DECOUVERTE DE LA NOTION DE ROBOTIQUE

 

 

I. Introduction
 
Définition :


Le terme robot a été créé dans les années vingt à partir d'un mot tchèque voulant dire travail forcé. Un robot est un appareil automatique capable de manipuler des objets ou d'exécuter une ou plusieurs opérations selon un programme fixe, modifiable ou adaptable.

 
On peut distinguer essentiellement deux types de robots :
   

- à base fixe, souvent utilisés dans l'industrie pour effectuer des tâches répétitives ou dangereuses ( soudure, peinture, assemblage,…)
- à base mobile utilisés pour le transport ( métro de Paris,…), pour l'exploration ( recherche d'échantillon dans l'espace, …) ou pour une utilisation personnelle (jouets, tondeuse,…)



II. Les robots a bases fixes.
 


1. Utilisation


C'est dans le monde industriel que les robots à base fixe sont le plus utilisés pour des raisons de rendement supérieur à celui de l'homme. Un robot n'a pas besoin de dormir, de vacances ou de pause et on peut les faire travailler 24h/24.
L'exemple le plus commun est la construction automobile. On voit de nombreuses publicités à la télévision qui nous montre des bras en train de monter ou peindre une voiture. Mais on retrouve également ce genre de robot dans l'électronique ou le prêt-à-porter pour leur précision et leur rapidité. Ils excellent dans les tâche répétitives puisque capable de répéter des millions de fois des gestes avec toujours la même précision au millimètre près sans changer de trajectoire ou de vitesse d'exécution.
On les utilise aussi pour des tâches irréalisables par l'homme comme le travail en milieu radioactif ou tout autre milieu nocif ( bruit, poussière, milieu explosif,…)

2. Commandes

On parle souvent d'intelligence artificielle en robotique et pourtant à la base, un robot ne sait rien faire. C'est à l'homme de lui apprendre les gestes et es mouvements qu'il devra exécuter. Un robot va le plus souvent imiter le geste de l'homme. Le cerveau d'un robot est un ordinateur plus ou moins évolué.
Soit on entre un programme directement dans l'ordinateur, que le robot va exécuter ensuite ou l'on fait faire le mouvement manuellement et l'ordinateur mémorisera les mouvements afin de les reproduire à l'aide de capteurs.
Une fois programmé, un robot va pouvoir répéter inlassablement les mêmes mouvements.

3. Exemple : l'empaqueteur de chocolat

L'objectif du robot est de prendre un chocolat sur un tapis roulant afin de la déposer dans une boite.

 

1ère étape : On guide le robot vers le chocolat à prendre. L'ordinateur mémorise l'endroit où il doit le prendre.

 

2ème étape : On guide le robot jusqu'à l'endroit où il doit déposer le chocolat. L'ordinateur enregistre aussi cette emplacement.

 

3ème étape : l'ordinateur a mémorisé ces deux endroits et il peut maintenant répéter ce geste indéfiniment.

 
4. Les différents types de bras.
 

Les gestes que peut exécuter un type de bras, les points qui lui sont accessibles, dépendent de sa conception et de l'agencement des parties mobiles.
Les robots sont construits à l'image du bras humain. En voici cinq exemples de types différents :

a. Les robots à bras articulés.

 

Ce robot a un socle rotatif mais il ne peut faire un tour complet. Au niveau de l'épaule et du coude le bras est articulé : il pivote comme une porte tourne sur ses gonds. Un robot à bras articulé a un volume de travail en forme d'igloo.

  b. Les robots sphériques ou polaires.
 

Le bras du robot se déplie à son extrémité comme un télescope et pivote au niveau de l'épaule. Le robot tourne au niveau de la taille, sans pouvoir effectuer un tour complet. Ces robots sphériques sont particulièrement résistants : ils servent souvent à soulever des objets très lourds, qui peuvent peser une tonne.

  c. Les robots XYZ.
 

Ces robots à volume de travail cubique se déplacent dans trois directions différentes : X, Y et Z. A la base il bougent latéralement sur une ligne X. Le bras effectue un mouvement télescopique horizontal suivant une direction Y et il monte et descend suivant une direction Z. Ces robots sont donc conçus pour les travaux de grande précision comme des ajustages et des assemblages.

  d. Robots cylindriques.
 

