PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DETERMINER L'ORIENTATION SPATIALE D'UN OBJET MOBILE, ET APPLICATION D'UN TEL DISPOSITIF POUR UN SYSTEME TELESCOPIQUE A DOUBLE

SEGMENT La présente invention concerne le domaine technique des systèmes de mesure pour déterminer l'orientation spatiale d'un objet mobile ayant des mouvements selon des directions au moins de lacet et de tangage et de préférence également un mouvement selon une direction de roulis.

L'objet de l'invention vise à déterminer l'orientation spatiale d'un objet dont le mouvement est provoqué intentionnellement et/ou induit sous l'effet de vibrations ou de déformations mécaniques.

L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse mais non limitative, pour déterminer l'orientation spatiale d'un robot de manipulation. Pour connaître avec précision la position spatiale d'un objet, il est connu de mettre en œuvre un système de mesure comportant un faisceau laser. Par exemple, le brevet EP 1 200 853 décrit un système de mesure comportant une source laser émettant un faisceau projeté, à travers un réflecteur du type miroir ou prisme sur un détecteur optique monté sur l'objet. La projection du faisceau laser sur le détecteur optique conduit à l'apparition d'une tache lumineuse sur le détecteur optique. L'unité de traitement associée à ce détecteur optique permet de déterminer les variations de position de la tache lumineuse de manière à en déduire l'orientation spatiale de l'objet. Un inconvénient d'un tel système est que la taille de l'opercule du réflecteur nécessaire pour effectuer cette détection doit être obligatoirement inférieure à la taille de la tâche lumineuse. Ainsi, des micro-mouvements ne provoquant pas de changements significatifs de l'angle d'incidence du faisceau laser sont détectés avec difficulté puisque leur détection passe obligatoirement par une réorientation du faisceau laser entraînant une imprécision de mesure.

Dans le même sens, le brevet US 4,804,270 décrit un appareil pour déterminer le déplacement d'un objet consistant à assurer la focalisation d'un faisceau lumineux sur un capteur de détection et à détecter le déplacement du spot pour déterminer le déplacement de l'objet. Cet appareil nécessite l'utilisation d'une lentille pour focaliser le faisceau lumineux. L'utilisation d'une lentille limite grandement l'acquisition et la mesure angulaire. Par ailleurs, cet appareil nécessite l'utilisation de trois faisceaux laser et d'un nombre de capteurs au moins équivalent.

La demande de brevet US 2006/0192090 décrit un système de mesure similaire mais permettant de traiter de manière supplémentaire, les problèmes liés à différentes sources de lumière parasite. Ce document propose d'utiliser deux capteurs pour traiter le problème de la lumière parasite. Toutefois, cette solution n'apporte aucune amélioration dans le principe de la mesure de l'orientation spatiale de l'objet. Enfin, cette technique tout comme la technique décrite par le brevet EP 1 200 853 est limitée actuellement par la vitesse d'acquisition des détecteurs optiques utilisés et ne peuvent pas détecter les mouvements selon une direction de roulis.

Le brevet US 4,708,483 décrit un appareil pour déterminer le déplacement d'un objet consistant à projeter des faisceaux lumineux sur l'objet et à acquérir les spots lumineux réfléchis sur le capteur. L'appareil compare les positions relatives des spots lumineux afin de déterminer le déplacement de l'objet. Cet appareil ne peut pas déterminer les mouvements de l'objet se produisant dans le plan du capteur puisque le capteur récupère les faisceaux réfléchis sur l'objet. Par ailleurs, comme il s'agit d'une image réfléchie, l'appareil fonctionne uniquement si la distance entre la source lumineuse et la surface de réflexion est quasiment constante. De plus, le débattement angulaire détectable est limité puisqu'il correspond au rapport entre la dimension du capteur et la distance séparant ledit capteur de la surface de réflexion. En outre, cet appareil nécessite l'emploi de trois taches lumineuses.

L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un nouveau procédé pour déterminer l'orientation spatiale d'un objet mobile ayant des mouvements selon des directions au moins de lacet et de tangage, ne nécessitant pas d'utiliser, sur le trajet du faisceau lumineux, un réflecteur optique avec une ouverture déterminée, et permettant d'obtenir une précision accrue par rapport aux techniques connues.

Un autre objet de l'invention est de proposer un nouveau procédé capable de détecter des micro-mouvements d'un objet ne nécessitant pas une réorientation du faisceau lumineux.

Pour atteindre un tel objectif, le procédé selon l'invention vise à déterminer l'orientation spatiale d'un objet mobile ayant des mouvements selon des directions au moins de lacet et de tangage, cet objet étant équipé d'un système de réception comportant au moins un détecteur optique plan sur lequel est projeté au moins une tache lumineuse d'un faisceau de lumière émis par une source émettrice.

