MÉCANISMES LIMITANT LES FORCES D'INTERACTION

Même lorsque leur conception est optimisée afin de réduire leur inertie et leur puissance, certains manipulateurs demeurent trop dangereux pour l'interaction physique humain-robot. En effet, lorsque survient une collision entre un humain et un robot, les forces de contact peuvent être élevées, surtout si la personne est coincée entre le robot et un mur. Réduire leur vitesse permet de limiter la dangerosité des manipulateurs. Cependant, certains robots peuvent appliquer des efforts statiques qui excèdent un niveau sécuritaire. Dans ce cas, des mécanismes permettant de limiter les forces d'interaction peuvent être utilisés.

Le comportement recherché pour de tels mécanismes est de conserver la rigidité du manipulateur jusqu'à ce qu'une force externe appliquée sur le robot excède un seuil jugé dangereux. Lorsque cette situation se produit, la membrure en contact se disloque et son mouvement devient découplé du reste du manipulateur. Ainsi, l'inertie effective du robot est réduite lors de la collision mais son comportement en situation normale demeure inchangé. Il est possible de créer ce type de mécanisme à partir de limiteurs de couple, tel qu'on le voit à la figure 1.

Ce type de mécanisme s'applique particulièrement bien aux robots suspendus puisque seulement une petite partie du manipulateur peut entrer en contact avec une personne. Dû à leur architecture parallèle comprenant des parallélogrammes, le seuil de force activant un limiteur de couple n'est dépendant que de l'orientation de la force et non de son point d'application. Ces limiteurs de force sont dits cartésiens puisque la relation entre la force appliquée et les couples générés aux limiteurs ne dépend pas de la configuration du manipulateur. En plus de la version simple à un degré de liberté de la figure 1, il est possible d'obtenir des architectures à deux et à trois degrés de liberté qui réagiront aux forces de contact dans la direction horizontale ou dans toutes les directions possibles.

Bien que les limiteurs de force cartésiens soient efficaces pour les robots suspendus, bien des manipulateurs destinés à intéragir avec des humains ont (ou auront) des architectures sérielles. Dans ce cas, il est possible de placer les limiteurs de couples en série avec chacun des actionneurs du robot. Ce positionnement des limiteurs de couple assure la limitation des efforts dans les directions où le manipulateur peut se déplacer. Cependant, la relation entre les forces appliquées sur le manipulateur et les couples articulaires est plus complexe, puisqu'elle dépend de la position du point de contact et de la configuration du robot. Pour pallier cet inconvénient, il est possible d'utiliser des limiteurs de couple avec seuil ajustable et d'optimiser l'architecture et les déplacements du robot. La figure suivante montre l'architecture et une photo d'un prototype d'un robot sériel disposant de limiteurs de couple en série avec chaque actionneur.