CLERAMBAULT, Stéphane (61 Résidence La Cocquetière, Les Molières, F-91470, FR)
PINAULT, Samuel (Appt 63, 100 bis rue Galliéni, Issy Les Moulineaux, F-92130, FR)
CHEMOUNY, Jérôme (2 rue Pasteur, Villeparisis, F-77270, FR)
CLERAMBAULT, Stéphane (61 Résidence La Cocquetière, Les Molières, F-91470, FR)
PINAULT, Samuel (Appt 63, 100 bis rue Galliéni, Issy Les Moulineaux, F-92130, FR)
| REVENDICATIONS 1. Système anticollision pour le déplacement d'un objet (50, 53, 54, 71) dans un environnement; ce système comprenant une unité de traitement (60) relié à des capteurs (65) permettant de connaître en temps réel la position de l'objet dans l'environnement, cette unité de traitement étant dotée de moyens logiciels et matériels pour contrôler l'objet et pour mettre en œuvre : - une modélisation 3D virtuelle de l'environnement (3), - une modélisation 3D virtuelle temps réel de l'objet se déplaçant dans l'environnement (1), - une modélisation 3D (2) d'une enveloppe virtuelle (72) autour de l'objet, cette enveloppe virtuelle formant un volume dit volume « fantôme » prédisant les déplacements de l'objet et - un algorithme de détection de collisions (4) temps réel entre l'enveloppe virtuelle et l'environnement modélisé ; en cas de collision virtuelle un signal d'alerte et une estimation de cette collision étant générés. 2. Système selon la revendicationl, caractérisé en ce que la modélisation 3D virtuelle de l'environnement comprend en outre une modélisation 3D virtuelle d'éléments fixes et une modélisation 3D virtuelle temps réel d'éléments mobiles à l'aide de capteurs disposés sur ces éléments mobiles ou dans l'environnement. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens logiciels et matériels sont également configurés pour mettre en œuvre une modélisation 3D virtuelle d'une enveloppe virtuelle sur au moins un des éléments fixes ou mobiles modélisés, la détection de collisions étant réalisée entre enveloppes virtuelles. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume d'une enveloppe virtuelle est supérieur au volume de l'objet ou d'éléments autour duquel cet enveloppe virtuelle est réalisée. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de traitement est paramétrée de façon à déclencher, en réponse au signal d'alerte et à l'estimation de collision, un processus anticollision consistant à arrêter ou à réorienter le mouvement de l'objet. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'utilisation d'un moteur 3D et d'un moteur physique de jeux vidéo connectés à des systèmes électromécaniques réels permettant, - d'avoir une fréquence optimale d'au moins 60 Hz et, - d'avoir un système avec un rafraîchissement temps réel. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet est un robot poly-articulé (50, 53, 54, 71), et le système comprend au moins un capteur d'effort (65a) fixé à ce robot poly- articulé et relié à une unité de traitement (60) contrôlant le robot poly- articulé de façon à réaliser une co-manipulation en accompagnant tout effort détecté par ledit au moins un capteur d'effort. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet est un robot poly-articulé (50, 53, 54, 71), et en ce que le volume dit «volume fantôme » est une représentation dynamique de l'agrégation du volume expansé de chacun des axes du robot poly- articulé. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet est un robot et l'unité de traitement est configurée pour lancer une procédure automatique de changement d'un outil fixé au robot par l'intermédiaire d'un coupleur pneumatique lorsqu'un outil amovible du robot est détecté dans un volume virtuel prédéfini de l'environnement. 10. Support de traitement informatique comprenant des algorithmes exécutés par un microprocesseur d'une unité de traitement reliée à un objet en mouvement, ces algorithmes informatiques mettant en œuvre les fonctionnalités suivantes: - modélisation 3D virtuelle de l'environnement, - modélisation 3D virtuelle temps réel de l'objet se déplaçant dans l'environnement, - modélisation 3D d'une enveloppe virtuelle autour de l'objet, cette enveloppe virtuelle formant un volume dit «volume fantôme » prédisant les déplacements de l'objet et, - détection temps réel de collisions entre l'enveloppe virtuelle et l'environnement modélisé, un signal d'alerte et une estimation de collision étant générés en cas de collision virtuelle. 11. Support mémoire selon la revendication 10, caractérisé en ce que la modélisation 3D virtuelle de l'environnement comprend en outre une modélisation 3D virtuelle d'éléments fixes et une modélisation 3D virtuelle temps réel d'éléments mobiles à partir de données provenant de capteurs disposés sur ces éléments mobiles ou dans l'environnement. 12. Support mémoire selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'exécution des codes informatiques met également en œuvre une modélisation 3D virtuelle d'une enveloppe virtuelle sur au moins un des éléments fixes ou mobiles modélisés de l'environnement, la détection de collisions étant réalisée entre enveloppes virtuelles. |
La présente invention se rapporte à un système pour le déplacement d'un objet dans un environnement. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans des applications robotiques où l'on utilise un robot pour des opérations de manutention, d'usinage et/ou de soudure où un dispositif électromécanique évolue dans un environnement encombré.
