Conception d'un actionneur adapté à l'interaction physique dans un contexte de robotique

Abstract

Les systèmes robotiques modernes sont généralement des machines mécaniquement rigides et contrôlées en position. Cette conception, bien que cohérente avec une recherche de performance en contrôle du mouvement, limite l'applicabilité aux environnements structurés et sécurisés. Pour que leur domaine d'application puisse s'étendre aux environnements partiellement inconnus, dynamiques ou anthropiques, des capacités d'interaction physique accrues sont nécessaires. Dans ce contexte, répondre aux exigences de sécurité, de robustesse et de polyvalence représente un défi, entre autres parce que les performances des technologies d'actionneur communément disponibles ne sont pas adéquates. Pour adresser cette problématique, ce mémoire propose une solution technologique basée sur l'usage synergique d'un moteur électromagnétique et de deux freins magnétorhéologiques. Le moteur agit comme source de vitesse et fournit la puissance mécanique. Les deux freins dirigent ce flux de puissance en contrôlant l'amplitude et la direction du couple appliqué en sortie. Cette approche découple la sortie de l'actionneur du moteur, permettant une impédance (inertie et friction) de sortie très faible. Elle permet également un contrôle en force relativement précis à haute bande passante. À l'aide de l'information de position de la sortie, elle permet également de réaliser des interactions complexes de façon sécuritaire et performante. Dans ce mémoire, le concept et la réalisation de prototypes sont présentés. Les performances de contrôle de force, d'interaction et de mouvement sont illustrées et discutées. Ces résultats indiquent des performances relativement uniques qui valident le potentiel de l'actionneur pour répondre à la problématique décrite. Une suite possible à ce projet serait la révision du prototype en vue d'optimiser des paramètres tels que la densité de couple, le coût de fabrication et la robustesse. Il s'agirait ensuite de tester l'actionneur dans un système robotique effectuant une tâche choisie. La technologie développée au cours de la maîtrise et décrite dans ce mémoire fait l'objet d'une demande de brevet international (protocole PCT) [Fauteux et al., 2009b].