Selon l'invention, le procédé comporte les étapes suivantes :

- projeter une tache lumineuse comportant au moins un contour déterminé, - acquérir au moins une partie du contour de la tache lumineuse formée sur le détecteur optique,

- et comparer les variations du contour de la tache lumineuse apparaissant sur le détecteur optique en fonction des mouvements de l'objet de manière à en déduire une variation d'orientation spatiale de l'objet. Le procédé selon l'invention consiste ainsi à comparer les variations du contour de la tache lumineuse selon l'une et/ou l'autre des directions du détecteur optique pour en déduire un mouvement de lacet et/ou de tangage de l'objet selon l'une etyou l'autre de ces directions.

Selon une autre caractéristique, le procédé consiste à : - projeter une tache lumineuse comportant une surface délimitant le contour déterminé,

à acquérir au moins une partie de la surface pour déterminer un gradient d'intensité lumineuse de ladite surface, et à comparer les variations de gradient d'intensité lumineuse de ladite surface pour en déduire le sens de variation d'orientation spatial de l'objet.

Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé pour déterminer l'orientation spatiale d'un objet qui est soumis également à un mouvement de roulis.

Pour atteindre un tel objectif, le procédé selon l'invention consiste à projeter sur le détecteur optique, une tache lumineuse dont la distance entre son centre de gravité et son périmètre n'est pas constante et à détecter la variation d'orientation de la tache lumineuse dans le plan du détecteur optique afin de déterminer la variation de position de l'objet selon une direction de roulis. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif pour déterminer l'orientation spatiale d'un objet mobile ayant des mouvements selon des directions au moins de lacet et de tangage, cet objet étant équipé d'un système de réception comportant au moins un détecteur optique plan sur lequel est projeté une tache lumineuse d'un faisceau lumineux émis par une source émettrice faisant partie d'un système d'émission.

Selon l'invention, le dispositif comporte une unité de traitement apte à acquérir au moins une partie du contour de la tache lumineuse formée sur le détecteur optique et à comparer les variations du contour de la tache lumineuse apparaissant sur le détecteur optique en fonction des mouvements de l'objet de manière à en déduire une variation d'orientation spatiale de l'objet.

Le dispositif selon l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour équiper un système télescopique à plusieurs segments de manière à déterminer l'orientation spatiale d'un segment par rapport à un autre segment à la suite d'un déplacement relatif entre les segments.

Pour atteindre un tel objectif, un autre objet de l'invention est de proposer un système télescopique comportant au moins un module de déplacement dont chaque module de déplacement comporte :

- un segment d'entrée et un segment de sortie reliés respectivement à un équipage d'entrée et à un équipage de sortie mobiles en translation selon des directions parallèles mais en sens opposé entre deux positions de fin de course, correspondant à des positions déployée et repliée des segments d'entrée et de sortie, le segment d'entrée étant monté solidaire du système d'émission tandis que le segment de sortie est équipé du système de réception,

- au moins deux mécanismes de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation comportant chacun un système rotatif et un système de translation, les équipages mobiles étant assemblés aux systèmes de translation de manière symétriquement opposée entre leurs positions de fin de course,

- des moyens de couplage entre les mécanismes de transformation de mouvement, afin d'assurer le déplacement simultané en sens opposé des équipages mobiles,

- un système moteur d'entraînement en rotation d'au moins un mécanisme de transformation.

Le dispositif selon l'invention trouve une autre application particulièrement avantageuse pour équiper un appareil de manipulation d'une tête de travail, au sens général, adapté pour être utilisé par exemple dans le domaine de l'usinage, la manipulation, la robotique ou la mesure. Le dispositif est apte à déterminer l'orientation spatiale de la tête de travail de l'appareil de manipulation à la suite d'un déplacement de la tête de travail.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

La Figure 1 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.

La Figure 2 est un schéma illustrant le principe de formation d'une tache lumineuse sur un détecteur optique pour une position initiale de l'objet.

La Figure 3 est un schéma illustrant la déformation d'une tache lumineuse formée sur un détecteur optique à la suite d'un mouvement de lacet.

La Figure 4 est un schéma illustrant la déformation d'une tache lumineuse formée sur un détecteur optique à la suite d'un mouvement de tangage.

La Figure 5 est un schéma illustrant la déformation d'une tache lumineuse formée sur un détecteur à la suite d'un mouvement de roulis.

La Figure 6 est un schéma illustrant le déplacement d'une tache lumineuse formée sur un détecteur à la suite d'un mouvement de déplacement selon deux directions linéaires et associé à un mouvement de roulis.

La Figure 7 est un schéma illustrant le processus de reconstruction d'une tache lumineuse. La Figure 101 est une vue en perspective montrant un exemple de réalisation d'un système télescopique.

Les Figures 102 et 103 illustrent en coupe élévation un exemple de réalisation d'un système télescopique en position respectivement replié et complètement déployé. La Figure 104 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes IV-IV de la Fig. 101.

Les Figures 105 et 106 illustrent deux autres variantes de réalisation des mécanismes de transformation de mouvement mis en œuvre dans le système télescopique. Les Figures 107 à 109 illustrent en perspective un système télescopique qui comporte deux modules de déplacement.

La Figure 110 illustre un autre exemple d'assemblage de deux modules de déplacement.

