4.3.1
Mécanismes de retardement de l’abduction des doigts
De manière à simplifier la main robotique, l’abduction des doigts ainsi que la rotation du pouce sont effectuées avec un seul actionneur. Les doigts sont d’abord adjacents et le pouce est contigu à l’index, puis il est élevé au-dessus de la paume pour venir en opposition avec les doigts qui s’écartent dans un dernier temps. Un examen du mécanisme de rotation du pouce a déjà eu lieu, mais il est important de rappeler que son métacarpien est solidaire à une roue dentée entraînée par une vis sans fin, tel que montré à la figure 3.10. Cette vis, ou l’arbre la supportant, peut donc être utilisée pour actionner l’écartement des doigts. Puisque la rotation du pouce doit avoir lieu préalablement à l’abduction des doigts, un mécanisme de retardement doit être utilisé entre l’actionnement du pouce et celui des doigts. Différentes propositions peuvent être avancées pour obtenir ce résultat, telles que celles présentées aux figures 4.3 et 4.4. Le mouvement rotatif utilisé à la figure 4.4 est procuré par une roue dentée actionnée par la vis sans fin. Pour l’actionnement linéaire de la figure 4.3, un écrou se déplaçant sur la vis lorsqu’elle tourne pourrait être utilisé.
O0
(a) Croix de Malte
O0 (b) Engrenage O0 (c) Câble détendu O0 (d) Butée Figure 4.3: Mécanismes de retardement avec un actionnement linéaire.
Les deux premiers mécanismes proposés, soit la croix de Malte en (a) et l’engrenage tron- qué en (b), permettent de contraindre complètement l’abduction du métacarpien. Toutefois, ils sont plus complexes que les deux autres mécanismes proposés, prennent plus de place et ils créent plus de friction. Quant au câble détendu présenté en (c), la position du métacarpien n’est pas assurée en position initiale ni lors du mouvement. Il n’y a qu’en position finale où le câble maintient le métacarpien contre une butée. De plus, ce principe de retardement s’ap- puie sur le fait que le câble est détendu jusqu’au moment où l’abduction des doigts débute. Ce câble peut donc s’emmêler ou coincer un mécanisme adjacent, ce qui est à éviter dans une main robotique ou plusieurs petites pièces sont en mouvement. Finalement, le déplace-
O0
(a) Croix de Malte
O0 (b) Engrenage O0 (c) Câble détendu O0 (d) Butée Figure 4.4: Mécanismes de retardement avec un actionnement rotatif.
ment d’une butée, schématisé en (d), permet de contraindre les positions initiale et finale du métacarpien. Son utilisation est simple et précise, malgré qu’elle ne peut pas garantir que le métacarpien soit en position initiale jusqu’au moment de commencer l’abduction. La butée en rotation esquissée en 4.4(d) a un autre avantange sur les autres mécanismes présentés : elle ne nécessite pas d’utiliser un second axe de rotation. La roue dentée actionnée par la vis sans fin peut en effet être située sur l’articulation Ooet être usinée de manière à servir de butée, ce
qui rend le système plus compact.
4.3.2
Transmission de l’abduction entre les métacarpiens
Maintenant qu’un mécanisme de retardement permet de transmettre le mouvement d’ab- duction à un des métacarpiens, il s’agit de mettre au point une liaison entre les trois méta- carpiens mobiles afin qu’ils soient tous écartés conjointement. Encore une fois, plusieurs ar- chitectures peuvent être proposées. Nous n’en présentons que trois qui ont l’avantange d’être simples et compactes, tel que montré à la figure 4.5.
L’utilisation d’engrenages pour transmettre l’abduction d’un métacarpien à l’autre, tel que présenté à la figure 4.5(a), permettrait d’obtenir exactement la fonction désirée pour leur orientation. Par exemple, les orientations de l’index et de l’annulaire pourraient toujours être symétriques et celle de l’auriculaire pourrait toujours être le double de celle de l’annulaire. D’un autre côté, il faudrait utiliser des engrenages coniques pour transmettre le mouvement d’abduction spatiale, car les articulations carpométacarpiennes ne sont pas perpendiculaires au plan de la paume dans ce cas. En plus de leur coût, les engrenages présentent aussi le désavantage d’ajouter un jeu dans la transmission du mouvement. L’erreur relative est ainsi trop élevée, puisque l’amplitude de la rotation est faible pour cette application.
O0,2 O0,4 O0,5 (a) Engrenages. O0,2 O0,4 O0,5 (b) Poulies et tendon. O0,2 O0,4 O0,5
(c) Mécanismes à quatre barres.
Pour imposer exactement une fonction d’abduction aux métacarpiens, il est également possible d’utiliser des poulies et un tendon, comme à la figure 4.5(b). La forme des pou- lies doit alors être étudiée pour obtenir la fonction imposée, mais il est suggéré d’utiliser des poulies circulaires afin de faciliter la fabrication du mécanisme et de réduire son coût. Néanmoins, l’utilisation d’un tendon ou d’une courroie requiert l’ajout d’un système de pré- tension, ce qui complexifie le système. Aussi, dans le cas de l’abduction spatiale, le tendon devrait être redirigé par des poulies intermédiaires entre les métacarpiens puisque leurs axes de rotation ne sont pas parallèles.
Des liaisons rigides entre les métacarpiens peuvent être utilisées pour éviter d’avoir re- cours au système de prétension et de redirection. L’architecture la plus simple est de se servir d’une bielle entre l’index et l’annulaire, puis d’une seconde entre l’annulaire et l’auriculaire. Deux mécanismes à quatre barres sont alors obtenus, plus précisément un mécanisme de Watt à six barres (Primrose et al., 1967), tel que présenté à la figure 4.5(c). Ce choix permet de minimiser le jeu dans l’actionnement tout en étant simple de fabrication. De plus, il est pos- sible d’utiliser ce mécanisme pour effectuer l’abduction spatiale, en autant que les axes de rotation se rencontrent tous au même point de manière à obtenir un mécanisme sphérique. Par contre, il n’est pas possible d’obtenir exactement une fonction d’abduction imposée. Par exemple, on ne peut pas réussir à ce que les angles d’abduction de l’annulaire et de l’index soient toujours égaux. Il est donc nécessaire d’étudier cette architecture de manière à obtenir d’abord le mouvement d’abduction plane prescrit, puis le mouvement d’abduction spatiale.