Brevet FR3126904A1 — publié le 20230317

L’invention concerne un ensemble d’articulation (100) d’une tête (110) de robot comprenant : • une structure de soutien (120) ; • un premier et un second actionneur rotatif (130,140) comportant chacun un axe (131,141) et un corps (132,142), l’axe (131) du premier actionneur étant relié mécaniquement à un mât (150) supportant la tête, de manière à ce qu’elle soit mobile en rotation autour d’un premier axe de l’ensemble d’articulation (X1) ; • un panier mobile (160) relié mécaniquement à ladite structure de soutien suivant une liaison pivot, ledit panier étant mobile en rotation autour d’un second axe de l’ensemble d’articulation (X2), les corps des actionneurs étant fixés audit panier mobile, l’axe du second actionneur étant coaxial audit axe transversal, l’axe du second actionneur étant fixe par rapport à ladite structure de soutien, de manière à ce que la tête soit mobile en rotation autour dudit axe transversal. figure pour l’abrégé : figure 1 Ensemble d’articulation d’une tête mobile de robot DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine de l’invention est celui de la robotique. Plus précisément, l’invention concerne un ensemble d’articulation d’une tête mobile de robot, le robot pouvant notamment être un robot humanoïde ou un robot « semi-humanoïde ». L’invention trouve notamment des applications dans les robots à destination du grand public, adaptés pour interagir socialement dans un environnement privé ou dans un environnement collectif, tel un hôpital ou une école. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Il est connu de l’art antérieur des techniques d’articulation de tête de robot, permettant la rotation d’une tête de robot autour d’un ou plusieurs axes par rapport au corps du robot. En particulier, dans le cas de robot humanoïdes, la tête est mobile selon trois axes, de manière à reproduire fidèlement les mouvements de tête d’un humain. Cette reproduction fidèle est recherchée car de nombreuses informations sont véhiculées par les mouvements de tête, constituant une partie de ce qui est appelé la « communication non-verbale ». Les techniques connues permettant de réaliser de telles cinématiques sont particulièrement complexes, fragiles, et couteuses à la conception, à la fabrication et au montage. Dans le cas de robots pouvant être qualifiés de « semi-humanoïdes », c’est-à-dire reproduisant certaines caractéristiques du corps humain seulement, une telle conception complexe n’est pas nécessaire, car le robot n’a pas vocation à reproduire fidèlement les cinématiques du corps humain. Selon un exemple, un robot semi-humanoïde présente une tête fixé sur un corps, mais ne possède pas de membres inférieurs et/ou supérieurs, qui peuvent être soit omis, soit remplacés par d’autres éléments, tels que des roues par exemple. En particulier, on connaît des techniques d’articulation de tête de robot permettant la rotation d’une tête de robot autour de deux axes. Une telle cinématique ne permet pas de reproduire tous les mouvements d’une tête humaine, mais permet de reproduire un nombre de mouvements suffisant pour transmettre une information aisément identifiable par un humain. Cependant, malgré une cinématique moins complexe, les techniques connues de l’art antérieur présentent les mêmes inconvénients que les techniques d’articulation à trois axes, à savoir la complexité, le cout économique et la fragilité de l’ensemble. Les problématiques liées à la résistance de l’ensemble d’articulation sont d’autant plus importantes lorsque le robot se destine au grand public. Dans le cadre d’une utilisation en collectivité, le robot est fortement sollicité, et manipulé par des personnes non formées, et il peut être exposé à des incivilités et dégradations. Dans le cadre d’une utilisation privée, en particulier un public jeune ou un public âgé est susceptible d’en faire une utilisation inadéquate. Dans le cadre d’une destination à un grand public, il est également souhaitable de permettre une réparation à un faible coût économique, et de faire en sorte que la réparation soit simple et rapide. Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les besoins requis, à savoir de proposer une technique d’articulation de tête de robot qui soit de conception particulièrement simple, peu couteuse à fabriquer et entretenir, et particulièrement robuste. