Robot TITAN : Pick-and-Place Sous-Actionné
Conception et prototypage d'un robot parallèle innovant à 4 degrés de liberté. L'originalité ? La préhension ne nécessite aucun moteur embarqué : c'est la déformation géométrique de la structure qui actionne une pince compliante à effet Fin-Ray.
1. Modélisation & Évitement des Singularités
En robotique parallèle, l'espace de travail est souvent contraint par des singularités cinématiques (perte de contrôle ou efforts tendant vers l'infini).
Pour sécuriser le robot, j'ai développé un algorithme en Python qui cartographie l'espace opérationnel en 4 dimensions. L'algorithme calcule le Modèle Géométrique Inverse (MGI) et la matrice Jacobienne pour générer des Heatmaps évaluant le conditionnement du robot.
Ces cartes de dextérité ont dicté la synthèse dimensionnelle finale, garantissant un espace de travail utile de 200x200mm totalement stable.
2. Mécanisme Compliant & Effet Fin-Ray
L'effecteur central est un mécanisme sous-actionné : la contraction de la diagonale du robot pousse une tige centrale qui déclenche un mécanisme séquentiel "double action".
En fin de course, un mécanisme à genouillère (toggle mechanism) démultiplie la force transmise aux mors de la pince. Les mors exploitent l'effet Fin-Ray : imprimés en 3D (Nylon SLS), ils se courbent pour épouser la forme de l'objet saisi.
La validation de ces déformations élastiques a été réalisée via des simulations par éléments finis (FEM) sous SolidWorks.
3. Jumeau Numérique & Dimensionnement
Pour dimensionner les servomoteurs Parker, l'assemblage CAO a été exporté vers Simscape Multibody. Comme illustré ci-contre, ce jumeau numérique a permis de valider le comportement dynamique de l'architecture.
Les simulations ont permis d'évaluer les couples requis lors des phases de forte accélération et lors de la fermeture de la pince (injection d'un effort de 9N). Cette analyse a dicté le choix des réducteurs planétaires Carson pour surmonter le pic critique de 5,5 Nm identifié lors du serrage.
4. Contrôle Temps Réel & Proof of Concept
Un séquenceur Software-in-the-Loop (SIL) a été codé en Python. L'IHM permet de placer des Waypoints, d'éviter les singularités, et de lisser les trajectoires via un filtrage gaussien.
La consigne est envoyée en UDP vers un automate MATLAB/Simulink gérant les boucles PID. La communication avec les variateurs s'effectue via le protocole temps réel EtherCAT.
Le défi du terrain : Pour compenser l'inertie des bras en aluminium et le jeu mécanique des réducteurs d'ancienne génération, un filtrage des fréquences de résonance et une commande par anticipation (Feedforward) ont été implémentés, stabilisant le robot et validant le Proof of Concept physique.
Envie d'en voir plus ?
Le code source du séquenceur Python et les détails de l'architecture Simulink sont disponibles (partiellement ou sur demande) sur mon GitHub.
Voir le code sur GitHub