Tel que cela ressort plus précisément de la Figure 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif 1 adapté pour déterminer l'orientation spatiale d'un objet mobile 2 au sens général. Selon une caractéristique préférée de réalisation mais non limitative, l'objet 2 est un robot de manipulation. Par convention, l'objet 2 possède des mouvements selon trois directions perpendiculaires x,y,z entre elles, à savoir un mouvement de roulis correspondant à une rotation autour de la direction x, un mouvement de tangage correspondant à une rotation autour de la direction y et un mouvement de lacet correspondant à une rotation autour de la direction z. Comme cela sera expliqué dans la suite de la description, le dispositif 1 est apte à déterminer, selon une première variante de réalisation, l'orientation de l'objet mobile 2 possédant des mouvements de lacet z et de tangage y. Le dispositif 1 comporte un système d'émission A comportant au moins une source émettrice 3 d'un faisceau lumineux 4. De préférence, la source émettrice 3 est un laser émettant un faisceau laser 4 en direction de l'objet 2.

Le dispositif 1 comporte également un système de réception B comportant au moins un détecteur optique plan 5 monté solidaire par tous moyens appropriés, avec l'objet 2. I! doit être compris que le dispositif 1 conforme à l'invention est apte à déterminer les mouvements relatifs et en particulier de tangage et de lacet, de l'objet 2 par rapport à la source émettrice 3. A cet égard, il est à noter que la source émettrice 3 peut être fixe ou mobile. De même, le détecteur optique plan 5 peut être supporté par l'objet 2, de façon fixe ou avec une possibilité de mouvement.

De manière classique, le faisceau lumineux 4 de la source émettrice 3 est projeté sur le détecteur optique plan 5. La projection du faisceau lumineux 4 sur le détecteur optique plan 5 conduit à l'apparition sur ce dernier, d'une tache lumineuse 6 délimitant ou présentant un contour

déterminé. Dans l'exemple illustré, la tache lumineuse 6 présente la forme d'un rectangle.

Selon une caractéristique de l'objet de l'invention, le détecteur optique plan 5 est un capteur d'acquisition optique de la tache lumineuse 6. De manière plus précise, le capteur d'acquisition optique 5 est un capteur optique d'images capable de donner la position des cellules illuminées de façon indépendante pour chacune des cellules. Par exemple, le capteur d'acquisition optique 5 est un capteur d'images CMOS ou un CCD dont les cellules sensibles sont placées et repérées dans un plan défini par un repère orthonormé selon les directions y, z.

Le système 1 comporte également une unité de traitement 8 reliée au détecteur optique plan 5. L'unité de traitement 8 comporte des moyens logiciels et matériels architectures autour d'une unité de calcul de manière à pouvoir traiter les signaux délivrés par le détecteur optique plan 5. Conformément à l'invention, l'unité de traitement 8 est apte à acquérir au moins une partie de la forme de la tache lumineuse 6 formée sur le détecteur optique plan 5. Il doit être considéré que l'acquisition au moins partielle de la forme de la tache lumineuse 6 correspond à l'acquisition d'au moins une partie de son contour et/ou de sa taille ou surface. En d'autres termes, la forme de la tache lumineuse 6 peut être définie par son contour et/ou sa taille ou surface selon les axes y, z du capteur. Par exemple, l'unité de traitement 8 est adaptée pour déterminer au moins une partie du contour de la tache lumineuse 6. A cet effet, l'unité de traitement prend en compte au moins les cellules sensibles illuminées par le faisceau lumineux 4 et situées à la périphérie de la tache lumineuse 6. A l'aide d'un logiciel de traitement d'images, l'unité de traitement 8 détermine au moins une partie du contour de la tache lumineuse 6.

Par ailleurs, l'unité de traitement 8 est apte à comparer les variations du contour de cette tache lumineuse apparaissant, au cours du temps, en fonction des mouvements de l'objet 2. Cette comparaison des variations du contour de la tache lumineuse 6 permet d'en déduire une variation

d'orientation spatiale de l'objet. Ainsi, l'unité de traitement 8 compare les variations d'au moins une partie du contour et/ou de la taille de la tache lumineuse 6. En effet, il apparaît que le contour de la tache lumineuse créée sur le détecteur optique plan 5 change en fonction de l'orientation spatiale de l'objet par rapport à la source émettrice 3, comme cela va être montré dans la suite de la description.

