Introduction aux mécanismes parallèles

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L'architecture robotisée la plus connue est sans contredit le manipulateur sériel (figure 1). Son nom vient du fait que les moteurs et les différentes membrures sont en série, c'est-à-dire une à la suite des autres. Cette conception lui confère de nombreux avantages, notamment un bon espace de travail. Sa popularité auprès des industries démontre bien à quel point il est bien conçu et répond à une très grande majorité de besoins.

Toutefois, l'utilisation de manipulateurs sériels comporte également des inconvénients. C'est ainsi que plusieurs architectures alternatives ont été créées et utilisées en robotique. On y trouve, notamment, les manipulateur parallèles (figure 2). Comme son nom l'indique, cette architecture est caractérisée par une disposition en parallèle des moteurs et des membrures.

Fig. 1 : Manipulateur sériel à 6 degrés de liberté (courtoisie de KUKA Robotics Corporation).

Fig. 2 : Exemple de manipulateur parallèle (courtoisie de ABB Flexible Automation).

Les manipulateurs parallèles sont apparus à la fin des années 70 et ne sont encore que relativement peu répandus. Les avantages apportés par une structure parallèle sont principalement :

• la rigidité structurelle (qui augmente de beaucoup le rapport charge utile sur masse propre du robot) ;
• les propriétés dynamiques ;
• la possibilité de déporter les actionneurs vers la base du robot.

Cette dernière propriété nous permet d'envisager des actionneurs plus puissants puisque ceux-ci n'ont plus à être déplacés par le robot lui-même mais sont fixés à la base ou à une membrure très proche de celle-ci.

Plusieurs formes d'architectures parallèles sont possibles et la plus répandue est la plate-forme de Gough-Stewart (figure 3). Il s'agit d'un manipulateur à six degrés de liberté, dont la plate-forme est déplacée par l'élongation de six actionneurs linéaires. Son application la plus connue est le simulateur de vol (figure 4) en raison, entre autres, de la masse élevée de la cabine (jusqu'à 15 000 kg) à laquelle on doit faire subir des mouvements. Les simulateurs de vol sont utilisés pour l'entraînement des pilotes au sol.

Fig. 3 : Plate-forme de Gough-Stewart (courtoisie de Hydra Power Systems).

Fig. 4 : Simulateur de vol (courtoisie de CAE).

Au cours des deux dernières décennies, le laboratoire a réalisé de nombreux travaux sur l'analyse des manipulateurs parallèles (espace de travail, dextérité, etc.) et a developpé plusieurs architectures innovatrices, dont certaines ont été brevetées.