contrôler à chaque instant l’activation d’un unique coupleur et la désactivation des autres coupleurs ; - chaque sous-robot peut comprendre douze coupleurs, et six actionneurs liés chacun à quatre coupleurs ; - chaque actionneur peut être un vérin ayant une tête translatable et liée à au moins deux coupleurs par des éléments de liaison souples ; - chaque tête translatable peut avoir une forme carrée de côté égal à une première valeur, chaque coupleur peut avoir une forme carrée de côté égal à la première valeur, et chaque vérin peut avoir une extension maximale égale à une seconde valeur supérieure ou égale à la première valeur ; - chaque vérin peut induire une variation angulaire maximale de +/-45° de la position spatiale de chaque coupleur auquel il est lié lorsque son extension varie entre une extension nulle et l’extension maximale ; - chaque vérin peut comprendre un élément à mémoire de forme associé à un ressort ; - chaque actionneur peut être solidarisé fixement à la partie centrale de son sous-robot ; - chaque coupleur peut comprendre un élément électrostatique ayant une charge électrique opposée à celle de l’élément électrostatique d’un autre coupleur auquel il est temporairement couplé. L’invention propose également une installation d’assemblage de systèmes comprenant au moins un robot configurable du type de celui présenté ci-avant. Par exemple, ces systèmes peuvent être des véhicules, éventuellement de type automobile. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’un sous-robot d’un robot configurable selon l’invention, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, deux sous-robots du type de celui de la figure 1 et constituant ensemble un robot configurable selon l’invention placé dans une configuration initiale, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le robot configurable de la figure 2 placé dans une première configuration intermédiaire, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le robot configurable de la figure 2 placé dans une deuxième configuration intermédiaire, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le robot configurable de la figure 2 placé dans une troisième configuration intermédiaire, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le robot configurable de la figure 2 placé dans une quatrième configuration intermédiaire, illustre schématiquement, dans une vue en perspective, le robot configurable de la figure 2 placé dans une configuration finale, illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, des représentations de deux coupleurs associées, via des représentations de deux éléments de liaison, à une représentation d’une tête d’un actionneur du sous-robot de la figure 1, placées dans un premier agencement correspondant à une extension maximale de l’actionneur, et illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, les représentations de la figure 8 placées dans un second agencement correspondant à une extension nulle de l’actionneur. Description détaillée de l’invention L’invention a notamment pour but de proposer un robot configurable RC comprenant au moins deux sous-robots SRj autonomes et déformables afin de pouvoir se déplacer l’un par rapport à l’autre. Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le robot configurable RC est destiné à faire partie d’une installation d’assemblage de systèmes. Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que les systèmes à assembler sont des véhicules, éventuellement de type automobile. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de système. Comme illustré sur les figures 2 à 7, un robot configurable RC, selon l’invention, comprend au moins deux sous-robots SRj déformables. Dans l’exemple illustré non limitativement le robot configurable RC ne comprend que deux sous-robots SR1 (j = 1) et SR2 (j = 2). Mais il pourrait comprendre plus de deux sous-robots SRj, et par exemple trois ou quatre, voire plus encore. Ces sous-robots SRj sont de préférence identiques, comme dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 2 à 7. Mais ils pourraient présenter de légères différences. Comme cela apparaît mieux sur la figure 1, chaque sous-robot SRj comprend des (au moins deux) coupleurs Cj, des (au moins deux) actionneurs Aj, et une partie centrale PC. Chaque coupleur Cj d’un sous-robot SRj peut être couplé temporairement à un autre coupleur Cj’ d’un autre sous-robot SRj’ lorsqu’il a été activé (tout comme cet autre coupleur Cj’). Ce couplage est destiné à lier deux sous-robots SRj et SRj’ (j’ ≠ j, par exemple j = 1 et j’ = 2) à un instant donné, via deux de leurs coupleurs Cj et Cj’, afin