La Figure 2 illustre une position d'orientation du détecteur optique plan 5 et par suite, de l'objet 2, dite initiale faisant apparaître sur le détecteur optique plan 5, une tache lumineuse 6 de forme rectangulaire s'étendant dans le plan y-z. Si il apparaît un mouvement de lacet relatif entre l'objet 2 et la source émettrice 3, c'est-à-dire une rotation selon la direction z, la tache lumineuse 6 subit une modification de contour selon la direction y comme cela apparaît clairement à la Figure 3. Dans l'exemple illustré, la tache lumineuse 6 s'est allongée selon un sens de la direction y par rapport à sa forme initiale. Bien entendu, une rotation selon la direction z selon un sens opposé conduit à un rétrécissement de la tache lumineuse 6. Ainsi, une détection de la variation du contour de la tache lumineuse 6 selon la direction y permet de déterminer un mouvement de lacet, c'est-à-dire une rotation de l'objet 2 selon la direction z. Il est à noter que l'agrandissement ou le rétrécissement de la tache lumineuse 6 est considéré comme une variation du contour de la tache lumineuse 6 même si la tache lumineuse conserve une forme générale rectangulaire. Le contour de la tache lumineuse 6 peut varier en passant par exemple de circulaire à elliptique dans le cas d'un faisceau lumineux circulaire. De même, si il apparaît un mouvement de tangage relatif entre l'objet 2 et la source émettrice 3, c'est-à-dire une rotation selon la direction y, la tache lumineuse 6 subit une modification de contour selon la direction z comme cela apparaît clairement à la Figure 4. Dans l'exemple illustré, la tache lumineuse 6 s'est allongée selon un sens de la direction z par rapport à sa forme initiale. Bien entendu, une rotation selon la direction y selon un sens opposé conduit à un rétrécissement de la tache lumineuse 6. Ainsi, une

détection de la variation du contour de la tache lumineuse 6 selon la direction z permet de déterminer un mouvement de tangage, c'est-à-dire une rotation de l'objet 2 selon la direction y.

Il est à noter qu'un mouvement de tangage ou de lacet conduit en fait à un rétrécissement et un allongement du contour de la tache lumineuse 6, de part et d'autre de l'axe de rotation du détecteur optique plan 5. Ainsi, un mouvement de tangage ou de lacet entraine d'une part un rétrécissement de la tache lumineuse 6 selon un sens de la direction et d'autre part, un agrandissement de la tache lumineuse 6 selon un sens opposé de cette direction comme cela apparaît clairement sur les Fig. 3 et 4.

Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, le système 1 comporte des moyens adaptés pour déterminer le sens du changement d'orientation de l'objet 2. A cet égard, il est rappelé que le faisceau lumineux 4 projeté sur le détecteur optique 5 est caractérisé par son contour, l'intensité de lumière et sa ou ses longueurs d'ondes. Ainsi, pour déterminer le sens du changement d'orientation, l'unité de traitement 8 peut prendre en compte les changements du contour de la tache lumineuse 6. A cet égard, il est à noter qu'il peut être prévu de former grâce à des masques optiques par exemple, une tache lumineuse avec des caractéristiques géométriques propres suivant les directions y, z telles que des lignes sombres par exemple.

Il doit être considéré que le sens du changement d'orientation de l'objet 2 peut être déterminé en prenant en compte l'intensité de lumière. En effet, les cellules sensibles du détecteur optique 5 reçoivent une intensité lumineuse qui est variable en fonction de leur position par rapport à la direction de rotation y, z. Pour une position donnée de l'objet et par suite pour une tache lumineuse correspondante de surface délimitant un contour déterminé, il apparaît un gradient d'intensité lumineuse. Si un mouvement de l'objet 2 intervient, les cellules du détecteur optique 5 enregistrent une modification de l'intensité lumineuse reçue par la projection du faisceau lumineux 4.

L'unité de traitement 8 peut ainsi déterminer le rapport d'intensité lumineuse des cellules pour deux positions de l'objet de manière à déterminer le sens du changement d'orientation de l'objet. L'unité de traitement 8 assure ainsi l'acquisition d'au moins une partie de la surface de la tache lumineuse pour déterminer un gradient d'intensité lumineuse de la surface. L'unité de traitement 8 compare les gradients d'intensité lumineuse de la surface de la tache lumineuse pour en déduire le sens de variation d'orientation spatiale de l'objet.

Selon cette variante, l'unité de traitement 8 est apte à déterminer le centre de gravité de la tache lumineuse 6 à partir de la forme de la tache lumineuse et de l'intensité lumineuse reçue par les cellules du détecteur optique 5. Le centre de gravité ainsi défini correspond à la projection sur le détecteur optique 5 du centre du faisceau lumineux projeté 4. Comme expliqué ci-dessus, le centre de gravité de la tache lumineuse 6 dépend de la forme et de l'intensité lumineuse reçue par les cellules du détecteur optique. Aussi, le centre de gravité de la tache lumineuse doit être compris comme correspondant au barycentre de ta tache lumineuse. Ainsi, le barycentre se confond ou non avec le centre de gravité en fonction respectivement de l'homogénéité ou de l'hétérogénéité de l'intensité lumineuse reçue par les cellules du détecteur optique 5.

Tel que cela ressort de la description qui précède, l'unité de traitement 8 est apte à déterminer les mouvements de lacet et de tangage de l'objet 2 par rapport à la source émettrice permettant d'en déduire la variation d'orientation de l'objet dans l'espace. Bien entendu, le dispositif 1 est apte à déterminer un mouvement combiné de lacet et de tangage.

