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ELMEQ Motor

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MOVETEC OY

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01740 Vantaa

Tel.: +358 (0) 9 5259 230

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Routech s.r.o.

Dr. Milady Horákové 185/66

460 06 Liberec

Tel.: +420 489 202 971

info@routech.cz

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Compower ApS

Marielundvej 29

2730 Herlev

Tel.: +45 (0) 44 92 66 20

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Marte Científica e Instrumentação Industrial Ltda

Av Fco Andrade Ribeiro 430

37540-000 Santa Rita do Sapucai, MG

Tel.: +55 (11) 3411 4500

motores@marte.com.br

www.marte.com.br

FAULHABER Drive System Technology (Taicang) Co., Ltd.

Eastern Block, Incubator Building, No. 6 Beijing Road West

Taicang 215400, Jiangsu Province

Tel.: +86 (0) 512 5337 2626

info@faulhaber.cn

FAULHABER Benelux B.V.

High Tech Campus 9

5656 AE Eindhoven

Tel.: +31 (0) 40 85155-40

info@faulhaber.nl

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Moteurs cc en robotique Hexapod micro-positionnement avec un maximum de maniabilité et de précision

Depuis plus de 30 ans déjà, la société PI (Physik Instrumente) est un fournisseur renommé de systèmes de micropositionnement performants. Parmi les produits phares actuels, des microrobots modernes à cinématique parallèle et six axes sont fournis en différentes versions adaptées à de nombreuses applications qui vont des systèmes de manutention dans la fabrication électronique et le contrôle des outils dans les machines-outils de précision aux systèmes optiques, tels que les installations de réception satellite et les télescopes spatiaux, en passant par les technologies médicales.

Principe de « simulateur de vol »

Les systèmes hexapodes reposent sur six actionneurs à haute résolution qui agissent sur une plate-forme commune. Le principe de fonctionnement est similaire à celui d'un simulateur de vol, mais beaucoup plus précis : les hexapodes ne sont pas actionnés par des entraînements hydrauliques, mais par des vis filetées d'entraînement de haute précision et des moteurs électriques à commande précise. Grâce à la faible masse de la plate-forme mobile, les délais de positionnement sont bien plus courts que pour les systèmes multiaxiaux empilables conventionnels. Le pivot définissable librement via les fonctions logicielles est conservé indépendamment du mouvement, ce qui s'avère important pour les ajustements optiques, par exemple.

Les microrobots précis à cinématique parallèle sont proposés en trois versions pour les différentes applications : le modèle M-850 est le système de positionnement idéal pour toutes les tâches de positionnement complexes exigeant une capacité de charge élevée (jusqu'à 200 kg dans la direction verticale) et de la précision. Chaque axe peut être positionné individuellement avec une résolution allant jusqu'à 0,005 µm. Le microrobot à cinématique parallèle M-840 a été développé pour les charges plus faibles et les vitesses plus élevées. Il permet ainsi d'atteindre au millimètre près des charges allant jusqu'à 10 kg selon une orientation quelconque et à une vitesse allant jusqu'à 50 mm/s. Le dernier modèle, le M-824, fonctionne avec des entraînements « pliés » et s'avère très compact grâce à la disposition spéciale de l'entraînement et de la vis filetée.

Ces systèmes posent tous les trois de fortes exigences aux entraînements employés. Il est essentiel que les composants d'entraînement puissent être intégrés dans les jambes des hexapodes ; la structure doit avoir les plus petites dimensions possibles tout en fournissant une puissance élevée entre 3 et 19 watts. Afin d'obtenir un positionnement très précis, les systèmes d'entraînement doivent aussi fonctionner sans jeu, le plus possible et pour toute la durée de vie des systèmes de micropositionnement. Il convient en outre de tenir compte des conditions ambiantes plutôt difficiles, par exemple lors des utilisations à l'extérieur. Les systèmes de micropositionnement sont employés, par exemple, dans des télescopes spatiaux et des installations de réception satellite qui sont installés dans des régions montagneuses ou désertiques inhospitalières.

Moteurs cc en robotique Hexapod micro-positionnement avec un maximum de maniabilité et de précision
Les systèmes d'entraînement employés dans les hexapodes doivent également supporter des conditions ambiantes plutôt difficiles, par exemple lors des utilisations à l'extérieur au sein d'installations de réception satellite dans des régions montagneuses ou désertiques inhospitalières.

