La présente invention a pour objet un système d'articulation, notamment pour équipements utilisés en robotique et pour montures de lunettes.

Plus précisément, l'invention concerne un système d'articulation entre une extrémité d'un premier élément rigide et une extrémité d'un second élément rigide, du type dans lequel lesdites extrémités présentent des surfaces d'appui aptes à s'appairer respectivement l'une sur l'autre, des moyens élastiques étant prévus pour maintenir l'appui entre lesdites surfaces.

La plupart des équipements utilisés en robotique (robots marcheurs, robots modulaires, robotique manufacturière, robotique médicale, micro-robotique, etc.) sont munis d'articulations permettant un pivotement sur une plage angulaire continue et, souvent, dans une multiplicité de plans. De telles articulations permettent aux équipements d'effectuer, dans l'espace atteignable, une grande variété d'actions et de déplacements. Cependant, les mécanismes de ces articulations sont par nature instables, ou mono-stables en position de repos, et il s'ensuit que ces équipements sollicitent en permanence leur actionneur (par exemple, un vérin de commande) pour les maintenir dans une position choisie, dès qu'il ne s'agit pas de leur position de repos.

Or, un pivotement sur une plage peut n'tre ni nécessaire, ni mme souhaitable.

Ainsi, en robotique médicale, l'utilisation sur une plage continue des optiques à visées variables n'intéresse pas réellement les chirurgiens. De mme, les débattements des endoscopes poly-articulés, tels qu'ils sont utilisés en pratique, avoisinent le"tout ou rien".

En robotique manufacturière, la continuité de la plage de pivotement nuit, en outre, à la précision et à la répétitivité de positionnement dans la durée.

S'agissant des robots marcheurs, ils n'ont pas nécessairement besoin de pattes dont l'espace atteignable soit continu.

En bref, un concept d'articulation discrète réduirait les coûts, limiterait la sollicitation du ou des actionneurs et, dans le cas de la robotique manufacturière, garantirait, dans le temps, la précision du positionnement.

Dans le domaine de la lunetterie, et d'autres (ouvrants d'automobiles, ouvrants de mobilier, par exemple), il est parfois fait usage de charnières dites "élastiques"adaptées à maintenir la partie mobile dans une ou deux positions stables, telles que positions fermée et ouverte d'une branche de lunettes, par exemple).

Ces charnières"élastiques"sont, pour la plupart, munies d'un axe de rotation qui limite le déplacement de la partie mobile à un déplacement dans un plan donné.

On connaît aussi, d'après EP-A-0 886 712, des charnières de lunettes dont les parties mobile et fixe sont reliées par un lien élastique, permettant un déplacement de la partie mobile dans n'importe quel plan, entre des limites fixées, et mme un pivotement sur elle-mme : ces charnières ont certes un effet séduisant, mais elles sont complexes à fabriquer et à miniaturiser, et leur relative fragilité est mise à rude épreuve par les porteurs qui ont tendance à jouer avec les branches. Ces charnières ne sont pas adaptées à se maintenir dans plusieurs positions stables dans plusieurs plans et/ou à tre munies d'un dispositif actionneur qui permettrait de passer d'une position stable à une autre.

On connaît également, d'après US-A-4 785 528, un portique articulé pouvant tre manipulé par un robot. Le système d'articulation est conçu pour que l'extrémité du portique se déplace le plus librement possible et cette extrémité peut pivoter sur elle-mme.

La présente invention a pour objectif d'apporter une articulation susceptible de permettre à deux éléments rigides (respectivement fixe et mobile) d'occuper diverses

positions angulaires relatives stables et/ou instables, précisément déterminées, l'extrémité de l'élément mobile opposée à l'articulation se déplaçant le long de trajectoires linéaires répétitives, sans qu'il soit nécessaire de solliciter l'éventuel dispositif actionneur dont pourrait tre munie l'articulation.

Cet objectif est atteint en ce sens que le système d'articulation du type précité comporte au moins un point de pivotement immatériel mobile dans deux plans orthogonaux dans les limites que lui permettent des moyens de guidage et des moyens n'autorisant le pivotement que dans un ou des plans dont le nombre et l'orientation sont déterminés.

Dans une forme d'exécution particulière de l'invention, l'articulation comporte deux tels points de pivotement immatériels situés sur deux plans différents et sensiblement orthogonaux.

