Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ROBOTIC DEVICE HAVING THE APPEARANCE OF A DOG
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/007662
Kind Code:
A3
Abstract:
The subject of the invention is a robotic device having the appearance of a quadruped comprising a body, a head at the front of the body in the longitudinal direction, and four legs with joints, one being a first joint corresponding to the hip of an animal incorporating two pivot type connections corresponding to a first rotation (24) about an axis parallel to the longitudinal direction and a second rotation (26) about an axis parallel to a transverse direction, and another being a second joint corresponding to the knee of the animal incorporating a pivot type connection corresponding to a third rotation (30) about an axis parallel to the transverse direction, and at the bottom end a foot comprising a supporting portion able to be in contact with the ground and a sensor for identifying the instant of contact of the foot with the ground, characterized in that at least one leg (20) has a fourth rotation (32) about an axis parallel to a third direction perpendicular to the longitudinal and transverse directions.

Inventors:
DUPOURQUE, Vincent (12 Chemin du Bois, Anglet, F-64600, FR)
SALLE, Damien (23 Bis avenue Foch, Biarritz, F-64200, FR)
Application Number:
FR2008/051252
Publication Date:
January 15, 2009
Filing Date:
July 04, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ROBOSOFT (Maison du Parc Pépinière, Technopole Izarbel, Bidart, F-64210, FR)
DUPOURQUE, Vincent (12 Chemin du Bois, Anglet, F-64600, FR)
SALLE, Damien (23 Bis avenue Foch, Biarritz, F-64200, FR)
International Classes:
B25J13/08; B25J19/00; B62D57/02
Foreign References:
JP2000176866A2000-06-27
EP1122038A12001-08-08
JP2003225875A2003-08-12
US20030171850A12003-09-11
Other References:
ZHANG FUHAI ET AL: "Omni-directional Quadruped Walking Gaits and Simulation for a Gorilla Robot" INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS, 2005. (IROS 2005). 2005 IEEE/RSJ INTER NATIONAL CONFERENCE ON EDMONTON, AB, CANADA 02-06 AUG. 2005, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, 2 août 2005 (2005-08-02), pages 2121-2126, XP010857386 ISBN: 978-0-7803-8912-0
Attorney, Agent or Firm:
FANTIN, Laurent (AQUINOV, Allée de la Forestière, Beychac Et Caillau, F-33750, FR)
Download PDF:
Claims:

REVENDICATIONS

1. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède comprenant un corps, une tête disposée à l'avant du corps selon la direction longitudinale et quatre pattes comportant des articulations d'une part une première articulation (22) correspondant à la hanche d'un animal intégrant deux liaisons de type pivot correspondant à une première rotation (24) d'axe parallèle à la direction longitudinale (X) et une deuxième rotation (26) d'axe parallèle à une direction transversale (Y), et d'autre part, une seconde articulation (28) correspondant au genou de l'animal intégrant une liaison de type pivot correspondant à une troisième rotation (30) d'axe parallèle à la direction transversale (Y), et à l'extrémité inférieure un pied comprenant une zone de support susceptible d'être en contact osec le sol et un capteur permettant d'identifier l'instant du contact du pied avec le sol, caractérisé en ce qu'au moins une patte (20) comprend une quatrième rotation (32) d'axe parallèle à une troisième direction (Z) perpendiculaire à la direction longitudinale et transversale. 2. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième rotation (32) est disposée au niveau de l'articulation (22) correspondant à la hanche de l'animal, intercalée entre le corps et la deuxième rotation (26) d'axe parallèle à la direction transversale (Y). 3. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pied (34) comprend une zone de déformation (44) entre la zone de liaison entre le pied (34) et le reste de la patte (20) et la zone (36) de support et en ce que, pour chaque pied, ladite zone (36) de support est disjointe dudit capteur (40) et comprend une surface (42) d'appui sensiblement plane.

4. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pied (34) comprend un corps (46) avec en partie inférieure une première partie (48) et en partie supérieure une seconde partie (50), les deux parties (48, 50) étant reliées par une zone de déformation (44) avec des formes géométriques, notamment des épaisseurs plus faibles en soufflet, autorisant la matière à se déformer.

5. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pied (34) comprend une jupe (54) solidaire de la première partie (48), de forme évasée vers le sol, et dont la surface inférieure constitue la surface d'appui du pied.

6. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le pied (34) comprend un capteur (40) sous la forme d'un contacteur à poussoir disposé dans un logement (56) prévu au niveau de la première partie (48) et débouchant au niveau de la face de ladite première partie (48) orientée vers le sol, ledit contacteur comprenant une partie (60) susceptible de venir en saillie par rapport à la surface (42) d'appui du pied, ladite partie (60) se déplaçant lorsque le pied vient en contact avec le sol.

7. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pied (34) comprend une sphère (62) maintenue dans un logement (64) ayant des dimensions adaptées pour autoriser un léger mouvement vers le haut de ladite sphère (62), un capteur de type contacteur (66) permettant de détecter ce mouvement vers le haut de la sphère qui intervient lorsque cette dernière vient en contact avec le sol. 8. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon la revendication 7, caractérisé en ce que la sphère (62) se présente sous la forme d'une balle de squash.

9. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une queue (16) constituant une antenne ou servant de logement à une antenne.

10. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au niveau du corps des moyens (68) pour détecter un choc ou sa chute sous la forme d'un accéléromètre couplé à un gyroscope 2D.

11. Dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend à l'avant un capteur (70) infrarouge implanté au niveau du poitrail du corps et/ou un capteur (70') infrarouge implanté au niveau de la tête (14).

Description:

DISPOSITIF ROBOTISE AYANT L'ASPECT D'UN CHIEN

La présente invention se rapporte à un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un chien et plus généralement d'un quadrupède.

Ce type de robot a pour vocation d'être utilisé dans le domaine de la recherche et de l'enseignement afin de développer de nouveaux algorithmes ou comme un jouet de manière à simuler un animal de compagnie. Néanmoins, la protection n'est pas limitée à ces domaines privilégiés.

Dans le domaine de la robotique, il existe de nombreux humanoïdes. On connait également un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un chien qui a été commercialisé sous le nom commercial « Aïbo » et simulait un animal de compagnie, ainsi que de nombreux jouets mécaniques ayant aussi l'aspect extérieur d'un chien.

Ce dispositif robotisé ayant l'aspect d'un chien comprend un corps , quatre pattes ainsi qu'à l'avant une tête et éventuellement à l'arrière une queue. Des moyens de contrôle-commande et des moyens de stockage de l'énergie sont généralement logés dans le corps, la tête comprenant des capteurs, notamment une caméra.

Pour la suite de la description, on entend par plan longitudinal, un plan sensiblement vertical s'étendant d'avant en arrière à la manière de la colonne vertébrale d'un animal. La direction longitudinale, qui sera référencée sur les figures comme l'axe X, est contenue dans le plan longitudinal et correspond à la droite parallèle au sol lorsque le dispositif est dans la posture correspondant à la position debout d'un animal, cette direction étant liée au corps du dispositif et pouvant être plus ou moins inclinée par rapport au sol en fonction de la posture dudit dispositif. Par plan transversal, on entend un plan sensiblement

perpendiculaire à la direction longitudinale. La direction transversale, qui sera référencée sur les figures comme l'axe Y, est contenue dans le plan transversal et correspond à la droite parallèle au sol lorsque le dispositif est dans la posture correspondant à la position debout d'un animal. Enfin sur les figures, on a indiqué une troisième direction, référencée comme l'axe Z, qui est sensiblement perpendiculaire aux deux directions X et Y et qui correspond à la direction verticale lorsque le dispositif est dans la posture correspondant à la position debout d'un animal. La présente invention se rapporte plus précisément aux pattes de ce dispositif. Selon l'art antérieur, chaque patte comprend d'une part une première articulation correspondant à la hanche d'un animal intégrant deux liaisons de type pivot correspondant à une première rotation d'axe parallèle à l'axe X et une seconde rotation d'axe parallèle à l'axe Y, et d'autre part, une seconde articulation correspondant au genou de l'animal intégrant une liaison de type pivot correspondant à une troisième rotation d'axe parallèle à l'axe Y. Selon un mode de réalisation, pour chaque mouvement de rotation, on prévoit une motorisation pilotée par les moyens de contrôle-commande. Même si ce dispositif permet d'obtenir des mouvements et des postures proches de ceux d'un animal, il ne donne pas pleinement satisfaction ou ses performances sont dégradées dans certaines conditions.

Selon un inconvénient, lorsqu'on souhaite utiliser la patte pour d'autres fonctions que la marche, notamment pour donner un « coup de patte » et frapper un objet tel qu'un ballon, il est nécessaire d'orienter le dispositif robotisé par rapport à l'objet et plus particulièrement à la trajectoire que l'on souhaite donner à l'objet afin d'obtenir ladite trajectoire souhaitée, cette dernière étant étroitement liée au plan dans lequel la patte se balance.

Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède plus polyvalent que ceux de l'art antérieur.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède comprenant un corps, une tête disposée à l'avant du corps selon la direction longitudinale et quatre pattes comportant des articulations d'une part une première articulation correspondant à la hanche d'un animal intégrant deux liaisons de type pivot correspondant à une première rotation d'axe parallèle à la direction longitudinale et une deuxième rotation d'axe parallèle à une direction transversale, et d'autre part, une seconde articulation correspondant au genou de l'animal intégrant une liaison de type pivot correspondant à une troisième rotation d'axe parallèle à la direction transversale, et à l'extrémité inférieure un pied comprenant une zone de support susceptible d'être en contact avec le sol et un capteur permettant d'identifier l'instant du contact du pied avec le sol, caractérisé en ce qu'au moins une patte comprend une quatrième rotation d'axe parallèle à une troisième direction perpendiculaire à la direction longitudinale et transversale.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective illustrant un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un quadrupède,

- la figure 2 est un schéma illustrant la cinématique d'une patte du dispositif robotisé selon l'invention, - la figure 3 est une coupe selon un plan parallèle au plan longitudinal illustrant le pied du dispositif robotisé selon l'invention,

- la figure 4 est une vue latérale selon la direction longitudinale du pied de la figure 3, et

- la figure 5 est une coupe selon un plan parallèle au plan longitudinal illustrant le pied du dispositif robotisé selon une autre variante de l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté en 10 un dispositif robotisé ayant l'aspect d'un chien. Cependant, la présente invention n'est pas limitée au chien et peut s'appliquer à tous les quadrupèdes.

Ce dispositif robotisé 10 comprend un corps 12 dont la morphologie est adaptée à celle de l'animal reproduit. Généralement ce corps 12 permet de loger les moyens de contrôle commande et les moyens de stockage de l'énergie. Ces moyens ne sont pas détaillés car ils sont connus de l'homme du métier.

Le dispositif robotisé 10 comprend également une tête 14 disposée à l'avant du corps selon la direction longitudinale ainsi qu'éventuellement une queue 16 à l'arrière du corps. La tête contient avantageusement au moins un capteur, notamment une caméra 18 pour l'acquisition de données, sous forme vidéo, relatives à l'environnement du dispositif permettant de renseigner les moyens de contrôle-commande. On pourrait envisager d'autres capteurs en complément ou en remplacement de la caméra, par exemple un radar, des capteurs à ultrasons, cette liste n'étant pas exhaustive. De préférence, le dispositif robotisé comprend des moyens 68 pour détecter un choc ou sa chute. A cet effet, il comprend au niveau du corps un accéléromètre couplé à un gyroscope 2D.

Avantageusement, le dispositif robotisé comprend à l'avant un capteur 70 infrarouge implanté au niveau du poitrail et/ou un capteur 70' infrarouge implanté au niveau de la tête 14. Ce ou ces capteur(s) permet(tent) de détecter un obstacle ou un autre joueur lorsque ledit dispositif robotisé est destiné à être un membre d'une équipe de plusieurs dispositifs robotisés.

La tête 14 est reliée au corps par tous moyens appropriés, de préférence lui permettant de l'orienter par rapport au corps 12.

La tête, les éléments la constituant ainsi que la liaison entre la tête et le corps ne sont pas plus détaillés car ils sont connus de l'homme du métier. Selon l'invention, la queue 16 peut constituer une antenne ou servir de logement à une antenne. Cette configuration permet d'obtenir une meilleure réception ou émission des signaux, tout en ne nuisant pas à la ressemblance du dispositif avec l'animal reproduit. En variante, la queue 16 peut comprendre des moyens pour modifier son orientation et comprendre au niveau, ou à proximité, de sa jonction avec le corps une articulation autorisant ce mouvement relatif. Cette configuration permet également de renforcer la ressemblance avec l'animal car elle permet de simuler un mouvement de balancier de la queue d'un chien.

Le dispositif comprend également quatre jambes ou pattes 20 disposées de manière symétrique par rapport au plan longitudinal, deux à l'avant et deux à l'arrière.