Le monde de la robotique n'est pas sans danger. Les robots sont des machines qui se meuvent dans l'espace à des vitesses et des accélérations parfois élevées. Il en résulte un danger permanent dans son environnement. Le danger spatial le plus important est la collision. Un robot peut blesser une personne en la percutant ou se détériorer en frappant un obstacle rigide. De plus la poly-articulation des robots implique un large panel de possibilités de mouvements, ce qui augmente le risque de collision.
La présente invention a pour but un système permettant de prévenir toute collision lors du déplacement d'un robot.
Un autre but de l'invention est de proposer un système dans lequel les déplacements d'un robot de positionnement se font de manière efficace, en toute sécurité. On atteint au moins l'un des buts précités avec un système d'évitement de collisions pour le déplacement d'un objet dans un environnement; ce système comprenant une unité de traitement relié à des capteurs permettant de connaître en temps réel la position de l'objet dans l'environnement, cette unité de traitement étant dotée de moyens logiciels et matériels pour contrôler l'objet et pour mettre en œuvre :
- une modélisation 3D virtuelle précise de l'environnement,
- une modélisation 3D virtuelle temps réel du déplacement d'un objet dans l'environnement, - une modélisation 3D d'une enveloppe virtuelle autour de l'objet, cette enveloppe virtuelle formant un volume dit « volume fantôme » prédisant les déplacements de l'objet et
- un algorithme de détection de collisions temps réel entre l'enveloppe virtuelle et l'environnement modélisé, un signal d'alerte étant généré en cas de collision et une estimation quantitative et qualitative de cette dernière.
Avec le système selon l'invention, on réalise un système d'évitement de collisions réelles permettant le déplacement de l'objet qui peut être un robot ou tout autre système électromécanique complexe dans un environnement encombré sans risques pour l'opérateur, le robot lui-même et la charge embarquée. L'invention permet à un opérateur d'utiliser un système électromécanique complexe de manière intuitive.
L'invention est notamment remarquable par l'interaction d'un moteur 3D et d'un moteur physique de jeux vidéo avec des machines industrielles. Ces moteurs sont connectés à des systèmes électromécaniques réels permettant un lien entre le monde virtuel et le monde réel. Cette connexion est avantageuse car elle utilise la puissance de calcul des moteurs 3D pour avoir un rendu virtuel en temps réel d'une cellule robotique (ou monde virtuel), on peut prévoir une fréquence optimale d'au moins 60 Hz. La modélisation 3D est utile pour le rendu visuel de la scène et la fréquence de connexion élevée autorise une très bonne fluidité à l'évolution du robot. La scène (l'environnement) et les objets la composant, peuvent être préalablement décrits formellement et conçus objet par objet grâce aux méthodes de conception assistée par ordinateur (CAO). On peut prévoir que la modélisation 3D virtuelle de l'environnement comporte en outre une modélisation 3D virtuelle d'éléments fixes et mobiles à l'aide de capteurs disposés sur ces éléments mobiles ou dans l'environnement.