Les entraînements pour les hexapodes : petits, robustes et performants

Des micromoteurs C.C. de la gamme standard de FAULHABER ont permis de satisfaire à toutes ces exigences. Le moteur classique à armature en cloche avec bobine à rotor sans noyau et commutation par métaux précieux offre des conditions très favorables pour de tels domaines d'application. Les entraînements C.C. petits et légers fonctionnent de manière fiable, même dans des conditions ambiantes défavorables. Ils supportent les températures ambiantes entre – 30 °C et + 125 °C et, avec une conception adaptée, leur fonctionnement n'est pas altéré par les taux d'humidité élevés (jusqu'à 98 %). Un critère important lors de la sélection du moteur a également été le démarrage immédiat et à couple élevé des moteurs C.C. après l'application d'une tension. Ceci permet d'assurer une réponse directe aux signaux de commande. La bobine cuivre autoportante permet en outre la construction de moteurs légers avec des rendements jusqu'à 80 %.

En fonction du modèle d'hexapode et de son domaine d'application, les moteurs C.C. sont associés à des réducteurs. Les réducteurs à étages sans jeu angulaire entièrement en métal savent convaincre en particulier par leur fonctionnement régulier et silencieux.

Afin d'éviter le jeu d'inversion, dans la plupart des cas, les entraînements sont précontraints. Le moteur et le réducteur constituent une unité compacte, d'un diamètre inférieur à 25 mm et d'une longueur d'à peine 60 mm. Ceci facilite leur intégration, même dans les jambes plutôt exiguës de l'hexapode. Le raccordement électrique est facile lui aussi. Les motoréducteurs C.C. peuvent être contrôlés directement depuis des cartes PC sans amplificateur supplémentaire. Dans certains cas, le fabricant des hexapodes a aussi intégré des servovariateurs équipés d'entrées pour les signaux à modulation de largeur d'impulsion à proximité du moteur dans la base fixe de l'hexapode.

Moteurs cc en robotique Hexapod micro-positionnement avec un maximum de maniabilité et de précision
Les systèmes hexapodes reposent sur six actionneurs à haute résolution qui agissent sur une plate-forme commune.

Détection de position avec impulseurs magnétiques

Pour un positionnement précis, il est indispensable de connaître la position réelle des moteurs. Encore une fois, FAULHABER a fourni la solution. Dans les micromoteurs C.C. intégrés aux hexapodes, les positions actuelles sont détectées à l'aide d'impulseurs magnétiques qui fournissent 512 impulsions par tour. Avec une interpolation quadruple et en tenant compte de la pente de la vis filetée, on obtient des résolutions allant jusqu'à 0,005 µm. Les impulseurs sont constitués d'un disque magnétique permanent à faible inertie et multipolaire qui est intégré à l'arbre du moteur ou directement dans son rotor, selon le type de moteur. Des capteurs magnétiques détectent les changements du flux magnétique. Deux signaux de sortie incrémentaux déphasés de 90° sont ensuite disponibles en sortie pour être traités par la commande du système des hexapodes. La tension d'alimentation pour les impulseurs et le micromoteur C.C. ainsi que les signaux de sortie sont connectés par l'intermédiaire d'un câble plat à connecteur.

Comparaison des cinématiques parallèle et en série

Moteurs cc en robotique Hexapod micro-positionnement avec un maximum de maniabilité et de précision
Moteurs cc en robotique Hexapod micro-positionnementavec un maximum de maniabilité et de précision

La cinématique peut être parallèle ou en série. Dans les systèmes en série, chaque actionneur agit sur une plate-forme de positionnement propre et est donc affecté de manière univoque à un axe. Cela simplifie la structure mécanique et la régulation. Cependant, étant donné que les erreurs de guidage ont tendance à s'ajouter dans les systèmes « empilés », la précision est inférieure à celle des systèmes parallèles. Dans ces systèmes parallèles, contrairement à la cinématique en série, tous les actionneurs agissent directement sur la même plate-forme. Outre le gain de précision, cela représente d'autres avantages : une plus faible inertie de masse et donc une plus grande dynamique, aucun mouvement de câble entraînant une perte de friction, ainsi qu'une structure nettement plus compacte. La commande de tels systèmes est néanmoins très exigeante et demande une bien plus grande part de savoir-faire.

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