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus. À cet effet, l’invention vise un ensemble d’articulation d’une tête mobile de robot, comprenant : une structure de soutien ; un premier et un second actionneur rotatif comportant chacun un axe et un corps, l’axe du premier actionneur rotatif étant relié mécaniquement à un mât supportant la tête du robot, de manière à ce que ladite tête soit mobile en rotation autour d’un premier axe de l’ensemble d’articulation, dit axe longitudinal ; un panier mobile relié mécaniquement à ladite structure de soutien suivant une liaison pivot, de manière à ce que ledit panier soit mobile en rotation autour d’un second axe de l’ensemble d’articulation, dit axe transversal, les corps du premier et du second actionneur rotatif étant fixés audit panier mobile, l’axe du second actionneur rotatif étant coaxial audit axe transversal, et l’axe du second actionneur rotatif étant fixe par rapport à ladite structure de soutien ; de manière à ce que la tête du robot soit mobile en rotation autour dudit axe transversal. Grâce à ces dispositions, il est obtenu un ensemble d’articulation de tête de robot qui permet la rotation autour de deux axes orthogonaux, autour d’un corps de robot, de manière compacte et faisant appel un à un nombre limité d’élément mécaniques, ces éléments étant de plus relativement simples de conception. En particulier, l’agencement des actionneurs sur le panier mobile permet de concentrer les éléments principaux dans un volume restreint. De plus, il est particulièrement aisé de remplacer tout ou partie de l’ensemble d’articulation, le panier mobile portant l’essentiel des éléments mécaniques du cou et de la tête du robot. En d’autres termes, il est possible de remplacer rapidement et simplement l’ensemble d’articulation, éventuellement avec la tête, permettant ainsi de limiter le temps d’indisponibilité du robot et permettant une réparation de l’ensemble d’articulation de façon séparée. Enfin, la cinématique obtenue par l’ensemble d’articulation confère une expressivité particulièrement importante au robot muni de l’ensemble d’articulation selon l’invention. La combinaison des mouvements de rotations axiaux, lorsque le robot est en utilisation, permet de renforcer l’expression d’émotions lorsque le robot s’exprime et/ou dialogue avec un utilisateur. En d’autres termes, la conception particulièrement astucieuse de l’ensemble d’articulation permet de réaliser une fonction de rotation autour de deux axes de la tête du robot de manière particulièrement simple et économique, tout en apportant les nombreux avantages précités. On précise également que l’ensemble d’articulation selon l’invention peut être adapté à une grande variété de corps/troncs de robots, les points de contact mécaniques avec le corps du robot étant peu nombreux, permettant une adaptation simple. Selon une variante particulière, le panier mobile est relié mécaniquement à la structure de soutien par l’intermédiaire d’un élément d’habillage de l’ensemble d’articulation, ledit panier mobile étant fixé audit élément d’habillage et ; ledit élément d’habillage étant relié à la structure de soutien par ladite liaison pivot autour dudit axe transversal, de manière à ce que ledit panier mobile soit supporté par ladite structure de soutien. De cette manière, l’élément d’habillage joue un double rôle de cartérisation et de soutien. Il est possible de choisir un élément d’habillage qui présente à la fois un aspect esthétique extérieur attrayant, cachant et protégeant les éléments internes de l’ensemble d’articulation, et qui présente une résistance permettant de supporter l’ensemble d’articulation et la tête du robot, mais également de résister à des efforts externes sur ces éléments. En d’autres termes, l’élément d’habillage permet de séparer les fonctions de cartérisation et de soutien mécanique du reste de l’ensemble d’articulation, et notamment du panier et des axes des actionneurs. Selon une variante complémentaire, l'élément d’habillage comporte une ouverture bordée d’une surface d’appui orientée en opposition à la tête du robot, le mât comporte un épaulement sur son extrémité inférieure, comportant une surface d’appui orientée vers la tête du robot et formant butée avec ladite surface d’appui de l’élément d’habillage, de manière à ce qu’un effort exercé sur le mât et orienté vers la tête du robot soit transmis vers la structure de soutien par l’intermédiaire de l’élément d’habillage. Une telle disposition est un exemple permettant de reporter efficacement et simplement les efforts vers la structure de soutien par l’intermédiaire de l’élément d’habillage, sans affecter les éléments intérieurs de l’ensemble d’articulation, en évitant tout effort excessif sur ces derniers. Selon