de définir une configuration. Chaque actionneur Aj d’un sous-robot SRj est lié à au moins deux coupleurs Cj de ce dernier (SRj) et a une extension variable afin de faire varier les positions spatiales (ou dans l’espace) de ces coupleurs Cj. Comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 7, chaque actionneur Aj peut être lié à au moins deux coupleurs Cj via des éléments de liaison EL. Ces derniers peuvent être éventuellement souples ou flexibles. La partie centrale PC de chaque sous-robot SRj comprend au moins un calculateur CA et une batterie B. Chaque calculateur CA est agencé de manière à contrôler les extensions successives des actionneurs Aj de son sous-robot SRj et les activations/désactivations successives des coupleurs Cj de son sous-robot SRj de façon synchronisée avec le calculateur CA d’un autre sous-robot SRj’. Ce contrôle est destiné à permettre un déplacement relatif d’un sous-robot SRj par rapport à un autre sous-robot SRj’ entre des positions initiale (figure 2) et finale (figure 7). Chaque batterie B est chargée d’alimenter en énergie électrique le calculateur CA, les coupleurs Cj et les actionneurs Aj de son sous-robot SRj. Il peut, par exemple, s’agir d’une batterie rechargeable, éventuellement de type lithium-ion ou sodium. Ainsi, le robot configurable RC est entièrement autonome (du fait que chacun de ses sous-robots SRj dispose de ses propres moyens de traitement (programmables) et de sa propre batterie), et de surcroît auto-reconfigurable (du fait que chacun de ses sous-robots SRj est déformable afin de pouvoir se déplacer relativement par rapport à un autre sous-robot SRj’). Par exemple, pour assurer ses fonctions le calculateur CA peut comprendre au moins un processeur, par exemple de signal numérique (ou DSP (« Digital Signal Processor »)), et au moins une mémoire, et donc peut être réalisé sous la forme d’une combinaison de circuits ou composants électriques ou électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels (ou « software »). Cette mémoire est vive afin de stocker des instructions pour la mise en œuvre par le processeur d’un programme informatique. Le processeur peut comprendre des circuits intégrés (ou imprimés), ou bien plusieurs circuits intégrés (ou imprimés) reliés par des connections filaires ou non filaires. On entend par circuit intégré (ou imprimé) tout type de dispositif apte à effectuer au moins une opération électrique ou électronique. Egalement par exemple, le calculateur CA de chaque sous-robot SRj peut être agencé de manière à contrôler à chaque instant l’activation d’un unique coupleur Cj et la désactivation des autres coupleurs Cj. Cela signifie qu’à chaque instant seuls deux coupleurs Cj et Cj’ appartenant respectivement à deux sous-robots SRj et SRj’ assurent le couplage entre ces derniers (SRj et SRj’). Cette option est particulièrement avantageuse, car elle permet de réduire très notablement la consommation d’énergie électrique de chaque sous-robot SRj puisque seul chaque coupleur Cj, Cj’ activé consomme de l’énergie électrique alors que tous les autres coupleurs n’en consomment pas du fait qu’ils sont désactivés. Comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 7, chaque sous-robot SRj peut comprendre douze coupleurs Cj, et six actionneurs Aj liés chacun à quatre coupleurs Cj. Il présente alors une forme générale polyédrale. L’auto-reconfiguration d’un robot configurable RC comprenant deux sous-robots SR1 et SR2 de ce type entre une configuration initiale et une configuration finale est illustrée sur les figures 2 à 7. Plus précisément sur la figure 2 le robot configurable RC est placé dans une configuration initiale, sur les figures 3 à 6 le robot configurable RC est placé respectivement dans quatre configurations intermédiaires successives, et sur la figure 7 le robot configurable RC est placé dans une configuration finale. Dans cet exemple, c’est le premier sous-robot SR1 qui se déplace par rapport au second sous-robot SR2. Par ailleurs, on considère ici que dans la configuration initiale (figure 2) le premier coupleur C1 du premier sous-robot SR1 est couplé au dixième coupleur C2 du second sous-robot SR2. On notera que dans les configurations initiale (figure 2) et finale (figure 7) les premier SR1 et second SR2 sous-robots sont non déformés, tandis que dans les quatre configurations intermédiaires (figures 3 à 7) les premier SR1 et second SR2 sous-robots sont déformés. Pendant le déplacement du premier sous-robot SR1 par rapport au second sous-robot SR2, les calculateurs CA des premier SR1 et second SR2 sous-robots contrôlent de façon synchronisée les