Introduction au sous-actionnement

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La main humaine est un remarquable préhenseur que les roboticiens tentent d'imiter depuis fort longtemps. Mais on s'en doute, on est bien loin du compte. Avec pas moins de 20 degrés de liberté, 19 muscles, 17 articulations, 19 os, sans compter ses ligaments, ses nerfs et ses multiples senseurs, la main humaine est bien difficile à reproduire mécaniquement. La main Utah/MIT en est un bel exemple : malgré son apparence quasi humaine, cette main nécessite tout un arsenal de câbles, de composantes électroniques et de logiciels pour la faire fonctionner.

Fig. 1 : Main Utah/MIT.

Entre ces mains très complexes et les simples pinces, il est possible de retrouver des préhenseurs fort intéressants, dont les mains robotiques sous-actionnées.

Les mains robotiques sous-actionnées représentent la solution intermédiaire entre les mains robotiques pour la manipulation (versatile, prises stables, dispendieuses, contrôle complexe, plusieurs actionneurs) et les préhenseurs simples (contrôle simple, peu d'actionneurs, tâches dédiées, prises instables). Dans une main sous-actionnée, le nombre d'actionneurs est plus petit que le nombre de degrés de liberté. Le sous-actionnement dans les doigts permet l'adaptation à la forme de l'objet. Les degrés de liberté sous-actionnés sont contrôlés simplement par des ressorts et des butées mécaniques, sans recours à des programmes informatiques complexes.

Fig. 2 : Séquence de fermeture d'un doigt à 2 ddl avec un seul actionneur.

Un exemple d'utilisation d'un doigt sous-actionné à 2 ddl est montré à la figure 2. Le doigt se ferme sous l'influence d'une force représentée par la flèche rouge. Lorsque la première phalange entre en contact avec l'objet, la deuxième phalange pivote jusqu'à ce qu'elle entre à son tour en contact avec l'objet. À noter la présence d'un ressort et d'une butée mécanique à la deuxième articulation pour tenir dans une position stable la deuxième phalange lorsqu'il n'y a aucun contact.

En regroupant plusieurs doigts ensemble il est ainsi possible d'obtenir un préhenseur complet, simple à commander mais capable d'effectuer des tâches de saisie complexe. Les principales saisies possibles sont d'ailleurs illustrées à la figure 3.

Fig. 3 : Principales types de saisie.

Les trois premières images montrent des prises délicates dans trois différentes orientations des doigts. On y voit une prise délicate cylindrique, sphérique et de pincée. Les deux dernières images montrent des prises englobantes, soit une prise cylindrique et une prise sphérique. À noter que pour tous les types de saisie, les objets à saisir n'ont pas besoin d'être de forme régulière; la main s'adapte automatiquement à la forme de l'objet à saisir. C'est d'ailleurs ce que vous pouvez voir à travers nos nombreux prototypes de préhenseurs sous-actionnés.