une variante complémentaire, l'élément d’habillage comporte une ouverture bordée d’une surface d’appui orientée vers la tête du robot, la tête comporte une surface d’appui sur son extrémité inférieure, formant butée avec ladite surface d’appui de l’élément d’habillage, de manière à ce qu’un effort exercé sur le mât et orienté en éloignement de la tête du robot soit transmis vers la structure de soutien par l’intermédiaire de l’élément d’habillage. Une telle disposition est un exemple permettant de reporter efficacement et simplement les efforts vers la structure de soutien par l’intermédiaire de l’élément d’habillage, sans affecter les éléments intérieurs de l’ensemble d’articulation, en évitant tout effort excessif sur ces derniers. Selon une variante particulière, l’élément d’habillage comprend un corps de forme globale d’un tore, adapté pour couvrir le panier mobile, et ; un tube s’étendant vers l’extérieur du tore selon une direction radiale du tore, adapté pour couvrir ledit mât. Une telle forme présente l’avantage de couvrir les éléments internes de l’ensemble d’articulation de manière particulièrement esthétique, tout en réduisant au maximum l’encombrement d’un tel élément d’habillage. De plus, une telle géométrie, qui peut être adaptée pour se conformer de près à l’habillage externe du robot, améliorant l’aspect esthétique mais renforce également la sécurité en évitant les risques de pincements au niveau des pièces mobiles. Selon une variante, l’axe du second actionneur rotatif est solidaire d’une partie mâle d’un accouplement entre ledit axe et la structure de soutien, ladite structure de soutien comportant une partie femelle dudit accouplement. De cette manière, la connexion mécanique entre le corps du robot et l’ensemble d’articulation, via la structure de soutien, est réalisée de manière particulièrement simple. Ainsi, l’assemblage mais également le remplacement de l’ensemble d’articulation est particulièrement aisé et rapide, toute en procurant une connexion mécanique fiable. Selon une variante, l’ensemble d’articulation comprend une paire de paliers lisses formant ladite liaison pivot entre l’élément d’habillage et la structure de soutien, la structure de soutien comportant deux éléments cylindriques coaxiaux audit axe transversal, chaque élément cylindrique formant un arbre d’un palier, et l’élément d’habillage comportant deux ouvertures tubulaires coaxiales audit axe transversal, chaque ouverture tubulaire formant un coussinet d’un palier. Ainsi, l’élément d’habillage est supporté sur la structure de soutien à l’aide de moyens simples et robustes, pouvant être réalisés de manière économique et participant au montage/échange rapide et aisé de l’ensemble d’articulation sur le corps du robot. Selon une variante, l’ensemble d’articulation comprend une paire de paliers formant ladite liaison pivot entre l’élément d’habillage et la structure de soutien, la structure de soutien comportant deux éléments cylindriques coaxiaux audit axe transversal, chaque élément cylindrique formant un arbre d’un palier, et l’élément d’habillage comportant deux ouvertures tubulaires coaxiales audit axe transversal, chaque ouverture tubulaire comportant une bague ou roulement centré en son intérieur, ladite bague ou roulement formant un coussinet d’un palier. Ainsi, l’élément d’habillage est supporté sur la structure de soutien à l’aide de moyens simples et robustes, tout en offrant une résistance particulièrement faible au frottements, fluidifiant ainsi les mouvements du robot. Selon une variante particulière, la partie femelle dudit accouplement est ménagée dans l’un des deux éléments cylindriques de la structure de soutien. De cette manière, le support de l’ensemble d’articulation et son accouplement mécanique sur le corps du robot est effectué en une seule opération, permettant un montage et un remplacement rapide de l’ensemble d’articulation. Selon une variante, l’axe du premier actionneur rotatif est relié mécaniquement audit mât par l’intermédiaire d’un crochet d’accouplement monté de manière excentrée sur ledit axe et comportant une patte d’accrochage pour la fixation à une extrémité inférieure dudit mât. De cette manière, il est possible d’agencer les éléments internes de l’ensemble d’articulation de manière encore plus compacte, le crochet, par son caractère excentré, permettant une transmission mécanique de la rotation tout en disposant le second actionneur rotatif à proximité de l’axe longitudinal. Selon une variante particulière, la structure de soutien comprend deux parties