déformations respectives de ces derniers (SR1 et SR2) qui permettent le maintien permanent du couplage entre un coupleur C1 du premier sous-robot SR1 et un coupleur C2 du second sous-robot SR2. Par exemple, au milieu du processus de déformation (figure 5) quatre coupleurs C1 du premier sous-robot SR1 se retrouvent placés sensiblement dans un même plan et respectivement en face de quatre coupleurs C2 du second sous-robot SR2. Plus précisément, le premier coupleur C1 du premier sous-robot SR1 est en face du dixième coupleur C2 du second sous-robot SR2, le deuxième coupleur C1 du premier sous-robot SR1 est en face du troisième coupleur C2 du second sous-robot SR2, le troisième coupleur C1 du premier sous-robot SR1 est en face du deuxième coupleur C2 du second sous-robot SR2, et le quatrième coupleur C1 du premier sous-robot SR1 est en face du cinquième coupleur C2 du second sous-robot SR2, mais seuls le premier coupleur C1 du premier sous-robot SR1 et le dixième coupleur C2 du second sous-robot SR2 sont simultanément activés afin d’être couplés l’un à l’autre depuis le début du déplacement (figures 2 à 5). Ensuite (figure 6), le deuxième coupleur C1 du premier sous-robot SR1 et le troisième coupleur C2 du second sous-robot SR2 sont simultanément activés pour être couplés l’un à l’autre, tandis que le premier coupleur C1 du premier sous-robot SR1 et le dixième coupleur C2 du second sous-robot SR2 sont simultanément désactivés. Puis (figure 7), on fait reprendre au second sous-robot SR2 sa configuration non déformée tout en maintenant le deuxième coupleur C1 du premier sous-robot SR1 et le troisième coupleur C2 du second sous-robot SR2 activés. On notera que chaque actionneur Aj peut, par exemple, être un vérin ayant une tête translatable TT et liée à au moins deux coupleurs Cj par des éléments de liaison EL souples. En présence de cette dernière option, chaque tête translatable TT peut, comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 8, avoir une forme carrée de côté égal à une première valeur v1, chaque coupleur Cj peut avoir une forme carrée de côté égal à cette première valeur v1, et chaque vérin Aj peut avoir une extension maximale qui est égale à une seconde valeur v2 supérieure ou égale à la première valeur v1. Par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 8 et 9, on peut avoir v1 = v2. Dans ce cas, et comme illustré non limitativement sur les figures 8 et 9, chaque vérin Aj peut induire une variation angulaire maximale θ égale à +/-45° de la position spatiale de chaque coupleur Cj auquel il est lié lorsque son extension varie entre une extension nulle (figure 9) et l’extension maximale (figure 8). On comprendra en observant les figures 8 et 9 que la translation de la tête translatable TT d’un actionneur Aj induit un entraînement en rotation d’une extrémité de chaque coupleur Cj associé autour d’un axe p0 ou p1 (perpendiculaire au plan de coupe). Cette translation de la tête translatable TT d’un actionneur Aj induit donc une déformation du sous-robot SRj considéré par variation des positions spatiales de cette tête translatable TT et des coupleurs Cj associés. Dans l’exemple illustré, la translation maximale de la tête translatable TT d’un actionneur Aj induit l’entraînement en rotation simultané (sur l’angle θ (ici égal à+/-45°)) des quatre coupleurs Cj associés. La distance référencée l sur la figure 8 est égale à la somme de l’extension (v1) de la tête translatable TT d’un actionneur Aj et des extensions (v1) des deux coupleurs Cj (soit l = 3*v1). Si l’on veut alors avoir v1 = v2, cela impose que l’extension (e) de chaque élément de liaison EL soit égale à (2 – 2 1/2 )*r/(3* 2 1/2 – 1), soit e = 0,18065*r, où r est la moitié de la distance séparant les têtes translatables TT de deux actionneurs Aj diamétralement opposés. Par exemple, chaque vérin Aj peut comprendre un élément à mémoire de forme associé à un ressort. Cela permet avantageusement de réduire le nombre d’éléments mécaniques dans chaque sous-robot SRj. Dans ce cas, chaque variation d’extension d’un actionneur Aj est obtenue en faisant varier la forme de son élément à mémoire de forme, par exemple en lui appliquant un courant électrique. Lorsque l’élément à mémoire de forme de l’actionneur Aj reçoit ce courant électrique sa forme passe d’une forme initiale (au repos) à une forme aplatie en forçant le ressort associé à se comprimer, et lorsque cet élément à mémoire de forme ne reçoit plus de courant électrique il reprend sa forme initiale en étant aidé par le ressort qui se détend. Mais au lieu d’utiliser des vérins à élément à mémoire de forme on pourrait