14) 23/09/2017 : Optimisation finale des structures mécaniques (MJD 58019)

Chaque fois qu’un système admet un nombre de variables non dérisoire, l’explosion combinatoire devient impressionnante. Avec seulement trois articulations dans une jambe, on a rapidement constaté que pas moins de 8192 variantes étaient possibles et il n’était pas pensable de toutes les envisager. La solution raisonnable a donc consisté à effectuer des choix articulation par articulation.
Dans le meilleur des cas, l’amplitude de rotation dans une articulation sera de 180°. La possibilité de pouvoir positionner le palonnier dans les dentelures quand le moteur est au neutre opérationnel offre encore une foule considérable de possibilités. Il nous incombe d’exploiter au mieux cette ressource. N’allez surtout pas imaginer que les postures qui vont se voir sélectionnées ont émergé d’un simple claquement de doigt. Affairés à leurs outils de dessins informatiques, les personnels de la salle S2 ont exploré toute une famille de variantes que l’anatomie propre au petit robot autorise. Quand un nombre de configurations significatif a été développé, ces ingénieurs en conception ont effectué l’étude exhaustive de l’optimisation morphologique. Ce que ne révèle pas le chapitre précédent, c’est que les choix ont plus ou moins étés influencés par les évaluations cinématiques initiales. Par exemple sur le brouillon de la Fig.57 vous pouvez observer que les configurations VEILLE et ATTERRISAGE n’ont rien à voir avec celles qui seront adoptées en version définitive. Du reste, pour bien vous montrer que l’évolution n’a pas été linéaire, dans le chapitre Justification du choix des palonniers on décide des Palonniers Courts sur le Tibia alors que sur tous les dessins ils sont représentés longs. Comme il n’était plus question de reprendre tous ces dessins dans le didacticiel, on fait avec, ce qui ne rend pas caduque pour autant les conclusions qui en découlent. En résumé, pour aboutir à un ensemble industriel cohérent, souvent de nombreuses recherches « discrètes » ont été investies. La machine qui résulte de ces préambules est forcément plus performante.

Déphasage entre le palonnier et le neutre opérationnel.

Considérons la Fig.58 sur laquelle les trois servomoteurs représentés sont au neutre opérationnel. Dans ce but nous avons envoyé à l’asservissement la consigne pour se positionner à moitié débattement angulaire. Comme nous l’avons fait pour déterminer les caractéristiques des moteurs, sur le dessin A est représenté le disque gradué avec le zéro dans l’axe transversal du moteur. On a calé le palonnier sur le moyeu de façon à ce qu’il soit au plus proche de l’axe de symétrie. La sortie de l’arbre moteur est pourvue de 21 dentelures. Il est donc possible de décaler à notre guise de pas angulaires égaux à 360° / 21 » 17°. Par exemple sur le croquis A au lieu de placer le palonnier dans le plan médian, on l’a introduit avec deux dentelures de décalage à droite. Quand le moteur sera piloté au zéro, le palonnier occupera la position représentée par le contour rouge. Nous disposons de ce fait de la possibilité d’implanter dans 10 orientations différentes le palonnier par rapport au neutre opérationnel. (Dix = 21 / 2 car sur un demi tour on retrouve la symétrie qui est « identique ».) Par exemple en B on a inséré à deux dentelures à gauche soit environ -34° alors qu’en C trois dentelures à droite décalent d’environ +51°. On dispose ainsi d’une faculté bien utile de caler au mieux les éléments mécaniques pour optimiser les performances. « Zéro » décalé, il devient alors indispensable d’orienter dans le bon sens les disques gradués pour qu’ils puissent indiquer  les angles de rotation par rapport aux consignes et au zéro de l’asservissement.

Optimisation des articulations du châssis : Les Hanches.

Primordiale, la mobilité des Hanches influencera directement la faculté de JEKERT à se mouvoir, et ce autant sur un sol horizontal qu’en pente. (Sans compter éventuellement des escaliers, la gestion de position du centre de gravité …) Il importe à ce titre de leur octroyer la plus grande amplitude de débattement possible quitte à laisser potentiellement des situations d’interférence qui seront gérées par logiciel. Par exemple en 6 les deux membres rouge et violet se « mélangent ». Naturellement cette interférence matérielle ne sera pas réelle. Il y aura collision et forçage des moteurs avant cette posture. Bien que possible mécaniquement et électroniquement, il n’y aura aucune raison de piloter ces deux orientations simultanément. Tout au long de ce didacticiel, il faudra faire références aux diverses Jambes de la sonde. Pour identifier les divers membres, l’ensemble étant vu de dessus, les Jambes seront nommées dans l’ordre horaire A, B, C, D en commençant par celle située à l’avant droite. Sur la Fig.59 l’épure présente la sonde vue de dessus avec les Jambes positionnées à différents angles caractéristiques. Par exemple en 2 le membre est positionné au maximum vers l’avant, attitude qui permet d’aller tâter le sol le plus loin possible. On retrouve l’orientation symétrique en 1 vers l’arrière. L’amplitude de rotation potentielle pour les pattes arrières est d’un angle notable. Elle est visualisée entre la position 1 et la représentation verte en 5. La contrainte la plus limitative se trouve en 3 car il y a le connecteur HE14 du multiplexeur qui dépasse sur tribord. L’amplitude potentielle des rotations des Jambes A et D sera donc plus faible que celle des membres B et C. Sur l’épure il est manifeste que la zone coloriée en jaune met en évidence une interférence entre 5 et le multiplexeur. Ben non, c’est une illusion d’optique car les pièces mécaniques vertes sont situées plus haut. Ici on illustre la difficulté d’interpréter un dessin 2D qu’il faut visualiser en 3D. Pour les quatre membres on a imposé un déphasage de deux dentelures soit 34°. On augmente ainsi la possibilité d’orienter vers l’avant et vers l’arrière sans restreindre vers le centre pour lequel les volumes balayés rencontrent les risques d’interférences matérielle.

