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DECOUVERTE
DE LA NOTION DE ROBOTIQUE
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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.
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On peut distinguer
essentiellement deux types de robots : |
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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,
)
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II.
Les robots a bases fixes. |
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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.
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1ère
étape : On guide le robot vers le chocolat à
prendre. L'ordinateur mémorise l'endroit où il doit
le prendre.
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2ème
étape : On guide le robot jusqu'à l'endroit
où il doit déposer le chocolat. L'ordinateur enregistre
aussi cette emplacement.
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3ème
étape : l'ordinateur a mémorisé ces
deux endroits et il peut maintenant répéter ce geste
indéfiniment.
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4. Les
différents types de bras. |
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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.
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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.
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b. Les robots
sphériques ou polaires. |
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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.
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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. |
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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.
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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.
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III.
Les robots a base mobile. |
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Ils sont pourvus
de roues, de chenilles ou de pattes. Ce sont ceux que nous allons
étudier cette année.
1. Les robots qui marchent. |
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Avec une
jambe : le robot doit sautiller pour garder l'équilibre.
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Avec
deux jambes : Quand il lève une jambe, le robot est en
équilibre sur un seul pied. Ce balancement est très
difficile à maîtriser. |
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Avec
trois jambes : il est très stable au repos mais dès
qu'il lève une jambe il tombe.
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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.
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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.
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4. Les
robots qui volent.
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Certains missiles sont des robots : ils sont programmés
pour atteindre une cible à l'aide de capteurs et d'un
ordinateur.
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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.
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IV. Réalisation d'un robot. |
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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.
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Le fonctionnement général d'un robot peut être
décrit par un organigramme qui aura l'allure suivante : |
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3. Constitution d'un robot mobile.
Deux systèmes sont à étudier pour sa construction
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- le mode de locomotion.
- les capteurs suivant l'objectif du robot.
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