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Architecture des robots spatiaux

Nous opérons une classification de l'architecture mécanique en deux grands types :

• les manipulateurs à segment final (le segment lié au support de l'organe terminal) de longueur variable.
• les manipulateurs à position des points d'articulation variable.

On peut illustrer cette dernière classification en remarquant que les robots planaires du type décrit dans la figure 1.20(a) font partie de la première catégorie, alors que ceux du type (b) et de la figure 1.21 font partie de la deuxième.

Pour ce qui concerne les manipulateurs spatiaux, c'est dans la première catégorie que l'on trouve le plus grand nombre des prototypes réalisés dans le passé.

Pour illustrer cette catégorie nous présentons un des prototype de robot parallèle de l'INRIA à motorisation électrique et dont la complaisance passive est basée sur l'utilisation d'amortisseurs élastiques. Les vérins ont une longueur de déplacement d'environ 2 cm, ce qui conduit à un espace de travail de 8 cm pour les déplacements horizontaux et 2 cm pour les déplacements verticaux. Les rotations autour de l'axe vertical sont comprises entre pour les rotations autour des axes horizontaux. Le poids du manipulateur est de 35 kg. Ce robot est équipé de capteur de forces dans chacun des segments et peut mesurer les 6 composantes d'un torseur de forces externes. La force articulaire maximale, limitée par les capteurs d'effort est de 30 daN, ce qui conduit dans l'espace de travail à une charge maximale de l'ordre de 100 kg si la charge repose sur le plateau. Les variables articulaires sont les longueurs des segments qui se composent d'une longueur constante (la longueur morte); La précision absolue de positionnement mesurée est de 10 m, la répétabilité n'ayant pu être évaluée par manque de moyen de mesure. La vitesse articulaire maximum est de 1,5 cm/s. La hauteur est d'environ 53 cm pour des segments ayant une longueur morte de 45,45 cm. Ce manipulateur est principalement constitué de composants du commerce. Les articulations sont des joints de Cardan sans jeu et des rotules, qui sont simplement constituées de joint de Cardan du même type, la base du joint pouvant tourner autour d'un axe engagé dans deux roulements miniatures de précision. montés en duplex et précontraints, ce qui assure un jeu minimal (c.f. figure 1.22). Dans la littérature anglo-saxonne ce type de manipulateur est connue (de manière abusive d'ailleurs) sous le nom de Plate-forme de Stewart. Notons ici que la rotation propre des segments ne joue pas de rôle pour la détermination de la mobilité de l'organe terminal et qu'en raison de l'irréversibilité des vérins le manipulateur est toujours équilibré.

La société AICO commercialise un manipulateur de même type mais dont les actionneurs sont pneumatiques.

Les manipulateurs parallèles de la deuxième catégorie sont apparus de manière plus récente et nous en présentons deux exemples, dont deux conçus à l'INRIA: le prototype de poignet actif à six degrés de liberté (figure 1.23) et un poignet actif à trois degrés de liberté de rotation en cours de développement (figure 1.24). Ces manipulateurs utilisent des vérins électriques que nous avons développés, basés sur des moteurs couples au samarium-cobalt (couple important même à faible vitesse de rotation) en prise directe sur des vis à bille dont le pas est de 1 mm. Ces actionneurs sont légers (environ 150 gr), ont une friction très réduite et possèdent une longueur morte faible (moins de 10 cm pour une course de 5 cm).

La société Marconi a conçu un robot hybride série-parallèle, le Tetrabot pour l'assemblage de pièces de plus grande dimension. Il s'agit d'un robot à 6 degrés de liberté, les translations étant assurées par une structure parallèle, couplée à un poignet classique. Sa charge nominale est de 6 kg, pour une vitesse de 1 m/s. Ce manipulateur a une enveloppe de travail assez importante en raison de sa taille (environ deux fois la hauteur d'un homme)(c.f. figure 1.25).

Enfin nous présentons un type de robot à trois degrés de liberté en translation, développé initialement à l'Ecole Polytechnique de Lausanne et commercialisé maintenant sous le nom de "Delta". Ce manipulateur est conçu pour le transfert rapide (trois transferts par seconde) de charges légères (10 à 30 gr) sur un espace de travail de 200 mm (c.f. figure 1.25).

Mentionnons enfin la réalisation de robots constitués d'empilement de robots parallèles comme celui de la société Logabex, présenté en figure 1.26. Ce type de manipulateur présente l'intérêt d'être extrêmement redondant, d'avoir un espace de travail important et un bon rapport charge utile/masse, mais est difficilement commandable. Ainsi le robot LX4 de la société Logabex a une masse de 120 kg pour une charge transportable de 75 kg. Sa hauteur varie entre 2 m et 2,70 m environ.