Selon une variante préférée de réalisation, le dispositif 1 permet également de détecter un mouvement de roulis de l'objet 2, à savoir un mouvement de rotation de l'objet 2 autour de la direction x. Si il apparaît un mouvement de roulis relatif entre l'objet 2 et la source émettrice 3, c'est-à- dire une rotation selon la direction x, la tache lumineuse 6 subit une modification d'orientation de sa forme dans le plan y-z comme cela apparaît

clairement à la Figure 5. Ainsi, une détection de la variation d'orientation de la tache lumineuse 6 dans le plan du détecteur optique 5 permet de déterminer un mouvement de roulis, c'est-à-dire une rotation de l'objet 2 selon la direction x. Ainsi, pour déterminer un mouvement de roulis de l'objet 2, il convient de détecter la variation d'orientation de la forme de la tache lumineuse 6 dans le plan y-z du détecteur optique 5. La tache lumineuse 6 projetée doit présenter une distance entre son centre de gravité et son périmètre qui n'est pas constante. En d'autres termes, la tache lumineuse 6 projetée peut présenter toutes formes adaptées à l'exception par exemple d'une forme circulaire de densité lumineuse uniforme. Ainsi, le faisceau lumineux 4 peut présenter une variation de densité lumineuse sur sa section. Par exemple, sur au moins une zone de la section du faisceau lumineux 4, la densité lumineuse peut être nulle. II est à noter qu'il peut être prévu aussi de projeter une deuxième tache lumineuse 6 sur le détecteur optique plan 5 issue d'une deuxième source émettrice afin de détecter la variation d'orientation des taches lumineuse 6 par rapport aux repères y, z du capteur. Il est à noter que l'utilisation de deux taches lumineuses 6 autorise que les taches lumineuses soient circulaires et de densité lumineuse uniforme.

Selon un exemple préféré de réalisation, le détecteur optique plan 5 est un capteur CMOS ou CDD. Ainsi, dans le cas d'un capteur d'image 5, l'unité de traitement 8 est capable de prendre en compte aussi bien les changements de forme de la tache lumineuse 6, que les changements d'orientation de la tache lumineuse 6. L'unité de traitement 8 est ainsi apte à déterminer les mouvements combinés ou indépendants de lacet, roulis et tangage que peut prendre l'objet 2.

Il est à noter que dans la mesure où le capteur 5 est un capteur d'images, l'unité de traitement 8 est apte à déterminer aussi les mouvements de translation de l'objet selon la direction z et/ou la direction y. La Figure 6 montre le déplacement de la tache lumineuse 6 par rapport à sa position

initiale (Fig. 2) à la suite d'un déplacement de l'objet selon les deux directions y et z et un mouvement de roulis. L'unité de traitement 8 est ainsi apte à déterminer le déplacement de l'objet 2, selon les directions z et/ou y, combiné ou non au déplacement en roulis, lacet et/ou tangage. Selon une variante préférée de réalisation, le système de réception B comporte en plus du détecteur optique plan 5, un capteur plan 11 sensible en continu au changement de position de la tache lumineuse 6 afin de détecter la variation de position de l'objet consécutif à un mouvement. En effet, le capteur CMOS ou CDD ne permet pas de suivre en continu le changement de position de la tache lumineuse 6 pour la précision souhaitée. Selon un premier exemple préféré de réalisation, le capteur 11 est un capteur optique plan. Selon un deuxième exemple de réalisation, le capteur 11 est réalisé par des accéléromètres disposés selon au moins deux directions. Selon l'exemple préféré de réalisation pour lequel le capteur 11 est un capteur optique plan, le dispositif 1 comporte un séparateur optique 13 du faisceau de lumière 4 émis par la source émettrice 3. Un tel séparateur optique 13 permet d'assurer la projection d'une tache lumineuse 6 à la fois sur le capteur d'acquisition optique 5 utilisé pour détecter les changements de forme de la tache lumineuse 6 et sur le capteur 11 capable de donner en continu le centre de gravité de la tache lumineuse 6. Le capteur 11 sensible en continu aux changements de position de la tache lumineuse peut être réalisé par exemple par un capteur PSD (Position Sensitive Detector) ou une diode à quadrants. La Fig. 7 permet de comprendre l'utilité de la mise en œuvre combinée des deux capteurs optiques 5 et 11. Par exemple, pour trois instants successifs ti, t ₂ , t ₃ , l'unité de traitement 8 fait l'acquisition de la position de la tache lumineuse 6, c'est-à-dire par exemple du centre de gravité Gi, G ₂ , G ₃ de la tache lumineuse formée sur le capteur 11. Simultanément, l'unité de traitement 8 fait l'acquisition de la forme de la tache lumineuse 6 formée sur le capteur 5. Toutefois, compte tenu du temps de réponse du capteur 5,

aucune image n'a pu être prise à l'instant t ₂ par le capteur 5. Seules les formes Fi et F ₃ ont pu être acquises aux instants ti et t ₃ . Toutefois, dans la mesure où aux instants ti et t ₃ , la position et l'orientation de la tache lumineuse ont pu être acquise, l'unité de traitement 8 détermine à l'instant t2, à l'aide de la position G ₂ de la tache et par corrélation, l'orientation et la forme F ₂ de la tache lumineuse à l'instant t _∑ .

