Numéros de publication: US2011071673A1; US2011071678A1; US2011068595A1; US2011071664A1; US2011071671A1; US7784363B2; US8056423B2

Inventeur(s): ABDALLAH MUHAMMAD E [US]; BRIDGWATER LYNDON [US]; DIFTLER MYRON A [US]; LINN DOUGLAS MARTIN [US]; WAMPLER II CHARLES W [US]; PLATT ROBERT [US];IHRKE CHRIS A [US]; REICH DAVID M [US]; ASKEW SCOTT R [US]; GRIFFITH BRYAN KRISTIAN [US]; HARGRAVE BRIAN [US]; VALVO MICHAEL C [US]; PERMENTER FRANK NOBLE [US]; MEHLING JOSHUA S [US]; NGUYEN VIENNY [US]

Demandeur(s): GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC [US]; U S A AS REPRESENTED BY THE ADMINISTRATOR OF THE NAT AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRAION [US]; OCEANEERING INT INC [US]

J’ai regroupé sept demandes de brevets ou brevets accordés qui résument l’architecture et le mode de fonctionnement de la main du fameux Robonaut construit par General Motors pour le compte de la NASA dans le but d’aider les humains dans leurs missions d’exploration et travail spatial. Les co-déposants sont GM ; la NASA pour le compte des USA et Oceaneering Int'l (sous-traitant d’ingénierie pour le spatial) Le premier document US2011071673A1 traite de l’architecture de l’avant bras et de la main. Le principe retenu par les ingénieurs est de disposer dans l’avant bras l’ensemble des actionneurs (26) en partie inférieure, alors que l’électronique de gestion (68) est en partie supérieure. Le lien entre les actionneurs et les doigts est réalisé par des câbles coulissants dans des gaines (appelés tendons). Pour ainsi dire, le même principe que les câbles de freins. Peut être le coté « Monster garage » de GM !

Le document US2011071678A1 détaille les tendons (40) faits d’un mélange de Vectran et de Teflon. Le Vectran est une fibre polymère très résistante à l’étirement qui a déjà été employée par la NASA pour les tenues extravéhiculaires et les airbags de la sonde Mars Pathfinder. Le Teflon quant à lui est bien connu pour ses qualités de glissement. Le tout est entouré d’un liner (44) en Teflon et coulisse dans une gaine (46) formée d’un fil de section carrée torsadée en spires cylindriques jointives. Les actionneurs fonctionnent sur le principe visse-écrou entrainée par un moteur avec réducteur en ligne. L’écrou à bille possède une gorge dans laquelle une boucle du tendon est engagée. La tension du tendon empêche que les bruns de la boucle ne touchent la vis.

 

Le corps de l’actionneur a une forme en coupe trapézoïdale de sorte a être agencé en arc de cercle, s’adaptant au mieux à la forme inférieure de l’avant bras. Cette configuration permet ainsi d’empiler pas moins de 16 actionneurs sur plusieurs niveaux.

Les doigts décrits dans US2011068595A1 possèdent trois phalanges à l’identique de nous. Le mouvement de la troisième phalange est classiquement lié mécaniquement au mouvement de la deuxième par une biellette. Quatre tendons commandent chaque doigt permettant de les plier soit à angle droit par rapport à la paume, soit les replier totalement ; ce qui correspond à une commande séparée entre première et deuxième phalange.

Les schémas suivants permettent de mieux comprendre le principe de commande. Chaque ensemble de tendons 46(A&B) ou 46(C&D) permettent de plier respectivement une phalange. Ils sont avantageusement disposés de chaque coté du doigt. Cela permet de contrôler l’écartement des doigts entre eux en les faisant pivoter autour de l’axe vertical (A4) par la gestion de la tension sur les 2 ensembles de tendons sans rajouter d’actionneur supplémentaire :

La main est instrumentée afin de gérer les efforts et les positions. Trois principaux types de capteurs ont été développés spécifiquement et décrits dans les documents US8056423B2 ; US7784363B2 ; US2011068595A1.

1) Une gauge sur tendon (entre tendon et gaine) qui permet d’avoir un retour de l’effort appliqué sur le doigt ou encore de gérer l’équilibre des forces entre les tendons d’un même doigt :

2) Une cellule d’effort tactile. Ce capteur basé sur le principe des gauges de contraintes à moments constants est cintrée pour être intégrée sur le demi-périmètre de chaque phalange.

 

3) Un capteur de position angulaire magnétique. Chaque articulation est équipée d’un aimant (58A) en forme oblongue, dont les pôles Nord et Sud sont positionnés aux intersections des deux arcs de cercles. Un capteur (62A) converti la variation d’inversion du champ magnétique en un positionnement angulaire.

 

Une boucle de régulation est décrite dans le document US2011071664A1 afin de gérer l’ensemble des efforts appliqués en reprenant les informations de chacune de ces sondes :

 

Enfin la main est reliée à l’avant bras via un poignet détaillé dans le document US2011071671A1. Ce poignet est conçu de sorte que la partie centrale soit creuse pour laisser passer les tendons, mais aussi capable de pivoter de façon combinée suivant deux axes C1 et C2. Pour y parvenir, deux actionneurs linéaires (28) sont positionnés en partie haute de l’avant bras, sous l’électronique de contrôle. La position angulaire (x,y,z) du poignet est dans ce cas régie par une relation non linéaire liée à la course combinée des deux actionneurs.

Le tout formant un système de préhension assez complexe, mais capable d’efforts importants. Ci-joint une présentation de Robonaut sur YouToube : How Robonaut 2's Dexterous Hands Work