utiliser des vérins traditionnels (par exemple hydrauliques), éventuellement de (très) petites dimensions. On notera également comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 7, que chaque actionneur Aj peut être solidarisé fixement à la partie centrale PC de son sous-robot SRj. A cet effet, la partie centrale PC peut comprendre un boîtier logeant la batterie B et le calculateur CA, et sur lequel sont solidarisés fixement les actionneurs Aj. Cela permet d’augmenter la compacité de chaque sous-robot SRj et éventuellement de diminuer le volume de chaque sous-robot SRj. Ainsi, on peut avoir une valeur r égale à quelques millimètres (typiquement 5 mm), en cas de besoin de forte miniaturisation. On notera également que chaque coupleur Cj peut, par exemple, comprendre un élément électrostatique ayant, lorsqu’il est activé, une charge électrique qui est opposée à celle de l’élément électrostatique d’un autre coupleur Cj’ auquel il est temporairement couplé. Mais d’autres techniques de couplage peuvent être utilisées. Ainsi, chaque coupleur Cj pourrait, par exemple, comprendre un élément magnétique ayant, lorsqu’il est activé, une polarité opposée à celle de l’élément magnétique de l’autre coupleur Cj’ auquel il est temporairement couplé. Par exemple, chaque élément électrostatique peut produire une force qui est proportionnelle à sa surface (ici égale à v1*v1). Dans ce cas, en maximisant la première valeur v1 on peut optimiser la puissance de couplage de chaque coupleur Cj. La valeur maximale de la première valeur v1 est égale à 2*r/(3* 2 1/2 – 1), soit approximativement 0,617*r. Robot configurable (RC) comprenant au moins deux sous-robots (SRj) déformables, caractérisé en ce que chaque sous-robot (SRj) comprend i) des coupleurs (Cj) se couplant temporairement à un autre coupleur (Cj’) d’un autre sous-robot (SRj’) en cas d’activation, ii) des actionneurs (Aj) liés à au moins deux desdits coupleurs (Cj) et à extension variable afin de faire varier des positions spatiales de ces derniers (Cj), et iii) une partie centrale (PC) comportant un calculateur (CA) contrôlant les extensions successives desdits actionneurs (Aj) et les activations/désactivations successives desdits coupleurs (Cj) de façon synchronisée avec le calculateur (CA) dudit autre sous-robot (SRj’) afin de permettre un déplacement relatif dudit sous-robot (SRj) par rapport à cet autre sous-robot (SRj’) entre des positions initiale et finale, et une batterie (B) alimentant en énergie électrique ledit calculateur (CA), lesdits coupleurs (Cj) et lesdits actionneurs (Aj). Robot configurable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur (CA) de chaque sous-robot (SRj, SRj’) contrôle à chaque instant l’activation d’un unique coupleur (Cj) et la désactivation des autres coupleurs (Cj). Robot configurable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque sous-robot (SRj) comprend douze coupleurs (Cj), et six actionneurs (Aj) liés chacun à quatre coupleurs (Cj). Robot configurable selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque actionneur (Aj) est un vérin ayant une tête translatable (TT) et liée à au moins deux coupleurs (Cj) par des éléments de liaison (EL) souples. Robot configurable selon la combinaison des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que chaque tête translatable (TT) a une forme carrée de côté égal à une première valeur, chaque coupleur (Cj) a une forme carrée de côté égal à ladite première valeur, et chaque vérin a une extension maximale égale à une seconde valeur supérieure ou égale à ladite première valeur. Robot configurable selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque vérin induit une variation angulaire maximale de +/-45° de la position spatiale de chaque coupleur (Cj) auquel il est lié lorsque son extension varie entre une extension nulle et ladite extension maximale. Robot configurable selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque vérin (Aj) comprend un élément à mémoire de forme associé à un ressort. Robot configurable selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque actionneur (Aj) est solidarisé fixement à ladite partie centrale (PC) de son sous-robot (SRj). Robot configurable selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque coupleur (Cj) comprend un élément électrostatique ayant une charge électrique opposée à celle de l’élément électrostatique d’un autre coupleur (Cj’) auquel il est temporairement couplé. Installation d’assemblage de systèmes, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un robot configurable (RC) selon l’une des revendications précédentes.