Selon une variante préférée de réalisation, le dispositif comporte également un système 20 de mesure de la distance selon la direction de roulis x entre la source émettrice 3 et l'objet 2. Ce système de mesure 20 peut être réalisé de toute manière appropriée. D'une manière générale, ce système de mesure 20 comporte une source émettrice 21 d'un faisceau lumineux faisant partie du système d'émission A. Ce faisceau lumineux est apte à être reçu sur réflecteur optique 22 faisant partie du système de réception B. Par exemple, un tel système de mesure 20 peut être réalisé par l'intermédiaire d'un interféromètre. Selon un autre exemple de réalisation, cette mesure de distance peut être réalisée par des moyens mécaniques du type codeurs linéaires.

Le dispositif 1 de détermination de l'orientation spatiale d'un objet trouve une application particulièrement avantageuse pour équiper un système télescopique 101 adapté pour occuper toutes positions entre une position complètement repliée (Fig. 102) et une position complètement déployée (Fig. 103). Le système 101 comporte au moins un et dans l'exemple illustré, un module 101i comportant un segment d'entrée 103 et un segment de sortie 104 reliés respectivement à un équipage d'entrée 105 et un équipage de sortie 106, mobiles en translation selon des directions parallèles schématisées respectivement par des axes x et x'. Les segments 103, 104 sont dits d'entrée et de sortie afin de les distinguer, en considérant que ces segments peuvent être identiques ou différents. Les segments d'entrée 103 et de sortie 104 sont considérés comme les segments proximal et distal du système télescopique 101.

Le système télescopique 101 comporte également au moins deux mécanismes 108, 109, de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, comportant chacun un système rotatif 180,

190, et un système de translation 181, 191. Il est à noter que les systèmes de translation 181, 191, sont assemblés respectivement aux équipages mobiles 105, 106, pour assurer le déplacement de ses équipages mobiles selon les axes x et x'.

Dans l'exemple de réalisation illustré aux Fig. 101 à 104, chaque mécanisme de transformation 108, 109, comporte en tant que système de translation 181, 191, un brin d'un moyen d'entraînement flexible sans fin tel qu'une chaîne, ou comme illustré une courroie crantée. Chaque brin 181,

191, de la courroie est donc assemblé respectivement à un équipage mobile 105, 106, par l'intermédiaire par exemple, d'une pince 105i, 106i fixée par tous moyens appropriés sur les brins 181, 191. Par ailleurs, les systèmes rotatifs 180, 190, comportent au moins un système moteur d'entraînement en rotation et au moins un système d'entraînement en rotation de renvoi. Dans l'exemple illustré, le système moteur d'entraînement en rotation comporte une poulie 190 entraînée par un système moteur 111 te! qu'un moto-réducteur, tandis que le système d'entraînement en rotation de renvoi comporte une poulie 180. Les poulies 180, 190, sont entraînées simultanément en rotation à l'aide de la courroie 181, 191. Bien entendu, chaque courroie peut être équipée d'un mécanisme de tension de la courroie.

Selon une caractéristique de réalisation, les mécanismes de transformation de mouvement 108, 109 sont pourvus de moyens de couplage pour déplacer les équipages mobiles 105 et 106, simultanément mais en sens opposé. Dans l'exemple illustré, le couplage est réalisé par la courroie sans fin 181, 191 montée de manière que lors du déplacement d'un brin 181 dans un sens, l'autre brin 191 se déplace dans un sens opposé. Le déplacement des brins 181, 191, conduit au déplacement des équipages mobiles 105, 106, selon deux sens opposés. Les équipages

mobiles 105, 106, sont ainsi aptes à se déplacer entre deux positions de fin de course illustrées plus particulièrement aux Fig. 102 et 103. L'une des positions de fin de course des équipages mobiles illustrée à la Fig. 102 correspond à la position repliée des segments d'entrée 103 et de sortie 104, tandis que l'autre position de fin de course illustrée à la Fig. 103 correspond à la position déployée des segments d'entrée 103 et de sortie 104.

Il est à noter que le moto-réducteur 111 est apte à être piloté selon ses deux sens de rotation de manière que la rotation de la poulie 190 dans l'un ou l'autre sens entraîne le déplacement des équipages mobiles 105, 106 selon l'un ou l'autre des sens de translation, selon les axes x, x'. Le moto-réducteur 111 est ainsi commandé pour obtenir le déploiement ou le repliement des segments d'entrée 105 et de sortie 106, selon une amplitude plus ou moins grande pouvant atteindre l'écart entre les deux positions de fin de course. II ressort que les équipages mobiles 105, 106, sont assemblés au système de translation 181, 191, de manière symétriquement opposée entre leurs positions de fin de course. Tel que cela apparaît clairement sur les Fig. 102 et 103, ce montage symétrique opposé des équipages mobiles 105, 106, permet d'obtenir, par le déplacement en sens opposé des brins 181, 191 de la courroie, le déplacement simultané selon des sens opposés, des équipages mobiles 105, 106 et par suite des segments d'entrée 103 et de sortie 104.