Le bras est télescopique. Il est fixé, au niveau de l'épaule, à une perche le long de laquelle il monte et descend. Cette perche tourne sans pouvoir faire un tour complet. On obtient donc ainsi un volume de travail presque cylindrique.

 

e. Les robots en trompes d'éléphant.
Ce robot très moderne fonctionne comme une trompe d'éléphant. Sa souplesse lui permet d'atteindre presque tous les points de son volume de travail et même de contourner un obstacle pour travailler dans des endroits peu accessibles comme l'intérieur d'une carrosserie de voiture. On peut même lui faire faire des moulinets. A l'intérieur de son enveloppe en accordéon, il y a des disques empilés les uns sur les autres. Il suffit donc d'en enlever ou d'en ajouter un pour raccourcir ou rallonger le robot. Les disques sont maintenus en place et commandés par quatre câbles fixés à des pistons : l'ordinateur commande le bras en déplaçant les pistons qui tirent plus ou moins les câbles.



III. Les robots a base mobile.
 
Ils sont pourvus de roues, de chenilles ou de pattes. Ce sont ceux que nous allons étudier cette année.

1. Les robots qui marchent.
 


Avec une jambe : le robot doit sautiller pour garder l'équilibre.

 

Avec deux jambes : Quand il lève une jambe, le robot est en équilibre sur un seul pied. Ce balancement est très difficile à maîtriser.

 

Avec trois jambes : il est très stable au repos mais dès qu'il lève une jambe il tombe.

 

Avec au moins quatre jambes : il suffit au robot de garder en permanence au moins trois jambes au contact du sol pour qu'un équilibre stable soit possible.

 

2. Les robots qui roulent.

Ils sont pourvus de roues ou de chenilles. Pour orienter le robot, on fait varier la vitesse ou le sens de rotation de certaines roues ou chenilles. Ils possèdent au minimum trois roues ou deux chenilles. Pour une meilleures répartition de la charge transportée au niveau du sol et pour une plus grande stabilité, quelque fois, on a recours à davantage de roues.
L'inconvénient des robots à roues est qu'ils ont besoin d'un appui continu tandis que les robots à pattes se contentent de points d'appui isolés. Par contre, plus il y a de pattes, plus grande est la stabilité au dépends de la vitesse et de l'agilité.

3. Les robots qui rampent.

Certains robots utilisent la reptation comme un moyen de locomotion. La progression se fait au moyen de ventouses ou de griffes. Ce moyen est utilisé, par exemple, pour contrôler les tuyaux des centrales nucléaires.

 
 
4. Les robots qui volent.
 
  • Certains missiles sont des robots : ils sont programmés pour atteindre une cible à l'aide de capteurs et d'un ordinateur.

  • Les sondes spatiales : Les robots sont indispensables dans l'espace, un environnement peu propice au travail humain. Les sondes spatiales sont des robots qui ont exploré les planètes du système solaire, essentiellement en raison de leur éloignement. (Voyager I a mis 18 mois pour atteindre Jupiter). Elles sont plus petites et coûtent beaucoup moins cher que les vaisseaux habités : ces derniers devant être énormément sécurisés. Certaines sondes sont satellisées autour des planètes, d'autres les frôlent ou s'y posent.



IV. Réalisation d'un robot.
 


1. Conception.

Concevoir un robot est un travail délicat : il faut en effet étudier en détail chacune des tâches qu'il devra effectue. Par exemple pour prendre un verre, il faut certes plier le bras et lever le coude mais il faut aussi que le poignet tienne le verre à l'horizontal jusqu'au moment opportun.

2. Un organigramme.

 
 
Le fonctionnement général d'un robot peut être décrit par un organigramme qui aura l'allure suivante :
 
 
3. Constitution d'un robot mobile.


Deux systèmes sont à étudier pour sa construction :
 
  • le mode de locomotion.
  • les capteurs suivant l'objectif du robot.
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