Plus précisément, le système d'articulation comporte deux pièces-pivots présentant, chacune, une zone évidée limitée par une surface au moins en partie courbe, chacune desdites pièces-pivots dépendant respectivement d'un desdits éléments rigides, lesdites pièces-pivots étant sensiblement orthogonales l'une à l'autre, et engagées l'une dans l'autre par interpénétration de leur zone évidée respective de façon à pouvoir pivoter l'une par rapport à l'autre, à la manière des maillons d'une chaîne.

En pratique, les pièces-pivots peuvent revtir, par exemple, la forme d'un anneau, d'une boucle, d'un crochet ou d'une plaque polygonale présentant un évidement limité par une surface au moins partiellement courbe.

Il est avantageux que l'une des pièces-pivots soit <BR> <BR> fermée (anneau, boucle, etc. ) et que l'autre soit ouverte (crochet) car cela peut faciliter le montage ou le démontage, mais des solutions utilisant deux éléments fermés sont également possibles.

La surface au moins partiellement courbe limitant la zone évidée de chacune des pièces-pivots sera le plus souvent circulaire. Cependant, dans certaines applications

où l'on souhaite soumettre le pivotement à un effet de came, cette surface peut tre elliptique, ou de tout autre forme courbe, y compris une forme irrégulière.

On comprend que les deux points de pivotement immatériels sont écartés d'une distance correspondant sensiblement à la moyenne de l'épaisseur de la matière de chacune desdites pièces-pivots engagées l'une dans l'autre et en contact"surface courbe de zone évidée"contre "surface courbe de zone évidée".

En jouant sur cette épaisseur, on peut donc écarter plus ou moins les deux points de pivotement.

Dans une forme d'exécution particulière de l'invention, l'une au moins des extrémités desdits éléments rigides intègre un logement, ouvert côté articulation, et pourvu d'un tirant dont une extrémité est captive dudit logement et dont l'autre extrémité constitue, l'une desdites pièces-pivots, lesdits moyens élastiques coopérant avec ledit tirant pour contraindre les faces d'appui desdits éléments rigides à demeurer en contact l'une avec l'autre.

Les moyens élastiques en question peuvent tre constitués par un ressort à boudin, enfilé sur le tirant et prenant appui, d'une part, sur un épaulement prévu dans le logement et ménageant un passage au travers duquel coulisse le tirant et, d'autre part, sur une plaque d'extrémité, de section supérieure à celle dudit passage et qui rend le tirant captif dudit logement.

Le système peut comporter un tel tirant à ressort dans l'un seulement des éléments rigides ou dans les deux.

Lorsqu'il n'en comporte qu'un, un jeu suffisant doit tre prévu entre les deux pièces-pivots pour qu'elles puissent remplir leur fonction.

Pour déterminer l'orientation et/ou le nombre de plan (s) autorisés pour le pivotement, l'une au moins des extrémités desdits éléments rigides intègre un logement ouvert côté articulation et la paroi dudit logement présente au moins une encoche axiale dont la géométrie et

la taille permettent à une partie de pièce-pivot de pénétrer dans ladite encoche depuis l'extrémité ouverte dudit logement.

Dans une première forme d'exécution possible, il n'est prévu qu'une seule encoche.

Dans une seconde forme d'exécution possible, il est prévu deux encoches dans le mme plan, sur les parois opposées du logement.

Le nombre et la position relative des encoches est choisi en fonction du nombre de positions stables voulues et de leur orientation.

De préférence, lesdits éléments de guidage qui canalisent les déplacements de l'élément mobile empchent ledit élément mobile de pivoter sur lui-mme au moins tant qu'il n'occupe pas une position stable.

A cette fin, un relief anti-rotation peut tre prévu sur l'une des pièces-pivots et ce relief anti-rotation peut constituer la partie de pièce-pivot susceptible de pénétrer dans la ou les encoches.

Pour faciliter cette pénétration, la paroi du logement présente avantageusement des rampes d'accès à la ou auxdites encoches depuis l'extérieur de l'élément rigide.

Dans une autre forme d'exécution, sur la face extérieure de la paroi du logement et à l'opposé de l'extrémité ouverte de celui-ci, la ou lesdites encoches s'épanouissent en une surface de révolution concave (ou convexe) et l'extrémité de l'autre élément rigide comporte une surface de révolution convexe (ou concave) de taille et de forme complémentaires, ce qui permet de faire tourner l'un des éléments, autour de son axe longitudinal, par rapport à l'autre tandis qu'ils sont en position angulaire stable.

