Développement et validation expérimentale d'un système d'embrayages magnétorhéologiques pour le contrôle de robot à tendons

摘要

La grande majorité des robots actuels sont utilisés dans le domaine industriel. Ils doiventtravailler à l’intérieur d’un environnement contrôlé afin de ne pas blesser les gens qui lesentourent. Les robots industriels sont habituellement rigides et ne sont pas adaptés pourtravailler dans des environnements non contrôlés. Afin de pallier à ce problème, une nouvellebranche de la robotique est en émergence. Qualifiée de robotique sécuritaire avecles humains, elle permet à des robots de travailler à proximité des humains et par lefait même, d’être utilisés dans plusieurs autres domaines dont l’environnement n’est pascontrôlé. L’utilisation d’actionneurs compliants est une approche utilisée pour la conceptionde robot souple. La majorité de ces types d’actionneurs possèdent une bande passantelimitée en force ce qui est problématique pour plusieurs tâches nécessitant un contrôle àla fois précis en position et en force.Ce projet de maîtrise traite de l’élaboration et du contrôle d’un nouveau concept d’actionneurà grande densité de force utilisant la technologie magnétorhéologique (MR), et ce,dans un embrayage combiné à l’enroulement de tendons. Les embrayages MR permettentd’avoir de larges bandes passantes en force, d’isoler l’inertie du moteur avec le joint externe,de distribuer la puissance d’une seule source d’énergie cinétique et possède unegrande densité de force. En combinant les embrayages MR à l’enroulement de tendons, ilest possible de repousser la masse du robot à sa base, ce qui réduit grandement l’inertiede la structure du système. En utilisant le fluide MR dans un embrayage, le contrôle ducouple est plus simple à implémenter. Par exemple, il est possible d’effectuer des mouvementsqui requièrent beaucoup de force dans un court intervalle de temps, tout en étantcapable d’effectuer une tâche qui requiert une grande précision de mouvement. Cette combinaison,inexistante actuellement, pourrait mener à des changements importants dansle secteur de la robotique sécuritaire avec les humains et de la robotique mobile. En plusde combiner ces dernières technologies mécaniques, les techniques de contrôle doiventêtre adaptées afin d’exploiter le plein potentiel de ce type de système.Dans ce mémoire, la conception et la réalisation de prototypes et de techniques de contrôlesont présentés. Pour valider les performances du nouveau type d’actionneur, les performancesde bande passante en couple de l’embrayage MR et en force en ajoutant le systèmede transmission par câble sont illustrées et discutées. Par la suite, un prototype completutilisant quatre embrayages MR est présenté et caractérisé au niveau de la bande passanteen force et en position. En plus de l’aspect mécanique, une technique de contrôleadaptée au nouveau système d’actionnement est présentée. Pour valider et développerl’algorithme de contrôle en position, un prototype utilisant des moteurs électriques est développé.La capacité à s’adapter au changement de configuration du système d’actionneurest illustrée et discutée. Les algorithmes de contrôle sont ensuite validés sur le prototypeutilisant les embrayages MR.