La description est maintenant faite pour une patte 20, les pattes avant et arrière pouvant être identiques ou différentes, les pattes disposées de manière symétrique par rapport au plan longitudinal étant de préférence identiques. Sur la figure 2, on a représenté de manière schématique la cinématique d'une patte 20. Une patte 20 comprend d'une part une première articulation 22 correspondant à la hanche d'un animal intégrant deux liaisons de type pivot correspondant à une première rotation 24 d'axe parallèle à l'axe X et une deuxième rotation 26 d'axe parallèle à l'axe Y, et d'autre part, une seconde articulation 28 correspondant au genou de l'animal intégrant une liaison de type pivot correspondant à une troisième rotation 30 d'axe parallèle à l'axe Y. Selon une caractéristique de l'invention, au moins une patte 20 ( de préférence les quatre pattes) comprend une quatrième rotation 32 d'axe parallèle à l'axe Z afin d'orienter ladite jambe ou une partie de ladite jambe, et plus précisément le plan du mouvement de balancier de ladite jambe ou de ladite partie de jambe.

Cette configuration permet d'orienter le mouvement de balancier de la jambe ou de la partie de jambe sans avoir à orienter l'ensemble du dispositif robotisé ce qui était le cas auparavant. Cette solution confère au dispositif une plus grande polyvalence en lui permettant d'orienter la direction de la frappe sur un objet. Avantageusement, cette quatrième rotation 32 est disposée au niveau de l'articulation 22 correspondant à la hanche de l'animal, intercalée entre le corps et la deuxième rotation 26 d'axe parallèle à l'axe Y afin d'orienter le plan du mouvement de balancier de la jambe et d'obtenir un mouvement de balancier de grande amplitude afin de pouvoir augmenter potentiellement la quantité de mouvement transmise à l'objet impacté.

Cette cinématique, à savoir une quatrième rotation d'axe parallèle à l'axe Z, peut être prévue au niveau de toute les pattes, ou seulement sur au moins une, et de préférence sur les pattes 20 disposées à l'avant. Selon un mode de réalisation, pour chaque mouvement de rotation, on prévoit une motorisation pilotée par les moyens de contrôle-commande. Ces motorisations ainsi que la façon de les piloter ne sont pas plus détaillées car elles sont connues de l'homme du métier.

Sur les figures 3 et , on a représenté en détails l'extrémité de la patte 20, appelée pied et référencée 34. Ce pied 34 comprend une zone 36 de support susceptible d'être en contact avec le sol {référencé 38) et un capteur 40 permettant d'identifier l'instant du contact du pied avec le sol 38. La zone de support permet la reprise des efforts lorsque le pied est en contact avec le sol. Selon une caractéristique importante de l'invention, la zone 36 de support et le capteur 40 sont disjoints. Contrairement à l'art antérieur, le capteur 40 n'assure pas la reprise des efforts générés par l'appui du pied au sol. Ainsi, ce capteur peut être de différentes natures et technologies.

La zone 36 de support comprend une surface 42 d'appui sensiblement plane, entourant de préférence le capteur 40. Cette configuration permet d'obtenir une surface de contact importante, de type surfacique et non de type ponctuelle comme pour l'art antérieur, ce qui permet de renforcer l'adhérence du pied avec le sol lors du mouvement de marche, rendant le dispositif compatible avec la majorité des revêtements de sol. De préférence, pour améliorer l'adhérence, on peut prévoir des aspérités ou un revêtement spécifique au niveau de ladite surface de contact. Selon un mode de réalisation, le pied 34 comprend une zone de déformation 44 entre la zone de liaison entre le pied et le reste de la patte et la zone 36 de support. Cette zone de déformation 44 confère au pied une certaine souplesse et permet de manière simple de faire reposer la quasi intégralité de la surface de contact 42 même si la patte n'est pas correctement orientée. Par zone de déformation, on entend une articulation qui permet des mouvements de rotation qui ne sont pas motorisés mais qui sont libres.

Avantageusement, cette zone de déformation est obtenue grâce à la nature de la matière et/ou aux formes géométriques.

Ainsi, selon un mode de réalisation, le pied peut comprendre au niveau de la zone de déformation une partie en matériau élastique susceptible de se déformer, par exemple un plot en caoutchouc ou en mousse.

Selon un autre mode de réalisation, le pied peut être réalisé au moins en partie avec un matériau élastique et comprendre au niveau de la zone de déformation 44 des formes géométriques, notamment des épaisseurs plus faibles, par exemple une forme en soufflet, autorisant la matière à se déformer. Selon un autre mode de réalisation, le pied peut être réalisé en deux parties, la zone de jonction entre les deux parties correspondant à la zone de déformation 44, un ressort étant intercalé entre les deux parties et autorisant un mouvement relatif entre les deux parties du pied.