Une expansion homothétique est pratiquée sur chaque composant CAO généré. Cette expansion volumique ne sera pas matérialisée dans le monde réel et permettra de détecter la collision entre volumes virtuels avant qu'elle ne se réalise en réel . La conception CAO de l'ensemble des composants de la scène a un autre avantage, celui de connaître chacune des masses et centres d'inertie à transmettre au moteur physique afin qu'il puisse non seulement détecter une collision sur des volumes virtuels mais aussi anticiper les trajectoires des objets mobiles.
Cette connexion est rendue réalisable et fiable en raison de l'ajout dans l'environnement réel d'une série de capteurs sensoriels. Ces capteurs de mesure peuvent être placés sur le robot ou fixés dans l'environnement d'évolution de ce dernier. Ils permettent de connaître la position, la vitesse et l'accélération en temps réel du robot.
Avantageusement, l'ensemble logiciel moteur physique et rendu 3D de la scène, est géré par une unité de traitement, paramétrée de façon à déclencher, en réponse à une détection de collision sur un des volumes virtuels de la scène, un processus d'anticollision consistant à arrêter ou à réorienter le mouvement de l'objet.
A titre d'exemple, en raison de la rapidité de l'unité de traitement et de l'optimisation des algorithmes de haut niveau utilisés, le dispositif d'évitement de collision est capable de réaliser au moins 60 tests par seconde. Cela constitue un échantillonnage suffisant pour que l'ensemble de l'invention soit considérée comme étant un système temps réel.
Auparavant, dans une application utilisant ce genre de matériel, il était obligatoire de mettre des barrières matérielles autour de ces machines considérées comme très dangereuses. Désormais avec l'essor des barrières immatérielles et autres capteurs de sécurité, il est possible de retirer les protections matérielles et d'opérer à proximité d'un robot voir même d'interagir avec la machine.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un opérateur ayant la possibilité de travailler à proximité d'un robot ou d'un dispositif électromécanique va pouvoir utiliser intuitivement un tel dispositif pour l'aider à la réalisation de tâches pénibles avec un niveau de sécurité élevé.
L'invention, par l'ajout de capteurs de surveillance dans la scène réelle et l'amélioration des techniques de modélisation virtuelle permet à l'opérateur de travailler avec le robot dans un environnement complexe pour réaliser en interaction une tâche pénible et complexe à programmer. Ainsi, cette invention peut s'appliquer à des secteurs d'activité demandant de la précision de positionnement d'un outil, changeant régulièrement l'opération à réaliser
(petite production, applications médicales ...) et bien sûr de la sécurité pour l'opérateur, la machine et les biens transportés. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, afin de diversifier l'utilisation d'un seul robot, on est capable de procéder à un changement automatique d'un outil fixé au robot par l'intermédiaire d'un coupleur pneumatique lorsqu'un outil amovible du robot est détecté dans un volume virtuel prédéfini de l'environnement. Lorsque cet outil mobile (transporté par exemple sur un chariot) est détecté d'une part par des capteurs (caméras de surveillance ou capteurs de proximité) et se situe d'autre part dans un volume virtuel défini de la scène 3D, une procédure automatique de changement d'outil est démarrée afin d'équiper le robot de ce nouvel appareillage.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le système de modélisation virtuel de l'environnement et du dispositif d'évitement de collisions peut être utilisé pour n'importe quelle application automatique d'un robot dans une scène complexe. En effet, même s'il n'y a pas d'homme pour travailler en coopération avec le robot, les objets d'une production industrielle, sont toujours mobiles et entraînent immanquablement une modification prévisible de la scène de travail. Préalablement décrite et couplée avec le monde réel par des capteurs, la scène, grâce à l'invention, peut être sécurisée a priori afin d'éviter toute dégradation de la production et de l'outil de production lui-même.
Le système anticollision selon l'invention peut s'appliquer de façon non limitative à un robot industriel ou à un dispositif de positionnement d'un patient dans une salle de traitement.