Déphasage sur les moteurs du genou.

Consultez la Fig.49 qui préjuge de différentes postures qui sont suffisamment réfléchies pour les considérer comme probables en version définitive. Il est manifeste sur ce dessin que les deux déviations extrêmes sont symétriques par rapport au plan moyen du moteur concerné. Donc pour les articulations des Genoux nous opterons pour un déphasage nul. On enchâssera le palonnier pour qu’il soit horizontal quand le moteur sera au neutre opérationnel c’est à dire que +90° correspondra à la position bleue sur la Fig.60 alors que -90 sera relative à l’orientation verticale verte.

Calage du débattement angulaire des Griffes.

Dernière variable à prendre en compte pour optimiser la mobilité de JEKERT, le Pied comme pour le Genou balaye l’intégralité des 180° de la plage possible sur les moteurs. Il importe de déterminer le déphasage par rapport au neutre opérationnel pour offrir la plus grande souplesse possible à l’anatomie de cette petite machine. Les deux cas extrêmes sont ceux du mode VEILLE et de la configuration Atterrissage. C’est la posture adoptée pour rétracter les Tibias  sous « l’animal robotisé » qui est la plus exigeante. La position tracée en bleu clair sur la Fig.49 correspondant à l’autre limite de la rotation. La Fig.61 reprend l’épure avec uniquement les deux postures dont il est question dans ce chapitre. Deux déphasages de respectivement sept dentelures ou huit dentelures ont été envisagés. Les épures ont montré que l’on pouvait passer à un décalage de huit positions ce qui conduit aux allures des dessins représentés à l’échelle. Pour huit pas de déphasage par rapport au neutre opérationnel l’angle de déviation avoisine »137°. Pour nous aider à établir une relation entre les consignes qui seront envoyées par programme et les positions réellement adoptées, des secteurs gradués adaptés à ce déphasage sont disponibles sur la page à imprimer. La Fig.62 en présente un exemplaire, et il faut, comme pour les moteurs des Hanches du reste, des représentations symétriques pour satisfaire tous les besoins.

 

Répartition des moteurs sur le multiplexeur.

Assembler entièrement la structure principale de la sonde impose de savoir comment seront répartis les divers moteurs sur le squelette de l’animal artificiel, objet du chapitre suivant. Se posera également le problème des branchements sur le multiplexeur. Il s’agit d’un arbitraire, puisqu’informatiquement il sera aisé d’identifier à notre convenance chaque individu. Autant choisir une répartition qui simplifie à la fois les manipulations ainsi que la mémorisation. Coller en ligne toutes les fiches en partant de la sortie zéro vers la N°11 n’est pas du tout commode pour manipuler les branchements et surtout les séparations. Aussi, on adoptera la distribution montrée sur la Fig.63 qui montre que chaque regroupement de quatre sorties sur les connecteurs HE14 est réservé à une Jambe dont la progression respecte l’ordre horaire adopté sur le châssis. Ensuite, pour chaque patte, on va brancher les moteurs dans l’ordre où on les rencontre en partant du haut vers le bas. Ainsi, il sera très facile d’établir le lien entre une sortie et le moteur qu’elle pilote. Naturellement, les sorties non utilisées restent disponibles si besoin s’en fait sentir.

Répartition des moteurs sur les diverses articulations.

Disposer judicieusement les moteurs sur les membres du quadrupède est impératif pour tirer le meilleur parti de l’existant. Cette dernière phase avant de pouvoir assembler la sonde est cruciale, car nous avons vu que les moteurs disponibles dans le lot approvisionné n’ont pas des performances identiques. Pour ma part, disposant d’un échantillonnage plus que nécessaire, il est normal que les plus performants soient intégrés dans la sonde. Si ça se trouve, vous ne disposez que de douze individus, pas un de plus. Si de surcroît deux où trois ne peuvent pas balayer les 180° comme c’est le cas pour les références n°6, n°11 et n°12 du tableau de la Fig.26, il convient alors de les affecter aux Hanches puisque ces articulations balayent un angle très inférieur à 180°. Ainsi JEKERT conservera toute sa mobilité, comme si tous les moteurs étaient « parfaits ».

La suite est ici.

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