globalement symétriques, adaptées pour former chacune respectivement un flanc latéral du robot, et formant ensemble un corps de robot. Ainsi, la structure de soutien forme à la fois une enveloppe externe esthétique qui soit simple à monter, car composée de deux éléments uniquement, et qui permet un montage très aisé de l’ensemble d’articulation sur une variété de corps de robots différents. En effet, l’ensemble d’articulation peut être monté sur le corps de robot en trois étapes simples, comprenant le montage d’un premier flanc, le placement de l’ensemble d’articulation, avantageusement avec la tête prémontée, puis le montage d’un second flanc. Selon une variante, la structure de soutien comporte une fente pratiquée dans le plan sagittal du robot, les dimensions de ladite fente étant adaptées pour accueillir ledit élément d’habillage. Ainsi, en particulier lorsque l’élément d’habillage est de forme torique comme décrit plus en amont, l’aspect extérieur du robot est particulièrement esthétique, les différents éléments présentant une continuité de matériau agréable à l’œil, et qui de plus présente des avantages de sécurité, la forme torique s’agençant parfaitement avec la fente de manière à ne pas laisser d’interstices pouvant donne lieu à des pincements. De même, un tel agencement permet d’éviter au maximum l’introduction de saletés, poussières, fluides, etc. à l’intérieur du robot. L’invention a également pour objet un robot comprenant une tête et un ensemble d’articulation d’une tête mobile de robot selon l’invention. Selon une variante particulière, le robot comprend une unité de contrôle et la tête du robot comprend un écran, l’unité de contrôle étant configurée pour afficher sur ledit écran une représentation graphique associée aux rotations de ladite tête autour des axes longitudinal et transversal. Ainsi, la forte expressivité du robot, obtenue grâce à l’ensemble d’articulation selon l’invention, est encore davantage renforcée. En effet, il est possible de nuancer encore davantage l’expression véhiculée par le mouvement de tête en y associant des représentations graphiques sur l’écran, permettant d’améliorer et de renforcer la communication vers, et avec, un utilisateur. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et procédés objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la est une vue en perspective du robot selon l’invention, représentant également les plans et axes principaux du robot ; la est une vue en perspective de certains éléments internes de l’ensemble d’articulation selon l’invention ; la est une vue en coupe selon un plan frontal de la région du cou du robot selon l’invention ; la représente l’ensemble d’articulation selon deux vues en perspective différentes ; la est une vue de détail de l’intérieur de la structure de soutien ; la est une vue en perspective du crochet d’accouplement ; la est une vue de certains éléments internes de l’ensemble d’articulation, montrant leur agencement spatial relatif. Ensemble d’articulation (100) d’une tête (110) mobile de robot (200), caractérisé en ce qu’il comprend : une structure de soutien (120), ; un premier et un second actionneur rotatif (130, 140) comportant chacun un axe (131, 141) et un corps (132, 142), l’axe (131) du premier actionneur rotatif (130) étant relié mécaniquement à un mât (150) supportant la tête du robot, de manière à ce que ladite tête soit mobile en rotation autour d’un premier axe de l’ensemble d’articulation, dit axe longitudinal (X1) ; un panier mobile (160) relié mécaniquement à ladite structure de soutien suivant une liaison pivot, de manière à ce que ledit panier soit mobile en rotation autour d’un second axe de l’ensemble d’articulation, dit axe transversal (X2), les corps du premier et du second actionneur rotatif étant fixés audit panier mobile, l’axe (141) du second actionneur rotatif (140) étant coaxial audit axe transversal, et l’axe du second actionneur rotatif étant fixe par rapport à ladite structure de soutien ; de manière à ce que la tête du robot soit mobile en rotation autour dudit axe transversal. Ensemble d’articulation (100) selon la revendication 1, dans lequel le panier mobile (160) est relié mécaniquement à la structure de soutien (120) par l’intermédiaire d’un élément d’habillage (170) de l’ensemble d’articulation, ledit panier mobile étant fixé audit élément d’habillage et ledit élément d’habillage étant relié à la structure de soutien par ladite liaison pivot autour dudit axe transversal (X2), de manière à ce que ledit panier mobile soit supporté par ladite structure