Selon un premier exemple de mise en œuvre, on utilise un robot industriel généralement destiné à des opérations automatiques et répétitives telles que la manutention, la soudure et l'usinage. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention permet à un opérateur d'interagir avec un robot pour réaliser des tâches de même nature mais beaucoup plus évoluées techniquement en toute sécurité. Ces tâches étaient auparavant difficilement programmables et nécessitaient un personnel très qualifié en robotique. Désormais la présente invention, autorise une utilisation de ces robots par un personnel qualifié dans la tâche à accomplir (la soudure par exemple) mais non expert en robotique. L'invention permet donc de rendre transparent l'utilisation d'un robot à 6 degrés de liberté. En complément notamment de ce qui précède, lorsque l'objet est un robot poly-articulé, le système comprend au moins un capteur d'effort, à 6 degrés de liberté par exemple, fixé à ce robot poly-articulé. Ce capteur d'effort est relié à une unité de traitement contrôlant le robot poly-articulé de façon à réaliser une co-manipulation en accompagnant tout effort détecté (provoqué par l'utilisateur).
Plus précisément, le capteur d'effort peut comprendre six jauges de contraintes. Les efforts détectés sont transmis à l'unité de traitement (un ordinateur par exemple) qui les traite et renvoie au robot la commande de déplacement dans le sens de l'effort. Cette boucle de commande permet à un utilisateur de manipuler l'outil sans aucune contrainte de masse. Les inerties, et le poids sont compensés par le robot. Les possibilités de mouvements sont multiples et liées à celles du robot. L'objectif est notamment de déplacer un objet ou un outil à l'aide du robot en co-manipulation pour l'aligner intuitivement devant un système ad-hoc. Cette méthode est intuitive car l'effort qu'un utilisateur exerce sur le robot est relayé par un déplacement sous asservissement de l'unité de traitement qui commande un système électromécanique. Cette méthode permet en outre de diminuer les temps de mise en position et un apprentissage rapide de positions de travail dans le cas d'une mise en production.
Ainsi, l'opérateur, expert dans son domaine d'application peut apprendre au robot de manière simple un geste « humain » difficile à mettre en application avec les méthodes standards d'apprentissage point à point.
Le capteur d'effort peut également être utilisé comme mesure de charge embarquée (masse et centre d'inertie). Cette mesure est utilisée pour régler les paramètres d'asservissement à la co-manipulation, mais également pour avoir une idée des déformations subies par le robot et ainsi les compenser.
Avantageusement, cette mesure directe du capteur est automatisée et permet à l'invention de récupérer l'information inertielle de la charge embarquée sur le robot. La présente invention reçoit en paramètre les informations du monde réel à l'aide du capteur d'effort et du robot poly- articulé et les transmet dans le monde virtuel. Ainsi, selon un mode d'utilisation avantageux, lorsqu'on décide de réorienter le mouvement du robot, le processus anticollision permet un glissement lent de l'outil manipulé sur un ensemble de volumes (parois de la cellule robotique, support de mise en œuvre...) qui sont des obstacles potentiels.
Plus précisément, il est proposé dans la présente mise en œuvre de l'invention, un support de traitement informatique comprenant des algorithmes exécutés par un microprocesseur d'une unité de traitement reliée à un objet en mouvement, ces algorithmes mettant en œuvre les fonctionnalités suivantes:
- modélisation 3D virtuelle de l'environnement,
- modélisation 3D virtuelle temps réel de l'objet se déplaçant dans l'environnement,
- modélisation 3D virtuelle d'une enveloppe autour de l'objet,
- modélisation 3D d'une enveloppe virtuelle autour de l'objet, cette enveloppe virtuelle formant un volume dit «volume fantôme » prédisant les déplacements de l'objet et,
- détection temps réel de collisions entre l'enveloppe virtuelle et l'environnement modélisé, un signal d'alerte et une estimation de collision étant générés en cas de collision virtuelle.
Dans le cas d'une détection de collision virtuelle, c'est-à-dire un contact entre deux enveloppes virtuelles de protection autour d'objets 3D statiques ou mobiles, un vecteur collision est généré par l'unité de traitement (dans lequel on a une information sur la direction de la collision et la direction de dégagement optimale). Ce vecteur est ensuite, transmis par l'application au robot afin que ce dernier dévie sa trajectoire pour éviter la collision (cas d'un mode d'utilisation automatique) ou transmette, par retour d'effort à l'utilisateur, la direction optimale pour que celui-ci suive un autre chemin (cas d'une utilisation en co-manipulation). Cette méthode évite les à-coups intempestifs dans la trajectoire du robot. L'utilisateur a une impression de glissement qui est une réelle assistance à la manipulation et au guidage manuel du robot.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est un organigramme illustrant de façon schématique le déroulement de certains processus du système selon l'invention, La figure 2 est une vue schématique d'un système anticollision appliqué à un robot de positionnement selon l'invention,
La figure 3 est une vue schématique de côté du robot de positionnement de la figure 2 sans le support de patient ; et
La figure 4 est une représentation virtuelle d'un support de patient du robot de positionnement de la figure 2.
Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire un système anticollision selon l'invention appliqué à un robot ou dispositif de positionnement d'un patient dans une salle de traitement.
Un robot peut être destiné à positionner un patient par rapport à un rayonnement ionisant lors d'une radiothérapie externe. Un tel robot de positionnement est disposé dans une salle dimensionnée pour de tels traitements thérapeutiques. Cette salle est équipée d'un accélérateur de particules qui est apte à générer un rayonnement focalisé sur la tumeur à traiter dans le corps du patient. On comprendra aisément que le positionnement du patient doit être le plus précis possible, stable tout au long du traitement et le plus sécurisant possible pour le patient. Le robot de positionnement est un bras articulé qui porte une table ou une chaise ou tout autre moyen de support sur lequel un patient est installé. Le robot de positionnement doit pouvoir déplacer le patient en évitant toute collision avec des éléments fixes et mobiles présents dans la salle de traitement.
Sur la figure 1, on voit un organigramme illustrant de façon schématique le déroulement de certains processus du système selon l'invention. Ces processus sont mis en œuvre dans une unité de traitement telle que représentée sur la figure 2 notamment. On peut aussi voir que l'unité de traitement comporte en particulier :
un outil de contrôle du robot apte à recueillir un ensemble d'informations (positionnement, état de fonctionnement,...) provenant du robot et à commander les mouvements du robot ;
une modélisation 3D virtuelle du robot en temps réel ; il s'agit d'une application logicielle qui détermine le positionnement 3D du robot dans l'espace, est apte à afficher une représentation sous forme d'une image virtuelle animée de ce robot et est capable d'anticiper le déplacement théorique que le robot va effectuer, prédisant ainsi les collisions possibles du robot avec son environnement;
une modélisation 3D virtuelle de l'environnement, en particulier des éléments présents dans la salle de traitement ; il s'agit d'une application logicielle qui connaît la disposition des éléments fixes dans la salle, qui détermine en temps réel le positionnement 3D des éléments mobiles (autre que le robot de positionnement) dans l'espace et qui est apte à afficher une représentation sous forme d'une image virtuelle animée de ces éléments,
- une prédiction du déplacement d'un objet mobile (robot ou système électromécanique complexe) selon le principe d'un « fantôme » virtuel d'anticipation de collisions se déplaçant virtuellement avec le corps physique réel en mouvement. Ce volume étant une représentation dynamique de l'agrégation du volume expansé de chacun des axes du robot poly-articulé.
En fonctionnement, sur l'étape 1 de la figure 1, la modélisation 3D du robot de positionnement reçoit en temps réel des données de positionnement du robot de positionnement et détermine sa dynamique, c'est-à-dire son évolution en temps réel. A l'étape 2, on élabore une enveloppe virtuelle sur tout ou partie du support de patient.
En parallèle, à l'étape 3, la modélisation 3D des éléments de la salle de traitement reçoit en temps réel des données de positionnement des éléments mobiles (tels que la source de rayonnement focalisé par exemple) dans la salle de traitement et détermine sa dynamique. A l'étape 3a, on élabore optionnellement une enveloppe virtuelle sur tout ou partie de chacun des éléments mobiles et/ou fixes. Les éléments mobiles sont repérés en temps réel à partir de données provenant de capteurs disposés sur ces éléments mobiles ou dans l'environnement. En pratique, les deux modélisations 3D virtuelles sont avantageusement intégrées en un seul rendu 3D qui prend en compte l'interaction entre les différents éléments de la salle de traitement et le robot de positionnement.