Pour bloquer l'articulation en une position stable, les faces d'appui des deux éléments rigides présentent avantageusement au moins une paire de reliefs

complémentaires adaptés à venir en prise dans une position angulaire relative sélectionnée.

Dans une application particulière de l'invention, lesdits éléments rigides sont respectivement une branche et une face de lunettes.

Dans une forme d'exécution particulière de l'invention l'un au moins des éléments rigides comporte, à son extrémité opposée à l'articulation, un moyen de réunion susceptible de venir en prise temporaire avec un moyen de réunion complémentaire prévu sur un autre élément. Il est ainsi possible de réaliser une suite articulée pour un usage en robotique.

L'invention va maintenant tre décrite avec davantage de détails par référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement le principe sur lequel repose l'invention ; - les figures 2a, 2b et 2c illustrent des formes possibles pour les pièces-pivots ; - les figures 3a, 3b et 3c sont des vues, partiellement en coupe, partiellement en perspective, d'une première forme d'exécution de l'invention, respectivement dans une première position stable, dans une position instable et dans une deuxième position stable ; - les figures 4a, 4b et 4c sont des vues, partiellement en coupe, partiellement en perspective, d'une deuxième forme d'exécution de l'invention, respectivement dans une première position stable, dans une position instable et dans une deuxième position stable ; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un exemple de tirant ; - la figure 6 est une vue en perspective des extrémités des éléments rigides de la forme d'exécution des figures 4a-4c ; - la figure 7 est une vue semblable à la figure 6, montrant une variante ;

- la figure 8 est une vue en perspective des extrémités des éléments rigides montrant une autre variante, les éléments étant démontés ; - la figure 9 montre les éléments de la figure 8, à l'état monté ; et - la figure 10 est une vue en perspective d'un "train"articulé mettant en oeuvre l'invention.

La figure 1 illustre schématiquement le principe sur lequel repose l'invention.

On y voit un crochet 1 enfilé dans un anneau 2, situés, l'un dans le plan de la feuille de dessin, l'autre dans un plan orthogonal à ladite feuille.

L'anneau 2 peut pivoter sur le crochet 1 autour du point P2, avec le point P2 restant dans le plan de la feuille de dessin. Ce faisant, l'anneau 2 passe, par exemple à la position 2'ou 2", avec le point P2 venant, respectivement, en P2'et P2". Le déplacement de l'anneau 2, est"canalisé"par la courbure interne du crochet 1 pour autant que l'anneau 2 soit maintenu appliqué contre le crochet 1. Avec un résultat identique, le crochet 1 peut pivoter sur l'anneau 2, autour du point P1, avec le point Pl restant dans le plan de la feuille de dessin.

En outre, l'anneau 2 peut également pivoter sur le crochet 1 dans toute une série de plans orthogonaux au plan de la feuille de dessin et passant par les différentes positions possibles occupées précédemment par le point P2, tels que P2'et P2", le déplacement du crochet 1 étant canalisé par la courbure interne d de l'anneau 2, pour autant que le crochet 1 soit maintenu appliqué contre l'anneau 2.

P1 et P2 sont donc mobiles dans les limites autorisées respectivement par les moyens de guidage que constituent la courbure interne du maillon 2 et du crochet 1 et ils sont espacés d'une distance D qui est égale à la moyenne de l'épaisseur el du crochet 1 dans la zone de contact et de l'épaisseur e2 de l'anneau 2 dans cette mme zone.

Les figures 2a, 2b et 2c illustrent schématiquement des formes d'exécution possibles et non limitatives des pièces-pivots : en anneau torique 2, en plaque polygonale (carrée) 3 présentant une ouverture, en D inversé 4. La pièce-pivot peut également revtir la forme d'un crochet 1, comme à la figure 1. Ce qui importe est que la pièce présente un évidement 5 bordé au moins en partie par une surface courbe 6, évidement qui peut tre circulaire (figures 2a et 2b), partiellement circulaire (figures 1 et 2c) ou non circulaire.

Les figures 3a, 3b et 3c illustrent respectivement une première position stable, une position instable et une deuxième position stable d'une première forme d'exécution de l'invention, observée dans le plan du crochet 1.

Comme il ressort des figures 3a-c, le système d'articulation est monté partiellement dans un premier élément rigide 7, dit"fixe", et partiellement dans un deuxième élément rigide 8, dit"mobile". Il est bien entendu que cette distinction entre élément"mobile"et élément"fixe"peut tre artificielle dans la mesure où, dans certains cas, chacun des éléments peut tre considéré comme"mobile"par rapport à l'autre.