Selon une caractéristique préférée de réalisation, les segments d'entrée 103 et de sortie 104 sont reliés aux équipages mobiles 105, 106, de manière à s'étendre principalement entre les positions de fin de course des équipages 105, 106, lorsque ces derniers occupent deux positions symétriquement opposées de fin de course. Une telle disposition permet d'obtenir un système télescopique présentant un encombrement limité en position repliée des segments d'entrée 103 et de sortie 104, et une course de déploiement optimisé. La course d'extension des segments d'entrée 105 et de sortie 106 est égale à la distance entre les deux positions de fin de

course des équipages mobiles, de sorte que l'amplitude de déploiement du module selon l'invention est égale à deux fois la distance entre les deux positions de fin de course.

Selon une autre caractéristique avantageuse, chaque module 101 se présente sous une forme compacte. Selon une variante préférée de réalisation, le module 101 présente une forme générale parallélépipédique. Le module 101 comporte ainsi une structure porteuse 115 constituée par exemple par deux flasques 116 montés en vis-à-vis parallèlement l'un à l'autre. Les flasques 116 sont pourvus, à leurs deux extrémités, de plaques de jonction 117 par exemple assemblées par tout moyen approprié aux flasques 116. Cette structure porteuse 115 supporte de toute manière appropriée, les axes de rotation 120, 121 des poulies 180, 190. Il est à noter que l'axe de rotation 121 de la poulie 190 est calé en rotation avec l'arbre de sortie du moto-réducteur 111. Les poulies 180, 190 sont positionnées entre les flasques 116 en étant situées à proximité des plaques de jonction 117. Le diamètre des poulies 180, 190 est tel que les brins 181, 191 de la courroie se situent légèrement en retrait par rapport au plan passant par les rebords voisins des flasques 116. Les équipages mobiles 105, 106 se déplacent ainsi de part et d'autre du module au niveau de ses deux faces ouvertes délimitées par les flasques 116. Dans l'exemple illustré, chaque segment d'entrée 103 et de sortie 104 est réalisé par une plaque possédant une forme rectangulaire de largeur sensiblement égale à la largeur du module définie par les deux plaques de jonction 117 de manière que le module possède un encombrement transversal limité. En d'autres termes, les segments d'entrée 103 et de sortie 104 viennent sensiblement recouvrir les faces ouvertes délimitées par les flasques 116. Bien entendu, les segments d'entrée 103 et de sortie 104 peuvent présenter des dimensions différentes (plus petites ou plus grandes que les flasques) ou des formes diverses différentes d'une plaque, telles qu'une tige ou un profilé.

Selon une caractéristique préférée, chaque équipage d'entrée 105 et de sortie 106 est pourvu d'au moins un et de préférence de deux systèmes de guidage 125, disposés de manière symétrique par rapport à l'axe de symétrie du module, qui est parallèle à la direction de déplacement x, x' des segments d'entrée 103 et de sortie 104. Par exemple, chaque système de guidage 125 comporte un rail de guidage 126 fixé sur la structure porteuse, et plus précisément sur le rebord d'un flasque 116. Chaque système de guidage 125 comporte également un patin 127 fixé à un segment d'entrée ou de sortie, et coopérant avec un rail 126. La forme des patins 127 est bien entendu complémentaire à celle des rails 126. Tel que cela ressort de la Fig. 104, la section droite transversale des rails 126 est en C ou en oméga pour retenir les patins 127 selon les deux directions perpendiculaires à la direction de déplacement x, x'.

Il ressort de la description qui précède que le module 101 présente une forme compacte tout en autorisant une grande amplitude d'extension entre les deux extrémités des segments d'entrée 103 et de sortie 104. Selon un exemple d'application, le segment d'entrée 103 comporte des moyens de fixation 129 à un support fixe 130. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 103, le module 101 permet d'obtenir une extension égale à deux fois la course entre les deux positions de fin de course. A cet égard, il est à noter que les positions de fin de course des équipages mobiles 105, 106 correspondent aux positions précédant la mise en butée ou en contact avec les poulies 180, 190. Ainsi, pour augmenter la course des équipages mobiles, il peut être prévu, comme illustré à la Fig. 105, qu'au moins un système d'entraînement en rotation, par exemple 180 comporte deux poulies 180i, 18O ₂ de renvoi pour les brins 181 et 191 de la courroie. Ces poulies 180i, 18O ₂ possèdent des diamètres inférieurs au diamètre de la poulie 180, ce qui permet d'augmenter la course des équipages mobiles en conservant le même encombrement au module. Bien entendu, il peut être envisagé de remplacer la poulie 190 par au moins deux poulies plus petites comme illustré à la Fig. 105.