A l'étape 4 on applique un algorithme de détection de collisions entre plusieurs objets virtuels dont au moins l'un est en mouvement. En particulier, on réalise la détection de collisions entre l'enveloppe virtuelle réalisée sur le support de patient et les éléments de la salle de traitement ou l'enveloppe virtuelle de chacun de ces éléments si ces éléments en possèdent une.
En cas de détection de collisions entre enveloppes virtuelles, c'est-à- dire que la collision réelle n'a pas encore eu lieu, on élabore à l'étape 5 une stratégie de commande qui sera appliquée par l'outil de contrôle du robot à l'étape 6. Cette stratégie de commande peut consister à l'arrêt du robot ou à la détermination d'une nouvelle trajectoire permettant d'éviter l'obstacle réel . Sur la figure 2, on voit un mode de réalisation du système selon l'invention dans une salle de traitement équipé du robot de positionnement selon l'invention ainsi que d'éléments fixes et mobiles.
De préférence, on utilise le robot de positionnement de la figure 2 comprenant une pièce de jonction 50 coulissant sur un rail linéaire 56 et portant un bras robotique 53 doté d'un poignet 54 à axes de rotation concourants.
Le rail linéaire 56 est avantageusement fixé au sol et est constitué de plusieurs éléments modulaires 57a,..., 57d reliés les uns aux autres. Ces éléments modulaires peuvent être identiques de sorte que leur mise en place dans la salle de traitement soit facilitée. Avec un tel arrangement, il est ainsi aisé de réaliser des rails linéaires de longueurs différentes.
Sur la figure 3 on voit une vue de côté du robot de positionnement de la figure 2 sans le support de patient, chaque élément modulaire 57a,..., 57d, comporte une plaque métallique (ou autre matériau solide tel que le bois, plastique,...) supérieure 67a, 67b, 67c rainées et parallèles. Les rainures d'une plaque métallique supérieure sont alignées avec des rainures de la plaque métallique suivante.
L'utilisateur peut se déplacer en toute sécurité sur ce plancher constitué par les plaques métalliques supérieures des éléments modulaires 57a,..., 57d . Il y a également deux éléments modulaires de butée 57e et 57f qui sont respectivement disposés aux deux extrémités du rail linéaire 56.
L'embase 52 est associée à une pièce 51 apte à pivoter selon un axe de rotation vertical. Le bras robotique 53 est relié de façon rotative à une partie supérieure de la pièce de jonction 50 selon un axe de rotation faisant un angle compris entre 45° et 60° par rapport à l'horizontal. Le poignet 54 porte un support de patient 71 qui peut être positionné de manière très précise dans le référentiel de la salle de traitement.
Selon l'invention, une unité de traitement 60 permet de piloter de façon électromécanique le dispositif de positionnement ou robot. Plusieurs moteurs disposés sur et dans le robot de façon à contrôler toute articulation du robot de façon automatique. Un ensemble de capteurs conventionnels sont disposés sur le robot tel que par exemple un inclinomètre 65 disposé sur l'organe terminal 54. A partir des capteurs ainsi que notamment des moteurs, l'unité de traitement récupère un ensemble d'information permettant de connaître exactement en temps réel le positionnement du robot. C'est-à-dire qu'à chaque instant on connaît la position et l'orientation du support de positionnement dans le référentiel de la salle.
Selon cette mise en œuvre, on améliore la manipulation du robot par un processus de co-manipulation qui consiste à détecter une force appliquée sur la partie terminale du robot puis à commander électro-mécaniquement ce dernier de façon à favoriser le mouvement induit par cette force. La force est généralement appliquée par un utilisateur poussant manuellement par exemple le support de patient. Sur la figure 3 par exemple, le capteur 65a peut être un capteur d'effort utilisé pour détecter une quelconque force appliquée sur le terminal 54. Ce type de capteur d'effort peut être constitué de six jauges de contraintes. On peut prévoir plusieurs capteurs d'effort répartis sur plusieurs éléments du robot de façon à appréhender toute force appliquée sur ce robot. Ce dernier principe est basé sur le contrôle temps réel de la consommation de courant de chaque moteur du dispositif électromécanique (robot) lorsque ce dernier est sous asservissement.
