Par monts et par vaux – Un robot en mission d'exploration

Les systèmes de robots intelligents sont utilisés de plus en plus fréquemment dans la protection des catastrophes, les missions de secours et de sauvetage – partout où le danger est trop important pour les personnes. Les robots qui recherchent les survivants d'une explosion, d'un tremblement de terre ou d'une catastrophe naturelle, ou qui offrent des images de régions inaccessibles, sont devenus des auxiliaires incontournables. Des moteurs EC puissants de maxon motor assurent l'entraînement du robot japonais de sauvetage «Quince».

Les robots utilisés dans les régions ayant subi une catastrophe doivent disposer d'une adaptabilité exceptionnelle. Ils doivent être relativement petits, pas trop lourds et suffisamment manœuvrables pour pouvoir accéder à des crevasses ou des passages exigus situés au cœur d'un bâtiment. D'autre part, un terrain difficile ne doit pas les arrêter. Ces robots de sauvetage pénètrent dans les bâtiments et étudient sur place si des gaz, des rayonnements ou d'autres dangers mortels existent avant que les équipes de sauvetage soient envoyées sur zone. Le robot Quince a démontré les propriétés dont il dispose en la matière. Après le tremblement de terre important survenu au Japon et la catastrophe nucléaire qui a suivi, à Fukushima, le robot Quince a réussi à accéder à l'étage supérieur de la ruine de la centrale en juin 2011. Il a procédé à des mesures de radioactivité et a assuré la transmission d'images HD vers l'extérieur (voir QR-Code) Le robot a pu fournir de précieuses informations sur des endroits qui étaient inaccessibles à l'homme.

Le robot Quince de 27 kilogrammes est équipé de quatre chenilles d'entraînement mobiles (Flipper, «pattes»). L'angle de ces pattes par rapport au corps du robot s'adapte automatiquement aux caractéristiques du sol – qu'il s'agisse d'un escalier raide ou d'un terrain accidenté. En effet, le contact au sol est une condition sine qua non au succès de telles missions. Le contact est analysé avec précision en mesurant la puissance consommée par les moteurs des flippers.

D'autre part, des capteurs PSD (Position Sensitive Device) mesurent la distance au sol au niveau de la patte avant et de la patte arrière. Le robot est équipé d'un bras préhenseur (Illustration 2); mais il peut accueillir aussi deux scanners laser, qui sont en mesure de détecter la structure exacte du terrain.

Quince dispose aussi d'une caméra «Birds Eye» et il se déplace à une vitesse relativement élevée de 1,6 mètres par seconde. Certes, l'opérateur doit indiquer la direction que le robot doit suivre, mais la position correcte des pattes pour surmonter les différentes surfaces, comme un escalier, par exemple, est définie par le robot lui-même. Les derniers modèles de Quince sont équipés en plus d'un dispositif collecteur de poussière radioactive ou de particules ultrafines et d'un scanner 3D. Le robot peut être raccordé à un réseau sans fil, ce qui permet de continuer l'exploration en cas d'arrachement du câble de liaison.

Le robot sauveteur a été conçu par Eiji Koyanagi, Vice-directeur de l'Institute of Technology Future Robotics Technology Center (fuRO) de Chiba. Koyanagi a commencé sa carrière comme enseignant – il fut nommé Professeur à 51 ans. Il a ainsi un passé complètement différent des autres chercheurs en robotique.  Quince a été construit spécialement pour être utilisé dans des environnements trop dangereux pour l'homme. Il est par conséquent surtout utilisé dans les zones sinistrées. «Lorsque l'on veut concevoir un robot, il faut d'abord considérer les tâches qu'il devra accomplir. Il s'agit du plus grand défi», explique Koyanagi. Jusqu'à maintenant, huit exemplaires de Quince ont été construits. Mais la construction a été précédée d'une vérification pointilleuse de la fiabilité à 100% de tous les composants du robot. Ces composants ont fait l'objet d'innombrables tests sur l'immense terrain d'exercice «Disaster City» de College Station, au Texas. Ainsi, Quince a été le seul robot capable de surmonter les obstacles du parcours complet lors d'une compétition RoboCup. Quelques aménagements ont été indispensables avant de lancer le robot à l'intérieur de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. «Les conditions ambiantes régnant dans le bâtiment du réacteur nucléaire sont extrêmes. Envoyer Quince à l'intérieur sans le modifier aurait certainement signifié sa fin», déclare Koyanagi. Lors de sa mission d'exploration au Japon, le robot devait donc être en mesure de survivre à une chute de deux mètres sans détérioration et de poursuivre son travail sans que des réparations ne soient nécessaires.

Des moteurs puissants pour tous les obstacles

fuRO devait pouvoir s'appuyer sur des entraînements extrêmement fiables. Les moteurs devaient être puissants et à rendement élevé mais présenter un poids et des dimensions réduits. Les moteurs maxon répondaient parfaitement à ces critères, d'après Koyanagi. Ainsi, six moteurs maxon puissants ont été choisis pour assurer l'entraînement du robot. Le moteur à courant continu sans balais EC-4pole 30 fournit 200 W; il est installé en doublon dans les deux chenilles principales. Ces modèles de puissance à 4 pôles sont largement mis à contribution lorsque Quince se fraie un chemin sur un terrain accidenté. Quatre moteurs supplémentaires (EC 22) entraînent les chenilles mobiles (pattes), dont l'angle de position s'adapte automatiquement aux caractéristiques du sol. Le module scanner 3D de Quince est amené en position correcte via un moteur RE-max 24. La technique spéciale de bobinage et les aimants à 4 pôles rendent les entraînements maxon EC-4pole imbattables lorsqu'il s'agit d'atteindre les meilleures performances par unité de volume et de poids. Ces moteurs présentent un rendement élevé, une excellente dynamique de régulation et sont exempts de couple de saillance. Le boîtier métallique assure une bonne dissipation de la chaleur ainsi qu'une grande stabilité mécanique.

Tous les moteurs des chenilles de déplacement ont été combinés à l'aide du réducteur planétaire GP32HP (High Power) avec codeur MR. Ce réducteur a été personnalisé en l'équipant d'un roulement à billes de grande taille et d'un arbre moteur renforcé. Ce modèle de puissance permet à Quince de surmonter quasiment tous les obstacles sans problème.

 © maxon motor ag

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