Dans les exemples illustrés aux Fig. 101 à 105, le mécanisme de transformation 108, 109 est de type à courroie et à poulie. La Fig. 106 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle, au moins un, à savoir le mécanisme de transformation 108 comporte en tant que système rotatif, une vis à billes I8O ₃ entraînée en rotation par un système moteur 111. Le mécanisme de transformation 108 comporte en tant que système de translation, un écrou I8I ₁ assemblé à l'équipage mobile 105 par tous moyens appropriés. Dans l'exemple illustré à la Fig. 106, le mécanisme de transformation 109 est du type à courroie 181, 191 et poulie 180, 190 comme décrit aux Fig. 101 à 104. Le couplage entre les mécanismes 108, 109 est assuré par tous moyens appropriés tels qu'une pince de serrage 131 du brin 181 de la courroie, et fixé à l'écrou I8I1 de la vis à billes. Ainsi, le déplacement en translation de l'écrou I8I1 entraîne le déplacement simultané de la courroie 181, 191, et par suite de l'équipage mobile 106. Bien entendu il peut être envisagé de réaliser les deux mécanismes de transformation 108, 109 par des vis à billes et écrous.

Dans les exemples qui précèdent, le système télescopique 101 comporte un seul module. Bien entendu, le système télescopique 101 peut être composé d'une série de modules assemblés les uns aux autres. De façon plus précise, le segment de sortie d'un module est relié à un segment d'entrée d'un module consécutif ou forme le segment d'entrée dudit module consécutif. Les Fig. 107 à 109 illustrent un système télescopique 101 comportant deux modules 101i et IOI ₂ conformes à l'invention. Le premier module 101i comporte un segment d'entrée 103i relié à une structure fixe 130. Le segment de sortie 104i est relié au segment d'entrée 103 ₂ du deuxième module 10I ₂ . Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 107 et 108, le segment de sortie 104i et le segment d'entrée 103 ₂ forment une pièce unique s'étendant dans un plan de sorte que les deux modules 10 li, IOI ₂ peuvent être placés côte à côte en position repliée des modules. La pièce de liaison formant le segment de sortie du premier module et le

segment d'entrée du deuxième module présente une forme optimisée en « S ».

Dans l'exemple de réalisation illustré aux Fig. 107 à 109, le segment d'entrée 103i du premier module 101i et le segment de sortie 1042 du deuxième module 10I ₂ sont situés sensiblement dans le même plan. La Fig. 110 illustre un autre exemple de réalisation dans lequel le segment de sortie 104i du premier module 101i est relié au segment d'entrée 1032 du deuxième module IOI ₂ en étant décalé de 90°. Selon cette variante, les modules 101i, IOI ₂ sont décalés entre eux de 90° en étant reliés entre eux par une pièce de liaison en forme d'équerre formant le segment de sortie 104i et le segment d'entrée 1032- Avantageusement, le segment d'entrée 103 ₂ du deuxième module peut être guidé en translation par un système de guidage 125 tel que décrit ci-dessus comme un rail 126 fixé sur un flasque 116 du premier module 101i et coopérant avec un patin fixé sur le segment d'entrée 103 ₂ du deuxième module.

Dans l'exemple illustré à la Fig. 110, les modules sont associés pour obtenir un déploiement essentiellement selon une direction. Bien entendu, il peut être envisagé de relier les modules selon différentes configurations mettant en œuvre ou non des articulations pour obtenir un déploiement dans l'espace selon une trajectoire souhaitée différente d'une direction linéaire.

Dans les exemples décrits aux Fig. 107 à 110, le système télescopique 101 comporte plusieurs modules de déplacement 101i, IOI ₂ , permettant d'adapter l'amplitude de déploiement à l'utilisation envisagée. A cet égard, le segment d'entrée du premier module et le segment de sortie du dernier module sont adaptés à l'utilisation envisagée pour le système télescopique. Ces segments peuvent présenter toutes formes d'adaptation et être équipés de divers équipements ou appareillages tels qu'un porte outils, système de préhension, capteurs, actionneurs ou autres selon les domaines d'application. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 109, le système télescopique 101 est destiné à être équipé d'un dispositif pour déterminer

l'orientation spatiale en tant qu'objet, d'un segment par rapport à un autre. Dans l'exemple illustré à la Fig. 109, le système télescopique 101 comporte un premier module 101i, et un deuxième module IOI2. Le segment d'entrée 103i du premier module 101i est considéré fixe tandis que le segment de sortie 104 ₂ du deuxième module 10I ₂ correspond à l'objet dont on veut connaître son orientation spatiale. Le système d'émission A du dispositif 1 est monté solidaire du segment d'entrée 103i du premier module tandis que le système de réception B du dispositif est monté solidaire du segment de sortie 104 ₂ du deuxième module. De manière générale, en présence de plusieurs modules montés en série, le système d'émission A est monté sur le segment d'entrée du premier module tandis que le système de réception B est fixé sur le segment de sortie du dernier module.

Le dispositif 1 de détermination de l'orientation spatiale d'un objet trouve une autre application particulièrement avantageuse pour équiper un appareil de manipulation assurant le déplacement d'une tête de travail. Par exemple, la tête de travail peut être une tête de mesure, d'usinage ou de manipulation en étant pourvue d'un capteur, d'un actionneur et/ou d'un porte-outil. Bien entendu, le dispositif 1 est adapté pour déterminer l'orientation spatiale de tout type d'objet, différent d'un système télescopique ou d'un appareil de manipulation.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.