L'unité de traitement comprend une partie matérielle de type ordinateur doté d'éléments conventionnels pour l'acquisition de données numériques et analogiques et le traitement de ces données. Ladite unité intègre un module de visualisation 3D qui détermine puis affiche sur un écran 62 une représentation 3D du déplacement du robot par rapport à l'environnement qui est la salle de traitement. Avantageusement, il comporte également une modélisation d'une enveloppe virtuelle autour du support 71 du robot ainsi qu'un algorithme de détection de collisions temps réel entre l'enveloppe virtuelle et l'environnement modélisé.
Avantageusement, l'unité de traitement est reliée au robot et au dispositif de rayonnement 64 de façon filaire 63 ou sans fil, de sorte que le module de visualisation 3D peut représenter tout appareil mobile dans la salle de traitement.
Les modélisations sont obtenues à partir de données acquises en temps réel et de données prédéterminées. Ces dernières sont issues d'une description des objets à l'aide d'outils de conception assistée par ordinateur (CAO) et des positions de traitement prévues par le planning.
De plus, une représentation virtuelle d'une enveloppe dynamique, à partir des données d'inerties des objets modélisés ou de la mesure d'un capteur (par exemple un capteur d'effort), prédictive des déplacements d'un objet en mouvement permet d'anticiper sur les choix de trajectoires.
Pour ce faire, on prévoit que l'enveloppe virtuelle suive le mouvement du support 71. La figure 4 est une représentation 3D virtuelle visible sur l'écran 62. Seul le support 71 est représenté pour des raisons de simplification. L'enveloppe virtuelle 72 est de la même forme que la représentation virtuelle du support 71 mais de dimensions supérieures. Par conséquent, lorsque le support 71 est en mouvement, l'enveloppe 72 suit le même mouvement et toute collision probable du support 71 avec un des éléments de la salle de traitement est précédée par une collision virtuelle de l'enveloppe 72 dans le module de visualisation 3D. En fait, la représentation 3D permet de proposer au système une stratégie d'évitement du support 71 lorsque l'enveloppe virtuelle 72 entre potentiellement en collision virtuelle.
Sur la figure 4 l'enveloppe 72 englobe la représentation 3D du support 71, mais cette enveloppe 72 peut être de forme différente de celle du support et de taille inférieure, notamment pour ne surveiller qu'une partie du support.
En pratique, le module de visualisation peut être mis en œuvre à partir notamment d'un moteur logiciel 3D et de techniques provenant du monde des jeux vidéo (moteur physique de collisions) pour le calcul des collisions de manière optimale. La détection de collision est issue de puissants algorithmes optimisés connus de l'homme du métier :
- algorithme de type « n-body pruning », - algorithme de la cohérence temporelle,
- algorithme de distance de type Gilbert-Johnson-Keerthi,
Ces algorithmes permettent d'augmenter la vitesse de détection de collision. On peut ainsi envisager au moins 60 tests de collision par seconde.
Un tel système anticollision présente de nombreux avantages:
- Sécurisation du patient transporté pas le robot dans le cas d'un dispositif de positionnement médical.
- Sécurisation et protection des personnes circulant dans l'environnement proche du robot.
- Système de protection extérieur à la chaîne de fonctionnement normale pour le matériel concerné.
- Augmentation des possibilités de mouvement, les éléments mobiles étant protégés de la collision, et donc augmentation du confort des opérateurs quant à la manœuvrabilité de ces éléments.
Un système anticollision permet d'augmenter la capacité de l'usage d'un système mobile dans l'espace. Un robot médical par exemple, est ainsi manœuvrable facilement par l'opérateur en toute sécurité sans qu'il n'ait besoin de se soucier d'un éventuel contact. Les machines sont donc plus autonomes, elles assurent elles mêmes leur propre sécurité et celle de leur entourage.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. On peut facilement envisager une utilisation d'un tel dispositif dans toute application de manutention industrielle. L'invention a pour objectif la réduction des risques d'utilisation d'un robot à 6 degrés de liberté par un opérateur sans l'installation préalable de barrières matérielles de sécurité. Le système selon l'invention a pour objectif d'améliorer la sécurité de l'utilisateur et l'ensemble des outils connectés au robot ou dans son environnement et de simplifier l'utilisation quotidienne par l'homme d'un robot à 6 degrés de liberté.