de soutien. Ensemble d’articulation (100) selon la revendication 2, dans lequel l'élément d’habillage (170) comporte une ouverture (171) bordée d’une surface d’appui (172) orientée en opposition à la tête (110) du robot ; le mât (150) comporte un épaulement (151) sur son extrémité inférieure (152), comportant une surface d’appui (153) orientée vers la tête (110) du robot et formant butée avec ladite surface d’appui de l’élément d’habillage ; de manière à ce qu’un effort exercé sur le mât et orienté vers la tête du robot soit transmis vers la structure de soutien (120) par l’intermédiaire de l’élément d’habillage. Ensemble d’articulation (100) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel l'élément d’habillage (170) comporte une ouverture (171) bordée d’une surface d’appui (173) orientée vers la tête (110) du robot ; la tête (110) comporte une surface d’appui (156) sur son extrémité inférieure, formant butée avec ladite surface d’appui (173) de l’élément d’habillage ; de manière à ce qu’un effort exercé sur le mât et orienté en éloignement de la tête du robot soit transmis vers la structure de soutien (120) par l’intermédiaire de l’élément d’habillage. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’élément d’habillage (170) comprend un corps (176) de forme globale d’une portion de tore, adapté pour couvrir le panier mobile, et un tube (177) s’étendant vers l’extérieur du tore selon une direction radiale du tore, adapté pour couvrir ledit mât. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’axe (141) du second actionneur rotatif (140) est solidaire d’une partie mâle (181) d’un accouplement (180) entre ledit axe et la structure de soutien, ladite structure de soutien (120) comportant une partie femelle (182) dudit accouplement. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, comprenant une paire de paliers formant ladite liaison pivot entre l’élément d’habillage (170) et la structure de soutien (120), la structure de soutien comportant deux éléments cylindriques (191a coaxiaux audit axe transversal (X2), chaque élément cylindrique formant un arbre d’un palier, et l’élément d’habillage comportant deux ouvertures tubulaires (192a, 192b) coaxiales audit axe transversal, chaque ouverture tubulaire formant un coussinet d’un palier. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, comprenant une paire de paliers formant ladite liaison pivot entre l’élément d’habillage (170) et la structure de soutien (120), la structure de soutien comportant deux éléments cylindriques (191a) coaxiaux audit axe transversal (X2), chaque élément cylindrique formant un arbre d’un palier, et l’élément d’habillage comportant deux ouvertures tubulaires (192a, 192b) coaxiales audit axe transversal, chaque ouverture tubulaire comportant une bague (193) ou roulement centré en son intérieur, ladite bague ou roulement formant un coussinet d’un palier. Ensemble d’articulation (100) selon les revendications 6 et 7, ou 6 et 8, dans lequel la partie femelle (182) dudit accouplement est ménagée dans l’un des deux éléments cylindriques (191a) de la structure de soutien (120). Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’axe (131) du premier actionneur rotatif (130) est relié mécaniquement audit mât (150) par l’intermédiaire d’un crochet d’accouplement (185) monté de manière excentrée sur ledit axe (131) et comportant une patte d’accrochage (186) pour la fixation à une extrémité inférieure (152) dudit mât. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la structure de soutien (120) comprend deux parties (121, 122) globalement symétriques, adaptées pour former chacune respectivement un flanc latéral du robot (200), et formant ensemble un corps (210) de robot. Ensemble d’articulation (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, ou selon la revendication 2 et l’une quelconque des revendications 10 à 11, dans lequel la structure de soutien (120) comporte une fente (123) pratiquée dans le plan sagittal (P2) du robot (200), les dimensions de ladite fente étant adaptées pour accueillir ledit élément d’habillage (170). Robot (200) comprenant une tête (110) et un ensemble d’articulation (100) d’une tête mobile de robot selon l’une des revendication 1 à 12. Robot (200) selon la revendication 13, dans lequel le robot comprend une unité de contrôle et la tête (110) du robot comprend un écran (111), l’unité de contrôle étant configurée pour afficher sur ledit écran une représentation graphique associée aux rotations de ladite tête autour des axes longitudinal (X1) et transversal (X2).