Synergie entre la microélectronique et la microtechnique

La main de l’homme est un des outils les plus universels dans la nature. Il n’est donc pas étonnant que les chercheurs veuillent appliquer les avantages de cette structure évolutive à une nouvelle génération de mains robotisées.

Le centre allemand de l’aérospatial (DLR), en coopération avec le Harbin Institute of Technology (HITa déjà développé une main robotisée similaire à la main humaine, à l’aide d’actuateurs miniatures et d’une technologie de bus hautement performante.

Fabriquer une main robotisée avec les capacités et la dextérité de la main humaine nécessite au moins 4 doigts: trios doigts pour permettre à la main robotisée de saisir des parties coniques, et un pousse utilisé comme support. La nouvelle main robotisée est donc constituée de 3 doigts, dotés de 4 articulations chacun qui ont eux même trois degrés de libertés. Le quatrième doigt, conçu comme un pouce, a quatre degrés de liberté. Il va sans dire que la diversité des mouvements rendus possibles par cette solution doit être contrôlée et surveillée correctement. Dans ces circonstances, des canaux d’information hautement performants constituent une fonction essentielle du système de contrôle, particulièrement lors des tâches compliquées.

Une technologie de bus pour les „Nerfs“

Auparavant, les doigts robotisés étaient actionnés par des câbles de commande. Aujourd’hui, la micromécanique moderne permet d’intégrer le moteur directement dans le doigt. Ainsi, il est très important de contrôler que les données de fonctionnement et de positionnement nécessaires sont bien transmises au processeur de contrôle. C’est le seul moyen de permettre aux petits systèmes d’entraînement d’atteindre leur plein potentiel dans un espace si réduit. Chaque articulation des doigts est équipée d’un capteur d’angle sans contact développé en interne, et d’un capteur de couple moteur. Comme les deux capteurs nécessitent une résolution extrêmement haute, un bus est utilisé pour transférer le flux de données émis. Un feed-back rapide est nécessaire pour la comparaison des valeurs théoriques et des valeurs réelles. Outre la quantité de données transmises, le facteur temps est donc primordial.

Le bus de grande vitesse, conçu spécialement en interne pour cette application, et capable d’atteindre 25 Mbps en temps réel, est basé sur le FPGAs (Field Programmable Gate Arrays).

Pour les connexions externes de série de la main au processeur de contrôle, seuls trois cables sont nécessaires.

Le système de contrôle même, un processeur de signalisation sur une carte PCI, est intégré dans un simple PC. Une interface ergonomique permet à la “main” d’être contrôlée par ordinateur. Toutes les données captées peuvent être affichées sur l’écran. L’affichage des données, le contrôle et la connexion de la main à l’ordinateur ont été conçus dès le départ pour simplifier d’éventuelles utilisations ultérieures en environnement industriel. Outre les “nerfs” et le “cerveau”, La main robotisée a également besoin de “muscles" pour lui donner de la force.

Les microentraînements remplacent la force des muscles

L’immense complexité de la nouvelle main robotisée a un prix. Pour chaque doigt, plusieurs systèmes d’entraînement séparés sont nécessaires. En l’occurrence, cette main inclut douze moteurs C.C. à commutation électronique (Moteurs EC) par main, incluant des capteurs Hall analogiques. Les concepteurs ont opté pour les systèmes d’entrainement du spécialiste en moteurs miniatures FAULHABER, dont la gamme remplissait toutes les exigences requises. Ils sont économiques, disponibles sur le marché, et sont capables de hautes performances dans un espace très restreint. Pour la main robotisée à 4 doigts, ils ont opté pour des servomoteurs C.C. sans balais d’un diamètre de 16mm. Ces derniers peuvent être combinés à des réducteurs de diamètre similaires pour former une unique entité intégrée. Les moteurs sont disponibles en version 12V et 24V, et fournit une puissance de 11 W avec un couple moteur maximal pouvant atteindre 2,6 mNm