L'élément fixe 7 définit un logement 9 divisé par une cloison 10 en une partie proximale 11 (proximale par rapport à l'articulation) et une partie distale 12. Un passage 13 est ménagé dans la cloison 10 pour un tirant 14.

Le tirant 14 est composé d'une tige 15 dont l'extrémité proximale forme le crochet 1 et dont l'extrémité distale est pourvue d'une pièce d'arrt 16. Cette pièce d'arrt 16 peut tre la tte d'une vis vissée dans la tige 15, un passage non représenté étant prévu dans le fond 17 du logement 9 pour l'introduction de cette vis et de l'extrémité d'un tournevis. Un ressort à boudin 18 est enfilé sur la tige 15 et prend appui, d'une part, sur la pièce d'arrt 16, d'autre part, sur la cloison 10. La paroi de la partie proximale 11 du logement 9 présente deux

encoches 19a et 19b situées dans le plan du crochet 1, à chacune desquelles fait suite une rampe 20a et 20b.

L'élément mobile 8 comporte, de mme, un logement 23 séparé en une partie proximale 24 et une partie distale 25 par une cloison 26, dans laquelle est ménagé un passage 27 pour un tirant 28. Le tirant 28 est composé d'une tige 29 dont l'extrémité proximale est solidaire d'un bloc parallélépipèdique 32, formant organe anti-rotation, de dimensions sensiblement voisines de celle de la partie proximale 24 du logement 23 et qui se prolonge par une plaque carrée 3 présentant un perçage circulaire. A des fins de simplicité, la plaque carrée en question sera, dans la suite, appelée le maillon 3. L'extrémité distale de la tige 29 est pourvue d'une pièce d'arrt 30 qui, comme la pièce d'arrt 16, peut tre une tte de vis. Un ressort à boudin 31 est enfilé sur la tige 29 et prend appui, d'une part, sur la pièce d'arrt 30, d'autre part, sur la cloison 26.

L'extrémité proximale de l'élément fixe 7 présente trois face d'appui 33,34 et 35 et l'extrémité proximale de l'élément mobile 8 présente une face d'appui 36. Les bords 39 et 40 de l'extrémité proximale des éléments fixe et mobile 7 et 8 sont arrondis pour faciliter le mouvement relatif entre les deux éléments.

La tension des ressorts est choisie pour qu'en position stable, le ressort 18 maintienne le crochet 1 en retrait par rapport à la face d'appui 33 et que le ressort 31 maintienne le bloc 32 de telle sorte que sa face proximale affleure la face d'appui 36.

Comme il ressort des figures 3a-c, le crochet 1 est enfilé dans le maillon 3.

A la figure 3a, l'ensemble occupe une première position stable dans laquelle les éléments fixe 7 et mobile 8 sont dans l'alignement l'un de l'autre, la face d'appui 36 de l'élément mobile 8 étant appliquée contre la face d'appui 33 de l'élément fixe. Dans cette position, le crochet 1 est en retrait par rapport à la face d'appui 33

et le maillon 3 est reçu dans la partie proximale 11 du logement 9 de l'élément fixe 7.

A la figure 3b, l'élément mobile 8 a été"déboîté" par rapport à la position qu'il occupait à la figure 3a pour pouvoir pivoter selon la flèche FI. Ce déboîtement est rendu possible par une traction exercée par le maillon 3 sur le crochet 1, à l'encontre de la force des ressorts 18 et 31 qui s'en trouvent comprimés. On peut voir que le crochet 1 affleure maintenant la face d'appui 33 et que le bloc 32 fait légèrement saillie hors de l'élément mobile 8.

Le pivotement est également rendu possible par la présence de l'encoche 19a qui autorise le passage du maillon 3 et du bloc 32.

A la figure 3c, la face d'appui 36 de l'élément mobile 8 est maintenant appliquée contre la face d'appui 34 de l'élément fixe 7. Le crochet 1 et le bloc 32 ont repris leurs positions de la figure 3a et les ressorts 18 et 31 sont également revenus à leur degré de tension initial. Le maillon 3 est en contact avec la rampe 20a par sa tranche non visible, tandis que sa tranche visible est en contact avec une autre rampe, non visible, symétrique à la rampe 20a.

On comprend que, l'élément fixe 7 comportant une deuxième encoche 19b à l'opposé de l'encoche 19a, l'élément mobile 8 pourrait tre amené dans un troisième position stable, à savoir avec sa face d'appui 36 appliquée contre la face d'appui 35 de l'élément fixe 7.