Cependant, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation mais couvre également les équivalents techniques.

Selon l'exemple illustré, le pied 34 comprend un corps 46 avec en partie inférieure une première partie 48, de préférence sous forme cubique, et en partie supérieure une seconde partie 50, les deux parties 48 et 50 étant reliées par une zone de déformation 44 sous forme de soufflets. En variante, un ressort peut être intégré au niveau des soufflets.

La seconde partie 50 peut comprendre au niveau de sa face supérieure des moyens de liaison avec le reste de la patte. En variante, comme illustré sur les figures 3 et 4, un élément de liaison 52 en forme de U peut être intercalé entre le corps 46 et le reste de la patte de manière à, par exemple, obtenir un mouvement de rotation selon l'axe Y aux niveaux des extrémités supérieures des branches du U. La surface inférieure de la première partie 48 orientée vers le sol peut constituer la surface d'appui. En variante ,comme illustré sur les figures 3 et 4, le pied 34 comprend une jupe 54 solidaire de la première partie 48, de forme évasée vers le sol, et dont la surface inférieure constitue la surface d'appui du pied. Cette configuration permet d'augmenter la périphérie de la surface d'appui, ce qui confère une meilleure stabilité et une meilleure adhérence au sol. Avantageusement, la surface inférieure de la jupe 54 orientée vers le sol a une forme allongée selon la direction longitudinale.

La première partie 48 comprend également un logement 56 débouchant au niveau de la surface orientée vers le sol dans lequel peut être disposé le capteur 40. Selon le mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, le capteur 40 se présente sous la forme d'un contacteur à poussoir et comprend une partie fixe 58 creuse et solidaire de la première parie 48 et une partie mobile 59 susceptible de se translater, par rapport à la partie fixe 58, selon une direction parallèle à l'axe Z, vers le haut à l'encontre de moyens de rappels. Ainsi, lorsque

le pied n'est pas en contact avec le sol, la partie mobile 59 est dans une position de repos et vient partiellement en saillie par rapport à la surface de contact du pied. Lorsque le pied repose au sol, la partie mobile 59 se translate par rapport à la partie fixe 58. Des moyens de détection, par exemple des contacts électriques, sont prévus pour permettre de détecter ce mouvement relatif entre la partie mobile et la partie fixe, et plus particulièrement de détecter lorsque ledit mouvement dépasse un certain seuil prédéterminé. Ces moyens de détection renseignent par tous moyens appropriés notamment grâce à des fils électriques les moyens de contrôle-commande. L'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation, notamment en ce qui concerne les moyens de détection ainsi que le capteur 40.

Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 5, le pied peut ne pas comprendre une zone de déformation 44. Selon ce mode de réalisation, illustré sur la figure 5, le pied 34 comprend une sphère 62 maintenue dans un logement 64 qui en théorie pourrait lui permettre de pivoter dans toutes les directions. En pratique, les frottements entre le logement et la sphère limitent les mouvements relatifs entre ladite sphère et ledit logement. La sphère comprend au moins au niveau de sa surface en contact avec le sol un revêtement ayant un coefficient de frottement avec le sol élevé pour obtenir une bonne adhérence. Selon un mode de réalisation, la sphère 62 se présente sous la forme d'une balle de squash. En plus de son revêtement qui offre une bonne accroche au sol, la sphère sous forme d'une balle de squash peut légèrement s'aplatir au niveau de son point de contact avec le sol afin d'offrir une meilleure adhérence.

La sphère a un diamètre supérieur à 3 cm pour avoir un rayon de courbure au niveau de la surface de contact avec le sol relativement important afin d'offrir

une meilleure stabilité. Dans le cas d'une balle de squash, la sphère 62 a un diamètre de l'ordre de 4 cm.

La partie inférieure de la sphère est toujours dégagée par le logement de manière à ce que ce dernier n'interfère pas asec le sol. Un capteur 66 permet d'identifier l'instant à partir duquel le pied, et plus particulièrement la sphère 62, vient en contact a^ec le sol. Selon un mode de réalisation, le logement a des dimensions adaptées pour autoriser un léger mouvement vers le haut de la sphère de l'ordre de 0,5 mm. Un capteur de type contacteur 66 permet de détecter ce mouvement vers le haut de la sphère qui intervient lorsque cette dernière vient en contact asec le sol.