Un tirant 28', semblable au tirant 28, est représenté isolément à la figure 5. On y retrouve la tige 29, le bloc anti-rotation 32, un maillon 3', légèrement différent du maillon 3, et la tte de vis 30.

Les figures 4a, 4b et 4c illustrent respectivement une première position stable, une position instable et une deuxième position stable d'une deuxième forme d'exécution de l'invention, observée, cette fois, dans le plan du maillon 3.

La forme d'exécution des figures 4a-c diffère de celle des figures 3a-c par le fait que l'élément fixe 7' comporte cinq face d'appui, à savoir une face d'appui en bout 33 comme dans la forme d'exécution précédente, et quatre faces d'appui latérales, dont deux seulement 37 et 38 sont visibles sur les figures. Les deux autres sont situées comme les faces d'appui 34 et 35 de l'élément 7. Il s'ensuit que l'élément rigide 7'comporte quatre encoches dont trois sont visibles, 19a, 19c et 19d, encoches auxquelles font suite des rampes telles que 20c et 20d.

La configuration de l'élément fixe 7'ressort plus clairement de la figure 6. On y voit que l'élément fixe 7' comporte une face d'appui en bout 33 et quatre faces d'appui latérales dont deux seulement 37 et 38 sont visibles sur la figure. Les deux autres faces d'appui sont respectivement à l'opposé des faces 37 et 38. Une encoche, telle que 19a, 19d, est ménagée dans chaque face d'appui latérale, les encoches de deux faces opposées étant situées dans le mme plan. Cette forme d'exécution offre donc deux plans de débattement et cinq positions stables : éléments 7'et 8 alignés, ou éléments 7'et 8 à 90°, dans l'une des quatre positions possibles.

La figure 7 illustre une variante d'exécution de la forme d'exécution de la figure 6, où l'on retrouve un élément fixe 7"et un élément mobile 8', mais dans laquelle des rampes, telles que 41, sont ménagées sur le long des bords des encoches, telles que 19b, pour faciliter la pénétration et le guidage du maillon 3 dans lesdites encoches.

La figure 8 illustre une autre variante dans laquelle la face d'appui en bout 33 de l'élément fixe 7"'présente un relief concave 42 de taille et géométrie correspondant à celles d'un relief convexe 43 prévu sur la face d'appui 36' de l'élément mobile 8"'. De mme, chaque encoche, telle que 19b, s'épanouit en un relief concave 44 de taille et géométrie correspondant à celles du relief convexe 43.

Comme il ressort de la figure 9, cette disposition permet à

l'élément mobile 8'''de tourner autour de son axe longitudinal, dans l'une quelconque de ses positions stables. Naturellement, dans ce cas, le tirant inclus dans l'élément 8'''est dépourvu de bloc anti-rotation. Une telle forme d'exécution est utilisable, par exemple, dans la fabrication d'un endoscope.

La figure 10 illustre une application possible de l'invention, à savoir la réalisation d'un"train"articulé d'éléments. Les éléments 70 et 80 sont articulés en A selon l'invention et, l'un, tel que 70 présente un filetage mâle 71, tandis que l'autre, tel que 80, présente un filetage femelle 81. Le filetage mâle 71 est susceptible de venir en prise avec un filetage femelle 81'prévu dans un autre élément 80', semblable à l'élément 80, ou d'une autre nature, par exemple une liaison à une caméra, un capteur, etc.. Un tel train articulé d'éléments est susceptible d'tre utilisé en robotique médicale, par exemple.

Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées. En particulier, bien que ces formes d'exécution montrent des articulations susceptibles d'avoir, en plus de la position alignée stable, deux ou quatre positions angulaires (latérales) stables, elles pourraient n'en avoir qu'une, par exemple dans l'application de l'articulation à une monture de lunettes.

Par ailleurs, il peut tre prévu des moyens permettant de régler la force des ressorts pour empcher les faces d'appui des éléments rigides de se décoller l'une de l'autre, la force de pression des ressorts pouvant faire office de moyen de freinage afin de bloquer l'articulation dans la configuration désirée.

Dans une forme d'exécution particulière, il est enfin possible d'intégrer des dispositifs de commande, de mesure de position et de transmission d'information dans un volume limité du corps de l'un des éléments rigides, pour permettre le développement de milli-robots ou de micro-robots.